TWI541550B - 多電極系統 - Google Patents

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TWI541550B
TWI541550B TW103115007A TW103115007A TWI541550B TW I541550 B TWI541550 B TW I541550B TW 103115007 A TW103115007 A TW 103115007A TW 103115007 A TW103115007 A TW 103115007A TW I541550 B TWI541550 B TW I541550B
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伯特 羅
茲樂 梅
萊德 克
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Description

多電極系統
本發明概念係有關光纖的領域；更明確而言，係有關用於接合及剝去光纖之系統及方法。
光纖熔接器普遍使用一放電將光纖充分加熱以將他們熔接在一起。此種放電係產業中已知之「電弧」。然而，根據某些來源，此電流位準的放電不是一真實的電弧，而是產生一熱電漿場的一電暈放電。
最近，相同類型的電弧已被調整用在從光纖剝去塗敷層，並從機械式剝除的光纖清潔殘留的碎屑。電弧正常是在一對電極的銳利尖端之間形成，且該對電極係彼此間隔1毫米(mm)至10毫米(mm)，如圖1A所示。對於一旦要接合多重光纖、及對於較大的直徑光纖而言，需要較大的電極間隔(例如，光纖帶)，如圖1B所示。為了要避免電極實質封閉光纖路徑，一些鉸接器的光學設計亦需要較大的電極間隔「空隙」。
雖然在一些情況中，鈰或釷係與鎢形成合金，但是電極普遍係透過鎢製成。這些元件可降低電極的熱離子工作函數，導致電子更快離開電極的表面。此允許使用一較低初始電壓開始放電。或者，可提供一離子的外部來源以協助開始電弧(例如，透過3SAE Technologies,Inc.公司的離子強化冷電漿技術)。提供具有普通鋼電極且沒有外部電離的一適當電弧是可能的，但是電弧特性的重覆性典型上較差。
施加給電極的電壓可為DC(典型上與較小電極間隔有關聯)或AC(允許在電極尖端之間較大的間距，其可多達10毫米(mm)或更大)。開始放電所需 的電壓係透過帕申(Paschen)定律決定，其係與電極之間的一間隙崩潰電壓、以至在間隙出現的氣體(例如，典型普通氣體)、壓力、濕度、電極形狀、電極材料、與間隙距離的函數有關。將帕申定律應用到此系統所需的許多參數尚非已知，所以鉸接器電弧的小量理論分析已被完成。典型上，初始電壓係根據實驗決定，而且是在5kV至30kV的範圍。
每當電弧被啟動，放電的電漿持續離子化需要比啟動時所施佳者更低的電壓。如同一電路元件的電漿阻抗(即是，施加的電壓與電流比)是不容易預測的。鉸接器電弧被懷疑會在某些頻率與電流位準上呈現負阻抗。這些特性使一鉸接器電弧的「固定電壓」工作非常不容易達成。因此，多數這類系統會受到控制以提供一固定平均電流。此係與監控功率傳遞給放電、與光纖的產生溫度以一合理可預期方式關聯。
提供改變構件以變更傳遞給光纖的弧電源是很有用的，為了要提供正確加熱給不同光纖類型，並補償差異的條件。此可透過改變傳遞給持續電弧(具有上述控制電路)的電流或透過開關電弧脈衝達成。
最普遍的光纖是直徑80微米((m)至125微米((m)(不包括外部塗敷層)，例如在圖1A的顯示。然而，例如高功率光纖雷射的一些應用需要多達1毫米(mm)或更大直徑的光纖。多數熔接器將不接受大於200微米((m)直徑的光纖。特製鉸接器存在於大直徑光纖(Large Diameter Fiber，LDF)，其具有取決於設計特徵的各種不同最大直徑能力。
對於1DF(>600微米((m))光譜的較大端的成功鉸接器典型係使用電阻燈絲加熱或雷射加熱而不是電弧。對於這些較大的光纖而言，光纖材料的介電本質會導致一電弧在光纖的周圍彎曲，而不是在電漿場中包封光纖的整個周圍。如圖1B所示。此會引起光纖的不均勻加熱，造成不良的接合品質。
使用電弧來剝去光纖的裝置亦會遭受不均勻加熱效果。這些「電弧剝離」典型上是將光纖正好放置在電漿場的外部(上面或下面)，所以來自電弧的熱會引起塗敷層的分解。此必然會導致光纖的一端比另一端更熱。對於多數塗敷層而言，這不是問題。然而，一些塗敷層具有供有效移除的相當窄的室溫窗框，並可從更均勻的熱分散而獲得好處。
本申請案依美國專利法第119條(e)款主張以下優先權：美國專利臨時申請案序列號60/976,589，2007年10月2日申請，名稱為「真空中多電極系統」(Multi-Electrode System In A Vacuum)；美國專利臨時申請案序列號60/953,803，2007年8月3日申請，名稱為「用於光纖熔接及改進光纖剝離的三相電弧系統」(Three-phase Arc for Fiber Splicing and Improved Fiber Stripping)；美國專利臨時申請案序列號60/888,691，2007年2月7日申請，名稱為「用於大直徑光纖熔接及改進光纖剝離的三相電弧系統」(Three-phase Arc for Large Diameter Fiber Splicing and Improved Fiber Stripping)。以上各申請案揭露內容已整體併入本案內容做為參考。
本發明提供透過使用多電極來產生電弧以用於一或多個光纖熱處理之系統及方法，其包括(但是未侷限於)：接合、退火、擴散、剝除、尖削、與蒸鍍。此系統及方法在其他應用與背景中亦很有用，例如用於進行光纖耦合。
根據本發明，一多電極系統可為三相系統，其係配置成在環境條件、或在一局部或完全真空中操作。此系統及方法有複數個效益。
例如，當在局部或完全真空提供時，由於消除(或減少)對流，所以此系統及方法提供電漿場的增強高等溫穩定度。相較於傳統的系統及方法，其中在來自電漿的熱上升(在大氣壓)，一向上微風擾動會產生，此會擾亂電漿，並改變電漿的熱平衡或略微改變所要加熱光纖斷面的位置。
而且，當在局部或完全真空中提供時，由於消除(或減少)對流，所以此系統及方法可提供電漿場的增強高等溫範圍。相較於傳統系統及方法，其中在來自電漿的熱上升(在大氣壓)時，它會造成一向上微風擾動，此會擾亂在電極之間的離子尾跡。此崩潰會在空氣造成電漿的不穩定及減退，而在真空或局部真空中是完全穩定。既然空氣是絕緣體，所以在電極之間的介質在真空或局部真空中會實質減少。此介電縮減允許電弧開始及維持在遠低於在空氣中可達成的功率位準。
而且，當在局部或完全真空中提供時，此系統及方法可提供減少電極氧化。透過減少在電漿產生期間出現的氧位準，電極將以一實質較低速率惡 化。
而且，當在局部或完全真空中提供時，此系統及方法可提供燃燒消除。例如丙稀醯胺樹脂(最普通的光纖塗敷層)的一些光纖塗敷層在大氣壓的空氣中是易燃的，且若暴露到一標準電弧是可燃的。當相同的處理在真空或局部真空中實施時，缺乏氧可避免塗敷層燃燒而允許它熱脫落(一處理類似「猝發技術」)。
根據本發明的一態樣，其提供一多電極系統，其包含：一支撐，其係配置成支持至少一光纖；及一組至少三電極，其係配置至少一光纖的附近。當透過該支撐支持時，電極可配置以在相鄰電極之間產生電弧，以在該至少一光纖的外部表面附近產生一實質相同的加熱場。
該至少一光纖可為具有至少大約125微米直徑的至少一大直徑光纖。
電極可以大約至少一光纖的一般角度予以配置。
電弧可為電漿電弧，且加熱場可為一加熱的電漿場。
該系統可進一步包含：一控制器，其配置可使用一或多個的脈衝寬度調變、離子注入與回饋控制來控制電極的輸出。
該至少三電極組可為只有三電極。
該至少三電極組可位在實質垂直於至少一光纖的一平面中。
該至少三電極組的至少二者可位在不同平面。
該實質相同加熱場可產生至少約1600℃的一光纖表面溫度。
該實質相同加熱場可產生至少約3000℃的一光纖表面溫度。
該實質相同加熱場可產生約20℃至約900℃範圍的一光纖表面溫度供剝去光纖。
該實質相同加熱場可產生1200℃加減100℃的一光纖表面溫度。
該至少三電極組可配置在局部或完全真空中。
該等電極可配置在22”至24”Hg真空計，200至150托爾(torr)絕對值。
該局部真空在不超過約400℃的室溫上可為一含氧的局部真空。
該相同加熱場可為具有至少約65℃溫度的一電漿場。
該系統可配置成剝去至少一光纖。
該系統可配置成透過離子氧化來剝去至少一光纖。
該等電極可透過一電極支撐來支承，該電極支撐係配置成調整電極相對該至少一光纖的距離。
該電極支撐可配置成能如同該至少一光纖的直徑功能來自動調整電極至該至少一光纖的距離。
該電極支撐可配置成能如同該至少一光纖是否剝去或接合的功能來自動調整該等電極至該至少一光纖的距離。
該等電弧可在一旋轉的相位序列中啟動。
該用於啟動電弧的頻率可足夠高，該至少一光纖與周圍空氣的熱電時間常數係實質比電弧的振盪週時段更長。
該系統能更進一步地包含一或多個變壓器，其係配置成提供電壓給電極以產生電弧。
該系統可進一步包含一或多個電流供應器，其係配置成提供控制的電流波形給一或多個變壓器，以提供電壓。
受控制的電流波形可包括波形週期約1%至49%範圍的兩靜帶，其中在兩靜帶之每一者中實質沒有電流流經變壓器初級端。
該至少一光纖可為複數個光纖。
根據本發明的另一態樣，提供一多電極系統，其包含：一光纖支撐，其係配置成可支承至少一光纖；及一組兩或多個電極，其係配置在分配在至少一光纖附近的至少一局部真空中。當透過支撐支承時，其中該等電極係配置成在相鄰電極之間產生電漿電弧，以在該至少一光纖的一外部表面上產生一實質相同的加熱電漿場。
該系統只包括兩電極。
該系統只包括三電極。
三電極之一者可接地。
該系統可進一步包含：一組變壓器，其係配置成提供電壓給三電極以產生電漿電弧；及一或多個電流供應器，其係配置成提供三受控制的電流波形給該組變壓器以產生電壓，每個波形係與兩波形的另一者形成120度相位差。
該等電漿電弧可以一旋轉相位序列啟動，其可具有一足夠頻率來維持一實質固定與均勻的加熱電漿場。
根據本發明的另一態樣，其係提供一方法，以在該至少一光纖附近產生一實質相同的加熱電漿場，其包含：在一相當固定的位置中維持該至少一光纖，並在該組光纖附近分配至少三電極；及在該等電極的相鄰一些電極之間產生電漿電弧，以在該至少一光纖附近產生一實質相同的加熱電漿場。
該等至少三電極可為只有三電極。
三電極可配置在至少一局部真空中。
三電極之一者可接地。
三電極之每一者可透過與驅動另外兩電極波形形成120度相位差的一波形來驅動。
根據本發明的另一態樣，其提供一方法，以在至少一光纖附近方法一實質同同的加熱電漿場，其包含：在一相當固定的位置中維持該至少一光纖，並在該至少一光纖分配兩電極；及在至少局部真空中配置的兩電極之間產生電漿電弧，其中該等電漿電弧係在該至少一光纖的一外部表面附近產生一實質相同的加熱電漿場。
根據本發明的另一態樣，其提供一多電極系統，其包含：一支撐，其係配置成支承至少一光纖；及一組至少三電極，其當透過該支撐支承時，該至少三電極係配置極接近該至少一光纖，該等電極係配置成在相鄰電極之間產生電弧，以在該至少一光纖的一外部表面上產生一實質相同的加熱場。
該系統可進一步包含至少一局部真空，其中配置該組至少三電極。
200‧‧‧多電極光纖剝離系統
202,204,206‧‧‧電極
210,910,1010‧‧‧光纖
212,214,216‧‧‧電漿電弧
220‧‧‧虛線
230‧‧‧控制器
232,234‧‧‧電極支撐
300‧‧‧電壓範例圖
312,314,316,412,414,416‧‧‧圖
400‧‧‧電流較佳波形圖
500,700‧‧‧電路
502‧‧‧短啟動脈衝
510,512,514,516,518,520,710,712,714,716‧‧‧緩衝器
522,524,526‧‧‧高電壓變壓器
530,532,534,536,538,540‧‧‧MOSFET
600‧‧‧三電極光纖剝離系統
602,604,606,902,904,906,1002,1004,1006‧‧‧電極
732,734,736,738‧‧‧MOSFET驅動器
750‧‧‧可程式化微控制器單元
900,1000‧‧‧三電極光纖系統
912,914,916,1012,1014,1016‧‧‧電弧
圖式係經由範例來描述較佳具體實施例，而不是限制。在圖中，相同參考數字係表示相同或類似元件。
圖1A和圖1B係用於接合一光纖的一先前技術兩電極配置圖，其顯示具有圖1A的一小直徑光纖與圖1B的一較大直徑光纖圖2A係根據本發明的態樣以顯示三電極配置的一具體實施例圖。而 且，圖2C係顯示在至少一局部真空中的一傳統兩電極配置的具體實施例。
圖2B係顯示可與圖2A的具體實施例一起使用的一電極支撐與光纖支撐的方塊圖。
圖3係顯示圖2的三電極的相對正弦相位圖。
圖4係顯示施加給一組變壓器初級端以達成圖3結果的電流較佳波形圖。
圖5是用於驅動圖2的三電極配置的一電路具體實施例示意圖。
圖6係根據本發明的態樣顯示三電極配置的另一具體實施例圖。
圖7是用於驅動圖6的三電極配置的一電路具體實施例示意圖。
圖8係描述透過圖7的微控制器單元實行的一即時控制演算法800具體實施例的流程圖。
圖9A和9B係根據本發明的態樣顯示三電極配置的另一具體實施例圖。
圖10A和10B係根據本發明的態樣顯示三電極配置的另一具體實施例圖。
應可瞭解，雖然用語第一、第二等在此可用來描述各種不同元件，但是這些元件應不受這些用語的限制。這些用語係用來區別不同的元件，而不是含有需要一連串的元件意思。例如，一第一元件可稱為一第二元件；且同樣地，一第二元件可稱為一第一元件，而不致脫離本發明的範疇。如在此的使用，用語「及/或」係包括一或多個相關列出項目的任何與所有組合。
應該瞭解，當一元件稱為「導通」或「連接」或「耦合」另一元件時，它可直接導通或連接或耦合至另一元件、或在其間插入元件。對照下，當一元件稱為「直接導通」或「直接連接」或「直接耦合」至另一元件時，其間沒有插入元件存在。用來描述在元件之間關係的其他用語應該以一類似方式(例如，「之間」與「直接之間」的比較、「相鄰」與「直接相鄰」的比較等)解釋。
在此使用的專門術語係只為了描述特定具體實施例的目的，而不是要限制本發明。如在此的使用，除非上下文清楚說明，否則單數形式「一」與 「該」亦包括複數形式。應該進一步瞭解，如此使用的術語「包含」、及/或「包括」係載明描述的特徵、步驟、操作、元件、及/或組件的存在，但是並未排除一或多個其他特徵、步驟、操作、元件、組件、及/或群組的存在或添加。
根據本發明的態樣，其提供一系統具有至少三電極的一多電極配置，其配置係用於傳遞在一光纖附近熱的實質均勻分散。如熟諳此技術者的瞭解，在此描述的技術可用來提供接合及/或剝去光纖的電弧。此多電極系統在其他背景與應用中亦很有用，例如退火、擴散、尖削、與蒸鍍。此系統及方法在其他應用與背景中亦很有用，例如用於進行光纖耦合。通常，此系統可稱為一多電極系統。
在圖2A的描述具體實施例中，一多電極光纖剝離系統200包含在至少一光纖210周圍配置的三電極202、204、和206。在一些具體實施例中，電極202、204、和206亦可配置在至少一局部真空中，如虛線220所示。在22"至24" Hg真空計(例如，200至150托爾(torr)絕對值)的局部真空中，已達成如同65℃冷卻的電漿室溫。室溫電漿在較高真空位準亦可能。對於一些光纖塗層而言，此製程可透過在具有冷卻電漿(低於400℃)的含氧局部真空中剝去光纖而增強(例如，更好與更快的結果)。相對於一熱分解移除導致削弱光纖及在剝除窗框的介面上留下炭化(即，碳)，該方式可將光纖塗層予以蝕刻除。
雖然未在圖中顯示，但是至少一光纖210係透過一光纖支撐支承，使得它可配置在電極202、204、和206之間。若使用至少局部真空，光纖的遠端部分可依需要經由適當的已知封閉裝置而退出真空封裝。
不管電極202、204、和206是否配置在至少局部真空，透過配置三個指向的電極，所以他們的輸出可在設置至少一光纖的接合區域周圍形成等邊三角形的頂點，在光纖210圓周的附近提供非常均勻的分佈加熱是可能的。透過使用在「三相」配置中的高頻(例如，30仟赫(kHz))交流(AC)電壓來驅動三電極202、204、和206，可產生三個單獨電弧，在圖2A中稱為電弧212、電弧214和電弧216。
在圖2A的具體實施例中，光纖210係透過電漿電弧212、214、和216 而完全包圍，以提供具有一非常均勻熱分散的一加熱電漿場。應該瞭解，根據本發明的態樣的一系統及/或方法可產生類似透過使用少於三電極的系統及方法所產生這些的光纖表面溫度，但是具有改良的均勻性。例如，根據本發明的一系統能產生一足夠的電漿場，以產生約25℃-900℃範圍的一光纖表面溫度供剝去、及多達約1,600℃或更大範圍供接合。例如，已達成超過3,000℃的溫度。然而，若透過光纖、光纖塗敷層、環境條件、及/或其他相關參數的物理要求，電漿場可被產生以達成其他光纖表面溫度。
電極202、204、和206可相當接近光纖210，其將使光纖直接暴露到電漿場。或者，電極202、204、和206可進一步遠離，其將從電漿的輻射熱將光纖加熱，使其更適合於剝去/清潔作業。在各種不同具體實施例中，多電極系統可具有複數個設定，例如每個係用於接合及/或剝去一較大的光纖與一較小/標準光纖。在各種不同具體實施例中，多電極系統可配置用以將在電極202、204、和206之間的距離調整在位置的範圍內。在各種不同具體實施例中，多電極器具可配置成偵測光纖尺寸，並如同光纖尺寸與想要操作(例如接合、退火、擴散、剝去、尖削、蒸鍍、或進行耦合)的功能予以自定位該等電極202、204、和206。
對於剝去一些光纖塗敷層而言，直接暴露電弧電漿是有效益的，如一範例所示。在電漿場中的離子化氧原子可將塗敷層氧化及熔化。電極間隔可配置成將塗敷層表面直接暴露至電漿。否則，使用此效果的方法對於透過熱分解剝去者是相同的。
電極202、204、和206可配置在如圖所示的「一下，兩上」、或相反，此係取決於在光纖附近的其他項目的需要(例如在一鉸接器的光學系統透鏡)。或者，電極202、204、和206可根據各種不同應用而配置在一水平面、或以不規則間隔或成角度或相同角度配置。
傳統兩電極系統以改良及控制電弧性能的已知各種不同技術亦可應用或調整適用於具體實施例，包括脈衝寬度調變、離子注入、回饋控制等。該等電極亦可符合想要改變電弧分佈的遮蔽或調焦套管或其他技術。亦可使用利用在電漿場附近插入介質技術的已知電弧彎曲。
本發明的原理亦可延伸到四或多個電極的系統，但是三電極可提供一決 定性的電弧序列及實質均勻的加熱處理。
圖2B顯示可與在圖2A上述系統一起使用的一電極支撐與光纖支撐的一具體實施例。一電極支撐232可用來在他們圍繞一軸的所欲方向中維持電極202、204、206，其中該至少一光纖210可配置用於接合、退火、擴散、剝去、尖削、與蒸鍍、或用以進行光纖耦合。該至少一光纖係透過一光纖支撐234而支承及維持在固定位置。該電極支撐232可配置成可調整電極202、204、和206與該至少一光纖210相對的距離。該電極支撐232亦可配置成使用例如連接至一控制器230的壓電致動器，自動調整電極到該至少一光纖的距離如同該至少一光纖直徑的功能。
圖2C係顯示在例如在此描述的至少一局部真空中的兩電極配置具體實施例。即是，根據本發明的態樣，此電極配置亦可從在此真空操作受益。在至少一局部真空中，兩電極亦可達成具有一實質均勻熱分散的電漿場。
圖3係顯示在電極202、204、和206提供以建立如圖2A所示三相電弧的一電壓範例圖300。顯示的範例具有20kV峰對峰電壓的大約22仟赫(kHz)之整體頻率。圖號312是用於電極202，圖號314是用於電極204，且圖號316是用於電極206。
在範例中，在時間0微秒(μs)，在電極204和206之間存在一電弧，參考圖號314和316。在約6微秒(μs)，電弧會漂移到在電極202和206之間的空間，參考圖號312和316。在13微秒(μs)，電弧會移到電極312和314，參考圖號312和314等。在任何給定的時間，一電弧應該在他們之間的最大電位差的兩電極之間出現。旋轉相位序列可快速發生使得電弧看起來支承在啟動狀態，且實質可提供固定的加熱，因為光纖與周圍空氣的熱時間常數係實質比電弧的振盪期間更長。
如在先前技術所述，非常不容易去實際地控制電極的電壓。然而，控制升壓變壓器初級端電流的更實際方法可應用在描述的具體實施例。圖4顯示施加給變壓器初級端的電流較佳波形圖400。此驅動電流的系統將可產生概略對應到在圖3顯示者的輸出電壓波形，以產生一可控制的三相電弧。
變壓器的最初驅動電流需要在0度相位、120度相位、與240度相位上配置的三個波形。這些可透過例如一環形計數器的眾所週知數位或類比方 法而產生。在圖400中，圖號412是用於電極204，圖號414是用於電極204，且圖號416是用於電極206。
圖5是一電路500的具體實施例示意圖，其係配置成驅動圖2A的三電極202、204、和206的配置。六個D型正反器D1-D6係配置成實施一環狀移位暫存器。一短啟動脈衝502係施加初始化電路500。最初，電極202是正信號，且電極204是負信號，但是然後每個係按順序通過各種不同相位狀態。如一範例所示，在此具體實施例中，整體頻率可為132KHz的時脈頻率的1/6。在其他具體實施例中，此可不同，最好是維持一實質相同或不均勻加熱的電漿場。電流控制電路(未在圖中顯示)可取代CD4050緩衝器510、512、514、516、518、和520。
需要的電壓可從三個分開的10CT：780高電壓變壓器522、524、和526產生；或者，從在單一核心上纏繞的一調諧LC配置予以產生。三個變壓器522、524、和526次級端亦可能以「△」配置連接，其中次級線圈是在相鄰成對的電極之間連接，而不是參考如圖5所示的接地。
在圖5中，MOSFET 530、532、534、536、538、和540係驅動變壓器522、524、和526。根據本發明的不同態樣，該多電極系統可包括一靜帶特徵，透過避免在「正驅動」與「負驅動」裝置之間的傳導重疊，其可增加效率及減少在驅動電晶體/MOSFET 530、532、534、536、538、和540的消耗。該靜帶特徵亦提供用於調整電弧功率(例如，透過改變靜帶的寬度)的一機構。在相位序列中建立下一電弧之前，透過允許既有的電弧瞬間熄滅，該靜帶特徵亦可啟動在電弧狀態之間的較乾淨轉換。
靜帶特性可透過產生受控制的電流波形以包括週期的1%至49%的兩靜帶而被實施，其中實質上沒有電流流過變壓器初級端。
三電極系統的另一具體實施例可產生與圖2A上述三電極系統實質相同特性的電弧，但是只有一接地極與兩供電電極。
圖6顯示三電極光纖剝離系統600的描述具體實施例，其具有一接地電極與兩供電電極，其亦可配置在至少局部真空中。在此情況中，對應的效益在圖6的實施例是可能的，如在上述圖2A所描述。
在如圖2A描述的三相電弧系統200中，電極204、204、和206係每個 透過一電壓波形驅動，其中三電壓波形係120°同相位分離。此會產生電弧212、214、和216。在此具體實施例中，電極602和604是在一共軸上定向，與電極606形成「T」配置。性能實質上是與若電極係以彼此分離120°定向相同，如在圖2A的具體實施例。然而，對於此具體實施例而言，配置更小，例如，更適合整合在一熔接器，而無需犧牲效能。熟諳此技術者現在具有此揭示的利益，應瞭解可使用其他電極取向。
在圖6的目前具體實施例中，電極602係接地。若電極602與電極604係每個透過一相同波形驅動，在0°相對的相位，電弧612將不會形成，而在電極602與603之間沒有電位差。兩相等電弧會形成，即是形成「V」形狀的電弧614和616。
若電極606維持接地，且電極602和604係透過相反極性(即是，相對相位1800)的電壓波形所驅動，只有電弧612會形成。此是因為在電極602和604之間的電位差是兩倍大於在電極602和604之任何一者與接地電極606之間的電位。
考慮上述情況，似乎是合乎邏輯的，在施加給電極602和604的電壓波形之間相位分離(在0°和180°之間)的一些特定程度，電極606接地，所有三電弧612、614、616係以實質相等強度形成。一理論分析(基於向量數學)建議此將以60o相對的相位發生。在實施時，已發現需要改變的大約40°與160°之間的相位，此係取決於各種不同的實施因數，例如驅動波形的頻率與功率、及電極的間距與條件。
圖7是用於驅動圖6的三電極600配置的一電路700具體實施例示意圖。從緩衝器、MOSFET與變壓器的觀點，圖7的具體實施例係類似圖5，但是不像圖5之處在於圖7的第三電極係連接至接地，且不包括緩衝器、MOSFET與變壓器電路。
在圖7的具體實施例中，使驅動MOSFET 732、734、736、和738開啟與關閉的信號可透過一可程式化微控制器單元750產生，而且經由緩衝器710、712、714、和716提供。如範例所示，MOSFET驅動器732、734、736、和738可為MC34151(或類似)MOSFET，且微控制器750可為Microchip,Inc.公司製造的一PAL18F2520。此具體實施例的該電路允許即時控制及驅動信 號的持續時間與相位關係的調整。即時調整可使用維持電弧612、614、和616實質相等強度的目標、或為各種不同目的而故意改變他們的相對強度而達成。
為了使微控制器750可感測電弧強度，小值電阻器R1(例如，100歐姆(Ohm)電阻器)可與每個驅動信號的接地回路串聯。一電壓會在與電極602所傳遞弧電電流直接成比例的電阻器R1上形成。一感測電阻器R1係提供用於每個電極。例如，來自電極602的20毫安培(mA)電流將會在100歐姆(Ohm)感測電阻器R1上產生2V信號。
感測電阻器信號是高頻交流(AC)電壓形式。它可整流及濾波這些信號以產生直流(DC)電壓，此DC電壓是更適於透過微控制器單元750的測量。
顯示的簡單整流/濾波網路包括一二極體D、兩電阻器R2和R3、及一電容器C，並提供給三電極之每一者。此網路可產生與感測電阻器電壓的絕對值的算術平均(即是，平均)成比例的一電壓。若需要較高的準確度，眾所週知的構件可用來產生與感測電阻器電壓的平方平均數(例如，均方根或RMS)成比例的電壓。RMS值是傳遞給電弧的功率較佳測量，此在一些應用方面是重要的。
具體實施例的一額外改良係可進行電源供應可調整，這在圖7係顯示「12伏特(V)」。技術中已知的一可調整「降壓穩壓器」電路可調整從12伏特(V)下降到一非常低電壓(例如1伏特(V))或任何想要的中間電壓。此在當需要非常低功率的電弧時，會很有用，已發現MOSFET的非常低脈衝(獲得低功率操作的先期方法)會造成不穩定的電弧操作。或者，一較低的輸入電壓及/或較低的變壓器升壓比可連同一升壓穩壓器一起使用，以提供電壓的相等範圍。
圖8係描述一即時控制演算法800的一具體實施例的流程圖，該即時控制演算法可透過圖7的微控制器單元750實施。該控制演算法800係執行電極602、604、和606之每一者的感測電流估計，在圖7和8係以電流I1、I2和I3表示。在此方法中，電極602、604、和606的脈衝寬度係基於感測電流I1、I2和I3是否實質等於代表由微控制器單元所設定一初始電流的電流Iset 而調整。
特別是，在步驟802中，初始電路設定係輸入電極602、604、和606，包括初始電流Iset。在步驟804中，一判斷可透過I1是否等於I2(I1=I2)而達成。若判定結果是「肯定」，那麼該方法會繼續步驟810。在步驟804中，若I1<I2，那麼處理會繼續步驟806，電極602的脈衝寬度會增加。在步驟804中，若I1>I2，那麼處理會繼續步驟808，電極604的脈衝寬度會增加。隨著步驟804，在步驟806、808之後，處理會繼續810。
在步驟810中，一判斷可透過I3是否等於I1、I2(I3=I1,I2)而達成。若判定結果是「肯定」，處理會繼續步驟816。在步驟810中，若I3>I1,I2，那麼處理會繼續步驟812，而相位差會增加。在步驟810中，若I3<I1,I2，那麼處理會繼續步驟812，相位差會減少。隨著步驟810，在步驟812、814之後，處理會繼續步驟816，其中一判斷可透過I1,I2,I3是否等於Iset(I1,I2,I3=Iset)達成。若判定結果是「肯定」，那麼處理會繼續步驟804並重複。在步驟816中，若I1,I2,I3>Iset，那麼在步驟818中，電極602和604的脈衝寬度會減少。在步驟816中，若Iset<Iset，那麼在步驟820中，電極602和604的脈衝寬度會增加。在每個情況中，處理然後繼續步驟804並重複。
將可瞭解在本發明的精神與範疇中有其他可能的電極配置。這些替代配置在所欲改變光纖加熱圖案、或一替代配置有助於與在較大系統中其他設備有關的電極取向之情況中是較佳。
圖9A和9B係根據本發明的態樣顯示一電極配置的另一具體實施例圖。在這些圖中，其係顯示三電極光纖系統900，包括配置在水平面的電極902、904、和906，所以電弧912、914、和916是在此相同平面中產生。光纖910係配置在此平面上，所以它透過來自電弧區域的熱向上對流而實質加熱。在此具體實施例的平面之間的距離範圍會是1毫米(mm)-10毫米(mm)。電極可以「Y」配置、「T」配置或在應用需要或在可方便的此其他配置予以配置。例如，四電極可配置形成一矩形電弧陣列、或五電極可以五角形配置。
圖10A和10B係根據本發明的態樣顯示仍然三電極配置的另一具體實施例圖。在這些圖中，其係顯示三電極光纖系統1000，包括電極1002、1004、 和1006，這些可產生電弧1012、1014和1016。一光纖1010可配置在與電極1002、1004和1006的相同平面(例如，一垂直平面)。在此配置中，光纖1010係與電弧1012、1014、和1016之至少兩者形成交叉。如此，光纖將會沿著它長度的較大部分予以加熱，雖然圍繞四周熱分佈不像在其他具體實施例中一樣均勻。
存在著只是電極與光纖的可能替代配置的範例。由於維持複數個控制電弧放電之獨特能力，所以本發明可提供較廣闊的配置。
在三電極具體實施例之任何一找中，圖5或7的電路可用來驅動此電極。
雖然前面已描述認為最佳模態及/或其他較佳具體實施例，但是可瞭解，各種不同修改可達成，且本發明能以各種不同形式與具體實施例實施，且他們可運用在許多應用方面，其中只有一些應用已在此描述。後文的申請專利範圍是要聲明其係文義描述且及於所有均等，包括在每個專利範圍的範疇內之所有修改與變化。
200‧‧‧多電極光纖剝離系統
202,204,206‧‧‧電極
210‧‧‧光纖
212,214,216‧‧‧電漿電弧
220‧‧‧虛線

Claims (20)

  1. 一種多電極系統，包含：一光纖支撐，係配置成支承至少一光纖；以及複數個電極，係電性耦合至一驅動電路，該複數個電極包含：一電極對，係沿著一第一軸配置；以及至少一其他電極，係沿著不同於該第一軸的一第二軸配置，其中當被該驅動電路驅動時，該複數個電極產生複數個電弧，其產生包圍至少一光纖之外部表面的一實質均勻的加熱場，該複數個電弧包含產生於該至少一其他電極與該電極對中至少一電極之間的至少一電弧。
  2. 如申請專利範圍第1項之多電極系統，其中該實質均勻的加熱場利用對流來加熱該至少一光纖之該外部表面。
  3. 如申請專利範圍第1項之多電極系統，其中在該電極對之間產生一第一電弧，而在該至少一其他電極中的一第三電極與該複數個電極中的另一電極之間產生一第二電弧。
  4. 如申請專利範圍第1項之多電極系統，其中該至少一光纖係具有至少約125微米直徑的一大直徑光纖。
  5. 如申請專利範圍第1項之多電極系統，其中該至少一光纖係具有小於約125微米直徑的一光纖。
  6. 如申請專利範圍第1項之多電極系統，其中該至少一光纖係一光纖帶。
  7. 如申請專利範圍第1項之多電極系統，其中該等電弧係電漿電弧且該加熱場係一加熱電漿場。
  8. 如申請專利範圍第1項之多電極系統，其中該電極對係配置在至少一局 部真空中。
  9. 如申請專利範圍第8項之多電極系統，其中該等電極係配置在22”至24”Hg真空計，200至150托爾(torr)絕對值。
  10. 如申請專利範圍第8項之多電極系統，其中該局部真空是具有在約400℃或以下溫度的電漿之富含氧的局部真空。
  11. 如申請專利範圍第1項之多電極系統，更包含：一電極支撐，係藉由該光纖支撐來將該複數個電極與該至少一光纖維持一所欲的距離。
  12. 如申請專利範圍第11項之多電極系統，其中該電極支撐係配置成自動調整該等電極相對於該至少一光纖的距離，以做為該至少一光纖之一直徑的功能。
  13. 如申請專利範圍第11項之多電極系統，其中該電極支撐係配置成自動調整該等電極相對於該至少一光纖的距離，以做為該系統是否執行剝去或接合的功能。
  14. 一種多電極系統，包含：一光纖支撐，係配置成支承至少一光纖；以及複數個電極，係電性耦合至一驅動電路，該複數個電極包含：一電極對，係沿著一第一軸配置；以及至少一其他電極，係沿著不同於該第一軸的一第二軸配置，其中當被該驅動電路驅動時，該複數個電極產生複數個電弧，該複數個電弧產生包圍至少一光纖之外部表面的一實質均勻的加熱場，該實質均勻的加熱場剝去該至少一光纖之塗敷層，該複數個電弧包含產生於該至少一其他電極與該電極對中至少一電極之間的至少一電弧。
  15. 如申請專利範圍第14項之多電極系統，其中該實質均勻的加熱場利用對流來加熱該至少一光纖之該外部表面。
  16. 如申請專利範圍第14項之多電極系統，其中該等電弧係電漿電弧且該加熱場係一加熱電漿場，並且在該電極對之間產生一第一電弧，而在該至少一其他電極中的一第三電極與該複數個電極中的另一電極之間產生一第二電弧。
  17. 如申請專利範圍第14項之多電極系統，其中該等電極係配置在22”至24”Hg真空計，200至150托爾(torr)絕對值。
  18. 如申請專利範圍第14項之多電極系統，其中該局部真空是具有在約400℃或以下溫度的電漿之富含氧的局部真空。
  19. 一種光纖剝除器，包含：一光纖支撐，係配置成支承尾端相連的至少兩光纖；以及複數個電極，係電性耦合至一驅動電路，該複數個電極包含：一電極對，係沿著一第一軸配置；以及至少一其他電極，係沿著不同於該第一軸的一第二軸配置，其中當被該驅動電路驅動時，該複數個電極產生複數個電弧，該複數個電弧產生包圍至少一光纖之外部表面的一實質均勻的加熱場，該實質均勻的加熱場一併剝去該至少兩光纖之相連的該等尾端，該複數個電弧包含產生於該至少一其他電極與該電極對中至少一電極之間的至少一電弧。
  20. 如申請專利範圍第19項之光纖剝除器，其中該等電弧係電漿電弧且該加熱場係一加熱電漿場，並且在該電極對之間產生一第一電弧，而在該至少一其他電極中的一第三電極與該複數個電極中的另一電極之間產生一第二電弧。
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