專利名稱：光纖抽絲過程中魯棒直徑控制的光纖的制作方法
001 一.發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域002 本發(fā)明涉及光纖和光纖的抽絲過程，特別是光纖抽絲過程魯棒直徑控制方法及其產(chǎn)品魯棒直徑控制的光纖。
003 二.發(fā)明的背景技術(shù)004 光纖抽絲過程是光纖制造過程中的一個重要階段。一個傳統(tǒng)的光纖抽絲過程是如下所述一根光纖預(yù)制棒被緩緩地送入一個爐子，在那里預(yù)制棒的端部被加熱至約2000℃軟化。軟化了的玻璃形成一個下垂的玻璃小珠，從爐子區(qū)下垂通過抽絲過程的其他階段，外徑測量，光纖冷卻，光纖涂膜，涂層的同心度測量，精工，涂層直徑測量，光纖抽絲絞盤，驗收測試，然后被纏繞到收緊的卷桶上。剛離開爐子并尚未觸及的光纖被稱作“裸光纖”。通常所要求的光纖直徑是在保持爐溫和預(yù)制棒送入速度不變下通過變化光纖抽絲速度來控制。這是通過利用一種非接觸方法監(jiān)測剛離開爐子的光纖直徑來完成。例如激光散射方法(James J.Refi，F(xiàn)iber Optic Cable-A Light Guide)。然后，控制器利用這個直徑測量輸出信號自動地調(diào)整抽絲絞盤的速度以達到正確的外徑。005 參見附圖11所示的這個傳統(tǒng)的抽絲過程(James J.Refi，F(xiàn)iber Optic Cable-A Light Guide)。光纖預(yù)制棒2在加熱爐3中熔化，由絞盤13牽伸而形成光纖5。裸光纖5的外徑是由一個外徑檢測裝置20檢測，其位置就恰為位于加熱爐3的下面。此后，光纖5由一涂層裝置6涂上一層樹脂，然后被牽引通過一個樹脂精工爐9(或紫外燈區(qū))。來自于測量的外徑被反饋至牽伸絞盤13的牽引速率控制系統(tǒng)，進而控制光纖的外徑(通常是125微米)。006 直徑檢測裝置被安置的位置還未被認為重要的。如日本專利KOKAI 295260/1986所示，裝置通常是位于緊挨抽絲加熱爐的下方，為了減小時間滯后和增加控制增益。007 已經(jīng)注意到在抽絲過程中光纖的抽絲速率是顯著地被增加，從一傳統(tǒng)的抽絲速率100米/分級到1000米/分。當在傳統(tǒng)過程中采用如此高的抽絲速率，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)最后的光纖外徑是極端的小于檢測裝置20(直接安置在加熱爐下方)所檢測的直徑。為了達到光纖直徑的要求，美國專利5073179/1991提出一個修正的抽絲過程(圖10)，其中尚未涂層的光纖5的外徑是在位置30被檢測；在位置30光纖的外徑在拉伸中的收縮率不大于0.5％，更可取的0.5％至0.3％，并且拉絲條件是由在位置30處的測量直徑偏離預(yù)先選定的外徑的偏差所控制。在此所用的術(shù)語“收縮率”是指在檢測位置的光纖直徑和結(jié)束收縮的光纖直徑的差的比例。008 檢測裝置30所安置的位置是基于下列方程(1)和實驗估計的光纖溫度來決定的T(Z)＝T(O)+(T(S)-T(O))e-aZ/V(F)(1)其中T(O)是室溫(℃)，T(S)是光纖剛離開爐子的溫度(℃)，Z(m)是從爐子出口至光纖外徑被檢測位置的距離，V(F)是抽絲速率(或者線性速度)(米/分)，“a”是一由直徑，光纖指定的熱量，以及光纖和大氣之間的熱傳導(dǎo)確定的常數(shù)。對于實驗，首先通過改變測量裝置的位置來得到在圖10位置30處測得的外徑和真正完成的外徑的差別。然后，建立外徑測量差和檢測位置30之間的關(guān)系。最后，位置30被定于一位置其外徑測量差小于0.5％，在0.5％至0.3％。與早期的傳統(tǒng)方法比較，這個方法提供了一個較好的結(jié)果。但是，這光纖的直徑仍然沒有魯棒控制，由于眾多的擾動因素參數(shù)攝動和環(huán)境的變化，特別是抽絲速率程度的變化。009 這個美國專利5073179方法也描述了其費時為了測定光纖的外徑，在低抽絲速率小時，外徑的檢測是由檢測裝置在一個接近爐子的位置31；而當速率增加時，檢測是在低于先前位置的另一位置32執(zhí)行。另一替換方法是僅用一個檢測裝置，其能夠沿著光纖根據(jù)抽絲速率而移動位置。如上所述，已收縮了的光纖外徑的絕對值是檢測其收縮率在0.5％范圍內(nèi)，憑此生產(chǎn)擁有較好尺寸精度的光纖。但是，這光纖的直徑仍然沒有魯棒控制，這個方法并不魯棒地維持高精度，由于如上所述的眾多擾動因素。0010 更進一步從方程(1)注意到抽絲速率V(F)愈快，光纖的溫度在一固定位置Z處的溫度愈高。當抽絲速率增加時，即從100米/分到300米/分，注意到外徑檢測裝置的位置在這種方法中被改變。于是，必要的調(diào)整是需要的，從檢測裝置中找到合適的位置，使之在予選擇的0.5％至0.3％收縮率范圍內(nèi)。0011 美國專利5443610/1995承認在預(yù)制棒端部對裸光纖的光纖直徑測量，即位于爐下采用干涉技術(shù)對于光纖直徑的良好控制是不足夠的，鑒于帶有伸張速率的預(yù)制棒端部的波動誤差。不同于美國專利5073179移動直徑尺寸檢測裝置使之進一步遠離爐子當速率增加時，美國專利5443610結(jié)合這第一測量信號與在涂層裝置之后的涂層后的光纖直徑的第二測量信號來減小這種誤差對整個的控制信號。但是，美國專利5333610和5073179一樣仍然沒有最后的裸光纖直徑的高精度測量。0012 注意到當光纖外徑變化時，由于污染的存在，例如顯微的粒子，外徑的變化被外徑檢測裝置檢測到。但是，如果氣泡或類似存在于光纖預(yù)制棒中跨越一定的長度，當抽絲時，牽伸絞盤13的牽伸速率是被適當?shù)靥鎿Q以維持光纖5的一致外徑。于是，外徑檢測裝置20不能檢測到光纖5的不規(guī)則部位。但是，當光纖抽絲時，氣泡可能塌陷，盡管外徑是被控制的。結(jié)果光纖芯變畸形和增加傳輸損耗。美國專利5449393/1995采用一個反饋控制基于檢測一個預(yù)設(shè)定時間長度的牽伸速率的不規(guī)則變化。0013 為了響應(yīng)激烈的市場需求，光纖的抽絲過程變成一個高速生產(chǎn)率的過程。預(yù)制棒變得愈來愈大，抽絲過程中光纖的抽絲速度變得愈來愈快。當預(yù)制棒變得愈來愈大，預(yù)制棒直徑偏離預(yù)選的直徑一單位偏差將帶來更大的橫截面變化和進一步一更大的預(yù)制棒質(zhì)量的偏差偏離預(yù)選的值。0014 由于眾多的物理和化學(xué)因素以及環(huán)境變化，預(yù)制棒不僅有其本身的外徑波動，并有不同預(yù)制棒問的外徑波動。于是，不同預(yù)制棒的直徑是不一致的，并且同一預(yù)制棒的直徑在不同部位是不一致的。0015 已知光纖直徑波動的兩個主要起因是爐溫的波動和預(yù)制棒外徑的波動。前者常造成光纖直徑的短期波動，而后者常引起光纖直徑的長期波動。于是在抽絲過程控制系統(tǒng)中為了得到更可取的裸光纖直徑，知道預(yù)制棒的直徑對絞盤牽引速度控制是重要的，并且對預(yù)制棒送入機械控制也是重要的。但是，在傳統(tǒng)的光纖抽絲過程中沒有預(yù)制棒直徑檢測步驟及其裝置。0016 找到一個新方法既解決測量時滯問題又解決收縮率問題仍然是重要的。也就是傳統(tǒng)的方法必須或犧牲精確測量或及時的反應(yīng)，因為只有一個外徑檢測器20或30對于裸光纖5檢測。0017 進一步應(yīng)注意到?jīng)]有一個傳統(tǒng)方法企圖監(jiān)測完成了的裸光纖直徑，而這實際上是一重要的性能指標。但是為了以最高的精度控制裸光纖的確切外徑，從控制系統(tǒng)的觀點來看，在線測量裸光纖的完成的外徑對于產(chǎn)生反饋信號于整個控制系統(tǒng)不僅是重要的而且是必要的。0018 隨著對光纖直徑精度的要求不斷提高，最小化直徑的波動變得重要，更好光纖間連接結(jié)果變得需要，一個改善光纖的外徑精度的過程發(fā)展是十分期望的。鑒于材料的波動，預(yù)制棒的參數(shù)攝動，加熱爐中的擾動和環(huán)境的變化，光纖需要一個魯棒的光纖抽絲過程以生產(chǎn)魯棒直徑控制的光纖。0019 總而言之，目前的現(xiàn)有技術(shù)中，當前的光纖抽絲過程缺乏對光纖直徑的魯棒控制高性能。
0020三.發(fā)明內(nèi)容0021 本發(fā)明的一個目的是提供一個抽絲過程的生產(chǎn)方法確保光纖直徑絕對值高精度的光纖。進而，本發(fā)明的一個目的是提供高度魯棒直徑控制的光纖。0022 發(fā)明人最近也已在美國申請了此發(fā)明專利(美國專利申請?zhí)?9/989799，2001/11/20)。0023 本發(fā)明的生產(chǎn)技術(shù)方法與當前技術(shù)方法不同之處在于新設(shè)的重要的檢測(傳感)器，以采集必要的信息數(shù)據(jù)，提供給光纖抽絲生產(chǎn)過程控制，以生產(chǎn)魯棒控制的光纖。詳見下述0024 高性能的光纖抽絲過程的要求包括如下● 一致的光纖直徑如工業(yè)所需，例如通常的125微米對玻璃；● 一致的涂層使之涂層光纖的直徑例如250微米；● 光纖和涂層的同心度；● 一常數(shù)張力以滿足機械張力和避免顯微曲折；
● 一高速的生產(chǎn)過程以達到高的生產(chǎn)率。0025 光纖的直徑對于減少光傳輸損耗是非常重要的。一個重要的事項是獲得高質(zhì)光纖具有指定的光纖直徑和所需的光纖直徑精度。大多生產(chǎn)的光纖直徑為125微米，其偏差小于1微米，以達到光纜和拼接的要求。當然，光纖直徑的偏差愈小，也就是光纖直徑的精度愈高，光纖的性能愈好。在光纖抽絲過程中，光纖的直徑受到許多因素的影響。主要的因素包括加熱爐溫的波動，預(yù)制棒直徑的波動，絞盤牽伸的速度，和預(yù)制棒的送入速度。0026 眾所周知，在穩(wěn)定的光纖抽絲過程中，裸光纖的尺寸相對于預(yù)制棒的尺寸是由光纖抽絲速度相對預(yù)制棒送入速度決定，如下方程(2)所描述vd＝vf·(D2/d2) (2)其中vd是光纖抽絲速度，vf是預(yù)制棒送入速度，D是預(yù)制棒直徑，d是光纖直徑。由方程(2)很明顯預(yù)制棒直徑是決定光纖抽絲速度的一個主要因素。注意到光纖預(yù)制棒外徑是有變化攝動的。因此，在光纖抽絲過程中有一個預(yù)制棒直徑檢測器測量預(yù)制棒直徑D以確保完成了光纖直徑d的高精度是重要的。但是，目前的現(xiàn)有技術(shù)中沒有預(yù)制棒直徑檢測。0027 進而注意到由于上述的為了高生產(chǎn)率的一個高速抽絲過程的要求，預(yù)制棒變得愈來愈大在直徑上和長度上。假設(shè)預(yù)制棒直徑有一個攝動ΔD。為了維持嚴格的相同光纖直徑d，光纖抽絲速度應(yīng)有一個調(diào)整量Δvd和預(yù)制棒送入速度應(yīng)有一個調(diào)整量Δvf如下Δvd＝[vf·(2D·ΔD+ΔD2)+Δvf·(D+ΔD)2]/d2(3)此是由方程(2)推導(dǎo)所得。于是當預(yù)制棒的直徑變得更大，一個相同的攝動ΔD需要一個更大的光纖抽絲速度調(diào)整量Δvd或者一個更大的預(yù)制棒送入速度調(diào)整量Δvf以維持嚴格所需的光纖直徑d。這就證明了當預(yù)制棒直徑變得更大時，更需要一個預(yù)制棒直徑檢測器在光纖抽絲過程中面對預(yù)制棒直徑的波動。但是，目前的現(xiàn)有技術(shù)中沒有預(yù)制棒直徑檢測。0028 總之，在光纖抽絲過程中有一個預(yù)制棒直徑檢測器測量預(yù)制棒直徑D以確保完成了光纖直徑d的高精度是重要的。0029 本發(fā)明的特征首先是在光纖抽絲過程中采用一個預(yù)制棒外徑檢測器。其可位于在爐中熔化步驟之前的位置，通?？稍谝痪o挨爐上方的安全位置。0030 此新的預(yù)制棒外徑檢測提供有用的預(yù)制棒外徑信息，不僅有關(guān)其外徑波動而且有關(guān)預(yù)制棒端部形狀，給光纖抽絲速率控制和預(yù)制棒在光纖抽絲過程中送入機械控制。0031 這是本發(fā)明的一個重要部分對于魯棒直徑控制的光纖。尤其隨著預(yù)制棒變得愈來愈大，對魯棒控制光纖直徑精度這個測量變得更十分重要。特別鑒于預(yù)制棒外徑的波動是影響光纖直徑精度的一個主要起因。0032 注意到光纖正在形成和顯著的改變其尺寸的地方是在加熱爐區(qū)域。于是安置預(yù)制棒檢測器的地方應(yīng)該是盡可能地接近加熱爐。如果對于檢測器位置有限制，這就是檢測裝置不應(yīng)直接受到爐上方的強烈熱輻射光以避免被加熱至一顯著的高溫。這樣的安排應(yīng)該減小預(yù)制棒直徑的超前時間以比較在爐內(nèi)正在熔化和抽成光纖處的直徑。對一個高精度控制，這也可節(jié)省控制系統(tǒng)的存儲器大小。0033 為了魯棒地控制最終完成的光纖直徑達非常高精度，必須檢測在涂層之前的最終完成的裸光纖的直徑。其理由如下1.首先，這是嚴格的完成了的光纖直徑提供一個對光纖生產(chǎn)的嚴格的裸光纖直徑記錄；2.其二，它可避免任何傳統(tǒng)的“超前”直徑檢測估計誤差對光纖的嚴格直徑；3.其三，它可進一步避免任何受制于污染，氣泡之類滯留在光纖預(yù)制棒跨越某一長度的影響造成的當光纖抽絲和收縮等的檢測誤差。0034 從控制的觀點來看，測量裸光纖的完成了的外徑不僅是必須的而且是重要的，為了嚴格控制裸光纖的外徑，然后利用這確切的裸光纖外徑偏離預(yù)設(shè)直徑值來進行反饋控制。這意味著檢測應(yīng)該位于一個在涂層之前的位置。但是當前的傳統(tǒng)方法沒有這種裸光纖的外徑測量。0035 于是本發(fā)明的另一個特征是在光纖抽絲過程中采用一個外徑檢測器檢測這嚴格的完成了裸光纖直徑。這嚴格的完成了裸光纖直徑檢測是本發(fā)明對魯棒直徑控制的光纖的另一部分。0036 這是一個緊挨涂層裝置之上的安全位置的外徑測量器。它不僅提供一個嚴格在線測量最后裸光纖外徑，而且提供一個重要的反饋信號給抽絲過程控制以調(diào)節(jié)其絞盤速度。因為最后的裸光纖直徑是一個所需的控制變量和一個重要的所需性能指標。這個檢測位置對于不同的抽絲速度不需要任何調(diào)整。于是，這避免了收縮率的計算和實驗為這外徑檢測器尋找一個合適的位置。對于檢測位置，僅需要考慮的是最接近涂層裝置并且對檢測器安全。最后這個檢測提供了完成的裸光纖的最高精度的外徑檢測在任何位于涂層之上的可能檢測之中。它最大地減小了測量值和真正的最后裸光纖的外徑之間的偏差。0037 因為預(yù)制棒的端部的主要尺寸變化區(qū)域以形成光纖是在(加熱)爐內(nèi)的加熱區(qū)，所以有一個外徑檢測器緊挨爐下方是更好地以減小信號的時滯對控制系統(tǒng)。0038 為了解決時滯問題和對光纖的高精度測量需求，本發(fā)明可保留一個傳統(tǒng)的外徑檢測于一個緊挨爐下方的安全位置。理由是在各種可能的爐下方檢測中其有最小時滯，利用這個檢測信號在光纖抽絲過程中面對爐溫的波動，濕度的波動和爐內(nèi)塵粒。0039 于是，如對這個檢測器位置有限制，這就是檢測器不應(yīng)直接受到來自加熱爐下方的強烈熱輻射光以避免被加熱至一顯著的高溫。0040 在本發(fā)明中，來自預(yù)制棒外徑，剛離開爐子的裸光纖直徑和恰在涂層前的裸光纖直徑的測量信號被反饋給光纖抽絲過程控制系統(tǒng)去魯棒控制絞盤的牽伸速度和預(yù)制棒送入機械的送入速度。0041 按照本發(fā)明提供一個生產(chǎn)光纖的抽絲過程，其特征是如下光纖抽絲自一個經(jīng)外徑檢測的預(yù)制棒，經(jīng)由加熱和熔化預(yù)制棒，在張力牽伸下形成光纖(絲)，在那里尚未涂層的光纖外徑在不同的位置被檢測，一個是緊挨爐子下方的安全處，而另一個是緊挨涂層裝置上方的安全處。對完成的裸光纖，抽絲狀況是被來自所有檢測裝置的測量數(shù)據(jù)魯棒控制的。0042 在本發(fā)明中，控制規(guī)律的一種選擇可以是，但并不限于，基于將進入涂層階段的裸光纖的測量直徑的偏離指定外徑的偏差，裸光纖離開爐子時的檢測直徑偏離預(yù)選的外徑的偏差，和進入爐子的預(yù)制棒被檢測的外徑偏離一預(yù)選外徑的偏差。它可以是基于上述提及的直徑監(jiān)測器中當前測量的波動數(shù)據(jù)和一定時段的測量歷史數(shù)據(jù)。0043 在本發(fā)明的一個可取的實施方式中，光纖溫度在緊挨涂層裝置上方的裸光纖外徑檢測處是遠低于光纖材料的玻璃軟化點。0044 在本發(fā)明的另一個可取的實施方式中，從預(yù)制棒的抽絲速率(或稱線性速度)是依據(jù)上述的偏差而變化，以控制光纖的外徑。0045 本發(fā)明的變形可以是一個組合包括在本發(fā)明中的任何部分的發(fā)明和任何當前傳統(tǒng)光纖抽絲方法，或者是任何當前傳統(tǒng)光纖抽絲方法的混合。0046 當在抽絲加熱爐和涂層裝置之間選用兩個外徑檢測時，第一個檢測裝置可以位于緊挨爐后的一個安全位置，而第二個檢測裝置可以位于緊挨涂層上方的一個安全位置。0047 當在爐子和涂層裝置之間選用一個外徑檢測時，檢測裝置可以位于一個可調(diào)整的位置，或者在一個緊挨涂層步驟之前的一個位置，或者在一個光纖外徑收縮率在牽伸時不大于裸光纖外徑精度的要求，或在一個緊挨抽絲加熱爐下方的一個安全位置。0048 本發(fā)明包括光纖抽絲過程的控制基于全部或部分上述檢測數(shù)據(jù)，和/或者全部或部分傳統(tǒng)測量數(shù)據(jù)，例如，來自位于外徑收縮率當牽伸不大于0.5％之處，或可取0.5％至0.3％之處的外徑檢測裝置，或來自位于緊挨爐子下方的外徑檢測裝置。但是由上述，這是一種面臨各種因素，包括爐溫的波動，預(yù)制棒外徑波動和裸光纖外徑的波動的魯棒控制。0049 本發(fā)明提供更高質(zhì)量的光纖，其帶有非常高直徑精度的魯棒控制的直徑。0050 本發(fā)明進而降低光傳輸損耗，并可大大提高光纖拼接性能，進一步減少傳輸損耗。0051 本發(fā)明也能改善光纖的強度鑒于光纖的魯棒控制的直徑和魯棒平穩(wěn)的抽絲過程由于來自上述發(fā)明的在線的裸光纖和預(yù)制棒的外徑檢測的控制系統(tǒng)的貢獻。0052 本發(fā)明提供的魯棒平穩(wěn)的抽絲過程可大大提高生產(chǎn)過程效率，可靠性，減少損失。
0053 四.


0054 全部附圖如下圖1. 魯棒直徑控制的光纖抽絲過程2. 另一個魯棒直徑控制的光纖抽絲過程3. 帶一個裸光纖直徑檢測器的魯棒直徑控制的光纖抽絲過程4. 帶一考慮光纖收縮率的裸光纖直徑檢測器的魯棒直徑控制的光纖抽絲過程5. 帶一考慮光纖收縮率在一個可調(diào)位置的裸光纖直徑監(jiān)測器的魯棒直徑控制的光纖抽絲過程6. 帶一挨近加熱爐的裸光纖直徑監(jiān)測器的魯棒直徑控制的光纖抽絲過程7. 帶兩個裸光纖直徑監(jiān)測器的魯棒直徑控制的光纖抽絲過程8. 另一個帶兩個裸光纖直徑監(jiān)測器的魯棒直徑控制的光纖抽絲過程9. 監(jiān)測直徑的光纖抽絲過程10.光纖抽絲過程圖(當前技術(shù)1)圖11.另一個光纖抽絲過程圖(當前技術(shù)2)0055 圖中數(shù)字符號的說明如下1 預(yù)制棒送入機械2 光纖預(yù)制棒3 加熱爐4 光纖冷卻裝置或是光纖自然冷卻距離5 裸光纖(位于爐子和冷卻裝置之間的裸光纖)6 涂層裝置(樹脂涂層裝置的染器)7 涂層后的光纖8 涂層同心度檢測器9 精工爐或燈10 預(yù)制棒外徑檢測器11 完成了涂層的光纖12 涂層直徑檢測器13 光纖抽絲牽伸絞盤14 檢驗測試(如強度測試)15 纏繞收緊的卷桶(光纖纏繞裝置)20 熱爐下方的裸光纖外徑檢測器30 裸光纖外徑檢測器(＜0.5％收縮率處)31 裸光纖外徑檢測器(慢速抽絲)32 裸光纖外徑檢測器(高速抽絲)40 完成了的裸光纖外徑檢測器0056 下面給附圖作進一步的說明。0057 圖1是顯示一可取的本發(fā)明實施方式的綱要圖，其特征在于其中一個外徑檢測器位于緊挨爐子上方提供預(yù)制棒外徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)；一個外徑檢測器位于緊挨爐子下方提供裸光纖的外徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)；以及一個外徑檢測器位于緊挨涂層裝置上方提供完成的裸光纖的外徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)。0058 圖2是顯示本發(fā)明另一實施方式的綱要圖，其中一個外徑檢測器位于緊挨爐子上方提供預(yù)制棒直徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)；一個外徑檢測器位于緊挨爐子下方提供裸光纖外徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)；以及一個外徑檢測器位于收縮率為0.5％-0.3％區(qū)域提供裸光纖外徑估計的完成直徑誤差在0.5％-0.3％給控制系統(tǒng)。0059 圖3是顯示本發(fā)明的另一實施方式綱要圖，其中一個外徑檢測器位于緊挨爐子上方提供預(yù)制棒直徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)；和僅有一個裸光纖外徑檢測器位于涂層裝置上方提供完成了的裸光纖外徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)。0060 圖4是顯示本發(fā)明的另一實施方式的綱要圖，其中一個外徑檢測器位于緊挨爐子上方提供預(yù)制棒直徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)；和僅有一個裸光纖外徑檢測器位于一收縮率在0.5％-0.3％的位置，處于爐子和涂層裝置之間提供一估計完成裸光纖直徑誤差范圍在0.5％-0.3％的裸光纖外徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)。0061 圖5是顯示本發(fā)明的另一實施方式的綱要圖，其中一個外徑檢測器位于緊挨爐子上方提供預(yù)制棒直徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)；和一個光纖外徑檢測器位于一位置31或32，在此當抽絲速率小時，其位于31，而當抽絲速率大時，其位于32。換而言之，僅用一個外徑檢測器于裸光纖檢測，它能按照抽絲速率沿著光纖移動調(diào)整。0062 圖6是顯示本發(fā)明的另一實施方式的綱要圖，其中一個外徑檢測器位于緊挨爐子上方提供預(yù)制棒直徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)；和僅有的外徑檢測器緊挨爐子下方提供剛離開爐子的裸光纖外徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)。0063 圖7是顯示本發(fā)明的另一實施方式的綱要圖，其中包括兩個在線裸光纖外徑檢測器一個位于緊挨爐子下方提供裸光纖外徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)；另一個位于緊挨涂層裝置上方提供完成了的裸光纖外徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)。0064 圖8是顯示本發(fā)明的另一實施方式的綱要圖，其中包括兩個位于爐子和涂層裝置之間的在線外徑檢測器一個位于緊挨爐子下方提供裸光纖外徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)；另一個位于一位置其光纖收縮率在0.5％-0.3％之間，提供估計完成了裸光纖直徑誤差范圍在0.5％-0.3％的裸光纖外徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)。0065 圖9是顯示本發(fā)明的一實施方式的變形的綱要圖，包括僅有一個在線外徑檢測器位于緊挨涂層裝置上方提供完成了的裸光纖外徑數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)。0066 圖10(當前技術(shù))是一綱要圖，說明一改進了的傳統(tǒng)光纖抽絲過程(參見美國專利5073179)。0067 圖11(當前技術(shù))是說明一傳統(tǒng)的光纖抽絲過程的綱要圖(參見James J.Refi，F(xiàn)iber Optic Cable-ALight Guide)。0068 五.具體實施方式
0069 優(yōu)選的實施方式最好考慮所有三個直徑檢測的信號來自預(yù)制棒直徑檢測，第一裸光纖直徑檢測和第二完成了的裸光纖直徑檢測的信號，然后以產(chǎn)生光纖抽絲速度控制信號和預(yù)制棒送入控制信號。0070 另也可見僅結(jié)合上述的第一裸光纖直徑檢測和第二完成了的裸光纖直徑檢測信號生成一綜合的控制信號，也比描述在美國專利5443610中的當前技術(shù)為好。本發(fā)明有利于魯棒控制光纖直徑，即裸光纖直徑。0071 本發(fā)明的優(yōu)選的實施方式被描述在下述圖示中，在光纖抽絲過程中帶有上述的三種檢測器的不同組合以產(chǎn)生魯棒直徑控制的光纖。0072 下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明。圖中的數(shù)碼表示參見前述。0073 圖1顯示本發(fā)明的一個最優(yōu)選的實施方式。預(yù)制棒[2]在爐子中加熱和熔化，被在張力下牽伸成光纖[11]，光纖是由絞盤[13]牽伸和纏繞上卷桶[15]，其安裝在纏繞裝置上。其特征在于預(yù)制棒檢測器[10]位于緊挨爐子上方安全之處以減小時超；裸光纖檢測器[20]是位于一緊挨爐子下方的安全之處以減小時滯；而裸光纖檢測器[40]是位于緊挨涂層裝置上方的安全之處以對完成了的光纖提供十分高精度的外徑測量。0074 一般來說，預(yù)制棒的外徑是在爐子逐漸變小按照預(yù)制棒溫度的軸向變化(所以，預(yù)制棒材料的粘度變化)。進而，預(yù)制棒收縮部分的尺寸依賴于抽絲的速率。當抽絲速率增大，裸光纖的外徑和在爐子出口處的光纖溫度都增大。當然，控制完成了的裸光纖外徑取決于預(yù)制棒的直徑，抽絲加熱爐的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如加熱區(qū)長度，爐子出口尺寸，惰性氣體的流速和種類，以及裸光纖的直徑。于是在光纖抽絲過程中，檢測器[10]測量預(yù)制棒的外徑，檢測器[20]測量正在離開加熱爐的裸光纖的外徑，而檢測器[40]測量正在進入涂層裝置的完成了的裸光纖的外徑。0075 然后，其特征是所有這些測量數(shù)據(jù)被送入一(綜合)魯棒控制系統(tǒng)結(jié)合在一起以生成光纖抽絲速率控制信號給絞盤[13]和生成預(yù)制棒送入速度控制信號給預(yù)制棒送入機械[1]。0076 于是，一個擁有更好的光纖外徑精度的光纖生產(chǎn)出來了。此光纖外徑是被魯棒控制的。0077 可見，本發(fā)明在抽絲速率變得越來越快的光纖抽絲中是十分有效的。0078 圖2顯示本發(fā)明的另一實施方式，其中在涂層階段之前的三個外徑檢測器是預(yù)制棒檢測器[10]位于爐子之上安全處，裸光纖直徑檢測器[20]位于爐子下方之安全處，和裸光纖的第二個檢測器[30]位于一處其收縮率小于0.5％(0.5％-0.3％如美國專利5073179所述)。魯棒控制系統(tǒng)得到來自這些直徑檢測器的反饋信號，并控制光纖抽絲速率和預(yù)制棒的送入速度以生產(chǎn)魯棒直徑控制的光纖。0079 圖3顯示本發(fā)明的第三個實施方式，其中在涂層階段之前的兩個外徑檢測器是預(yù)制棒檢測器[10]緊位于爐子之上安全之處，和一完成的裸光纖外徑檢測器[40]緊位于涂層裝置之上。它們提供控制系統(tǒng)反饋信號給光纖抽絲控制系統(tǒng)以生產(chǎn)高質(zhì)量光纖。0080 圖4顯示本發(fā)明的第4個實施方式，其中在涂層階段之前的兩個外徑檢測器是預(yù)制棒直徑檢測器[10]緊位于爐子之上方安全之處，和檢測器[30]位于收縮率小于0.5％之處。控制系統(tǒng)收集這些測量數(shù)據(jù)和決定光纖抽絲速率和預(yù)制棒送入速度。0081 圖5顯示本發(fā)明的第5個實施方式，其讓圖4中的檢測器[30]能按抽絲速率高低調(diào)整位置。在圖5中，當抽絲速率低時，外徑檢測由檢測器[31]執(zhí)行；而當速率高時，外徑檢測由檢測器[32]執(zhí)行。另一方案是僅用一個檢測器，它可沿光纖按抽絲速率移動。圖5的其余部分與圖4的相應(yīng)部分是相同的，例如檢測器[10]。0082 圖6顯示本發(fā)明的第6個實施方式，其中位于涂層階段之前的兩個外徑檢測器是預(yù)制棒外徑檢測器[10]位于爐子之上方安全之處，和裸光纖外徑檢測器[20]緊位于爐子之下方之安全之處?？刂葡到y(tǒng)收集這些測量數(shù)據(jù)和決定光纖抽絲速率和預(yù)制棒送入速度。0083 檢測器[20]有最小的時滯比起檢測器[30](或[31]或[32])，特別當抽絲速率小時。檢測器[30]提供更高精度的光纖外徑測量比檢測器[20]，當抽絲速率高時，但是檢測器[40]有更高的完成了的裸光纖外徑測量精度，即最高精度的光纖玻璃的直徑。0084 圖7顯示本發(fā)明的第7個實施方式。其中在爐子[3]和涂層裝置[6]之間有兩個外徑檢測器，但沒有位于爐子之上的預(yù)制棒外徑檢測器。這兒，兩個檢測器是如前面所的檢測器[20]和[40]在各自的位置上。這個方法以一更好的方法解決了在美國專利5443610中所描述的問題。因為檢測器[40]能比美國專利5443610中傳統(tǒng)的檢測器[30]提供更高精度的完成的裸光纖的外徑測量，而檢測器[20]能比美國專利5443610中的檢測器[30]提供更小的時滯時間檢測。0085 圖8顯示本發(fā)明的第8個實施方式。在圖8中，選擇了檢測器[20]和檢測器[30]或[31]或[32]。它們分別位于上面所述的各自位置。這個方法能提供控制系統(tǒng)來自檢測器[20]的較小時滯的裸光纖外徑信息，以及來自檢測器[30]或[31]或[32]的裸光纖外徑信息。這實際上是一個結(jié)合兩個當前分開的傳統(tǒng)方法在一起的新方法，比任一單個傳統(tǒng)的方法有更高精度的光纖外徑測量，進而提供更高精度的反饋信號給光纖抽絲控制系統(tǒng)以生產(chǎn)高質(zhì)量光纖。0086 圖9顯示本發(fā)明的第9個實施方式。在圖9中，抽絲過程只有一個外徑檢測器[40]位于爐子[3]和涂層[6]之間。此方法可以是一替換方法帶有一個優(yōu)點精確地檢測完成了的裸光纖外徑和保留對光纖產(chǎn)品的技術(shù)指標記錄。但是這個方法付出的代價是對控制系統(tǒng)帶來時滯。0087 最后，圖10和圖11顯示兩個光纖抽絲過程的傳統(tǒng)方法。0088 圖10只有一個檢測器[30](或[31]或[32])檢測裸光纖的外徑位于一外徑收縮率在0.5％-0.3％處(美國專利5073179)。0089 圖11顯示僅有一緊位于爐子下方檢測器[20]檢測裸光纖直徑的傳統(tǒng)方法。在此位置檢測器[20]以沒有對裸光纖外徑精確測量為代價而達到極小化時滯。(James J.Refi，F(xiàn)iber Optic Cable-A Light Guide)0090 最后，應(yīng)指出對上述的圖1-9中所示的本發(fā)明實施方式，一強制的光纖冷卻裝置可以在爐子[3](或檢測器[20]，當其在實施方式中被選用時)和涂層裝置[6](或檢測器[40]或[30]，當其在實施方式中被選用時)之間。由此它們之間的冷卻距離可以縮短，并且時滯也可縮短。這樣的一種結(jié)構(gòu)是特別可選的，因為它可避免器械的大尺寸和得到一個及時的響應(yīng)。0091 如前所述，按照本發(fā)明，光纖的外徑絕對值不僅能正確測量而且能被魯棒地控制，憑此可生產(chǎn)帶有更好精度的光纖，而面對預(yù)制棒直徑的波動，加熱爐狀況的波動，各種擾動和參數(shù)攝動，特別是在不斷提高抽絲速率的高生產(chǎn)率情況下，在光纖抽絲過程中預(yù)制棒的尺寸不斷增大的情況下，提高光纖抽絲生產(chǎn)過程的性能，進而提供高質(zhì)量和高性能的光纖。于是，本發(fā)明提供魯棒直徑控制的光纖在光纖抽絲過程中。
權(quán)利要求
本發(fā)明是1.一種生產(chǎn)光纖的抽絲過程，該過程有下述步驟加熱和熔化光纖預(yù)制棒；當加熱和熔化時，在張力下從所說的預(yù)制棒抽絲形成所說的光纖；其特征是在加熱和熔化前檢測所說的預(yù)制棒外徑或形狀尺寸，將其檢測數(shù)據(jù)送入抽絲過程控制系統(tǒng)，由此光纖抽絲過程將是魯棒控制的，具有高性能的過程和高質(zhì)量的光纖，而生產(chǎn)魯棒直徑控制的光纖以對抗預(yù)制棒直徑或形狀的各種偏差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖抽絲過程中，其特征是所說的預(yù)制棒外徑或形狀檢測是在線的或者是離線的；在線檢測的信號是在線實時的送入所說的控制系統(tǒng)，而離線檢測的信號是預(yù)儲存在所說的控制系統(tǒng)中，以控制所述的過程而面對所說的預(yù)制棒直徑或形狀的偏差。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖抽絲過程中，所述的過程中檢測的預(yù)制棒外徑或形狀數(shù)據(jù)送入控制系統(tǒng)，其特征包括下述之一或者全部的控制預(yù)制棒送入速度控制；光纖抽絲速率控制；和光纖張力控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖抽絲過程中，其特征是進一步包括下述步驟檢測所說的光纖外徑在一安全的位于和接近加熱爐的下方，并提供此檢測數(shù)據(jù)給所述的控制系統(tǒng)以控制光纖抽絲過程，憑此以維持所述過程的魯棒高性能和提供所說的光纖以魯棒高質(zhì)量而面對所述預(yù)制棒外徑和形狀的偏差。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖抽絲過程中，其特征是所述的過程進一步包括下述步驟在一小收縮率的位置檢測所說的在抽絲的裸光纖外徑，提供此檢測數(shù)據(jù)給所述的控制系統(tǒng)，抽絲過程的抽絲率由所檢測的預(yù)制棒外徑偏差和所檢測光纖外徑偏差所控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖抽絲過程所生產(chǎn)的產(chǎn)品一種在光纖抽絲過程魯棒直徑控制的光纖，其特征是其裸光纖直徑得到魯棒控制和更好的監(jiān)測。
7.一種生產(chǎn)光纖的抽絲過程，該過程有下述步驟加熱和熔化所說光纖的預(yù)制棒；當加熱和熔化時，在張力下從所說的預(yù)制棒抽絲形成所說的光纖；在加熱和熔化后，對正在抽絲的光纖涂層；其特征是檢測恰在涂層階段前的光纖(稱作完成了的裸光纖)的外徑，并提供此測量數(shù)據(jù)給一控制系統(tǒng)以控制所說的抽絲過程，憑此保持所說的過程的魯棒高性能和生產(chǎn)魯棒高質(zhì)量光纖，其包括對所說光纖的關(guān)鍵質(zhì)量—即所說的完成了的裸光纖的直徑的真正的控制質(zhì)量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖抽絲過程中，其特征是所說的控制系統(tǒng)包括至少如下一個控制預(yù)制棒送入速度控制；光纖的抽絲速率；和光纖的張力控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖抽絲過程中，其特征進而包括下述步驟在所述的預(yù)制棒加熱和熔化之前檢測其外徑，提供此測量數(shù)據(jù)給所說的控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)將它與所提供的完成了光纖外徑數(shù)據(jù)結(jié)合一起控制所述過程，以得所述光纖抽絲過程和光纖的魯棒控制的高性能。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖抽絲過程中，其特征進一步包括下述步驟檢測裸光纖外徑在一靠近加熱爐下方和提供此檢測數(shù)據(jù)給所說控制系統(tǒng)控制抽絲過程。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖抽絲過程所生產(chǎn)的產(chǎn)品魯棒直徑控制的光纖。
12.一種生產(chǎn)光纖的抽絲過程，該過程有下述步驟加熱和熔化光纖預(yù)制棒；當加熱和熔化時，在張力下從所說的預(yù)制棒抽絲形成光纖；在加熱和熔化后，對正在抽絲的光纖涂層；其特征是在涂層階段前在兩處或者多處檢測所說的光纖外徑，并提供其所測數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)去控制抽絲過程，憑此以保持所說抽絲過程的魯棒控制高性能和所說光纖的魯棒的高質(zhì)量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光纖抽絲過程中，其特征是所說的檢測是在加熱和熔化之后，并包括在靠近加熱爐下方的安全處檢測所說光纖的外徑，以使從加熱和熔化階段到測量之間有限時滯不大，并在一個光纖外徑收縮率很小之處再檢測所說光纖的外徑，然后控制系統(tǒng)根據(jù)這些檢測數(shù)據(jù)對它們各自預(yù)選之值的偏差來控制抽絲速率，憑此以維持在涂層前的所說光纖的最后外徑的控制質(zhì)量。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光纖抽絲過程中，其特征是進一步包括一個在加熱爐之上的所說的預(yù)制棒外徑檢測，并將所檢測的預(yù)制棒外徑數(shù)據(jù)和所述的兩處或者多處的光纖外徑測試數(shù)據(jù)給控制系統(tǒng)以魯棒控制所述的光纖抽絲過程和所述的光纖的高性能。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的兩處或者多處光纖外徑檢測，其特征包括一處在接近加熱爐下方的安全之處和另一處就恰在涂層階段之前，而那所檢測的光纖外徑被稱作在涂層階段之前的裸光纖的最后外徑，憑此具有裸光纖的最后外徑的控制質(zhì)量，其是所說的光纖的一個關(guān)鍵質(zhì)量。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的光纖抽絲過程所生產(chǎn)的產(chǎn)品魯棒直徑控制的光纖。
17.一種生產(chǎn)光纖的過程控制方法，其包括下述步驟由多于一個的位于不同位置的檢測器檢測生產(chǎn)過程的物件，包括在一步驟或者一個加工工序之前和之后，在那步驟或者工序中所說物件實質(zhì)性地改變了其幾何形狀或者尺寸，或者物理特性，或者化學(xué)特性；分析來自檢測器的測量數(shù)據(jù)；產(chǎn)生一個或多個控制信號以控制光纖生產(chǎn)過程基于檢測數(shù)據(jù)和其分析；憑此以獲得生產(chǎn)過程的魯棒高性能。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的控制方法中，其特征是所說的光纖生產(chǎn)過程控制是一光纖抽絲過程控制，并且所說的檢測器包括一個在加熱爐之前的預(yù)制棒檢測，因為在加熱爐中預(yù)制棒正在實質(zhì)性地改變其幾何尺寸被牽伸而形成所說的光纖，并包括另外一個在加熱爐之后對所說的光纖檢測，憑此檢測數(shù)據(jù)通過控制預(yù)制棒的送入速度和光纖抽絲的速率而魯棒地控制所說的抽絲過程的高性能和所說的光纖的高質(zhì)量。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的控制方法中，其特征是所說的光纖生產(chǎn)過程控制是一光纖抽絲過程控制，并且所說的檢測器裝置包括一個在接近加熱爐之后之處，在加熱爐中預(yù)制棒通過以牽伸而形成所說的光纖；和另一個位于加熱爐之后但接近涂層裝置之處；鑒于所說的光纖在此二檢測器之間的收縮，憑此檢測數(shù)據(jù)以魯棒地控制所說的抽絲過程的高性能和所說的光纖的高質(zhì)量。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的控制方法所生產(chǎn)的產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明光纖抽絲過程中魯棒直徑控制的光纖不僅提供魯棒直徑控制的光纖，而且提供光纖抽絲過程新的技術(shù)方案。抽絲過程是在張力下從正在加熱和熔化的預(yù)制棒抽絲成光纖。鑒于抽絲過程正變得越來越快，預(yù)制棒尺寸變得越來越大，為了在變化的參數(shù)下和不確定的環(huán)境變化下確保光纖質(zhì)量和抽絲過程性能的魯棒性，本發(fā)明的特征是采用預(yù)制棒外徑檢測位于加熱爐上方(的一安全)處，裸光纖外徑檢測一次或兩次，如檢測恰在涂層階段前的裸光纖的外徑，抽絲過程是根據(jù)所檢測數(shù)據(jù)偏離各自的預(yù)選值來魯棒地控制。
文檔編號C03B37/00GK1420095SQ0212497
公開日2003年5月28日 申請日期2002年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月20日
發(fā)明者王勝國 申請人:王勝國