CN1333489C - 等离子体谐振腔可调谐波导装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于PCVD光纤预制棒加工机床的等离子体谐振腔可调谐波导装置，包括有垂直相交的两段波导，水平设置的矩形波导通过适配器与垂直设置的圆柱波导或同轴波导相连接，矩形波导的另一端与双向定向耦合器相连，双向定向耦合器中设置有入射能量传感器和反射能量传感器，其特征在于在矩形波导中设置自动调谐器。本发明的有益效果在于：1、通过在波导系统设置自动调谐器，能使波导系统很好地与谐振腔负载匹配，从而实现能量耦合的实时控制；2、有助于提高PCVD工艺的加工精度和效率，同时避免微波对系统器件的损坏，提高等离子体谐振腔微波系统的有效使用寿命；3、结构简单，使用调节性能可靠，自动化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于PCVD光纤预制棒加工机床的等离子体谐振腔可调谐波导装置，是对现有等离子体谐振腔波导装置的改进。
背景技术
PCVD即等离子化学气相沉积法是光纤预制棒加工的主要工艺之一，PCVD工艺的加工机理是通过高频微波对反应物气体的直接作用，使其迅速发生物理化学反应而形成纯二氧化硅或掺杂的二氧化硅，在石英管内壁直接以玻璃态沉积。PCVD工艺具有灵活精密的特点，而等离子体谐振腔微波系统是PCVD加工设备的核心部分。等离子体谐振腔微波系统包括有等离子体谐振腔、微波发生器和波导装置三部分组成，其中波导装置需要与等离子体谐振腔相匹配才能将微波发生器产生的微波传输耦合至等离子体谐振腔，通过等离子体谐振腔发射高频微波能量来完成PCVD工艺加工过程。在这过程中波导装置与等离子体谐振腔的匹配十分重要，否则，两者之间的不匹配不仅会影响耦合效果，造成能量的损耗，而且还易损坏系统器件，并影响PCVD工艺的加工精度。在现有技术中，通常是在波导装置中设置同轴波导，通过对同轴波导中同轴内导体(天线)插入矩形波导深度的调节来调整波导装置的匹配性能，然而，采用上述结构调整功能十分有限，难以应对等离子体谐振腔的等效负载在加工过程中的变化，更无法实现等离子体谐振腔微波系统能量耦合的实时控制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种等离子体谐振腔可调谐波导装置，它能有效地调节波导装置与等离子谐振腔负载的匹配性能，实现等离子体谐振腔微波系统能量耦合的实时控制，进一步提高PCVD工艺的加工精度和效率。
本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：包括有垂直相交的两段波导，水平设置的矩形波导4通过适配器3与垂直设置的圆柱波导2或同轴波导相连接，矩形波导的另一端与双向定向耦合器6相连，双向定向耦合器中设置有入射能量传感器7和反射能量传感器8，其不同之处在于在矩形波导中设置自动调谐器，所述的自动调谐器包括在矩形波导4筒壁开设销孔，销孔中安设调谐销5，调谐销的外端与一伸缩驱动装置相连，构成伸缩销自动调谐器；
按上述方案，调谐销可设置1～3个，沿矩形波导的纵向并列间隔设置；所述的伸缩驱动装置可为螺杆伸缩驱动装置或齿条伸缩驱动装置。
本发明使用时，双向定向耦合器的一端与微波发生器连接，将微波发生器产生的高频微波向前传输至矩形波导，并经过适配器和圆柱波导(或同轴波导)使高频微波耦合到等离子谐振腔，通过等离子谐振腔将高频微波能量发射到被加工件玻璃衬管中的混合气体而完成PCVD加工过程。当波导装置传输的能量与等离子谐振腔的负载不相匹配时，通过入射能量传感器和反射能量传感器的检测，将信号数据传至微处理机，微处理机根据入射和反射能量的变化，控制驱动自动调谐器中调谐销插入矩形波导的深度来改变波导系统的等效阻抗，使等离子谐振腔负载阻抗与源阻抗匹配，以达到最小化反射能量，使等离子谐振腔耦合到最大能量的目的。即使波导装置系统很好地与谐振腔负载匹配，从而实现能量耦合的实时控制。
本发明的有益效果在于：1、通过在波导系统设置自动调谐器，能使波导装置很好地与谐振腔负载匹配，以适应加工过程中谐振腔等效负载的不断变化，从而实现能量耦合的实时控制；2、有助于提高PCVD工艺的加工精度和效率，同时避免微波对系统器件的损坏，提高等离子体谐振腔微波系统的有效使用寿命；3、结构简单，使用调节性能可靠，自动化程度高。
附图说明
图1为本发明一个实施例的正视结构图。
图2为本发明一个实施例中自动调谐器部分的立体结构图。
图3为本发明一个实施例中适配器部分的立体结构图。
图4为本发明另一个实施例中适配器部分的立体结构图。
具体实施方式
以下结合附图进一步说明本发明的实施例，第一个实施例如图1、2、4所示，包括有水平设置的矩形波导4和垂直设置的同轴波导2，矩形波导的截面为长方形，上下边大于侧边高度，矩形波导一端通过适配器3与同轴波导相连接，所述的同轴波导包括有同轴外导体和同轴内导体11构成，所述的适配器包括有与矩形波导相配置的矩形导管9，矩形导管的顶端封盖，矩形导管的上面与一圆管10垂直相交，圆管的另一端与同轴波导相配置，其中同轴波导中的同轴内导体向下延伸至适配器的矩形导管中；在矩形波导4上面筒壁上开设销孔，销孔中安设调谐销5，调谐销的外端与一齿条伸缩驱动装置14相连，齿条伸缩驱动装置包括在调谐销后段设置的齿条，齿条与一齿轮啮合，齿轮与步进电机相联，由此构成伸缩销自动调谐器；调谐销可设置1～3个，沿矩形波导上面中心的纵向并列间隔设置，调谐销的直径可为6～16mm，伸入矩形波导内腔的深度为0～14mm；矩形波导的另一端与双向定向耦合器6相连，双向定向耦合器中设置有入射能量传感器7和反射能量传感器8，入射能量传感器和反射能量传感器的信号端均与微处理机连接，步进电机的控制端也与微处理机相联。此外，同轴波导作为波导装置的输出端其一端与等离子体谐振腔1直接连通，而双向定向耦合器作为波导系统的输入端与微波发生器相接。本实施例中等离子体谐振腔的耦合输出功率最大可为10kw，在0～10kw范围内均可用自动调谐器进行自动调谐。
本发明第二个实施例如图1、2、3所示，它与上一个实施例的主要不同之处在于垂直设置的波导为圆柱波导，圆柱波导由一圆管构成，圆管直径与矩形波导的上下边长度相同，圆柱波导的下端与适配器3相连，所述的适配器包括有与矩形波导相配置的矩形导管9，矩形导管的顶端与一圆管12垂直相交，在它们的相交处设置有一反射板13，反射板斜置于相交处，与适配器底面的夹角为10～50°，适配器圆管的上端与圆柱波导联接。本实施例的其它部分与上一个实施例相同。
Claims (6)
1、一种等离子体谐振腔可调谐波导装置，包括有垂直相交的两段波导，水平设置的矩形波导(4)通过适配器(3)与垂直设置的圆柱波导(2)或同轴波导相连接，矩形波导的另一端与双向定向耦合器(6)相连，双向定向耦合器中设置有入射能量传感器(7)和反射能量传感器(8)，其特征在于在矩形波导中设置自动调谐器，所述的自动调谐器包括在矩形波导(4)筒壁开设销孔，销孔中安设调谐销(5)，调谐销的外端与一伸缩驱动装置相连，构成伸缩销自动调谐器。
2、按权利要求1所述的等离子体谐振腔可调谐波导装置，其特征在于所述的调谐销(5)设置1～3个，沿矩形波导的纵向并列间隔设置。
3、按权利要求1或2所述的等离子体谐振腔可调谐波导装置，其特征在于调谐销的直径为6～16mm，伸入矩形波导内腔的深度为0～14mm。
4、按权利要求1或2所述的等离子体谐振腔可调谐波导装置，其特征在于所述的伸缩驱动装置为螺杆伸缩驱动装置或齿条伸缩驱动装置。
5、按权利要求4所述的等离子体谐振腔可调谐波导装置，其特征在于所述的齿条伸缩驱动装置(14)包括在调谐销后段设置的齿条，齿条与一齿轮啮合，齿轮与步进电机相联。
6、按权利要求1或2所述的等离子体谐振腔可调谐波导装置，其特征在于圆柱波导由一圆管构成，圆柱波导的下端与适配器相连，所述的适配器包括有与矩形波导相配置的矩形导管(9)，矩形导管的顶端与一圆管(12)垂直相交，在它们的相交处设置有一反射板(13)，反射板斜置于相交处。
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