CN1931757B - 光纤抽丝过程及控制的方法 - Google Patents

Abstract

本发明光纤抽丝过程及控制的新方法不仅提供鲁棒直径控制的光纤，而且提供光纤抽丝过程新的技术方案。抽丝过程是在张力下从正在加热和熔化的预制棒抽丝成光纤。鉴于抽丝过程正变得越来越快，预制棒尺寸变得越来越大，为了在变化的参数下和不确定的环境变化下确保光纤质量和抽丝过程性能的鲁棒性，本发明的特征是采用预制棒外径检测位于加热炉上方(的-安全)处，裸光纤外径检测-次或两次，如检测恰在涂层阶段前的裸光纤的外径，抽丝过程是根据所检测数据偏离各自的预选值来鲁棒地控制。

Description

光纤抽丝过程及控制的方法

本申请是一分案申请，原申请号：021249717，原申请日：2002年6月28日原申请发明名称：光纤抽丝过程中鲁棒直径控制的光纤 

001一.发明的技术领域 

002本发明涉及光纤和光纤的抽丝过程，特别是光纤抽丝过程鲁棒直径控制方法及其产品鲁棒直径控制的光纤。 

003二.发明的背景技术 

004光纤抽丝过程是光纤制造过程中的一个重要阶段。一个传统的光纤抽丝过程是如下所述：一根光纤预制棒被缓缓地送入一个炉子，在那里预制棒的端部被加热至约2000℃软化。软化了的玻璃形成一个下垂的玻璃小珠，从炉子区下垂通过抽丝过程的其他阶段，外径测量，光纤冷却，光纤涂膜，涂层的同心度测量，精工，涂层直径测量，光纤抽丝绞盘，验收测试，然后被缠绕到收紧的卷桶上。刚离开炉子并尚未触及的光纤被称作“裸光纤”。通常所要求的光纤直径是在保持炉温和预制棒送入速度不变下通过变化光纤抽丝速度来控制。这是通过利用一种非接触方法监测刚离开炉子的光纤直径来完成。例如激光散射方法(James J.Refi，Fiber Optic Cable-A Light Guide)。然后，控制器利用这个直径测量输出信号自动地调整抽丝绞盘的速度以达到正确的外径。 

005参见附图11所示的这个传统的抽丝过程(James J.Refi，Fiber Optic Cable-A Light Guide)。光纤预制棒2在加热炉3中熔化，由绞盘13牵伸而形成光纤5。裸光纤5的外径是由一个外径检测装置20检测，其位置就恰为位于加热炉3的下面。此后，光纤5由一涂层装置6涂上一层树脂，然后被牵引通过一个树脂精工炉9(或紫外灯区)。来自于测量的外径被反馈至牵伸绞盘13的牵引速率控制系统，进而控制光纤的外径(通常是125微米)。 

006直径检测装置被安置的位置还未被认为重要的。如日本专利KOKAI 295260/1986所示，装置通常是位于紧挨抽丝加热炉的下方，为了减小时间滞后和增加控制增益。 

007已经注意到在抽丝过程中光纤的抽丝速率是显著地被增加从一传统的抽丝速率100米/分级到1000米/分。当在传统过程中采用如此高的抽丝速率，已经发现最后的光纤外径是极端的小于检测装置20(直接安置在加热炉下方)所检测的直径。为了达到光纤直径的要求，美国专利5073179/1991提出一个修正的抽丝过程(图10)，其中尚未涂层的光纤5的外径是在位置30被检测；在位置30光纤的外径在拉伸中的收缩率不大于0.5％，更可取的0.5％至0.3％，并且拉丝条件是由在位置30处的测量直径偏离预先选定的外径的偏差所控制。在此所用的术语“收缩率”是指在检测位置的光纤直径和结束收缩的光纤直径的差的比例。 

008检测装置30所安置的位置是基于下列方程(1)和实验估计的光纤温度来决定的： 

T(Z)＝T(O)+(T(S)-T(O))e^-aZ/V(F)(1) 

其中T(O)是室温(℃)，T(S)是光纤刚离开炉子的温度(℃)，Z(m)是从炉子出口至光纤外径被检测位置的距离，V(F)是抽丝速率(或者线性速度)(米/分)，“a”是一由直径，光纤指定的热量，以及光纤和大气之间的热传导确定的常数。对于实验，首先通过改变测量装置的位置来得到在图10位置30处测得的外径和真正完成的外径的差别。然后，建立外径测量差和检测位置30之间的关系。最后，位置30被定于一位置其外径测量差小于0.5％，在0.5％至0.3％。与早期的传统方法比较，这个方法提供了一个较好的结果。但是，这光纤的直径仍然没有鲁棒控制，由于众多的扰动因素：参数摄动和环境的变化，特别是抽丝速率程度的变化。 

009这个美国专利5073179方法也描述了其费时为了测定光纤的外径，在低抽丝速率小时，外径的检测是由检测装置在一个接近炉子的位置31；而当速率增加时，检测是在低于先前位置的另一位置32执行。另一替换方法是仅用一个检测装置，其能够沿着光纤根据抽丝速率而移动位置。如上所述，已收缩了的 光纤外径的绝对值是检测其收缩率在0.5％范围内，凭此生产拥有较好尺寸精度的光纤。但是，这光纤的直径仍然没有鲁棒控制，这个方法并不鲁棒地维持高精度，由于如上所述的众多扰动因素。 

0010更进一步从方程(1)注意到抽丝速率V(F)愈快，光纤的温度在一固定位置Z处的温度愈高。当抽丝速率增加时，即从100米/分到300米/分，注意到外径检测装置的位置在这种方法中被改变。于是，必要的调整是需要的，从检测装置中找到合适的位置，使之在予选择的0.5％至0.3％收缩率范围内。 

0011美国专利5443610/1995承认在预制棒端部对裸光纤的光纤直径测量，即位于炉下采用干涉技术对于光纤直径的良好控制是不足够的，鉴于带有伸张速率的预制棒端部的波动误差。不同于美国专利5073179移动直径尺寸检测装置使之进一步远离炉子当速率增加时，美国专利5443610结合这第一测量信号与在涂层装置之后的涂层后的光纤直径的第二测量信号来减小这种误差对整个的控制信号。但是，美国专利5333610和5073179一样仍然没有最后的裸光纤直径的高精度测量。 

0012注意到当光纤外径变化时，由于污染的存在，例如显微的粒子，外径的变化被外径检测装置检测到。但是，如果气泡或类似存在于光纤预制棒中跨越一定的长度，当抽丝时，牵伸绞盘13的牵伸速率是被适当地替换以维持光纤5的一致外径。于是，外径检测装置20不能检测到光纤5的不规则部位。但是，当光纤抽丝时，气泡可能塌陷，尽管外径是被控制的。结果光纤芯变畸形和增加传输损耗。美国专利5449393/1995采用一个反馈控制基于检测一个预设定时间长度的牵伸速率的不规则变化。 

0013为了响应激烈的市场需求，光纤的抽丝过程变成一个高速生产率的过程。预制棒变得愈来愈大，抽丝过程中光纤的抽丝速度变得愈来愈快。当预制棒变得愈来愈大，预制棒直径偏离预选的直径一单位偏差将带来更大的横截面变化和进一步一更大的预制棒质量的偏差偏离预选的值。 

0014由于众多的物理和化学因素以及环境变化，预制棒不仅有其本身的外径波动，并有不同预制棒间的外径波动。于是，不同预制棒的直径是不一致的，并且同一预制棒的直径在不同部位是不一致的。 

0015已知光纤直径波动的两个主要起因是炉温的波动和预制棒外径的波动。前者常造成光纤直径的短期波动，而后者常引起光纤直径的长期波动。于是在抽丝过程控制系统中为了得到更可取的裸光纤直径，知道预制棒的直径对绞盘牵引速度控制是重要的，并且对预制棒送入机械控制也是重要的。但是，在传统的光纤抽丝过程中没有预制棒直径检测步骤及其装置。 

0016找到一个新方法既解决测量时滞问题又解决收缩率问题仍然是重要的。也就是传统的方法必须或牺牲精确测量或及时的反应，因为只有一个外径检测器20或30对于裸光纤5检测。 

0017进一步应注意到没有一个传统方法企图监测完成了的裸光纤直径，而这实际上是一重要的性能指标。但是为了以最高的精度控制裸光纤的确切外径，从控制系统的观点来看，在线测量裸光纤的完成的外径对于产生反馈信号于整个控制系统不仅是重要的而且是必要的。 

0018随着对光纤直径精度的要求不断提高，最小化直径的波动变得重要，更好光纤间连接结果变得需要，一个改善光纤的外径精度的过程发展是十分期望的。鉴于材料的波动，预制棒的参数摄动，加热炉中的扰动和环境的变化，光纤需要一个鲁棒的光纤抽丝过程以生产鲁棒直径控制的光纤。 

0019总而言之，目前的现有技术中，当前的光纤抽丝过程缺乏对光纤直径的鲁棒控制高性能。 

0020三.发明内容

0021本发明的一个目的是提供一个抽丝过程的生产方法确保光纤直径绝对值高精度的光纤。进而，本发明的一个目的是提供高度鲁棒直径控制的光纤。 

0022发明人最近也已在美国申请了此发明专利(美国专利申请号09/989799，2001/11/20)。 

0023本发明的生产技术方法与当前技术方法不同之处在于新设的重要的检测(传感)器，以采集必要的信息数据，提供给光纤抽丝生产过程控制，以生产鲁棒控制的光纤。详见下述： 

0024高性能的光纤抽丝过程的要求包括如下： 

●一致的光纤直径如工业所需，例如通常的125微米对玻璃； 

●一致的涂层使之涂层光纤的直径例如250微米； 

●光纤和涂层的同心度； 

●一常数张力以满足机械张力和避免显微曲折； 

●一高速的生产过程以达到高的生产率。 

0025光纤的直径对于减少光传输损耗是非常重要的。一个重要的事项是获得高质光纤具有指定的光纤直径和所需的光纤直径精度。大多生产的光纤直径为125微米，其偏差小于1微米，以达到光缆和拼接的要求。当然，光纤直径的偏差愈小，也就是光纤直径的精度愈高，光纤的性能愈好。在光纤抽丝过程中，光纤的直径受到许多因素的影响。主要的因素包括加热炉温的波动，预制棒直径的波动，绞盘牵伸的速度，和预制棒的送入速度。 

0026众所周知，在稳定的光纤抽丝过程中，裸光纤的尺寸相对于预制棒的尺寸是由光纤抽丝速度相对预制棒送入速度决定，如下方程(2)所描述： 

v_d＝v_f·(D²/d²)(2) 

其中v_d是光纤抽丝速度，v_f是预制棒送入速度，D是预制棒直径，d是光纤直径。由方程(2)很明显预制棒直径是决定光纤抽丝速度的一个主要因素。注意到光纤预制棒外径是有变化摄动的。因此，在光纤抽丝过程中有一个预制棒直径检测器测量预制棒直径D以确保完成了光纤直径d的高精度是重要的。但是，目前的现有技术中没有预制棒直径检测。 

0027进而注意到由于上述的为了高生产率的一个高速抽丝过程的要求，预制棒变得愈来愈大在直径上和长度上。假设预制棒直径有一个摄动ΔD。为了维持严格的相同光纤直径d，光纤抽丝速度应有一个调整量Δv_d和预制棒送入速度应有一个调整量Δv_f如下： 

Δv_d＝[v_f·(2D·ΔD+ΔD²)+Δv_f·(D+ΔD)²]/d²(3) 

此是由方程(2)推导所得。于是当预制棒的直径变得更大，一个相同的摄动ΔD需要一个更大的光纤抽丝速度调整量Δv_d或者一个更大的预制棒送入速度调整量Δv_f以维持严格所需的光纤直径d。这就证明了当预制棒直径变得更大时，更需要一个预制棒直径检测器在光纤抽丝过程中面对预制棒直径的波动。但是，目前的现有技术中没有预制棒直径检测。 

0028总之，在光纤抽丝过程中有一个预制棒直径检测器测量预制棒直径D以确保完成了光纤直径d的高精度是重要的。 

0029本发明的特征首先是在光纤抽丝过程中采用一个预制棒外径检测器。其可位于在炉中熔化步骤之前的位置，通常可在一紧挨炉上方的安全位置。 

0030此新的预制棒外径检测提供有用的预制棒外径信息，不仅有关其外径波动而且有关预制棒端部形状，给光纤抽丝速率控制和预制棒在光纤抽丝过程中送入机械控制。 

0031这是本发明的一个重要部分对于鲁棒直径控制的光纤。尤其随着预制棒变得愈来愈大，对鲁棒控制光纤直径精度这个测量变得更十分重要。特别鉴于预制棒外径的波动是影响光纤直径精度的一个主要起因。 

0032注意到光纤正在形成和显著的改变其尺寸的地方是在加热炉区域。于是安置预制棒检测器的地方应该是尽可能地接近加热炉。如果对于检测器位置有限制，这就是检测装置不应直接受到炉上方的强烈热辐射光以避免被加热至一显著的高温。这样的安排应该减小预制棒直径的超前时间以比较在炉内正在熔化和抽成光纤处的直径。对一个高精度控制，这也可节省控制系统的存储器大小。 

0033为了鲁棒地控制最终完成的光纤直径达非常高精度，必须检测在涂层之前的最终完成的裸光纤的直径。其理由如下： 

1.首先，这是严格的完成了的光纤直径提供一个对光纤生产的严格的裸光纤直径记录； 

2.其二，它可避免任何传统的“超前”直径检测估计误差对光纤的严格直径； 

3.其三，它可进一步避免任何受制于污染，气泡之类滞留在光纤预制棒跨越某一长度的影响造成的当光纤抽丝和收缩等的检测误差。 

0034从控制的观点来看，测量裸光纤的完成了的外径不仅是必须的而且是重要的，为了严格控制裸光纤的外径，然后利用这确切的裸光纤外径偏离预设直径值来进行反馈控制。这意味着检测应该位于一个在涂层之前的位置。但是当前的传统方法没有这种裸光纤的外径测量。 

0035于是本发明的另一个特征是在光纤抽丝过程中采用一个外径检测器检测这严格的完成了裸光纤直径。这严格的完成了裸光纤直径检测是本发明对鲁棒直径控制的光纤的另一部分。 

0036这是一个紧挨涂层装置之上的安全位置的外径测量器。它不仅提供一个严格在线测量最后裸光纤外径，而且提供一个重要的反馈信号给抽丝过程控制以调节其绞盘速度。因为最后的裸光纤直径是一个所需的控制变量和一个重要的所需性能指标。这个检测位置对于不同的抽丝速度不需要任何调整。于是，这避免了收缩率的计算和实验为这外径检测器寻找一个合适的位置。对于检测位置，仅需要考虑的是最接近涂层装置并且对检测器安全。最后这个检测提供了完成的裸光纤的最高精度的外径检测在任何位于涂层之上的可能检测之中。它最大地减小了测量值和真正的最后裸光纤的外径之间的偏差。 

0037因为预制棒的端部的主要尺寸变化区域以形成光纤是在(加热)炉内的加热区，所以有一个外径检测器紧挨炉下方是更好地以减小信号的时滞对控制系统。 

0038为了解决时滞问题和对光纤的高精度测量需求，本发明可保留一个传统的外径检测于一个紧挨炉下方的安全位置。理由是在各种可能的炉下方检测中其有最小时滞，利用这个检测信号在光纤抽丝过程中面对炉温的波动，湿度的波动和炉内尘粒。 

0039于是，如对这个检测器位置有限制，这就是检测器不应直接受到来自加热炉下方的强烈热辐射光以避免被加热至一显著的高温。 

0040在本发明中，来自预制棒外径，刚离开炉子的裸光纤直径和恰在涂层前的裸光纤直径的测量信号被反馈给光纤抽丝过程控制系统去鲁棒控制绞盘的牵伸速度和预制棒送入机械的送入速度。 

0041按照本发明提供一个生产光纤的抽丝过程，其特征是如下：光纤抽丝自一个经外径检测的预制棒，经由加热和熔化预制棒，在张力牵伸下形成光纤(丝)，在那里尚未涂层的光纤外径在不同的位置被检测，一个是紧挨炉子下方的安全处，而另一个是紧挨涂层装置上方的安全处。对完成的裸光纤，抽丝状况是被来自所有检测装置的测量数据鲁棒控制的。 

0042在本发明中，控制规律的一种选择可以是，但并不限于，基于将进入涂层阶段的裸光纤的测量直径的偏离指定外径的偏差，裸光纤离开炉子时的检测直径偏离预选的外径的偏差，和进入炉子的预制棒被检测的外径偏离一预选外径的偏差。它可以是基于上述提及的直径监测器中当前测量的波动数据和一定时段的测量历史数据。 

0043在本发明的一个可取的实施方式中，光纤温度在紧挨涂层装置上方的裸光纤外径检测处是远低于光纤材料的玻璃软化点。 

0044在本发明的另一个可取的实施方式中，从预制棒的抽丝速率(或称线性速度)是依据上述的偏差而变化，以控制光纤的外径。 

0045本发明的变形可以是一个组合包括在本发明中的任何部分的发明和任何当前传统光纤抽丝方法，或者是任何当前传统光纤抽丝方法的混合。 

0046当在抽丝加热炉和涂层装置之间选用两个外径检测时，第一个检测装置可以位于紧挨炉后的一个安全位置，而第二个检测装置可以位于紧挨涂层上方的一个安全位置。 

0047当在炉子和涂层装置之间选用一个外径检测时，检测装置可以位于一个可调整的位置，或者在一个紧挨涂层步骤之前的一个位置，或者在一个光纤外径收缩率在牵伸时不大于裸光纤外径精度的要求，或在一个紧挨抽丝加热炉下方的一个安全位置。 

0048本发明包括光纤抽丝过程的控制基于全部或部分上述检测数据，和/或者全部或部分传统测量数据，例如，来自位于外径收缩率当牵伸不大于0.5％之处，或可取0.5％至0.3％之处的外径检测装置，或来自位于紧挨炉子下方的外径检测装置。但是由上述，这是一种面临各种因素，包括炉温的波动，预制棒外径波动和裸光纤外径的波动的鲁棒控制。 

0049本发明提供更高质量的光纤，其带有非常高直径精度的鲁棒控制的直径。 

0050本发明进而降低光传输损耗，并可大大提高光纤拼接性能，进一步减少传输损耗。 

0051本发明也能改善光纤的强度鉴于光纤的鲁棒控制的直径和鲁棒平稳的抽丝过程由于来自上述发明的在线的裸光纤和预制棒的外径检测的控制系统的贡献。 

0052本发明提供的鲁棒平稳的抽丝过程可大大提高生产过程效率，可靠性，减少损失。 

0053四.附图说明

0054全部附图如下： 

图1.鲁棒直径控制的光纤抽丝过程图 

图2.另一个鲁棒直径控制的光纤抽丝过程图 

图3.带一个裸光纤直径检测器的鲁棒直径控制的光纤抽丝过程图 

图4.带一考虑光纤收缩率的裸光纤直径检测器的鲁棒直径控制的光纤抽丝过程图 

图5.带一考虑光纤收缩率在一个可调位置的裸光纤直径监测器的鲁棒直径控制的光纤抽丝过程图 

图6.带一挨近加热炉的裸光纤直径监测器的鲁棒直径控制的光纤抽丝过程图 

图7.带两个裸光纤直径监测器的鲁棒直径控制的光纤抽丝过程图 

图8.另一个带两个裸光纤直径监测器的鲁棒直径控制的光纤抽丝过程图 

图9.监测直径的光纤抽丝过程图 

图10.光纤抽丝过程图(当前技术1) 

图11.另一个光纤抽丝过程图(当前技术2) 

0055图中数字符号的说明如下： 

1预制棒送入机械 

2光纤预制棒 

3加热炉 

4光纤冷却装置或是光纤自然冷却距离 

5裸光纤(位于炉子和冷却装置之间的裸光纤) 

6涂层装置(树脂涂层装置的染器) 

7涂层后的光纤 

8涂层同心度检测器 

9精工炉或灯 

10预制棒外径检测器 

11完成了涂层的光纤 

12涂层直径检测器 

13光纤抽丝牵伸绞盘 

14检验测试(如强度测试) 

15缠绕收紧的卷桶(光纤缠绕装置) 

20热炉下方的裸光纤外径检测器 

30裸光纤外径检测器(＜0.5％收缩率处) 

31裸光纤外径检测器(慢速抽丝) 

32裸光纤外径检测器(高速抽丝) 

40完成了的裸光纤外径检测器 

0056下面给附图作进一步的说明。 

0057图1是显示一可取的本发明实施方式的纲要图，其特征在于其中一个外径检测器位于紧挨炉子上方提供预制棒外径数据给控制系统；一个外径检测器位于紧挨炉子下方提供裸光纤的外径数据给控制系统；以及一个外径检测器位于紧挨涂层装置上方提供完成的裸光纤的外径数据给控制系统。 

0058图2是显示本发明另一实施方式的纲要图，其中一个外径检测器位于紧挨炉子上方提供预制棒直径数据给控制系统；一个外径检测器位于紧挨炉子下方提供裸光纤外径数据给控制系统；以及一个外径检测器位于收缩率为0.5％-0.3％区域提供裸光纤外径估计的完成直径误差在0.5％-0.3％给控制系统。 

0059图3是显示本发明的另一实施方式纲要图，其中一个外径检测器位于紧挨炉子上方提供预制棒直径数据给控制系统；和仅有一个裸光纤外径检测器位于涂层装置上方提供完成了的裸光纤外径数据给控制系统。 

0060图4是显示本发明的另一实施方式的纲要图，其中一个外径检测器位于紧挨炉子上方提供预制棒直径数据给控制系统；和仅有一个裸光纤外径检测器位于一收缩率在0.5％-0.3％的位置，处于炉子和涂层装置之间提供一估计完成裸光纤直径误差范围在0.5％-0.3％的裸光纤外径数据给控制系统。 

0061图5是显示本发明的另一实施方式的纲要图，其中一个外径检测器位于紧挨炉子上方提供预制棒直径数据给控制系统；和一个光纤外径检测器位于一位置31或32，在此当抽丝速率小时，其位于31，而当抽丝速率大时，其位于32。换而言之，仅用一个外径检测器于裸光纤检测，它能按照抽丝速率沿着光纤移动调整。 

0062图6是显示本发明的另一实施方式的纲要图，其中一个外径检测器位于紧挨炉子上方提供预制棒直径数据给控制系统；和仅有的外径检测器紧挨炉子下方提供刚离开炉子的裸光纤外径数据给控制系统。 

0063图7是显示本发明的另一实施方式的纲要图，其中包括两个在线裸光纤外径检测器：一个位于紧挨炉子下方提供裸光纤外径数据给控制系统；另一个位于紧挨涂层装置上方提供完成了的裸光纤外径数据给控制系统。 

0064图8是显示本发明的另一实施方式的纲要图，其中包括两个位于炉子和涂层装置之间的在线外径检测器：一个位于紧挨炉子下方提供裸光纤外径数据给控制系统；另一个位于一位置其光纤收缩率在0.5％-0.3％之间，提供估计完成了裸光纤直径误差范围在0.5％-0.3％的裸光纤外径数据给控制系统。 

0065图9是显示本发明的一实施方式的变形的纲要图，包括仅有一个在线外径检测器位于紧挨涂层装置上方提供完成了的裸光纤外径数据给控制系统。 

0066图10(当前技术)是一纲要图，说明一改进了的传统光纤抽丝过程(参见美国专利5073179)。 

0067图11(当前技术)是说明一传统的光纤抽丝过程的纲要图(参见James J.Refi，Fiber Optic Cable-ALight Guide)。 

0068五.具体实施方式 

0069优选的实施方式最好考虑所有三个直径检测的信号：来自预制棒直径检测，第一裸光纤直径检测和第二完成了的裸光纤直径检测的信号，然后以产生光纤抽丝速度控制信号和预制棒送入控制信号。 

0070另也可见仅结合上述的第一裸光纤直径检测和第二完成了的裸光纤直径检测信号生成一综合的控制信号，也比描述在美国专利5443610中的当前技术为好。本发明有利于鲁棒控制光纤直径，即裸光纤直径。 

0071本发明的优选的实施方式被描述在下述图示中，在光纤抽丝过程中带有上述的三种检测器的不同组合以产生鲁棒直径控制的光纤。 

0072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。图中的数码表示参见前述。 

0073图1显示本发明的一个最优选的实施方式。预制棒[2]在炉子中加热和熔化，被在张力下牵伸成光纤[11]，光纤是由绞盘[13]牵伸和缠绕上卷桶[15]，其安装在缠绕装置上。其特征在于预制棒检测器[10]位于紧挨炉子上方安全之处以减小时超；裸光纤检测器[20]是位于一紧挨炉子下方的安全之处以减小时滞；而裸光纤检测器[40]是位于紧挨涂层装置上方的安全之处以对完成了的光纤提供十分高精度的外径测量。 

0074一般来说，预制棒的外径是在炉子逐渐变小按照预制棒温度的轴向变化(所以，预制棒材料的粘度变化)。进而，预制棒收缩部分的尺寸依赖于抽丝的速率。当抽丝速率增大，裸光纤的外径和在炉子出口处的光纤温度都增大。当然，控制完成了的裸光纤外径取决于预制棒的直径，抽丝加热炉的结构参数，如加热区长度，炉子出口尺寸，惰性气体的流速和种类，以及裸光纤的直径。于是在光纤抽丝过程中，检测器[10]测量预制棒的外径，检测器[20]测量正在离开加热炉的裸光纤的1外柽，而检测器[40]测量正在进入涂层装置的完成了的裸光纤的外径。 

0075然后，其特征是所有这些测量数据被送入一(综合)鲁棒控制系统结合在一起以生成光纤抽丝速率控制信号给绞盘[13]和生成预制棒送入速度控制信号给预制棒送入机械[1]。 

0076于是，一个拥有更好的光纤外径精度的光纤生产出来了。此光纤外径是被鲁棒控制的。 

0077可见，本发明在抽丝速率变得越来越快的光纤抽丝中是十分有效的。 

0078图2显示本发明的另一实施方式，其中在涂层阶段之前的三个外径检测器是预制棒检测器[10]位于炉子之上安全处，裸光纤直径检测器[20]位于炉子下方之安全处，和裸光纤的第二个检测器[30]位于一处其收缩率小于0.5％(0.5％-0.3％如美国专利5073179所述)。鲁棒控制系统得到来自这些直径检测器的反馈信号，并控制光纤抽丝速率和预制棒的送入速度以生产鲁棒直径控制的光纤。 

0079图3显示本发明的第三个实施方式，其中在涂层阶段之前的两个外径检测器是预制棒检测器[10]紧位于炉子之上安全之处，和一完成的裸光纤外径检测器[40]紧位于涂层装置之上。它们提供控制系统反馈信号给光纤抽丝控制系统以生产高质量光纤。 

0080图4显示本发明的第4个实施方式其中在涂层阶段之前的两个外径检测器是预制棒直径检测器[10]紧位于炉子之上方安全之处，和检测器[30]位于收缩率小于0.5％之处。控制系统收集这些测量数据和决定光纤抽丝速率和预制棒送入速度。 

0081图5显示本发明的第5个实施方式，其让图4中的检测器[30]能按抽丝速率高低调整位置。在图5中，当抽丝速率低时，外径检测由检测器[31]执行；而当速率高时，外径检测由检测器[32]执行。另一方案是仅用一个检测器，它可沿光纤按抽丝速率移动。图5的其余部分与图4的相应部分是相同的，例如检测器[10]。 

0082图6显示本发明的第6个实施方式，其中位于涂层阶段之前的两个外径检测器是预制棒外径检测器[10]位于炉子之上方安全之处，和裸光纤外径检测器[20]紧位于炉子之下方之安全之处。控制系统收集这些测量数据和决定光纤抽丝速率和预制棒送入速度。 

0083检测器[20]有最小的时滞比起检测器[30](或[31]或[32])，特别当抽丝速率小时。检测器[30]提供更高精度的光纤外径测量比检测器[20]，当抽丝速率高时，但是检测器[40]有更高的完成了的裸光纤外径测量精度，即最高精度的光纤玻璃的直径。 

0084图7显示本发明的第7个实施方式。其中在炉子[3]和涂层装置[6]之间有两个外径检测器，但没有位于炉子之上的预制棒外径检测器。这儿，两个检测器是如前面所的检测器[20]和[40]在各自的位置上。这个方法以一更好的方法解决了在美国专利5443610中所描述的问题。因为检测器[40]能比美国专利5443610中传统的检测器[30]提供更高精度的完成的裸光纤的外径测量，而检测器[20]能比美国专利5443610中的检测器[30]提供更小的时滞时间检测。 

0085图8显示本发明的第8个实施方式。在图8中，选择了检测器[20]和检测器[30]或[31]或[32]。它们分别位于上面所述的各自位置。这个方法能提供控制系统来自检测器[20]的较小时滞的裸光纤外径信息，以及来自检测器[30]或[31]或[32]的裸光纤外径信息。这实际上是一个结合两个当前分开的传统方法在一起的新方法，比任一单个传统的方法有更高精度的光纤外径测量，进而提供更高精度的反馈信号给光纤抽丝控制系统以生产高质量光纤。 

0086图9显示本发明的第9个实施方式。在图9中，抽丝过程只有一个外径检测器[40]位于炉子[3]和涂层[6]之间。此方法可以是一替换方法带有一个优点：精确地检测完成了的裸光纤外径和保留对光纤产品的技术指标记录。但是这个方法付出的代价是对控制系统带来时滞。 

0087最后，图10和图11显示两个光纤抽丝过程的传统方法。 

0088图10只有一个检测器[30](或[31]或[32])检测裸光纤的外径位于一外径收缩率在0.5％-0.3％处(美国专利5073179)。 

0089图11显示仅有一紧位于炉子下方检测器[20]检测裸光纤直径的传统方法。在此位置检测器[20]以没有对裸光纤外径精确测量为代价而达到极小化时滞。(James J.Refi，Fiber Optic Cable-A Light Guide) 

0090最后，应指出对上述的图1-9中所示的本发明实施方式，一强制的光纤冷却装置可以在炉子[3](或检测器[20]，当其在实施方式中被选用时)和涂层装置[6](或检测器[40]或[30]，当其在实施方式中被选用时)之间。由此它们之间的冷却距离可以缩短，并且时滞也可缩短。这样的一种结构是特别可选的，因为它可避免器械的大尺寸和得到一个及时的响应。 

0091如前所述，按照本发明，光纤的外径绝对值不仅能正确测量而且能被鲁棒地控制，凭此可生产带有更好精度的光纤，而面对预制棒直径的波动，加热炉状况的波动，各种扰动和参数摄动，特别是在不断提高抽丝速率的高生产率情况下，在光纤抽丝过程中预制棒的尺寸不断增大的情况下，提高光纤抽丝生产过 程的性能，进而提供高质量和高性能的光纤。于是，本发明提供鲁棒直径控制的光纤在光纤抽丝过程中。 

Claims (8)

1.一种生产光纤的抽丝方法，该方法有下述步骤：

加热和熔化所说光纤的预制棒；

当加热和熔化时，在张力下从所说的预制棒抽丝形成所说的光纤；

在加热和熔化后，对正在抽丝的光纤涂层；

其特征是：

在加热和熔化之后和涂层阶段之前的两处或者多处预先设定的各自的位置上检测所说的光纤的外径，并提供其所测数据给控制系统去控制抽丝过程，凭此以保持所说抽丝过程的高性能和所说光纤的高质量。

2.根据权利要求1所述光纤抽丝方法，其进一步的特征是：

所述的两处或者多处光纤检测是包括在靠近加热炉下方的安全处检测所说光纤的外径，以使从加热和熔化阶段到测量之间有限时滞不大，并在一个光纤外径收缩率在0.5％范围内之处或就在紧挨涂层装置上方的安全之处再检测所说光纤的外径。

3.根据权利要求1所述光纤抽丝方法，其进一步的特征是：

控制系统根据这些检测数据对它们各自预选之值的偏差来控制抽丝速率，凭此以维持在涂层前的所说光纤的最后外径的控制质量，以获得生产过程的鲁棒控制的高性能。

4.根据权利要求1所述的光纤抽丝方法所生产的光纤。

5.一种生产光纤的抽丝过程控制方法，其特征包括下述步骤：

在涂层阶段前两处或者多处预先设定的各自的位置上检测所说的光纤的外径；将其检测数据送入抽丝过程控制系统；产生一个或多个控制信号以控制光纤生产过程，凭此以获得生产过程的鲁棒控制的高性能。

6.根据权利要求5所述的控制方法所生产的光纤。

7.一种生产光纤的抽丝方法，该方法有下述步骤：

加热和熔化所说光纤的预制棒；

当加热和熔化时，在张力下从所说的预制棒抽丝形成所说的光纤；

在加热和熔化后，对正在抽丝的光纤涂层；

其特征是：在涂层阶段之前的两处或者多处预先设定的各自的位置上检测所说的光纤的外径，其中一处检测紧挨涂层装置之上的安全位置处的光纤的外径，并提供此测量数据给一控制系统以控制所说的抽丝过程，凭此保持所说的过程的高性能和生产高质量光纤，其包括对所说光纤的关键质量-即裸光纤的直径的真正的控制质量，以获得生产过程的鲁棒高性能。

8.一种生产光纤的抽丝过程控制方法，其特征包括下述步骤：在涂层阶段之前的两处或者多处预先设定的各自的位置上检测所说的光纤的外径，其中一处检测紧挨涂层装置之上的安全位置处的光纤的外径，并提供此测量数据给一控制系统，产生一个或多个控制信号以控制光纤生产过程，凭此以获得生产过程的鲁棒控制的高性能。

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