CN1228265C - 装有可编程逻辑控制器的光纤拉制炉 - Google Patents

装有可编程逻辑控制器的光纤拉制炉 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种带有光纤加热和拉丝控制系统的光纤拉丝炉，该控制系统可以控制在拉丝炉中部分熔化的光纤预制棒的加热和用拉丝装置从光纤预制棒拉制出光纤的过程。该系统特点在于一个能对光纤预制棒加热装置发出的拉丝炉功率消耗控制信号响应的光纤加热和拉丝装置控制器，该控制器向光纤预制棒加热装置提供拉丝炉加热控制信号并向光纤拉丝装置提供光纤张力拉丝控制信号以便在光纤中保持所要求的光纤拉丝张力。

Description

装有可编程逻辑控制器的光纤拉制炉
技术领域
本发明涉及一种用于从预制棒拉制出光纤的光纤拉丝炉。
背景技术
已知的光纤拉丝炉通过监测各种参数来控制从预制棒拉制出光纤，这些参数包括光纤张力、光纤直径、光纤速率和拉丝炉温度。例如，可见美国专利号5079433；5225593和5316562。
现有的石墨电阻光纤拉丝炉控制方式利用以高温计得出的光学测量为基准的温度反馈来控制拉丝炉温度，而高温计需要一个穿过绝缘材料的圆柱孔来作为观测孔。
采用观测孔会导致一些缺点：其中包括预制棒加热不均匀(高温计观测孔产生的热散失导致的温度分布不均匀)，石墨加速腐蚀(对加热元件、拉丝炉绝缘体等)，以及为获得正确拉丝炉控制反馈对高温计的不适当调整和校准。热分布不均匀产生的诱导应力将导致拉制出的光纤中出现诸如衰耗损失增加，光纤弯曲等光学和物理缺陷。
使用观测孔的另一缺陷是在经过一定时间的使用后由于材料在透明壁上的频繁凝结而使观测孔变暗，从而妨碍光通量的测量，正如美国专利第4317666号第1栏第36-43行描述的那样。
还有另外一种缺陷足预制棒的热分布不均匀将产生诱导应力，而此诱导应力将会导致在拉制出的光纤中存在衰耗损失增加，光纤弯曲等光学和物理缺陷。
发明内容
本发明提供了一种用于在拉丝炉加热室内加热光纤预制棒并拉制光纤的拉丝炉，包括：对光纤预制棒加热控制信号响应的光纤预制棒加热装置，该装置用来加热光纤预制棒，并进一步提供光纤预制棒加热反馈信号，该加热反馈信号包含有关光纤预制棒加热装置的炉功率消耗的信息，该有关炉功率消耗的信息指示用来加热炉的任何能量；对光纤中的张力响应的光纤张力监测装置，该装置用来提供检测的光纤张力信号；对光纤拉丝控制信号响应的光纤拉丝装置，该装置用来拉制光纤；以及，对光纤预制棒加热反馈信号响应并进一步对检测的光纤张力信号响应的光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器，该装置用来向光纤预制棒加热装置提供光纤预制棒加热控制信号以控制光纤预制棒的加热，并向光纤拉丝装置提供光纤拉丝控制信号控制光纤的拉制，光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器与任何检测到的拉丝炉的温度无关地控制光纤预制棒中的拉丝张力，其中所述光纤预制棒加热装置发出的光纤预制棒加热反馈信号是一个拉丝炉功率消耗反馈信号，该信号将有关拉丝炉功率消耗的信息反馈回光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器。
本发明还提供一种用来在拉丝炉加热室内加热光纤预制棒并拉制光纤的拉丝炉，具有用来加热光纤预制棒的光纤预制棒加热装置、用来提供非接触式检测的光纤张力信号的非接触式光纤张力监测装置、以及用来拉制光纤的光纤拉丝装置，该拉丝炉还包括：光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器，其对从光纤预制棒加热装置发出的光纤预制棒加热炉功率消耗反馈信号响应、并进一步对非接触式光纤张力监测装置发出的检测的光纤张力信号响应，上述光纤预制棒加热炉功率消耗反馈信号指示用来加热炉的任何能量，该光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器用来向光纤预制棒加热装置提供光纤预制棒加热控制信号以控制光纤预制棒的加热，并向光纤拉丝装置提供光纤拉丝控制信号以控制拉制光纤，光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器控制光纤预制棒中的拉丝张力且无须对拉丝炉的温度进行炉检测。
在一个实施例中，光纤加热和拉丝装置控制器是可编程逻辑控制器。
光纤预制棒加热装置发出的光纤预制棒加热反馈信号是拉丝炉功率消耗反馈信号，该信号将有关拉丝炉功率消耗的信息反馈到光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器上。
拉丝炉功率消耗反馈信号包括有关用来加热拉丝炉所需电能的电流和电压的可感知量度的信息。
本发明的一个优点在于不再需要光学高温计观测孔，从而导致预制棒周边的温度分布均匀并有助于消除能够在光纤中导致缺陷的诱导应力。
本发明的另一优点在于由于减少了石墨腐蚀从而使拉丝炉的整体寿命增加并降低了操作费用。减少石墨腐蚀将导致拉丝炉更加干净(显著地减少了石墨灰尘和颗粒的产生)并增加拉丝炉的稳定性和寿命。本发明可使拉丝炉更加干净，炉内的石墨粉尘和颗粒的产生明显减少并且增加了拉丝炉的稳定性和寿命。而对制造高强度光纤来讲干净的拉丝炉是必需的。
附图说明
通过阅读下面结合附图对本发明的一个具体的优选实施例的描述，可以对本发明有更清楚的理解。
图1是作为本发明主题的光纤拉丝炉的示意图。
具体实施方式
图1示出用于从熔化的预制棒12拉制出光纤F的光纤拉丝炉，该拉丝炉通常用10表示。光纤拉丝炉10包括拉丝炉加热室14、光纤预制棒加热装置16、光纤张力监测装置18、光纤拉丝装置20、以及光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器22。在实施例中，光纤拉丝炉10可以是光学石墨拉丝炉，尽管本发明并不想局限于某一特殊类型的拉丝炉的范围内。
拉丝炉加热室14装有光纤预制棒加热装置16，该装置16连续加热并且将预制棒12部分熔化。光纤拉丝装置20从象熔化玻璃一样的预制棒12中拉制出光纤F。
操作时，光纤预制棒加热装置16对从光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器22发出并沿着线22a传输的光纤预制棒加热控制信号响应，以加热熔化的预制棒12，并提供沿线16a反馈回光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器22的光纤预制棒加热反馈信号。在本领域内预制棒加热装置16已公知，且本发明并不想局限于某一特殊类型的范围内。预制棒加热装置16可以是石墨电阻型，尽管其他型式的加热器装置也很显然地应包含在本发明的计划范围之内。
当光纤预制棒12开始熔化时，开始拉制光纤F。光纤F通过用来测量光纤张力的光纤张力监测装置18。光纤张力监测装置18对光纤F中测的张力响应，以将检测到的光纤张力信号通过线18a提供给光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器22。在本领域内光纤张力监测装置18已公知，并且可以包括非接触型张力测量装置。也可以想象其中光纤张力监测装置18是接触型的种种方案，并且这类接触型测量装置在本领域中也已经公知，尽管本发明并不计划局限于某一特殊类型的光纤张力测量方式的范围内。
光纤拉丝装置20对光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器22发出的从线22b传输过来的光纤拉丝控制信号响应以拉制光纤F。在本领域内光纤拉丝装置已经公知，并且本发明并不想局限于某一特定类型的范围内。卷筒是在本领域内公知的光纤拉丝装置20。有时光纤拉丝装置20可能是诸如光纤涂敷装置(未画)等其它设备的分支设备(downstream)。其中光纤涂敷装置由于不是本发明的一部分而在此没有画出和介绍。
光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器22对由预制棒加热装置16发出的沿线16a传输过来的光纤预制棒加热反馈信号做出响应，并进一步对由光纤张力监测装置18发出的沿线18a传输过来的光纤张力信号做出响应，以通过线22a向光纤预制棒加热装置16提供控制光纤预制棒12的加热的光纤预制棒加热控制信号，并通过线22b向光纤拉丝装置20提供控制拉制光纤(F)的光纤拉丝控制信号。光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器22可以是一个可编程逻辑控制器(PLC)或是一个以微处理器为基础的用来运行光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器程序的结构。操作时，可编程逻辑控制器22通过控制预制棒加热装置16和拉丝卷筒20来保持所需要的拉丝张力。本发明的范围想涵盖采用硬件、软件或两者结合的实施方案。
操作时，由线16a传输过来的光纤预制棒加热装置(16)发出的光纤预制棒加热反馈信号是一个拉丝炉功率消耗反馈信号，该信号将有关拉丝炉(10)功率消耗的信息反馈回光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器(22)上。
拉丝炉功率消耗反馈信号包括有关用来加热拉丝炉(10)所需电能的电流和电压的检测值的信息。
实际上，本发明采用功率控制而不是温度控制来预测光纤预制棒12的熔化速率。功率控制依赖于功率反馈原理采用预制棒加热反馈信号16a来控制光纤拉丝张力。以电流和电压形式被光纤预制棒加热装置16所消耗的功率反馈到过程控制环中的可编程逻辑控制器22上，因而，可以控制光纤拉丝张力而不需要监测拉丝炉的温度。功率控制可以通过测量用来加热光纤预制棒12所需的任何形式的能源消耗来实现，不管这种能源是电能或是其它形式。
本领域熟练技术人员将会认识到：本发明没必要局限于此处所描述的具体实施例，这一创造性思想可以通过根据下述权利要求书的其它途径实现。

Claims (6)

1.一种用于在拉丝炉加热室(14)内加热光纤预制棒(12)并拉制光纤(F)的拉丝炉(10)，包括：
对光纤预制棒加热控制信号响应的光纤预制棒加热装置(16)，该装置用来加热光纤预制棒(12)，并进一步提供光纤预制棒加热反馈信号，该加热反馈信号包含有关光纤预制棒加热装置(16)的炉功率消耗的信息，该有关炉功率消耗的信息指示用来加热炉的任何能量；
对光纤(F)中的张力响应的光纤张力监测装置(18)，该装置用来提供检测的光纤张力信号；
对光纤拉丝控制信号响应的光纤拉丝装置(20)，该装置用来拉制光纤(F)；以及
对光纤预制棒加热反馈信号响应并进一步对检测的光纤张力信号响应的光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器(22)，该装置用来向光纤预制棒加热装置(16)提供光纤预制棒加热控制信号以控制光纤预制棒(12)的加热，并向光纤拉丝装置(20)提供光纤拉丝控制信号控制光纤(F)的拉制，
光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器(22)与任何检测到的拉丝炉(10)的温度无关地控制光纤预制棒(12)中的拉丝张力，其中所述光纤预制棒加热装置(16)发出的光纤预制棒加热反馈信号是一个拉丝炉功率消耗反馈信号，该信号将有关拉丝炉(10)功率消耗的信息反馈回光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器(22)。
2.如权利要求1所述的拉丝炉(10)，其中所述光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器(22)是一个可编程逻辑控制器。
3.如权利要求1所述的拉丝炉(10)，其中所述光纤张力监测装置(18)是对光纤(F)中的张力响应的非接触式光纤张力装置，该装置用来向光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器(22)提供非接触式检测的光纤张力信号。
4.如权利要求1所述的拉丝炉(10)，其中所述拉丝炉功率消耗反馈信号通过测量光纤预制棒加热装置(16)消耗的电能实现，并且包括有关用来加热拉丝炉(10)所需电能的电流和电压的检测值的信息。
5.一种用来在拉丝炉加热室(14)内加热光纤预制棒(12)并拉制光纤(F)的拉丝炉(10)，具有用来加热光纤预制棒(12)的光纤预制棒加热装置(16)、用来提供非接触式检测的光纤张力信号的非接触式光纤张力监测装置(18)、以及用来拉制光纤(F)的光纤拉丝装置(20)，该拉丝炉(10)还包括：
光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器(22)，其对从光纤预制棒加热装置(16)发出的光纤预制棒加热炉功率消耗反馈信号响应、并进一步对非接触式光纤张力监测装置(18)发出的检测的光纤张力信号响应，上述光纤预制棒加热炉功率消耗反馈信号指示用来加热炉的任何能量，该光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器(22)用来向光纤预制棒加热装置(16)提供光纤预制棒加热控制信号以控制光纤预制棒(12)的加热，并向光纤拉丝装置(20)提供光纤拉丝控制信号以控制拉制光纤(F)，其中，光纤预制棒加热和光纤拉丝控制器(22)控制光纤预制棒(12)的光纤张力而无须对拉丝炉(10)的任何温度进行炉检测。
6.如权利要求5所述的拉丝炉(10)，其中所述拉丝炉功率消耗反馈信号包括有关用来加热拉丝炉(10)所需电能的电流和电压的检测值的信息。
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