CN118324406A - 一种在线测量生产过程中光纤扭转方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在线测量生产过程中光纤扭转方法及系统，包括，拉丝塔，所述拉丝塔包括加热炉、包层直径测量仪和管筒，所述加热炉、包层直径测量仪和管筒按序竖直放置；监测装置，所述监测装置包括采集件、转动台和计算机，所述管筒内侧设置有环槽，所述转动台设置于所述环槽中，所述采集件与所述转动台连接；本发明可以对摄像头调整角度以便观察光点，进而监测光纤的扭转情况。
Description
技术领域
本发明属于光纤生产技术领域，具体为一种在线测量生产过程中光纤扭转方法及系统。
背景技术
光纤拉丝生产过程主要是利用拉丝炉产生的高温将光纤预制棒下端加热熔融，并从拉丝炉下出口利用拉丝生产线一楼的高速牵引轮拉伸出熔融的裸光纤，裸光纤经过冷却至合适的温度，在裸光纤的表面利用专用涂覆系统涂覆上两层丙烯酸树脂保护层，并迅速用UV紫外固化系统或LED固化系统将两层丙烯酸树脂涂料固化，最后将光纤收绕至大盘上。
在传输光信号时，由于光信号的频率或者传输模式分量的不同，导致信号传输速度有差异，经过一段传输距离后会出现信号展宽而失真(距离越长失真越严重)，此现象为光纤的色散。光纤色散分为材料色散、波导色散、偏振模色散和模间色散，其中偏振模色散(PMD)是由于传输基模包含2个互相垂直的偏振模，在光纤传输过程中，如果光纤受到内或外部的作用，如内应力，光纤几何尺寸，温度和压力等因素的干扰，使2个垂直的偏振模传输速度不一样，从而导致光信号展宽而失真。
为了减少偏振模色散的影响，在上述的光纤生产过程中，行业内光纤生产厂家实际会在光纤涂覆并固化后的某一位置安装一套光纤搓扭装置，周期性正反搓动光纤，使光纤的内应力分布均匀，光纤包层和芯层的长轴/短轴在纵向横截面上分布更均匀，以此来逐渐抵消两个偏振模在光纤中传输时的相对相位时延，用于降低光纤的偏振模色散(PMD)。而在实际生产过程中，光纤搓扭装置的安装，装置各部件的实际传动情况，与光纤的接触面的摩擦力分布等都直接影响光纤的实际搓扭效果，如果实际光纤搓扭的效果不佳，最终可能不能达到预期的改善偏振模色散(PMD)的目的，并且还可能对光纤产生质量风险。
专利CN201821708120.7介绍了一种用于熊猫型保偏光纤扭转角度在线测量装置，此设备通过外加的2束激光入射光纤，并通过CCD相机接收相应的干涉图谱，分析图谱得到相应数据。对于单模光纤生产来说，测量的参数较少，不能反映实际的光纤搓扭情况。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于现有技术中存在以下技术问题：现有对光纤扭搓程度的测量无法实时进行，反馈较慢。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种在线测量生产过程中光纤扭转的方法，包括，
将采集件安装在转动台上；
搓动装置运行；
加热炉的光经光纤向下传输；
采集件监测光纤扭转时光散射出光纤的状况，并传输给计算机分析；
调整采集件位置并再次记录。
本发明还提供一种基于前述在线测量生产过程中光纤扭转的方法的系统，包括，拉丝塔，所述拉丝塔包括加热炉、包层直径测量仪和管筒，所述加热炉、包层直径测量仪和管筒按序竖直放置；
监测装置，所述监测装置包括采集件、转动台和计算机，所述管筒内侧设置有环槽，所述转动台设置于所述环槽中，所述采集件与所述转动台连接。
作为一种在线测量生产过程中光纤扭转系统的优选技术方案，所述环槽中设置有环管，所述环管中设置有磁块。
作为一种在线测量生产过程中光纤扭转系统的优选技术方案，所述磁块两侧呈第一磁性。
作为一种在线测量生产过程中光纤扭转系统的优选技术方案，所述转动台包括弧块、设置于弧块顶面的插槽和设置于弧块底面的两个磁板，两个磁板中间留有间槽。
作为一种在线测量生产过程中光纤扭转系统的优选技术方案，所述环槽底面设置有底槽，所述磁板嵌于底槽中，所述环管嵌于间槽中。
作为一种在线测量生产过程中光纤扭转系统的优选技术方案，所述磁板两端内侧呈第一磁性，所述磁板中间内侧呈与第一磁性相反的第二磁性。
作为一种在线测量生产过程中光纤扭转系统的优选技术方案，所述环管上引出有第一动力管和第二动力管，所述第一动力管和第二动力管之间通过推动泵连接。
作为一种在线测量生产过程中光纤扭转系统的优选技术方案，所述采集件包括摄像头、连杆、挡板和嵌块，所述挡板设置于所述嵌块和连杆之间，所述摄像头设置于连杆端部；
所述嵌块嵌于所述插槽中。
作为一种在线测量生产过程中光纤扭转系统的优选技术方案，所述管筒上还设置有竖槽与所述环槽相通，所述环槽底部设置有电磁铁。
本发明的有益效果：本发明可以对摄像头调整角度以便观察光点，进而监测光纤的扭转情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明中管筒的内部结构示意图；
图2为本发明中环管与转动台的连接结构示意图；
图3为本发明第中磁板的结构示意图；
图4为本发明中采集件的结构示意图；
图5为本发明中光纤扭搓监测系统流程示意图；
附图标记：拉丝塔100、包层直径测量仪101、监测装置200、计算机203、磁块102c、转动台202、弧块202a、底槽102d、间槽202d、磁板202c、环管102b、第一动力管102e、第二动力管102f、推动泵102g、采集件201、挡板201c、摄像头201a、连杆201b、嵌块201d、插槽202b、管筒102、竖槽103、环槽102a、电磁铁104。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
实施例1
参照图1～图4，本实施例提供了一种在线测量生产过程中光纤扭转系统，包括，拉丝塔100，拉丝塔100包括加热炉、包层直径测量仪101和管筒102，加热炉、包层直径测量仪101和管筒102按序竖直放置；监测装置200，监测装置200包括采集件201、转动台202和计算机203，管筒102内侧设置有环槽102a，转动台202设置于环槽102a中，采集件201与转动台202连接。
在本实施例中，加热炉(拉丝炉)对原料棒加热，加热炉产生光源，拉丝塔100底部设置有扭搓装置，对光纤进行扭搓。
采集件201与计算机203通讯连接。
环槽102a中设置有环管102b，环管102b中设置有磁块102c。
应说明的是，环管102b为绝缘材质，如陶瓷或PVC。
磁块102c两侧呈第一磁性。
进一步的，转动台202包括弧块202a、设置于弧块202a顶面的插槽202b和设置于弧块202a底面的两个磁板202c，两个磁板202c中间留有间槽202d。
弧块202a设置于环槽102a中并在其中移动，具体为围绕光纤转动，以为摄像头找到合适的观测位。
环槽102a底面设置有底槽102d，磁板202c嵌于底槽102d中，环管102b嵌于间槽202d中；磁板202c两端内侧呈第一磁性，磁板202c中间内侧呈与第一磁性相反的第二磁性。
环管102b上引出有第一动力管102e和第二动力管102f，第一动力管102e和第二动力管102f之间通过推动泵102g连接。
应说明的是，环管102b中有流体，可为气体或油，推动泵102g可为气泵或油泵，通过从第一动力管102e或第二动力管102f一侧输送流体产生推力使磁块102c在环管102b中移动。
进一步的，磁块102c对应于磁板202c中间部位，且由于磁性相反相互吸引，在磁块102c移动时，转动台202被吸引移动，且磁板202c两侧呈现第一磁性，与磁块102c相斥，进一步增大推动力使转动台202跟随磁块102c移动。
具体的，第一磁性可为N级或S级，对应的，第二磁性为S级或N级。
转动台202与环槽102a中润滑处理。
进一步的，采集件201包括摄像头201a、连杆201b、挡板201c和嵌块201d，挡板201c设置于嵌块201d和连杆201b之间，摄像头201a设置于连杆201b端部；嵌块201d嵌于插槽202b中。
电磁铁104接通时呈第二磁性，与磁板202c端部磁性相反，用于定位转动台202；管筒102上还设置有竖槽103与环槽102a相通，环槽102a底部设置有电磁铁104。
具体的，本发明的工作方式为利用推动泵102g控制第一动力管102e和第二动力管102f进气或出气，调整磁块102c的位置接近竖槽103，打开电磁铁104，磁块102c位置被调整为竖槽103与插槽202b对应。
将嵌块201d沿着竖槽103插入，至放置于插槽202b中，接着继续控制推动泵102g，改变磁块102c位置，进而转动台202以及摄像头观察角度跟随改变。
实施例2
本实施例还公开一种基于前述在线测量生产过程中光纤扭转系统的方法，包括：
将采集件201安装在转动台202上；
搓动装置运行；
记录光纤的搓动画面并传输给计算机203分析；
调整采集件201位置并再次记录。
本发明通过观察测量由于光纤的扭转而产生的向下散射光(光源来源于拉丝炉对光棒的加热产生的光)的相关参数，反映光纤的实际搓扭效果，优化光纤的偏振模色散(PMD)。
发明内容/方法:
光纤拉丝生产过程中沿光纤向下散射光的产生原理：
在生产过程中，与光棒相连的光纤不能主动旋转，为固定端；与搓动装置接触的光纤，在装置的带动下旋转，为搓动端。当搓动装置运行后，光纤在周期性正方向或者反方向的搓动时，光纤发生扭转。
扭转切应力计算公式为：
τρ＝Tρ/Ip
τρ为离圆心ρ处的扭转切应力
T为横截面上的扭矩
ρ为距离圆心的距离
Ip为横截面的极惯性矩，可以通过π*D4/32计算得出，为纯几何量，无物理意义。
通过上述的公式可以得知在最大的扭转切应力在最外圆周处。
当光纤受到扭转切应力后，光纤内部密度发生变化，并导致光纤相应位置的折射率发生变化：
当拉丝炉对光棒加热时将产生大量的光，光纤和空气形成折射率差，使光纤内的光向下传播；随着光纤的扭转，折射率开始沿着向外的方向逐渐变大，这就意味着光向下传播时，有一段是从光疏介质向光密介质传输，在传输过程中与法线的角逐渐变小，当此角度小到一定程度后光线在光纤内不再形成全反射，部分光散射出光纤，形成本发明中需要的散射光。
应说明的是，摄像头观察收集散射光的位置在涂覆之前。
通过调整高清摄像机不断收集实际光纤搓动画面并调整位置，摄像机记录光纤的搓动画面并传输给计算机的图像处理系统进行分析，并输出结果。
通过光纤的搓动画面图中2个输出判断实际搓动效果是否符合合适，如果不合适将检查搓动系统的状态，拉丝流程线中心，搓动系统的参数设定等。
进一步的，根据实际情况记录下列实例：
当输出结果发现亮点没有明显的转向时，在光纤上松绕700m光纤，并测试此段光纤的PMD值；松绕发现光纤存在打卷的现象，测试PMD结果为0.105ps/√km。
当输出结果发现亮点有明显的转向时，但在一定距离内，正反亮点的个数相差3个，在光纤上松绕700m光纤，并测试此段光纤的PMD值。松绕发现光纤存在个别光纤打卷的现象，测试PMD结果为0.063ps/√km。
当输出结果发现亮点有明显的转向时，但在一定距离内，正反亮点的个数相差1个时，在光纤上松绕700m光纤，并测试此段光纤的PMD值。松绕发现光纤无打卷的现象，测试PMD结果为0.012ps/√km。
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种在线测量生产过程中光纤扭转的方法，其特征在于：
将采集件(201)安装在转动台(202)上；
搓动装置运行；
加热炉的光经光纤向下传输；
采集件(201)监测光纤扭转时光散射出光纤的状况，并传输给计算机(203)分析；
调整采集件(201)位置并再次记录。
2.一种基于权利要求1所述在线测量生产过程中光纤扭转的方法的系统，其特征在于：包括，拉丝塔(100)，所述拉丝塔(100)包括加热炉、包层直径测量仪(101)和管筒(102)，所述加热炉、包层直径测量仪(101)和管筒(102)按序竖直放置；
监测装置(200)，所述监测装置(200)包括采集件(201)、转动台(202)和计算机(203)，所述管筒(102)内侧设置有环槽(102a)，所述转动台(202)设置于所述环槽(102a)中，所述采集件(201)与所述转动台(202)连接。
3.根据权利要求2所述的在线测量生产过程中光纤扭转系统，其特征在于：所述环槽(102a)中设置有环管(102b)，所述环管(102b)中设置有磁块(102c)。
4.根据权利要求3所述的在线测量生产过程中光纤扭转系统，其特征在于：所述磁块(102c)两侧呈第一磁性。
5.根据权利要求4所述的在线测量生产过程中光纤扭转系统，其特征在于：所述转动台(202)包括弧块(202a)、设置于弧块(202a)顶面的插槽(202b)和设置于弧块(202a)底面的两个磁板(202c)，两个磁板(202c)中间留有间槽(202d)。
6.根据权利要求5所述的在线测量生产过程中光纤扭转系统，其特征在于：所述环槽(102a)底面设置有底槽(102d)，所述磁板(202c)嵌于底槽(102d)中，所述环管(102b)嵌于间槽(202d)中。
7.根据权利要求6所述的在线测量生产过程中光纤扭转系统，其特征在于：所述磁板(202c)两端内侧呈第一磁性，所述磁板(202c)中间内侧呈与第一磁性相反的第二磁性。
8.根据权利要求7所述的在线测量生产过程中光纤扭转系统，其特征在于：所述环管(102b)上引出有第一动力管(102e)和第二动力管(102f)，所述第一动力管(102e)和第二动力管(102f)之间通过推动泵(102g)连接。
9.根据权利要求8所述的在线测量生产过程中光纤扭转系统，其特征在于：所述采集件(201)包括摄像头(201a)、连杆(201b)、挡板(201c)和嵌块(201d)，所述挡板(201c)设置于所述嵌块(201d)和连杆(201b)之间，所述摄像头(201a)设置于连杆(201b)端部；
所述嵌块(201d)嵌于所述插槽(202b)中。
10.根据权利要求9所述的在线测量生产过程中光纤扭转系统，其特征在于：所述管筒(102)上还设置有竖槽(103)与所述环槽(102a)相通，所述环槽(102a)底部设置有电磁铁(104)。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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