CN1148033A - 光纤拉丝炉 - Google Patents

Abstract

一种能够拉出具有较小非圆度的光纤的光纤拉丝炉，包括一套管，向其中供应光纤预制件，一包围套管的加热器，多个从加热器伸出的电极连接部分，多个连接所述电极连接部分的电极，和用于使环形方向温度分布均匀的均化装置。还提供了一种能够拉出较小非圆度的光纤的光纤拉丝炉，包括一包围套管的内加热器，一对从内加热器伸出的内电极连接部分，包围内加热器的外加热器，和一对从外加热器伸出的外电极连接部分。

Description

光纤拉丝炉

本发明涉及能够拉制出较小非圆度的光纤的光纤拉丝炉。

通过在光纤拉丝炉中将光纤预制件加热熔融并从其下端拉伸熔融的光纤预制件来获得光纤。更具体地说，像日本专利申请延迟公开8233/1988所公开的那样，从光纤预制件下部拉制出的光纤被立刻用树脂涂机在其外表面上涂敷上一树脂保护层，例如紫外线固化树脂。进一步，通过经过树脂固化设备，树脂被固化。随后，用绕线机将光纤缠绕起来。另一方面，在拉丝炉和树脂涂机之间设置有一直径测量仪以便测量光纤的直径。随后，调整用光纤预制件拉制的光纤的拉伸速度以便使拉制出的光纤直径保持恒定。

另一方面，当光纤的非圆度较大时，用于放置光纤的光纤连接件包头的孔直径不得不做得较大。当用于放置光纤的孔直径做得较大时，孔的轴心和光纤的轴心之间的偏移变大并有可能导致较大的连接损耗。同样，通过利用在定位块中形成的V型槽啮合一对光纤而进行共同连接时，光纤的半径在与V型槽接触的部分处可能有波动。因而，光纤的非圆度应该是连接轴偏移或连接损耗的原因。

为了获得非圆度，在圆周方向的许多位置处测量光纤的直径。在所测量的直径中取最大的直径为“较大直径”、最小的直径为“较短直径”。随后，能用(较长直径-较短直径)/平均直径来表示非圆度。通常，假设实际圆形的最大直径为D₁，最小直径为D₂，用下式表示非圆度ε：

    ε＝2×(D₁－D₂)/(D₁＋D₂)×100(％)

通常，为了将非形度减少到尽可能为0，将光纤预制件的下端对准炉子中心以便沿其环形方向均匀加热光纤预制件。另一方面，像日本专利申请延迟公开96042/1989所公开的那样，通过旋转套管来解决温度波动问题。同样，像日本专利申请延迟公开227837/1994所公开的那样，通过限制加热器环形方向上的温度波动来减少非圆度，方法是将一对电极连接部分相对成180℃间隔角伸出炉体的外壁并且将电极与该电极连接部分的顶端相连。

图9表示了该常规拉丝炉的剖面结构的一个实例，图10说明该常规拉丝炉的加热器外形。如图所示，在炉体102的中心部分处，安装有一筒形套管103。同样，在炉体102的中心部分和套管103之间，布置有一整体为筒形的加热器104。围着加热器104，设置有热绝缘体101。通过加热器104，送入套管103的光纤预制件(未示出)的下部被加热熔融。随后，从炉体102的下端将光纤预制件品的熔融部分拉制成光纤。

加热器104具有一在垂直方向上来回弯曲并形成整体为筒形的加热部分105，和在加热部分105的圆周方向上彼此偏移成180°间隔角的一套双电极连接部分106和107，该套电极连接部分106和107从加热部分105的顶端径向向外延伸并凸出。通向炉体102的外面的一套电极108和109经连接部件110与电极连接部分106和107相连。该电极108和109经变压器111，和功率控制元112与单相AC电源113相连。经功率控制元112由单相AC电源113提供的电流从一个电极108开始经连接部件110和一个电极连接部分106流过加热部分105，并从另一个电极连接部分107开始流向连接部件110和另一个电极109，或以相反方向流过，从而加热加热部分105。

近几年，考虑到光纤成本的降低，光纤预制件变得直径较大并且拉制速度也变快。另一方面，由于电极，冷却水流等等(例如)的存在，拉丝炉本身也会导致某些在环形方向上的温度不均匀。在环形方向上温度分布不均匀在光纤预制件直径较大的情况下比起直径较小的情况变得更加明显从而导致在光纤预制件内更明显的温度波动。还有，当光纤以高于现有技术的速度拉制时，经过颈下部分(在此处光纤预制件被熔化并且直径被减小)的时间变得较短。这就导致难于减小温度波动从而增加了提高非圆度的倾向。

另一方面，在像日本专利申请延迟公开96042/1989所公开的那种旋转套管方法的情况下，光纤预制件的温度波动被有利地减小从而减小了光纤的非圆度。然而，另一方面，由于套管的旋转，炉内气流被干扰并使光纤直径的波动变大。结果，在通过光连接件或共熔连接端头的方式进行连接时，连接损耗可能增加。

另外，像日本专利申请延迟公开227837/1994所公开的那样将一对电极连接部分伸出炉体的外壁的方法是有利的，因为与现有技术相比，沿加热器环形方向上的温度波动可以获得改善。然而，在相对成180°间隔角的电极连接部分附近处的气氛和在垂直于电极连接部分的相反方向的方向上的气氛之间仍然存在着温差，它有可能使所获得的光纤截面多少有点椭圆形状。

因而，本发明的一个目的是提供一有可能拉制出较小非圆度的光纤的光纤拉丝炉。

根据本发明第一个方面，该光纤拉丝炉包括：

一套管，向其中供应光纤预制件；

一包围该套管的加热器，

多个从加热器伸出的电极连接部分，并经多个电极与电源相连；

使加热器环形方向上的温度分布均匀的均化装置。

针对本发明的第一方面，由于设置了均化装置，沿加热器环形方向上温度分布能够变得均匀。结果，与用常规拉丝炉拉制的光纤相比，光纤的非圆度可以更小。因此，可以获得连接损耗较小的高性能光纤。

根据本发明第二个方面，光纤拉丝炉包括：

一套管，向其中供应光纤预制件，

一包围套管的内加热器；

一对从内加热器伸出的电极连接部分，它跨过内加热器彼此相对地排列，并经一对电极与电源相连；

一包围内加热器的外加热器；和

一对从外加热器伸出的外电极连接部分，它跨过外加热器沿与该对内电极连接部分的反方向相垂直的方向彼此相对地排列，并经一对电极与电源相连。

在本发明第二个方面中，由于从内加热器伸出的电极连接部分反的方向与从外加热器伸出的电极连接部分的反的方向是彼此交叉的，所以沿套管的周围温度分布由于内外加热器而被均化。结果，光纤的非圆度比现有技术小就变成可能。因而，能够获得连接损耗较小的高性能光纤。

在本发明的任何一个方面，用加热器将光纤预制件的下端加热并软化。通过拉伸软化的部分，连续地拉制光纤。

在本发明光纤拉丝炉第一个方面中，可以使用沿加热器环形方向改变加热器电流通路截面积的均化装置，或使用沿环形方向改变加热器纵向方向上电流通路长度的均化装置。

另一方面，均化装置可以包括其数量是2的整数倍数并沿加热器环形方向成基本等间距地排列的电极，和数量是2的整数倍数但不小于4并沿加热器环形方向成基本等间距排列的电极连接部分。在该情况下，优选地是电源是单相AC电源。同样，均化装置可以包括其数量是3的整数倍数并沿加热器环形方向成基本等间距排列的电极，和数量是3的整数倍数并沿加热器环形方向成基本等间距排列的电极连接部分，并且，在该情况下，电源可以是三相AC电源。

多个电极连接部分可以分别与电极相连。在该情况下，优选地是均化装置包括二个电极，数量是2的整数倍数但不小于4的电极连接部分，和分别连接数量为总数一半的电极连接部分的连接零件，连接零件再分别与电极相连。

当所布置的电极连接部分数量大于电极数时，或布置3个或更多的电极时，沿加热器环形方向上温度的分布可以进一步被均化。

还有，可以将从一个电极到另一个电极的多个电流通路的电阻值设置成彼此相等。出于该目的，形成石墨加热器是有效的。在该情况下，沿加热器环形方向温度分布可以进一步变得均匀。

在该光纤拉丝炉的第二个方面中，沿加热器环形方向改变加热器电流通路的截面积或沿加热器环形方向改变加热器纵向方向上的电流通路长度是有效的。

从下面给出的详细叙述和本发明的优选方案的附图中将更充分地理解本发明，然而，不应该将它用来限制本发明，而是仅用来解释和理解本发明。

在附图中：

图1是说明本发明第一个方面的光纤拉丝炉第一个方案总体结构的剖面，其中说明的是沿图2箭头I-I确定的平面的剖面情况；

图2是沿图1箭头II-II的光纤拉丝炉的草图；

图3是说明用在图1和2的光纤拉丝炉第一个方案中的加热器外形的透视图；

图4是表明拉制时间和非圆度之间关系的图；

图5是说明本发明光纤拉丝炉另一个方案的草图；

图6是说明在图5所示方案中加热器外形的透视图；

图7是在沿图8箭头VII-VII剖开的条件下本发明光纤拉丝炉又一个方案的草图；

图8是沿图7箭头VIII-VII的总体光纤拉丝炉的草图；

图9是说明常规拉丝炉总体结构的草图；

图10是说明用在常规拉丝炉中的加热器外形的透视图；

下面参照图1-8详细论述本发明的光纤拉丝炉的几个方案。

图1表示根据本发明一个方面的光纤拉丝炉一个方案的剖面结构并且图2表示沿箭头II-II剖开的剖面结构。即在具有热绝缘体11的炉体12中心部分处，装备一筒形套管13。从惰性气源(未示出)向套管13供应惰性气体如氮气、氦气等。在套管13中，由支撑棒14将光纤预制件15悬空。通过在炉体12的顶端处形成的开口部分16将光纤预制件15插入套管13中。随后，用密封板17将开口部分16密封，并通过该开口支撑棒14滑动地伸出。同样，在炉体12的中心和套管13之间，装配有一整体为筒形的加热器18，如石墨加热器。通过该加热器18，加热光纤预制件15的下端部分。随后，通过在炉体12下端形成的开口19将熔融的光纤预制件15拉制成光纤。

图3说明在所示方案中加热器18部分的外形。即在所表示的方案中加热器18包括一在垂直方向上来回弯曲并形成整体筒状结构的加热部分21，一对从加热部分21顶端伸出以便在加热部分21的环形方向上相对而成为180°的间隔角的一对支撑柱部分34，和35，从一对支撑柱部分34和35的顶端沿加热部分21的环形方向各自分成两部分并从分开部分的二端径向伸出的电极连接部分22-25。同样，它们都是用石墨做成的。

在所示方案中，在一对支撑柱部分34和35之间沿加热部分21的环形方向的中间部分处，通过将沿热产生部分21纵向方向(在图3中垂直方向)将高度设置成长于其它部分，而形成凸出部分36。为了用支撑柱部分34和35建立热平衡，沿着总的加热器18的环形方向和高度方向应实现均匀的温度分布。另一方面，将加热器18的加热部分21的厚度和径向厚度在各个部分处设置成均匀一致的。还有确定加热部分21的电流通路的切除柱部分40在环形方向上的宽度也设置成均匀的。

因此，当在处于环形方向上是相邻的支撑柱部分34和35之间的加热部分21中形成伸出部分36以便减轻由于支撑柱部分34和35(它们与电极连接部分22-25相连)的加热而造成的影响时，可以使高度方向上加热器18的温度分布变得均匀从而可以获得连接损耗较小的高性能光纤。

另一方面，电极连接部分22-25经连接部件28与半环形的连接部件26和27的两端相连。在这二个连接零件26和27的中心部分，一对分别通向炉体12的外面的电极29和30被连在一起。经变压器31和功率控制单元32，这两套电极29和30与单相AC电源33相连。电流从一个电极29开始经一个连接零件26，连接部件28，一个电极连接部分22和23，一个支撑柱部分34，加热部分21，另一个支撑柱部分35，另一个电极连接部分24和25，连接部件28和另一个连接零件27流向另一个电极30，反之亦然。

在所示方案中，从电极29开始经过两个电极连接部分22和23在支撑柱部分34处相连的电流通路部分，在支撑柱部分34和35之间以顺时针或逆时针方向经过加热部分21的电流通路部分，和从支撑柱部分35开始经过两个电极连接部分24和25在电权30处相连的电流通路部分被设置成彼此是几何对称的。

通过建立彼此是几何对称的分支电流通路部分，各个电流通路的电阻值波动可以仅仅是所用材料的电阻值波动。在该情况下，将电阻值波动限制到低于或等于5％对石墨来说是容易的。因此，用石墨形成加热器18是非常有效的。

经功率控制单元32由单相AC电源33供应的电流从一个电极29开始经一个连接零件26，连接部件28，一个电极连接部分22和23，一个支撑柱部分34，加热部分21，另一个支撑柱部分35，另一个电极连接部分24和25，连接部件28，和另一个连接零件27流向另一个电极30，反之亦然。在该情况下，通过将形成加热部分21的电流通路的路径面积设置成小于构成加热器18的其它部分如电极连接部分22-25的面积，可以增加加热部分21的热产生量。

在所示方案中，在电极连接部分22-25，和连接部件28以及电极29和30之间的4个连接部分(此处大量的热被传递)沿加热部分21的圆周方向成等间距地排列。因而，与包括一对排列成180°角的电极连接部分106和107的常规加热器104的情况相比，通过加热器18能够获得在环形方向上更均匀的温度分布。图4表示了拉制操作时间和非圆度之间的关系。在光纤预制件15的整个长度上能够将光纤20的非圆度ε限制到小于0.2％(例如)。结果，与示于图9和10中的其非圆度ε是0.3-0.7％的常规拉丝炉相比光纤20的圆度偏差被改善并将之保持恒定。

应该指出：由于将支撑柱部分34和35设置成其电流通路截面积宽于加热部分21，热产生量变得相对较少。然而，由于支撑柱部分34和35本身产生一定数量的热，并由于从加热部分21传递热，导致在支撑柱部分34和35附近的部分和沿环形方向与支撑柱部分34和35相隔的部分之间产生温度波动的趋向。因此，通过针对处于垂直方向的支撑柱部分34和35形成沿环形方向伸出的伸出部分36，环形方向上的温度不平衡被纠正并使得在任何高度位置处沿环形方向加热器18的温度分布变得均匀。

除非在任何高度位置处建立加热器18环形方向上均匀的温度分布，否则将产生下列问题。即在拉丝炉内的光纤预制件15的构型影响拉丝炉的温度分布。然而，由于光纤预制件15导致与拉丝操作的改进相关的构型变化，如果  加热器18所有高度位置处环形方向温度分布是不均匀的，温度分布的非均匀性的影响将会取决于与拉制操作改进有关的光纤预制件15的长度而变化。通过形成伸出部分36来建立均匀的温度分布是非常有效的(否则，由于支撑柱部分34和35的存在在环形方向上温度分布可能是不均匀的)，这样不管光纤预制件15的拉制操作进展如何，在环形方向上温度分布都是均匀的。

在前述方案中，针对每个支撑柱部分34和35，形成各自二个电极连接部分22-25。然而，针对每个电极连接部分22-25形成支撑柱部分34和35当然也是可能的。

图5表示本发明光纤拉丝炉第二个方案的剖面结构并且图6表示在该第二方案中所使用的加热器外形。应该说明的是为了保持公开文本足够的简洁以便于更好地理解本发明，与前面技术方案类同的各个功能部件用相同的标记数表示并因此省去详细论述。

在所示方案中，加热器18包括两套4个向上伸出的支撑柱部分34和35，和从支撑柱部分34和35的顶端向外径向伸出的电极连接部分22-25。两套4个支撑柱部分34和35在加热部分21的环形方向上以90°间隔角排列。在拉丝炉中的这些所用部件都由石墨制成。对于这些电极连接部分22-25，二套4个伸出炉体12外面的电极29和30经连接部件28相连。

另一方面，每根从变压器31到两个电极29的电线的阻抗是互相匹配。同样，每根从变压器31到二个电极30的电线的阻抗也是匹配的。还有，从每个电极29开始经两个电极连接部分22和23，二个支撑柱部分34(分别为加热部分21的1/4)，二个支撑柱部分35和二个电极连接部分24和25而到达二个电极30的4个电流通路被设置成是几何对称的。由此，各个电流通路的电阻值波动可以仅仅是所用材料的电阻值波动。在该情况下，将电阻值波动限制到小于或等于5％对石墨来说是容易的，所以用石墨制备加热器18是非常有效的。

在所示方案中，与前面方案类同，在电极连接部分22-25，和连接部件28以及电极29和30之间的四个连接部分在环形方向上以相等的角度间距排列。因而与包括一对以180°角排列的电极连接部分106和107的常规加热器104相比，通过加热器18能获得环形方向更均匀的温度分布。图4表示拉制操作时间与非圆度之间的关系。从图4中很明显看出，在光纤预制件15的整个长度上光纤20的非圆度ε可以被限制到，例如，小于0.2％。结果，与图9和10所示的其非圆度ε是0.3-0.7％的常规拉丝炉比，光纤20的圆形偏差被改善并使之保持恒定。

接下来，在图5和6所示的方案中，在加热器18的两端之间，即在电极连接部分22和电极连接部分24之间，在电极连接部分22和电极连接部分25之间，在电极连接部分23和电极连接部分24之间和在电极连接部分23和电极连接部分25之间的电阻被调整到小于或等于2.2％以便消除石墨本身的电阻波动，由于在各自两端之间的电阻值被设定为0.09欧，电阻值的波动被调整到小于或等于2×10^-3欧。具体地说，通过将加热部分21位于电阻值较小的端部之间的切除部分40的宽度设置成较宽的状态，电阻可以被调整到更大。在该情况下，将加热部分21的厚度变薄而取代将切除部分40的宽度变宽也能够获得类似的效果。结果，如两点线所示，在光纤20的整个长度上非圆度ε可以被限制到小于0.15％。

应该指出：在前面提出的方案中，与电线相连的整个加热器18的电阻是0.03ohms1(欧)。

前述二个方案在加热部分21的顶端形成二套4个电极连接部分22-25，同时在加热部分21的下端形成电极连接部分22-25也是可能的。另外，布置三套或更多的电极连接部分当然也是可能的。同样，当三相AC电源代替单相AC电源时，所形成的电极连接部分和电极数量是3的倍数，电极部分与三相AC电源的一个端钮相连以便能够向各自的电极连接部分提供均匀的电流。

下面将对本发明的第二方面进行论述，其中通过应用许多与用在常规光纤拉丝炉中结构相同的加热器取得与前面方案类似的效果。图7表明本发明第二方面光纤拉丝炉第三个方案的剖面结构，并且图8表明沿箭头VIII-VIII方向剖视的剖面结构。应该说明：为了保持公开文本的足够简洁以便于更好地理解本发明，与前面方案类同的功能部件用同样的数字表示并因此省去详细的论述。

在所示方案中，位于套管13附近的筒形内加热器41和包围内加热器41的筒形外加热器42彼此共轴地排列。该内加热器41和外加热器42在垂直方向上来回弯曲形成整体为筒形的热产生部分21。

在内加热器41的顶端，一对径向向外伸出的电极连接部分43以180°的间隔角整体形成。从炉体12外面导入的一对电极44经连接部件28与这些电极连接部分43的抽头端相连。这些电极对44经变压器31和功率控制单元32与单相AC电源33相连，另一方面，从一个电极44开始经连接部件28，一个电极连接部分43，加热部分21，另一个电极连接部分43，和连接部件28而到达另一个电极44的所有电流通路被设置成是几何对称的。

另一方面，在外加热器42的顶端，一对径向向外伸出的电极连接部分45以180°的角间隔整体形成。从炉体12外面导入的一对电极46经连接部件28与这些电极连接部分45的抽头端相连。这些电极对46又经变压器31和功率控制单元38与单相AC电源39相连。另一方面，从一个电极46开始经连接部件28，一个电极连接部分45，加热部分21，另一个电极连接部分45和连接部件28而到达另一个电极46的所有电流通路被设置成是几何对称的。

换句话说，这些内加热器41和外加热器42可以使用通常已知的加热器。然而，内加热器41的电极连接部分43的相反方向和外加热器42的电极连接部分45的相反方向被设置成彼此垂直交叉。还有，远离内加热器41的外加热器42的电量可设置成比内加热器41的电量多。对于该种结构，沿套管13周围温度分布的波动被消除从而在套管13周围获得了均匀的温度分布。结果，与前面方案相似，在光纤预制件15的整个长度上光纤的非圆度ε可以被限制到少于或等于0.2％。

尽管提供其典型方案说明和论述了本发明，但熟悉本领域的人应该明白在不脱离本发明实质和范围的前提下能够这样地或那样地做出前面的和各种各样的其它变化及增减。因此，不应该把本发明理解成：将它限制而成为上面所提出的特定方案，而是根据在所附权利要求书中所提出的特征包括所有可能的能够被包括进其包括范围内的方案以及与之等价的方案。

Claims (13)

1.一种光纤拉丝炉，它包括：

一个套管，向其中供应光纤预制件；

一个包围套管的加热器；

多个从所说加热器伸出并经许多电极部分与电源相连的电极连接部分；及

用于使所说加热器环形方向温度分布均匀的均化装置。

2.如权利要求1所要求的光纤拉丝炉，其中所说的均化装置改变了沿所说加热器环形方向电流通路的截面积。

3.如权利要求1所要求的光纤拉丝炉，其中所说均化装置沿环形方向改变了所说加热器纵向方向的电流通路长度。

4.如权利要求1所要求的光纤拉丝炉，其中所说的均化装置包括数量为2的整数倍数并沿所说加热器环形方向成基本等间距排列的所说电极，和数量为2的整数倍数但不小于4并沿所说加热器环形方向成基本等间距排列的所述电极连接部分。

5.如权利要求1的光纤拉丝炉，其中所说电源是单相AC电源。

6.如权利要求1所要求的光纤拉丝炉，其中所说均化装置包括数量为3的整数倍数并沿所说加热器环形方向成基本等间距排列的所说电极，和数量是3的整数倍数并沿所说加热器环形方向成基本等间距排列的电极连接部分，并且所说电源是三相AC电源。

7.如权利要求1所要求的光纤拉丝炉，其中，所说多个电极连接部分分别与所说电极相连。

8.如权利要求1所要求的光纤拉丝炉，其中所说均化装置包括二个所说电极，数量为2的整数倍数但不小于4的所说电极连接部分，和分别连接数量为总数一半的电极连接部分的连接零件，所说连接零件分别与所说电极相连。

9.如权利要求7所要求的光纤拉丝炉，其中从所说一个电极部分到另一个电极的多个电流通路的电阻值被设置成彼此是相等的。

10.如权利要求1所要求的光纤拉丝炉，其中所说加热器由石墨制成。

11.一种光纤拉丝炉，它包括：

一个包围套管的内加热器；

一对从所说内加热器伸出的内电极连接部分，它们跨过所说内加热器彼此相对地排列并经一对电极与电源相连；

一个包围所说内加热器的外加热器；及

一对从所说外加热器伸出的外电极连接部分，它们在垂直于所说内电极连接部分的对的相反方向的方向上跨过所说外加热器彼此相对地排列，所说外电极连接部分经一对电极与所说电源相连。

12.一种如权利要求11所要求的光纤拉丝炉，其中所说均化装置改变了沿所说加热器环形方向所说加热器电流通路的截面积。

13.一种如权利要求11所要求的光纤拉丝炉，其中，所说均化装置沿环形方向改变了所说加热器纵向方向的电流通路长度。

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