CN1868944A - 光纤器件熔融的电加热系统 - Google Patents

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段吉安
帅词俊
侯玲珑
钟掘
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Central South University
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Abstract

一种用于光纤器件熔融的高温电加热系统，本发明由可控硅、变压器、温控器、微加热器、电流表和电压表等部分组成，微加热器由发热体和陶瓷保护层两部分组成，选用超高温特种功能金属陶瓷为发热材料，该加热系统得到的温度场稳定，控制方便，精度高，可达±1℃，同时系统结构简单，使用安全，成本低，寿命长，同时可大大提高光纤器件的产品质量和成品率。

Description

光纤器件熔融的电加热系统
技术领域  本发明涉及一种电加热系统，特别是用于光纤器件熔融的高温电加热系统。
背景技术  熔融拉锥制造工艺是制作光纤耦合器、保偏耦合器、偏振分束器、波分复用器等光纤器件的通用制造方法，目前通常采用火焰加热。其基本工艺过程为：将两根去除涂覆层的单模光纤以一定的方式靠拢，在高温下加热熔融，同时向两侧拉伸，产生一段双向圆锥结构。熔融拉锥制造的光纤器件结构如图1所示。
由图1可以看出，在不同的熔融区光纤器件的拉锥程度不一样，要保持光纤器件在各个区的性能一致性，就必须有一个合适的温度场与熔融拉锥工艺如拉锥速度等匹配，而目前的火焰加热不能解决这个问题，主要因为：火焰加热不稳定，受环境的干扰，容易飘移，从而造成光纤器件的性能一致性差，它还受罐内气体压强的影响，需经常调节两种气体的百分比；火焰的温度调节范围狭窄且难以控制，经常达不到预期的要求；火焰加热会产生[OH]-，它进入光纤会造成光纤器件的损耗加大，降低光纤的可靠性；高纯气体不安全，且价格昂贵。
发明内容  针对火焰加热存在的缺点，本发明设计了一种温度可控、稳定性极好的电加热系统，来提高光纤器件性能及其一致性以及成品率。
本发明的电加热系统采用电阻加热方式，这种加热方式不仅结构简单，容易实现，还有如下优点：能够方便地控制发热体的功率，只要任意改变电流、电压、或者发热体本身的电阻三个参数中的一个或者多个就能改变加热功率，而这些参数的改变容易实现；容易获得理想的温度场；同激光或感应炉加热方式比较，电阻加热受外界环境影响很小，温度波动范围很小，能实现整个系统的自动控制，控制精度高。
本发明的电加热系统由可控硅、变压器、温控器、微加热器、电压表和电流表等部分组成。一般的可控硅能方便地调节电压，但大幅度变压较困难，而变压器能实现大幅度的变压功能但调压很困难，本发明由可控硅和变压器共同构成系统的供电部分，可控硅将普通照明交流电降为较低电压，变压器再将此电压变成微加热器所需工作电压，采用这种组合方式能很好地解决系统调压和变压问题。热电偶测量微加热器的工作温度，同时将其转变为电信号反馈到温控器中。温控器的功能是比较、处理反馈信号，输出控制信号。微加热器是电加热系统的发热部分，选用超高温特种功能金属陶瓷为发热材料，该材料强度和刚度很高，机械加工性能和安装性能都很好，利用这种材料容易加工成所需结构，用来置放加工的光纤，如不同形状的空气槽。电压表和电流表用于手动控制时调节发热体的功率。
陶瓷工艺制造的特种功能金属陶瓷发热材料的工作特点是：在高温氧化气氛中，会生成一层致密的保护膜，阻止氧气与发热材料的进一步氧化，从而能达到1700℃以上的高温。发热体外面有一层陶瓷保护层。
本发明的电加热系统可以采用手动或自动控制方式。由于发热材料在高温下电阻很稳定，在同一电流或电压下，微加热器的温度基本一致，采用手动控制时，只需调节电流或电压到一固定值，就能获得所需温度。采用自动控制时，变压器原边接有可控硅调压模块，变压器副边接有微加热器，通过温控器和热电偶组成一个闭环系统。热电偶测温后产生电信号，反馈到温控器和设定值进行比较后输出，经调压模块触发系统产生比较信号，控制可控硅的导通角，改变变压器的原、副边电压就能改变微加热器的工作电压，从而改变微加热器的功率和温度。
采用本发明所述的电加热系统，可以通过改变发热体的结构，加载电压的大小，得到不同的温度场，满足光纤器件熔融的高温需要。温度的调节范围大，精确高，不易受到外界环境的影响。
附图说明
图1熔锥型光纤器件的结构示意图；
图2本发明的发热体主视图；
图3本发明的发热体左视图
图4本发明微加热器主视图；
图5本发明微加热器剖面图；
图6本发明的温度控流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
微加热器由电极2、发热体3和陶瓷保护层4组成，电极2连接到发热体3，发热体3上面有一置放光纤的空气槽1。制作光纤耦合器时根据其他的工艺参数如拉锥速度调节微加热器的工作电压和功率，得到合适的温度场。将光纤置于发热端高温空气槽中，预热几秒钟，待光纤熔融后向两侧以一定的速度拉伸，在整个过程中温度的控制可以通过手动或自动调节。
通过以上方法设计出的电加热系统已成功应用于光纤耦合器熔融拉锥机中。通过控制输入电压的大小能在室温到1700℃范围内方便地调节温度，温度误差在±1℃之内。使耦合器的损耗由火焰加热时的0.15dB降为0.10dB，分光比离散性由0.5降为0.3，且成品率提高了50％，极大地提高了耦合器的质量。

Claims (3)

1.一种用于光纤器件熔融的高温电加热系统，其特征在于：由可控硅、变压器、温控器、微加热器和热电偶组成，可控硅将普通照明交流电压降为较低电压，变压器再将该电压变成微加热器所需工作电压，温控器将设定温度和热电偶的反馈信号进行比较、处理后输出控制信号，控制微加热器的加热功率，微加热器是系统的发热部件。
2.根据权利要求1所述的高温电加热系统，其特征在于：所述的微加热器由电极(2)、发热体(3)和陶瓷保护层(4)组成，电极(2)连接到发热体(3)，发热体(3)上面有一置放光纤的空气槽(1)。
3.根据权利要求2所述的高温电加热系统，其特征在于：所述的微加热器的发热体(3)是超高温特种功能金属陶瓷发热材料。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication