CN1457324A - 用于使光纤预制件的拉制端再成形的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于预熔滴光纤预制件以提供预先优化尖端锥体的方法和装置，以及用于从其中拉制光纤的系统。通过提供具有预先优化尖端形状的预制件，可以显著缩短光纤拉制装置的停机时间。通过加热炉膛的感应加热器提供在尖端已熔化掉的预先优化的尖端。预熔滴炉膛最好具有基本上与拉制炉膛的温度分布相同的温度分布。因此，由于优化了预制件的尖端并去除了不能使用的玻璃，因此较佳地增加了拉制装置的生产率。此外，由于预制件暴露于与在拉制炉膛中形成拉制尖端所看到的相同的温度分布，因此优化了预制件的尖端形状。

Description

用于使光纤预制件的拉制端再成形的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于制造光纤预制件和光纤的系统和方法，更具体地说，涉及一种用于制备一预制件的尖端以加速光纤拉制的方法和装置。

背景技术

用于制造光纤的方法的出发点是制备一细长的圆柱形石英玻璃体，该玻璃体涂有涂料，从而在光纤中提供理想的折射率分布。借助向下进给装置将这种所谓的“预制件”非常缓慢地引入拉制塔的高温加热炉膛。在其末端部将预制件加热到足够高的温度，以使预制件的尖端逐渐变成类似蜂蜜的稠度。在达到适当温度之后，通过热量和重力的影响一玻璃粘块熔化脱离预制件。然后，操作人员手工从预制件剥离另外的玻璃废料，直至拉制出的一部分预制件含有优质玻璃为止。当优质玻璃是易于剥离的时候，所谓的“拉制尖端”已经形成在预制件上。拉制尖端由大致呈锥形的过渡区域构成，该区域位于预制件的石英玻璃的圆柱部分与从预制件的最低尖端拉制的细光纤束之间。拉制光纤的尺寸取决于高温炉膛和各拉制条件。然而，从预制件连续拉出直径约为125微米的较佳玻璃束。然后，其通过冷却管，并通过施加保护层(涂层)的涂层系统。涂层系统位于直径测试装置下方的拉制塔中。在拉制塔的端部，光纤卷绕在筒管上。

在拉制相当长的光纤之后，其长度取决于预制件的尺寸，并消耗预制件。必须中断生产，并且必须用新的预制件来更换已消耗的预制件。在具有所需特性的光纤生产得以恢复之前，通常经过了不止一个小时。在这段起动时间中，不能使用的石英玻璃块发生熔滴(gobbing off)，以及使拉制尖端剥离和成形。仅拉制尖端的成形需要大约30至40分钟。在某些情况下，这是拉制装置上消耗的宝贵时间，也是生产过程的瓶颈。

发明内容

根据本发明，提供了一种系统和方法。尤其是，提供了一种预熔滴(pregobbing)系统和方法以用于光纤预制件的预熔滴处理，以便在插入拉制装置之前提供理想的预先优化的尖端几何形状。方法和系统提供了一预制件，该预制件具有一具有优化形状的拉制尖端，并且使诸如不适用于光纤拉制的光纤预制件的玻璃块非常迅速且有效地熔化掉。在与拉制塔的拉制炉膛分离的预熔滴装置中进行预熔滴作业。因而，由于预熔滴以一种“离线”方式(即，在另一装置中)实现，因此使拉制装置的光纤生产量增加。因而，应当认识到的是，包括预先优化的前尖端(其已经适当地被熔化掉)的预制件致使用于光纤拉制装置的停机时间显著缩短。

根据本发明的一个实施例，提供一种用于制造光纤预制件的系统，它包括：一预熔滴炉膛，该预熔滴炉膛适于加热光纤预制件并导致将玻璃去除，预熔滴炉膛具有一温度分布，该温度分布基本上与使用在随后过程中从预制件拉制光纤的拉制炉膛的温度分布相同。通过具有基本相同的温度分布，尖端具有如果在拉制装置中进行尖端制备所具有的精确形状。

根据本发明的另一个实施例，提供一种用于制造光纤预制件的系统。该系统包括：一预熔滴装置，该预熔滴装置包括一具有第一温度分布的加热炉膛，该预熔滴装置适于在光纤预制件上提供预先优化的尖端形状；以及一拉制炉膛，该拉制炉膛具有一第二温度分布，该第二温度分布基本上与第一温度分布相同，拉制炉膛适于从具有预先优化的尖端形状的预制件拉制光纤。较佳的是，预熔滴装置包括一感应加热器。最佳的是，预熔滴装置和拉制装置各包括一感应加热器。

根据本发明的另一个实施例，一种用于制造光纤预制件的方法，该方法包括以下步骤：用具有一第一温度分布的感应加热装置对固化的光纤预制件进行加热，以使粘块在热量和重力的作用下掉落；从预制件去除玻璃，直至形成一具有预先优化形状的拉制尖端；以及将预制件送到拉制装置的拉制炉膛。较佳的是，预先优化的形状包括一尖端锥体，该尖端锥体具有约5至约12之间的尖端长度对半径变化的比值，最好是约6至约9之间。本文所用的术语“预先优化”的尖端形状是指已经预成形的尖端，以使其具有与在拉制装置中拉制光纤时它将具有的锥度大致相同的锥体。上述比值代表本发明的预先优化的尖端锥体。

根据本发明的又一个实施例，提供一种用于制造光纤的方法，它包括以下步骤：在多个预熔滴装置内对多个固化的光纤预制件进行加热，每个装置包括一炉膛，该炉膛具有一第一温度分布，以便在多个预制件的每一个上形成具有预先优化的形状的预制件尖端；以及将多个预制件送到多个拉制装置，每个拉制装置包括一炉膛并从其中拉制光纤，多个拉制炉膛各具有一基本上与第一温度分布相同的第二温度分布。因此，通过少量的熔滴装置可以将预先优化的预制件供应给大量拉制装置。

由上可知，应当清楚的是，通过适当地使用预熔滴的预制件，也就是说，具有预先优化的拉制尖端形状的预制件，可以将玻璃纤维拉制装置的停机时间有利地使每次更换预制件减少耗费60分钟。尤其是，由于拉制塔的高温拉制炉膛需要熔化较少的石英玻璃块，这会导致加热时间缩短。此外，初始熔化和光纤拉制之间的过渡阶段所耗费的时间显著减少。因而，拉制塔运行和生产具有产品级质量的光纤的时间更多。这在一分离的预熔滴装置中离线优化拉制尖端时尤其如此。另外，不必移动预制件深入拉制炉膛(由于通常的低进给速率而节约时间)。此外，减少了在拉制塔处用于剥离质量不好的光纤的剥离时间。因而，应当认识到，离线预熔滴代表显著节约时间。

附图说明

下面将结合附图进一步说明本发明。

图1示出了本发明的用于预制件的预熔滴处理的装置的一个实施例的侧视图；

图2示出了固化的预制件在预熔滴之前的示意形状的侧视图；

图3是预制件的没有预熔滴的前端和预熔滴的前端的示意图；

图4示出了本发明的预熔滴炉膛的局部侧剖视图；

图5示出了本发明的方法步骤的流程图；

图6示出了拉制装置在拉制时的局部侧剖视图；

图7示出了将预先优化的预制件供应给多个拉制装置的多个预熔滴装置的示意图。

具体实施方式

图1示意性地示出了用于离线进行预熔滴操作(在除拉制炉膛以外的另一个装置中)的装置。预熔滴装置20用于熔化掉来自预制件22的原始废料石英玻璃块，即，在不适合从其中拉制具有足够产品质量的光纤的预制件端部的玻璃。根据另一个实施例，装置优化预制件22的前端(尖端)形状，以致在传送到拉制塔时，可以更方便地开始拉制光纤。装置20最好包括一感应炉膛24，该感应炉膛最好具有与使用在拉制塔40中的炉膛42(图6)相同的温度分布。预熔滴炉膛24在预制件22上产生一锥形拉制尖端32(图4)，以致在预制件传送到拉制塔时(图6)，急剧减少开始拉制光纤所需的时间。因而，拉制塔可以使用更多时间，以生产具有产品级质量的远程或数据通信光纤。上述时间减少的原因是拉制尖端已经在先前的预熔滴炉膛中形成适当的形状(预先优化)，并且已经去除了所有或大多数废料玻璃。图3示出了没有预熔滴和预熔滴的尖端及其相对尺寸。预先优化的尖端具有一尖端长度对半径变化的比值(从尖端的起点测量到尖端的终点)，该比值较佳地是在约5至约12之间，最好是在约6至约9之间。尖端长度是从与预制件的圆柱形部分相交的锥体的起点测量到预制件的前终端。半径变化是从刚才定义的锥体的起点测量到前终端处的半径。取决于完成预熔滴之后的预制件上发生玻璃碎裂的地方，即，在沿尖端操作人员折断固化的线束的位置处，尖端的直径可以是非常小的，大约是几个毫米至约15毫米。

如图4最佳地所示，预熔滴加热炉膛24具有一圆筒形加热腔室28、包围加热腔室的绝热体30，以及一包围腔室和预制件22并提供用于加热预制件22的前端32的热区60的感应线圈62。设置感应线圈、腔室的尺寸和形状以及绝热体，以使预熔滴炉膛24靠近尖端的温度分布基本上与拉制炉膛42(图6)的温度分布相同。实际上，这可以通过使炉膛的内部构件相同并调整用于任何细微差异的温度控制得以实现。

如图1和图5最佳地所示，通过悬吊升降设备或轨道34以使预制件22大致横向就位，以便如步骤35中所示的那样提供固化的预制件22。预制件22可以直接来自于固化过程或中间保持炉膛。预制件22最好容纳在一载运箱36内，该载运箱包围预制件，以保护其在运送到预熔滴装置20期间免受污染和碰撞。一名操作人员52使预制件22脱离轨道34，并且将预制件安装到从一机动化向下进给装置44延伸的手柄38。向下进给装置44最好安装到一可以垂直移动的滑座46或其它可移动结构。向下进给装置44从滑座46的下端向下延伸，滑座可以沿轨道48垂直滑动，以使预制件随指令升高和降低。

通过一安装到框架54的驱动电动机50来控制预制件22和滑座46相对于装置框架54的总体垂直运动。一旦由操作人员52或53起动，电动机50开始旋转一与轨道48平行的导引螺杆56。导引螺杆56与安装在滑座46中的螺纹部分(图中未示出)协作。导引螺杆56的旋转导致滑座46的垂直位置发生运动，藉此使滑座沿轨道48移动，并因而改变预制件22的垂直位置。在装配预制件22时，滑座46位于虚线所示的位置，并用“A”标注。一旦预制件22适合装载在手柄38上，卸下载运箱36并将其放在旁边，然后使预制件22降低进入预熔滴炉膛24的入口29(图4)，以将预制件22送入预熔滴炉膛24，如步骤37所示(图5)。这可以通过旋转导引螺杆56以使滑座46沿滑动轨道48向下滑动得以实现。

玻璃预制件22向下移动，直到尖端32的最下方部分大致位于炉膛24的热区60内(图4)。图1所示的下方的预制件22被图示成降低进入炉膛24的腔室28。在仅通过热量和重力的作用使尖端32软化到玻璃的小粘块27自预制件22滴下的程度之前，允许预制件22停留于该位置。粘块通过出口31滴落并进入废料。预制件22在炉膛24内的大致位置通过镜子确定。

一旦一小粘块滴落，向下进给装置44驱动预制件22更深地进入热区60，以使整个尖端32(图2)直接位于炉膛24的热区60中。随着预制件22被继续加热，一第二个更大的粘块在热量和重力的影响下滴落。操作人员53用剪刀或其它类似工具拉动更大的粘块，并继续从预制件22剥离具有晶粒或其它缺陷的废料玻璃，并且在其滴落和固化时适当地计算并丢弃废料玻璃。在图5的标注为39的步骤中实现这些粘块去除步骤。然而，应当理解的是，根据初始条件和操作人员提供的剥离率，可能会有一个或多个粘块滴落。在去除了预定数量的玻璃、以使操作人员53确信预制件中出现具有产品级质量的玻璃、可以从该预制件拉制具有可接受的产品质量的光纤以后，停止该过程并从预熔滴炉膛24中移走预制件22。

在预熔滴过程中，炉膛的热区保持约1800℃和2000℃之间的温度，最好是在1900℃和1950℃之间。一旦尖端的末端暴露于热区，通常会在约25分钟内滴落一小粘块27。整个预熔滴过程(包括剥离)耗费约45-50分钟。

在完成预熔滴过程之后，最好将预制件22放回在保护箱36中。然后根据图5的步骤41将预制件22送到一从其中拉制光纤的拉制塔40(图6)。最好通过一悬吊起重机或单轨系统传送预制件22。将预制件22移出载运箱36，使其与拉制炉膛手柄158相连，并且降低进入拉制炉膛42。驱动具有优化的拉制尖端32的预制件22进入燃烧室128的热区160，该燃烧室保持基本上与预熔滴炉膛24的温度分布相同的温度分布。包围预制件22的感应线圈162导致热量进入感受体64，以提供约1800℃-2200℃的热区60。在步骤43(图5)中，通过一牵引机或其它张力提供装置来提供足够的张力，以从预制件22拉制光纤65。光纤65最好具有约0.125微米的直径。如同传统方式那样，然后可以冷却、涂覆光纤65并将其卷绕在筒管上。

根据本发明的另一个实施例，如图7最佳地所示，可以采用多个预熔滴装置220、320以将具有预先优化形状的尖端的预制件供应到多个拉制装置240、340、440、540。由于预熔滴步骤所耗费的时间通常少于从预制件拉制光纤的时间，因此预熔滴装置的数量少于拉制装置的数量。根据该方法，在多个预熔滴装置220、320内对多个固化的光纤预制件进行加热。每个装置220、320包括一图4所示的感应炉膛，该感应炉膛具有一第一温度分布，以便在多个预制件的每一个上形成具有预先优化形状的预制件尖端。类似地，多个拉制装置240-540中的每一个包括一上文所述的感应炉膛。

通过任何一条图示路径(a-h)将具有预先优化尖端的预制件运送到多个拉制装置240-540。因而，应当认识到的是，任何预熔滴装置可以供应任何拉制装置。根据本发明，多个拉制炉膛240-540各具有一第二温度分布，该第二温度分布基本上与第一温度分布相同。因而，可以使用少量预熔滴装置将预先优化的预制件供应到大量拉制装置。应当认识到的是，尽管图示了两个预熔滴装置和四个拉制装置，但可以根据生产需要的规定采用更少或更多的拉制装置。此外，可以使用更多的预熔滴装置。

本技术领域的普通技术人员应当清楚的是，在不背离本发明的范围的情况下，可以对本发明作出多种修改和变型。因而，本发明应当覆盖在所附的权利要求书及其等价物的范围内提供的修改和变型。

Claims (22)

1.一种用于制造光纤的系统，它包括：

(a)一预熔滴装置，所述预熔滴装置包含一具有第一温度分布的炉膛，所述预熔滴装置适于在光纤预制件上提供预先优化的尖端形状，以及

(b)一拉制炉膛，所述拉制炉膛具有一第二温度分布，该第二温度分布基本上与第一温度分布相同，所述拉制炉膛适于从具有预先优化的尖端形状的预制件拉制光纤。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预熔滴加热炉膛包括一感应加热器。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预熔滴加热炉膛和一用于从预制件拉制光纤的拉制装置各包括一感应加热器。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预熔滴炉膛包括一约1800℃至2000℃之间的温度。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预熔滴炉膛包括一约1900℃至1950℃之间的温度。

6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预先优化的尖端形状包括一尖端锥体，该尖端锥体在整个尖端长度中具有约5至约12之间的尖端长度对半径变化的比值。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预先优化的尖端形状包括一尖端锥体，该尖端锥体在整个尖端长度中具有约6至约9之间的尖端长度对半径变化的比值。

8.一种用于制造光纤预制件的系统，它包括：

一预熔滴炉膛，所述预熔滴炉膛适于加热光纤预制件并导致将玻璃去除，所述预熔滴炉膛具有一温度分布，该温度分布基本上与使用在随后过程中从预制件拉制光纤的拉制炉膛的温度分布相同。

9.一种用于制造光纤预制件的系统，它包括：

一预熔滴炉膛，所述预熔滴炉膛适于加热光纤预制件，并导致将玻璃去除，以便在预制件上形成一预先优化的拉制尖端，所述预熔滴炉膛具有一温度分布，该温度分布基本上与从预制件拉制光纤的一单独的拉制炉膛的温度分布相同。

10.一种用于制造光纤预制件的方法，它包括以下步骤：

(a)用具有一第一温度分布的感应加热装置对固化的光纤预制件进行加热，以使一粘块在热量和重力的作用下掉落，

(b)从预制件去除另外的玻璃，直至形成一具有预先优化的尖端形状的拉制尖端，以及

(c)将预制件送到拉制装置的拉制炉膛。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括将预制件暴露在拉制炉膛内的第二温度分布，该第二温度分布基本上与第一分布相同。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，通过至少一个包围预制件的感应加热器来完成加热步骤。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，预先优化的形状包括一尖端锥体，该尖端锥体沿尖端长度具有约5至约12之间的尖端长度对半径变化的比值。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，预先优化的形状包括一尖端锥体，该尖端锥体沿尖端长度具有约6至约9之间的尖端长度对半径变化的比值。

15.如权利要求10所述的系统，其特征在于，感应加热装置包括约1800℃至2000℃之间的一温度。

16.如权利要求10所述的系统，其特征在于，感应加热装置包括约1900℃至1950℃之间的一温度。

17.一种制造光纤预制件的方法，它包括以下步骤：在从拉制炉膛中的预制件拉制光纤之前，  在一与拉制炉膛相分离的预熔滴加热炉膛中对预制件的尖端进行加热，以便在预制件上形成一预先优化的拉制尖端，以及使预熔滴炉膛的温度分布基本上与拉制炉膛的温度分布相同。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，预先优化的拉制尖端包括一尖端锥体，该尖端锥体沿尖端长度具有约5至约12之间的尖端长度对半径变化的比值。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，预先优化的形状包括一尖端锥体，该尖端锥体沿尖端长度具有约6至约9之间的尖端长度对半径变化的比值。

20.一种用于制造光纤的方法，它包括以下步骤：

在一预熔滴装置内对一固化的光纤预制件进行加热，该预熔滴装置包括一感应炉膛，该感应炉膛具有一第一温度分布，以形成预先优化形状的预制件尖端，以及

将预制件送到一拉制装置，该拉制装置包括一感应炉膛并从其中拉制光纤，该拉制炉膛具有一基本上与第一温度分布相同的第二温度分布。

21.一种用于制造光纤的方法，它包括以下步骤：

在多个预熔滴装置内对多个固化的光纤预制件进行加热，每个预熔滴装置包括一感应炉膛，该感应炉膛具有一第一温度分布，以便在多个预制件的每一个上形成预先优化形状的预制件尖端，以及

将多个预制件送到多个拉制装置，每个拉制装置包括一感应炉膛并从其中拉制光纤，多个拉制炉膛各具有一基本上与第一温度分布相同的第二温度分布。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，预熔滴装置的数量比拉制装置的数量少。

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