一种光纤预制棒的烧结方法及其设备的制作方法
【专利摘要】本发明是一种光纤预制棒的烧结方法及其设备，涉及的是光纤预制棒烧结领域，具体地说，是利用激光反馈控制系统对烧结炉在烧结过程中的温度进行实时调整，以实现对烧结过程进行闭环控制的一种方法与设备。包括塔体、电机一、卡盘、石英吊杆、导轨、吸气口、粉末预制棒、石英腔体、洗涤塔、炉体、隔热材料、加热体、温控柜、石英炉芯管、激光发射器、激光接收器、Cl2气柜、He气柜、N2气柜、Cl2质量流量控制器、He质量流量控制器、N2质量流量控制器、MFC流量控制柜、激光控制柜、送排风控制器、电机控制柜、电机二、热电偶、丝杆和控制电脑。
【专利说明】一种光纤预制棒的烧结方法及其设备
[0001]【技术领域】
本发明一种光纤预制棒的烧结方法及其设备涉及的是光纤预制棒烧结领域，具体地说，是利用激光反馈控制系统对烧结炉在烧结过程中的温度进行实时调整，以实现对烧结过程进行闭环控制的一种方法与设备。使用该方法能够做到对烧结炉在烧结过程中的温度的实时调整，以便实现对预制棒透明度的有效控制，防止由于烧结炉的烧结温度设定不当，而导致预制棒烧结后棒体不透明。
【背景技术】
[0002]目前，烧结炉在烧结预制 棒的过程中，其温度主要是通过温度控制仪进行控制。温度控制仪是通过预先设定若干个阶段，对每个阶段赋予恒定的温度，在烧结预制棒的过程中，温度按照预先的设定值进行变化。通过温控仪进行烧结温度的控制，存在一个弊端:不能实时调整烧结温度，不利于对预制棒透明度的精确控制。
[0003]中国发明专利02138227.1介绍了一种通过设计一个收缩比例系数K，来烧结预制棒，烧结后利用预制棒外径验证系数K，并进行修正，以此来烧结出合格预制棒的方法。但是，该方法存在两个弊端。其一，收缩比例系数K若设计不当，会直接导致预制棒烧不透，从而造成制品报废。其二，不同的粉末密度，需要对应不同的收缩比例系数K，对于大规模生产而言，每台设备生产的粉末棒密度会各有差异，因此对于每一台设备将需要对应一个收缩比例系数K，生产过程将变得极为繁琐，因此该方法适用性不强。
[0004]中国发明专利200410041908.3介绍了一种变速率烧结预制棒的方法，在烧结的前半段，采取一个相对较慢的烧结速度，在烧结的后半段，采取一个相对较快的烧结速度。但是，该专利中有一个重要问题没有提及。在烧结的后半段，由于预制棒已有一半完成烧结，上部腔体内的剩余粉末棒体积已明显减少，炉内的热量将由于热泳原理向上扩散从而损失掉。也就是说，在烧结的后半段，理论上，应该降低烧结的速度，让粉末棒充分吸收热量。如果想要增加烧结速度，则必须要增加炉温。这点在该专利中没有提及。
【发明内容】
[0005]本发明目的是针对上述不足之处，提出一种光纤预制棒的烧结方法及其设备。本发明能够克服当前的工艺不能对烧结过程中的温度进行实时调整、对预制棒透明度进行有效控制的问题，提出一种基于PID控制技术，实时调整烧结过程中的温度、有效控制预制棒透明度的方法及其设备，能够有效防止由于烧结炉的烧结温度设定不当，而导致预制棒烧结后棒体不透明。
[0006]一种光纤预制棒的烧结方法及其设备是采取以下技术方案实现:
一种光纤预制棒的烧结设备包括塔体、电机一、卡盘、石英吊杆、导轨、吸气口、粉末预制棒、石英腔体、洗涤塔、炉体、隔热材料、加热体、温控柜、石英炉芯管、激光发射器、激光接收器、Cl2气柜、He气柜、N2气柜、Cl2质量流量控制器(MFC)、He质量流量控制器(MFC)、N2质量流量控制器(MFC)、MFC流量控制柜、激光控制柜、送排风控制器、电机控制柜、电机二、热电偶、丝杆和控制电脑。
[0007]导轨安装在塔体上部，卡盘安装在导轨上，石英吊杆安装在卡盘上，在石英吊杆末端装入粉末预制棒，粉末预制棒安装在石英腔体内，石英腔体安装在塔体中。卡盘与丝杆相连，卡盘与电机一相连，电机二带动丝杆旋转，电机一控制卡盘旋转，电机二控制丝杆旋转，以使卡盘沿导轨上升和下降。其中，电机一、电机二受电机控制柜控制。
[0008]吸气口与洗涤塔通过管道连接，用于吸取、处理石英腔体中逸出的废气。
[0009]石英腔体外部安装有烧结炉， 烧结炉由炉体、隔热材料、加热体、热电偶构成，其中，隔热材料位于炉体和加热体之间，热电偶穿过隔热材测量加热体的温度。加热体、热电偶分别通过电线、信号线与温控柜相连。温控柜通过控制信号线与控制电脑相连。
[0010]激光发射器、激光接收器分别安装在烧结炉下部石英炉芯管两侧，激光发射器、激光接收器通过信号线与激光控制柜相连接，激光控制柜通过信号线与温控柜相连接。
[0011]Cl2气柜、He气柜、N2气柜分别存储有Cl2、He和N2，气体分别经过气体管道、Cl2质量流量控制器(MFC)、He质量流量控制器(MFC)、N2质量流量控制器(MFC)与石英炉芯管相连接，气体(:12、抱和队进入石英炉芯管内。其中，Cl2质量流量控制器(MFC)、He质量流量控制器(MFC)、N2质量流量控制器(MFC)通过控制线与MFC流量控制柜相连，MFC流量控制柜中安装有可编程逻辑控制器PLC，Cl2质量流量控制器(MFC)、He质量流量控制器(MFC)、N2质量流量控制器(MFC)的流量受MFC流量控制柜控制。
[0012]质量流量控制器，简称MFC，其作用是用于控制气体的流量，通过预先设定若干个阶段，对每个阶段赋予恒定的流量，在生产过程中，气体按照预先设定的流量进行供应。
[0013]塔体设置有送排风控制器，送排风控制器控制塔体内的送风和排风。
[0014]控制电脑用于发出“运行”、“暂停”、“停止”三种信号，控制设备运行状态。
[0015]所述的激光发射器采用市售Thorlabs H050NL型激光发射器。所述的激光接收器采用市售Thorlabs S120C型激光接收器。质量流量控制器(MFC)、He质量流量控制器(MFC)和N2质量流量控制器(MFC)采用市售HORIBA NlOO系列质量流量控制器。
[0016]所述的MFC流量控制柜中装有EH150系列PLC控制器。所述的激光控制柜中装有Thorlabs PM320型激光控制器。送排风控制器采用市售SW62-WIFI型送排风控制器。所述的热电偶采用市售R型热电偶。所述的控制电脑采用市售HITACH EH150型工业控制计算机。
[0017]一种光纤预制棒烧结设备的烧结方法如下:
1.气体供应
烧结时，将Cl2气柜、He气柜中的气体分别通过Cl2质量流量控制器(MFC)、He质量流量控制器(MFC)及管道进入石英炉芯管内，由MFC流量控制柜控制气体流量。其中，每个气路上配置的质量流量控制器MFC (例如AE FC-7800⑶系列质量流量控制器)，用于控制不同阶段的气流量。
[0018]2.烧结粉末预制棒
预制棒烧结共分6个阶段。其中:
阶段I属于升温阶段，时间30min,通入10L/min的He ；
阶段2属于恒温阶段,时间9h,通入500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此阶段预制棒进行脱羟和玻璃化过程；阶段3属于二次升温阶段，时间30min，温度在阶段2的基础上上升10°C，此时通入的是500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此阶段预制棒继续进行脱轻和玻璃化过程；
阶段4属于恒温阶段,时间3h,此时通入的是500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此阶段预制棒继续进行脱羟和玻璃化过程；
阶段5属于降温阶段，时间30min，此时通入的是20L/min的N2，在此阶段预制棒已停止脱羟和玻璃化过程；
阶段6属于待机阶段，设定时间12h，此时通入的是20L/min的N2。
[0019]在粉末预制棒装入前， 吊杆和石英腔体处于初期位置。在阶段6状态下，先在温控柜上设定烧结各阶段的温度。其中，阶段I温度设定为1150°C，阶段2温度设定为1150°C，阶段3温度设定为1160°C，阶段4温度设定为1160°C，阶段5温度设定为1050°C，阶段6温度设定为1050°C。
[0020]在阶段6状态下，在石英吊杆末端装入粉末预制棒，在控制电脑上下达“运行”指令，之后使用吊杆和石英腔体交替下降。其中，电机一 2在电机控制柜26控制下，使卡盘3和吊杆4随之以1.5r/min的速度旋转，电机二 27在电机控制柜26控制下，使得吊杆4能够沿着丝杆29和导轨5以3.0mm/min的速度下降。吊杆4下降1150mm之后停止下降,石英腔体8继续下降，直至落到石英炉芯管14的法兰面上。吊杆4和石英腔体8全部下降到位后，控制电脑发出“暂停”指令，目的是让操作人员对吊杆4、石英腔体8和石英炉芯管14法兰面的贴合程度进行检查。
[0021]操作人员检查结束后，在控制电脑30上发出“运行”指令，此后程序进入自动状态，详细过程如下:
程序从阶段6自动跳转到阶段I进入升温阶段，时间30min，30min内炉温从1050°C上升到1150°C，在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转，且不下降；
升温结束进入阶段2恒温阶段，炉温保持在1150°C，时间9h，在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度下降,粉末棒进行脱轻和玻璃化；
阶段2结束后，程序自动进入阶段3，时间30min，温度在阶段2的基础上在30min内上升10°C,升至1160°C,在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度下降,粉末棒继续进行脱羟和玻璃化；
阶段3结束后，程序自动进入阶段4恒温阶段，炉温保持在1160°C，时间3h，在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度下降,粉末棒继续进行脱轻和玻璃化；
阶段4结束后，程序自动进入阶段5降温阶段，时间30min，在此阶段，吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度上提1700mm，停止脱羟和玻璃化，炉温在30min内从1160°C下降至Ij 10500C ；
阶段5结束后，程序自动进入阶段6待机阶段，在刚进入阶段6时，吊杆和石英腔体交替上升，回到初期位置，预制棒暴露在空气中进行自然冷却，棒体表面冷却至50°C所需的时间约lh，之后便可进行卸载作业。
[0022]3.激光反馈控制
粉末预制棒7在烧结过程中，激光发射器15发出一束波长850nm、功率P为5mw的激光，激光穿过粉末预制棒，到达激光接收器16，接收端功率为P’。
[0023]激光控制柜分析P和P’的差值Λ P，预先在激光控制柜24内设定Λ P的范围，其中，ΔΡ的最小值为APmin, ΔΡ的最大值为APmax, APmin和ΔPmax根据实际情况设定。当烧结过程中，ΔΡ < APmin或ΔΡ > ΛPmax时，由激光控制柜触发一个信号，传递到温控柜，温控柜对当前温度进行调整，调整原则为:
ΔΡ < APmin时，表明预制棒透明度差，需增加烧结温度；
APmin ≤ ΔΡ≤APmax时，表明预制棒透明度符合预期，不需要调整温度；
ΔΡ > APmax时，表明预制棒透明度超过预期，棒体可能产生拉长、拉细，需降低烧结温度。
[0024]具体的控制过程是:
当ΛΡ < ΛPmin时，激光控制柜24触发一个升温信号传递到温控柜，温控柜进行自动升温操作，热电偶将实时温度反馈给温控柜，当达到目标温度时，温控柜自动停止升温操作；
当ΔPmin≤ΔΡ≤ΔPmax时，激光控制柜将实时信号传递到温控柜，温控柜判断此时不需要进行温度调整；
当ΛΡ > APmax时，激光控制柜触发一个升温信号传递到温控柜，温控柜进行自动降温操作，热电偶将实时温度反馈给温控柜，当达到目标温度时，温控柜自动停止降温操作。
[0025]以上过程，即是激光反馈控制工作过程。
[0026]4.尾气收集、处理
烧结过程中产生的尾气，主要成分是HC1、HF，由吸气口进行收集，并通过管道传输到洗涤塔。在洗涤塔中，储有NaOH碱液，和尾气进行中和反应，最终使尾气达到排放标准。
[0027]本发明的光纤预制棒的烧结方法及其设备优点在于:
1.在整个烧结过程中，利用激光反馈控制，可以实时获取预制棒的透明度情况，并及时作出响应，调整烧结温度，从而使得预制棒透明度变得在线实时可调；
2.防止由于温度设定不当而导致预制棒烧不透，同时，让整个预制棒烧结过程变得更加自动化、智能化。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]以下将结合附图对本发明作进一步说明:
图1是预制棒烧结设备示意图。
【具体实施方式】
[0029]参照附图1，一种光纤预制棒的烧结设备包括塔体1、电机一 2、卡盘3、石英吊杆
4、导轨5、吸气口 6、粉末预制棒7、石英腔体8、洗涤塔9、炉体10、隔热材料11、加热体12、温控柜13、石英炉芯管14、激光发射器15、激光接收器16、Cl2气柜17、He气柜18、N2气柜19,Cl2质量流量控制器化卩0 20、抱质量流量控制器(MFC)21、N2质量流量控制器(MFC)22,MFC流量控制柜23、激光控制柜24、送排风控制器25、电机控制柜26、电机二 27、热电偶28、丝杆29和控制电脑30。
[0030]如图1所示，导轨5安装在塔体1上部，卡盘3安装在导轨5上，石英吊杆4安装在卡盘3上，在石英吊杆4末端装入粉末预制棒7，粉末预制棒7安装在石英腔体8内，石英腔体8安装在塔体1中。卡盘3与丝杆29相连，卡盘3与电机一 2相连，电机二 27带动丝杆29旋转，电机一 2控制卡盘3旋转，电机二 27控制丝杆29旋转，以使卡盘3沿导轨5上升和下降。其中，电机一 2、电机二 27受电机控制柜26控制。
[0031]吸气口 6与洗涤塔9通过管道连接，用于吸取、处理石英腔体8中逸出的废气。
[0032]石英腔体8外部安装有烧结炉，烧结炉由炉体10、隔热材料11、加热体12、热电偶28构成，其中，隔热材料11位于炉体10和加热体12之间，热电偶28穿过隔热材料11测量加热体12的温度。加热体12、 热电偶28分别通过电线、信号线与温控柜13相连。温控柜13通过控制信号线与控制电脑30相连。
[0033]激光发射器15、激光接收器16分别安装在烧结炉下部石英炉芯管14两侧，激光发射器15、激光接收器16通过信号线与激光控制柜24相连接，激光控制柜24通过信号线与温控柜13相连接。
[0034]Cl2气柜17、He气柜18、N2气柜19分别存储有Cl2、He和N2，气体分别经过气体管道、Cl2质量流量控制器化卩0 20、抱质量流量控制器(MFC)21、N2质量流量控制器(MFC)22与石英炉芯管14相连接，气体Cl2、He和N2进入石英炉芯管14内。其中，Cl2质量流量控制器(1^0 20、抱质量流量控制器(MFC)21、N2质量流量控制器(MFC) 22通过控制线与MFC流量控制柜23相连，MFC流量控制柜23中安装有可编程逻辑控制器PLC，Cl2质量流量控制器(MFC) 20、He质量流量控制器(MFC) 21、N2质量流量控制器(MFC) 22的流量受MFC流量控制柜23控制。
[0035]质量流量控制器，简称MFC，其作用是用于控制气体的流量，通过预先设定若干个阶段，对每个阶段赋予恒定的流量，在生产过程中，气体按照预先设定的流量进行供应。
[0036]塔体I设置有送排风控制器25,送排风控制器25控制塔体I内的送风和排风。
[0037]控制电脑30用于发出“运行”、“暂停”、“停止”三种信号，控制设备运行状态。
[0038]所述的激光发射器15采用市售Thorlabs H050NL型激光发射器。所述的激光接收器16采用市售Thorlabs S120C型激光接收器。质量流量控制器(MFC) 20、He质量流量控制器(MFC) 21和N2质量流量控制器(MFC) 22采用市售HORIBA NlOO系列质量流量控制器。
[0039]所述的MFC流量控制柜23中装有EH150系列PLC控制器。所述的激光控制柜24中装有Thorlabs PM320型激光控制器。送排风控制器25采用市售SW62-WIFI型送排风控制器。所述的热电偶28采用市售R型热电偶。所述的控制电脑30采用市售HITACH EH150型工业控制计算机。
[0040]在石英吊杆4上方安装粉末预制棒7，送入炉内，石英腔体8落至石英炉芯管14上，两者法兰面完全贴合。
[0041]随着卡盘3的旋转和下降，粉末预制棒7做螺旋向下运动，与此同时，炉内通入Cl2和He。炉温按照预先设定的若干阶段进行变化。
[0042]当粉末预制棒7下尾柄抵达激光所在水平位置时，激光反馈控制系统进入工作状态。激光发射器15以一定频率发出功率P恒定的激光束，由激光接收器16进行接收，接收端功率为P’。激光控制柜24分析P和P’的差值△ P。预先在激光控制柜内设定△ P的范围，当烧结过程中，Λ P超过设定范围时，由激光控制柜触发一个信号，传递到温控柜13，温控柜13对当前温度进行调整。
[0043]Δ P的范围是APmin~APmax。当ΔΡ处于APmin~Δ Pmax之间时,说明预制棒透明度状态正常，无需调整温度；当AP>APmaX时，说明预制棒透明度过高，棒体可能被拉长、拉细，需要降低温度；当ΛΡ〈 ΛPmax时，说明预制棒透明度过低，棒未烧透，需要增加温度。
[0044]一种光纤预制棒的烧结方法如下:
1.气体供应
烧结时，将Cl2气柜17、He气柜18中的气体分别通过Cl2质量流量控制器(MFC)20、He质量流量控制器(MFC) 21及 管道进入石英炉芯管14内，由MFC流量控制柜23控制气体流量。其中，每个气路上配置的质量流量控制器MFC (例如AE FC-7800CD系列质量流量控制器)，用于控制不同阶段的气流量。
[0045]2.烧结粉末预制棒
预制棒烧结共分6个阶段。其中:
阶段I属于升温阶段，时间30min,通入10L/min的He ；
阶段2属于恒温阶段,时间9h,通入500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此阶段预制棒进行脱羟和玻璃化过程；
阶段3属于二次升温阶段，时间30min，温度在阶段2的基础上上升10°C，此时通入的是500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此阶段预制棒继续进行脱轻和玻璃化过程；
阶段4属于恒温阶段,时间3h,此时通入的是500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此阶段预制棒继续进行脱羟和玻璃化过程；
阶段5属于降温阶段，时间30min，此时通入的是20L/min的N2，在此阶段预制棒已停止脱羟和玻璃化过程；
阶段6属于待机阶段，设定时间12h，此时通入的是20L/min的N2。
[0046]在粉末预制棒7装入前，吊杆4和石英腔体8处于初期位置。在阶段6状态下，先在温控柜13上设定烧结各阶段的温度。其中，阶段I温度设定为1150°C，阶段2温度设定为1150°C，阶段3温度设定为1160°C，阶段4温度设定为1160°C，阶段5温度设定为1050°C，阶段6温度设定为1050°C。
[0047]在阶段6状态下，在石英吊杆4末端装入粉末预制棒7，在控制电脑30上下达“运行”指令，之后使用吊杆4和石英腔体8交替下降。其中，电机一 2在电机控制柜26控制下，使卡盘3和吊杆4随之以1.5r/min的速度旋转，电机二 27在电机控制柜26控制下，使得吊杆4能够沿着丝杆29和导轨5以3.0mm/min的速度下降。吊杆4下降1150mm之后停止下降，石英腔体8继续下降，直至落到石英炉芯管14的法兰面上。吊杆4和石英腔体8全部下降到位后，控制电脑发出“暂停”指令，目的是让操作人员对吊杆4、石英腔体8和石英炉芯管14法兰面的贴合程度进行检查。
[0048]操作人员检查结束后，在控制电脑30上发出“运行”指令，此后程序进入自动状态:
程序从阶段6自动跳转到阶段I进入升温阶段，时间30min，30min内炉温从1050°C上升到1150°C，在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转，且不下降；
升温结束进入阶段2恒温阶段，炉温保持在1150°C，时间9h，在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度下降,粉末棒进行脱轻和玻璃化；
阶段2结束后，程序自动进入阶段3，时间30min，温度在阶段2的基础上在30min内上升10°C,升至1160°C,在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度下降,粉末棒继续进行脱羟和玻璃化；
阶段3结束后，程序自动进入阶段4恒温阶段，炉温保持在1160°C，时间3h，在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度下降,粉末棒继续进行脱轻和玻璃化；
阶段4结束后，程序自动进入阶段5降温阶段，时间30min，在此阶段，吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度上提1700mm，停止脱羟和玻璃化，炉温在30min内从1160°C下降至Ij 10500C ；
阶段5结束后，程序自动进入阶段6待机阶段，在刚进入阶段6时，吊杆4和石英腔体8交替上升，回到初期位置， 预制棒暴露在空气中进行自然冷却，棒体表面冷却至50°C所需的时间约lh，之后便可进行卸载作业。
[0049]3.激光反馈控制
粉末预制棒7在烧结过程中，激光发射器15发出一束波长850nm、功率P为5mw的激光，激光穿过粉末预制棒，到达激光接收器16，接收端功率为P’。
[0050]激光控制柜24分析P和P’的差值Λ P。预先在激光控制柜24内设定Λ P的范围，其中，ΔΡ的最小值为APmin, ΔΡ的最大值为APmax, APmin和APmax根据实际情况设定。当烧结过程中，ΛΡ< APmin或ΛΡ > ΛPmax时，由激光控制柜24触发一个信号，传递到温控柜13，温控柜13对当前温度进行调整，调整原则为:
ΔΡ < APmin时，表明预制棒透明度差，需增加烧结温度；
APmin ^ ΔΡ ^ ΛPmax时，表明预制棒透明度符合预期，不需要调整温度；
ΔΡ > APmax时，表明预制棒透明度超过预期，棒体可能产生拉长、拉细，需降低烧结温度。
[0051]具体的控制过程是:
当ΛΡ < APmin时，激光控制柜24触发一个升温信号传递到温控柜13，温控柜13进行自动升温操作，热电偶28将实时温度反馈给温控柜13，当达到目标温度时，温控柜13自动停止升温操作；
当APmin ^ ΔΡ ^ APmax时，激光控制柜24将实时信号传递到温控柜13，温控柜13判断此时不需要进行温度调整；
当ΛΡ > ΛPmax时，激光控制柜24触发一个升温信号传递到温控柜13，温控柜13进行自动降温操作，热电偶28将实时温度反馈给温控柜13，当达到目标温度时，温控柜13自动停止降温操作。
[0052]以上过程，即是激光反馈控制工作过程。
[0053]4.尾气收集、处理烧结过程中产生的尾气，主要成分是HC1、HF，由吸气口 6进行收集，并通过管道传输到洗涤塔9。在洗涤塔9中，储有NaOH碱液，和尾气进行中和反应，最终使尾气达到排放标准。
[0054]本发明涉及的气体包括:一、Cl2，其作用是:1、去除粉末棒中的羟基，降低光纤的水峰；2、和金属杂质反应,生成卤化物挥发掉,从而降低光纤在1310nm波段的衰减值。二、He,其作用是:1、传导热量，使粉末棒顺利转变为透明态；2、替换棒内的残留Cl2，收缩气孔。三、N2，其作用是当设备待机时，对炉内进行吹扫。
[0055]实施例一:在温控柜13上设定好各阶段所需要的温度，然后在石英吊杆4上方安装粉末预制棒7，送入炉内，按照上文所述预制棒的烧结方法进行烧结。从激光发射器15射出一束波长为850nm、功率为5.0mw的激光，激光控制柜24内的信号采集单元每隔5s采集一次接收端接收端激光功率P’，并计算出功率的差值AP=5mw-P’。其中，ΔΡ的上限值APmax设定为
4.5mw, Δ P的下限值APmin设定为3.5mw。
[0056]当预制棒下尾柄抵达激光所在水平位置时，激光感知到预制棒，进入工作状态。当Δ P值超过Λ Pmax时，激光控制柜内传送一个信号给温控柜13，要求其将炉温下调10°C;当ΛΡ值低于APmin时，激光控制柜 内传送一个信号给温控柜13，要求其将炉温上调10°C。
[0057]实施例二:
在温控柜13上设定好各阶段所需要的温度，然后在石英吊杆4上方安装粉末预制棒7，送入炉内，按照上文所述预制棒的烧结方法进行烧结。从激光发射器15射出一束波长为850nm、功率为5.0mw的激光，激光控制柜24内的信号采集单元每隔5s采集一次接收端接收端激光功率P’，并计算出功率的差值AP=5mw-P’。其中，ΛΡ的上限值APmax设定为
4.2mw, Δ P的下限值APmin设定为3.8mw。
[0058]当预制棒下尾柄抵达激光所在水平位置时，激光感知到预制棒，进入工作状态。当ΔΡ值超过APmax时，激光控制柜内传送一个信号给温控柜13，要求其将炉温下调5°C ;当ΛΡ值低于APmin时，激光控制柜内传送一个信号给温控柜13，要求其将炉温上调5°C。
[0059]经过将实施例一和实施例二比较发现，实施例二通过缩小Λ P的上下限，降低每次炉温调整的幅度，最终:一、使系统响应更加迅速；二、控制更加有效。
【权利要求】
1.一种光纤预制棒的烧结设备，其特征在于:包括塔体、电机一、卡盘、石英吊杆、导轨、吸气口、粉末预制棒、石英腔体、洗涤塔、炉体、隔热材料、加热体、温控柜、石英炉芯管、激光发射器、激光接收器、Cl2气柜、He气柜、N2气柜、Cl2质量流量控制器、He质量流量控制器、N2质量流量控制器、MFC流量控制柜、激光控制柜、送排风控制器、电机控制柜、电机二、热电偶、丝杆和控制电脑； 导轨安装在塔体上部，卡盘安装在导轨上，石英吊杆安装在卡盘上，在石英吊杆末端装入粉末预制棒，粉末预制棒安装在石英腔体内，石英腔体安装在塔体中，卡盘与丝杆相连，卡盘与电机一相连，电机二带动丝杆旋转，电机一控制卡盘旋转，电机二控制丝杆旋转，以使卡盘沿导轨上升和下降，其中，电机、电机受电机控制柜控制； 吸气口与洗涤塔通过管道连接，用于吸取、处理石英腔体中逸出的废气； 石英腔体外部安装有烧结炉，烧结炉由炉体、隔热材料、加热体、热电偶构成，其中，隔热材料位于炉体和加热体之间，热电偶穿过隔热材料测量加热体的温度，加热体、热电偶分别通过电线、信号线与温控柜相连，温控柜通过控制信号线与控制电脑相连； 激光发射器、激光接收器分别安装在烧结炉下部石英炉芯管两侧，激光发射器、激光接收器通过信号线与激光控制柜相连接，激光控制柜通过信号线与温控柜相连接； Cl2气柜、He气柜、N2气柜分别存储有Cl2、He和N2，气体分别经过气体管道、Cl2质量流量控制器、He质量流量控制器、N2质量流量控制器与石英炉芯管相连接，气体Cl2、He和N2进入石英炉芯管内，其中，Cl2质量流量控制器、He质量流量控制器、N2质量流量控制器通过控制线与MFC流量控制柜相连，MFC流量控制柜中安装有可编程逻辑控制器PLC，Cl2质量流量控制器、He质量流量控制器、N2质量流量控制器的流量受MFC流量控制柜控制；塔体设置有送排风控制器，送排风控制器控制塔体内的送风和排风。
2.权利要求1所述的一种光纤预制棒烧结设备的烧结方法，其特征在于: I)气体供应 烧结时，将Cl2气柜、He气柜中的气体分别通过Cl2质量流量控制器、He质量流量控制器及管道进入石英炉芯管内，由MFC流量控制柜控制气体流量；其中，每个气路上配置的质量流量控制器，用于控制不同阶段的气流量； 烧结粉末预制棒 预制棒烧结共分6个阶段，其中: 阶段I属于升温阶段，时间30min,通入10L/min的He ； 阶段2属于恒温阶段,时间9h,通入500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此阶段预制棒进行脱羟和玻璃化过程； 阶段3属于二次升温阶段，时间30min，温度在阶段2的基础上上升10°C，此时通入的是500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此阶段预制棒继续进行脱轻和玻璃化过程； 阶段4属于恒温阶段,时间3h,此时通入的是500cc/min的Cl2和10L/min的He,在此阶段预制棒继续进行脱羟和玻璃化过程； 阶段5属于降温阶段，时间30min，此时通入的是20L/min的N2，在此阶段预制棒已停止脱羟和玻璃化过程； 阶段6属于待机阶段，设定时间12h，此时通入的是20L/min的N2 ； 在粉末预制棒装入前，吊杆和石英腔体处于初期位置；在阶段6状态下，先在温控柜上设定烧结各阶段的温度，其中，阶段I温度设定为1150°C，阶段2温度设定为1150°C，阶段.3温度设定为1160°C，阶段4温度设定为1160°C，阶段5温度设定为1050°C，阶段6温度设定为 10500C ； 在阶段6状态下，在石英吊杆末端装入粉末预制棒，在控制电脑上下达“运行”指令，之后使用吊杆和石英腔体交替下降，其中，电机一在电机控制柜控制下，使卡盘和吊杆随之以1.5r/min的速度旋转，电机二在电机控制柜控制下，使得吊杆能够沿着丝杆和导轨以.3.0mm/min的速度下降，吊杆下降1150_之后停止下降,石英腔体继续下降,直至落到石英炉芯管的法兰面上，吊杆和石英腔体全部下降到位后，控制电脑发出“暂停”指令，目的是让操作人员对吊杆、石英腔体和石英炉芯管法兰面的贴合程度进行检查； 操作人员检查结束后，控制电脑发出“运行”指令，此后程序进入自动状态，详细过程如下: 程序从阶段6自动跳转到阶段I进入升温阶段，时间30min，30min内炉温从1050°C上升到1150°C，在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转，且不下降； 升温结束进入阶段2恒温阶段，炉温保持在1150°C，时间9h，在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度下降,粉末棒进行脱轻和玻璃化； 阶段2结束后，程序自动进入阶段3，时间30min，温度在阶段2的基础上在30min内上升10°C,升至1160°C,在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度下降,粉末棒继续进行脱羟和玻璃化； 阶段3结束后，程序自动进入阶段4恒温阶段，炉温保持在1160°C，时间3h，在此阶段吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度下降,粉末棒继续进行脱轻和玻璃化； 阶段4结束后，程序自动进入阶段5降温阶段，时间30min，在此阶段，吊杆以1.5r/min的速度旋转、3.0mm/min的速度上提1700mm，停止脱羟和玻璃化，炉温在30min内从1160°C下降至Ij 10500C ； 阶段5结束后，程序自动进入阶段6待机阶段，在刚进入阶段6时，吊杆和石英腔体交替上升，回到初期位置，预制棒暴露在空气中进行自然冷却，棒体表面冷却至50°C所需的时间约lh，之后便可进行卸载作业； 3)激光反馈控制 粉末预制棒在烧结过程中，激光发射器发出一束波长850nm、功率P为5mw的激光，激光穿过粉末预制棒，到达激光接收器，接收端功率为P’ ； 激光控制柜分析P和P’的差值ΛΡ，预先在激光控制柜24内设定ΛΡ的范围，其中，ΔΡ的最小值为APmin, ΔΡ的最大值为APmax, APmin和ΔPmax根据实际情况设定；当烧结过程中，ΛΡ < APmin或ΛΡ > ΛPmax时，由激光控制柜触发一个信号，传递到温控柜，温控柜对当前温度进行调整，调整原则为: ΔΡ < APmin时，表明预制棒透明度差，需增加烧结温度； APmin ^ ΔΡ ^ ΛPmax时，表明预制棒透明度符合预期，不需要调整温度； ΔΡ > APmax时，表明预制棒透明度超过预期，棒体可能产生拉长、拉细，需降低烧结温度; 具体的控制过程是: 当ΛΡ < APmin时，激光控制柜触发一个升温信号传递到温控柜，温控柜进行自动升温操作，热电偶将实时温度反馈给温控柜，当达到目标温度时，温控柜自动停止升温操作；当APmin≤ΔΡ ≤ ΛPmax时，激光控制柜将实时信号传递到温控柜，温控柜判断此时不需要进行温度调整； 当ΛΡ > APmax时，激光控制柜触发一个升温信号传递到温控柜，温控柜进行自动降温操作，热电偶将实时温度反馈给温控柜，当达到目标温度时，温控柜自动停止降温操作；以上过程，即是激光反馈控制工作过程； 4)尾气收集、处理 烧结过程中产生的尾气，主要成分是HC1、HF，由吸气口进行收集，并通过管道传输到洗涤塔；在洗涤塔中，储有NaOH碱液，和尾气进行中和反应，最终使尾气达到排放标准。
【文档编号】C03B37/012GK103739194SQ201310724822
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】陶伟, 沈一春, 吴椿烽 申请人:中天科技精密材料有限公司