專利名稱：一種石英光纖傳像束的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及石英光纖傳像束制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及大截面和超長距離的光纖傳像束的制造方法，為一種石英光纖傳像束的制造方法。
背景技術(shù)：
光纖傳像束是由許多根光纖單絲有規(guī)則排列而成，并且光纖兩端具有一一對應(yīng)的結(jié)構(gòu)，包含數(shù)萬個像元，能夠進(jìn)行傳光和傳像的一種光學(xué)器件，如果圖1。由于其柔性、無源、 抗輻射、抗電磁干擾等特點，所以大多應(yīng)用于一些復(fù)雜環(huán)境的圖像傳輸。目前的光纖傳像器件主要為多組分玻璃的光纖傳像束，由于其原材料本身吸收損耗比較大的特點，當(dāng)傳像距離超過2米以后，透過率就非常低，降低了傳像質(zhì)量，所以要實現(xiàn)長距離的圖像傳輸，多組分玻璃光纖傳像束是不能滿足需求的。目前石英光纖拉制的時候都會在光纖外面涂覆保護(hù)層來保證光纖絲的強(qiáng)度，但是也增加了光纖絲的直徑，那么要用石英光纖細(xì)絲制作傳像束，首先就要解決光纖絲的強(qiáng)度問題。而利用復(fù)絲法拉制傳像光纖，由于工藝限制，想制作出截面直徑大于3mm，同時又具有上萬甚至幾十萬個像元，基本上還是無法實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題是目前光纖傳像器件采用的多組分玻璃光纖傳像束不能滿足長距離圖像傳輸?shù)男枨蟆１景l(fā)明的技術(shù)方案為一種石英光纖傳像束的制造方法，包括以下步驟
1)將具有芯皮結(jié)構(gòu)的石英預(yù)制棒拉制成單絲直徑為50μπι以下的石英光纖細(xì)絲，在拉絲過程中對光纖細(xì)絲涂覆玻璃纖維浸潤劑，以保護(hù)光纖細(xì)絲；拉絲過程中，控制高溫爐的爐溫的波動在正負(fù)1 °C以內(nèi)，通過張力輪對光纖細(xì)絲的張力進(jìn)行實時監(jiān)控，保證拉絲過程中爐溫和張力的穩(wěn)定，光纖細(xì)絲涂覆過玻璃纖維浸潤劑后經(jīng)過張力輪后進(jìn)行收卷；
2)將拉制好的石英光纖細(xì)絲利用溜絲排片法制作石英光纖傳像束；石英光纖細(xì)絲的溜絲速度低于80m/min?？刂聘邷貭t的爐溫時，采用電壓補(bǔ)償器穩(wěn)定電網(wǎng)，同時用質(zhì)量流量計控制高溫爐的保護(hù)氣體流量，液體流量計控制冷卻水流量，使單位時間的水流和氣流在拉絲過程中保持穩(wěn)定。溜絲排片過程中，設(shè)置排絲張力控制裝置，排絲張力控制裝置由角度傳感器和力矩電機(jī)組成，所述力矩電機(jī)分別為放絲電機(jī)和收絲電機(jī)，通過連接軸將角度傳感器的輸出軸和收絲電機(jī)的電機(jī)軸連接起來，所述力矩電機(jī)力矩的力矩調(diào)節(jié)范圍在0-3mN.M，角度傳感器通過前述輸出軸和電機(jī)軸的連接檢測收絲電機(jī)的力矩，當(dāng)角度傳感器的輸出軸在0-45° 范圍轉(zhuǎn)動時，角度傳感器輸出直流電壓給溜絲排片工藝中的排絲系統(tǒng)，用于控制放絲電機(jī)轉(zhuǎn)速，保證放絲電機(jī)與收絲電機(jī)轉(zhuǎn)速同步。玻璃纖維浸潤劑為石蠟類的玻璃纖維浸潤劑。
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石英光纖傳像束由幾萬至幾十萬根具有芯皮結(jié)構(gòu)的石英光纖細(xì)絲集合成束，石英光纖細(xì)絲的數(shù)目由其直徑和所制造的傳像束粗細(xì)決定。本發(fā)明石英光纖傳像束的截面為任意形狀和尺寸。本發(fā)明石英光纖傳像束的長度大于5米。通過使用不同類型的預(yù)制棒拉制光纖細(xì)絲，使石英光纖傳像束適用于傳輸特定波長的光學(xué)信號。石英光纖傳像束的兩端根據(jù)需要制作成有序排列的各種端面形狀。本發(fā)明提出一種石英光纖傳像束的制造方法，可以制作出截面形式和尺寸多樣， 同時可以實現(xiàn)長度超過5米的超長距離的光纖傳像器件，可以在復(fù)雜環(huán)境下進(jìn)行遠(yuǎn)距離實時監(jiān)測。本發(fā)明石英光纖傳像束是將石英光纖的低傳輸損耗與多組分玻璃傳像束的溜絲排片法相結(jié)合，由于石英預(yù)制棒中皮層中的氟離子會在高溫下擴(kuò)散，一般拉制石英光纖時都要盡量在高張力的狀態(tài)下進(jìn)行拉絲。本發(fā)明在拉制石英光纖細(xì)絲的時候，精確控制爐溫、 對光纖細(xì)絲拉絲的的張力實時監(jiān)控，滿足拉絲的張力以及穩(wěn)定性要求，同時涂覆玻璃纖維浸潤劑，保證石英光纖細(xì)絲的強(qiáng)度，滿足后續(xù)溜絲排片工藝對光纖細(xì)絲強(qiáng)度的要求。傳統(tǒng)的溜絲排片工藝，是利用光纖細(xì)絲的張力作用，使光纖單絲在固定區(qū)域緊密排列在一起成片， 用膠固定后將單片疊加集束。多組分玻璃所制作傳像束時，光纖絲的單絲直徑都基本小于 20 μ m，溜絲排片工藝對其的張力要求非常小，因而不易發(fā)生斷絲，而本發(fā)明中拉制的石英光纖細(xì)絲的直徑在2(Γ50 μ m,在進(jìn)行溜絲排片時，張力比較大，很容易發(fā)生斷絲，為此設(shè)置排絲張力控制裝置，改變溜絲速度，使石英光纖細(xì)絲在溜絲排片中不發(fā)生斷絲現(xiàn)象。在制作傳像束時，光纖細(xì)絲直徑的一致性直接影響傳像束的傳像質(zhì)量，為了保證光纖細(xì)絲直徑的一致性，首先要保證高溫爐溫度的穩(wěn)定，為此穩(wěn)定電網(wǎng)進(jìn)行電力改造，并精確控制高溫爐保護(hù)氣體與冷卻水的流量。溜絲排片工藝的特點是可以根據(jù)需要，光纖束的截面尺寸和形狀變化都很靈活，改變排片機(jī)單圈行程長度就可以制作出長度超過5米，具有幾萬甚至幾十萬個像元的，截面形式和尺寸多樣的石英光纖傳像束。由于石英材料的特性，光在光纖傳輸過程中的吸收損耗比多組分玻璃要低很多， 所以大多用在超長距離的信號傳輸和能量傳輸方面。本發(fā)明是將石英光纖用于制作光纖傳像束，在保證傳輸質(zhì)量的前提下，解決了長度大于5米的圖像傳輸問題。


圖1為本發(fā)明光纖傳像束結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明石英光纖拉絲示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的技術(shù)方案如下
先將具有芯皮結(jié)構(gòu)的石英預(yù)制棒經(jīng)高溫爐拉制成直徑50 μ m以下的石英光纖細(xì)絲，石英光纖細(xì)絲直徑直接影響著傳像束的分辨率的高低，也就是傳像質(zhì)量的高低。在拉絲過程中當(dāng)光纖細(xì)絲從高溫爐出來后進(jìn)行涂覆浸潤劑，光纖絲從高溫爐出來后，在上收卷機(jī)構(gòu)之前這段時間進(jìn)行涂覆，這樣保證光纖還沒有接觸到其他機(jī)構(gòu)，即還沒有受到外加損傷時就涂覆浸潤劑進(jìn)行保護(hù)，只在光纖本體上涂覆即可，然后再進(jìn)行收卷，來達(dá)到保護(hù)光纖細(xì)絲的目的；然后將拉制好的細(xì)絲通過溜絲排片工藝進(jìn)行成片、疊片、固化、切割、磨拋、鎧裝等工序加工后制作成石英光纖傳像束。溜絲排片工藝又稱為排絲疊片法或溜絲疊片法，《纖維光學(xué)與光纖應(yīng)用技術(shù)》(遲澤英陳文建，南京理工大學(xué)出版社，2006. 11)中有相關(guān)記載。如圖 1，本發(fā)明的石英光纖傳像束是由數(shù)萬根具有芯皮結(jié)構(gòu)的石英光纖細(xì)絲集合成束，石英光纖細(xì)絲的數(shù)目由其自身直徑和所制造的傳像束粗細(xì)決定；傳像束的截面可以是任意形狀和尺寸；傳像束的長度可以超過5米甚至更長。本發(fā)明石英傳像束還可以通過使用不同類型的預(yù)制棒拉制光纖單絲用來傳輸特定波長的光學(xué)信號；光纖束的兩端可以根據(jù)需要制作成有序排列的各種端面形狀。具體步驟為
1)將具有芯皮結(jié)構(gòu)的石英預(yù)制棒拉制成單絲直徑為50μ m以下的石英光纖細(xì)絲，如圖2所示，在拉絲過程中對光纖細(xì)絲涂覆玻璃纖維浸潤劑，以保護(hù)光纖細(xì)絲；拉絲過程中， 控制高溫爐的爐溫的波動在正負(fù)1°C以內(nèi)，通過張力輪對光纖細(xì)絲的張力進(jìn)行實時監(jiān)控， 保證拉絲過程中爐溫和張力的穩(wěn)定，光纖細(xì)絲涂覆過玻璃纖維浸潤劑后經(jīng)過張力輪后進(jìn)行收卷；控制高溫爐的爐溫時，采用電壓補(bǔ)償器穩(wěn)定電網(wǎng)，同時用質(zhì)量流量計控制高溫爐的保護(hù)氣體流量，液體流量計控制冷卻水流量，使單位時間的水流和氣流在拉絲過程中保持穩(wěn)定；
2)將拉制好的石英光纖細(xì)絲利用溜絲排片法制作石英光纖傳像束；石英光纖細(xì)絲的溜絲速度低于SOm/min。在溜絲排片工藝中，對溜絲裝置設(shè)置排絲張力控制裝置，排絲張力控制裝置為傳感機(jī)構(gòu)，由角度傳感器和力矩電機(jī)組成，力矩電機(jī)分別為放絲電機(jī)和收絲電機(jī)，通過連接軸將角度傳感器的輸出軸和收絲電機(jī)的電機(jī)軸連接起來。力矩電機(jī)力矩大小可調(diào)，調(diào)節(jié)范圍在0-3mN.M，角度傳感器通過前述輸出軸和電機(jī)軸的連接檢測收絲電機(jī)的力矩，當(dāng)角度傳感器的輸出軸在0-45°范圍轉(zhuǎn)動時，角度傳感器輸出直流電壓給溜絲排片工藝中的排絲系統(tǒng)，用于控制放絲電機(jī)轉(zhuǎn)速，保證放絲電機(jī)與收絲電機(jī)轉(zhuǎn)速同步，光纖絲不會被拽斷。石英光纖細(xì)絲的溜絲速度要低于80m/min。目前石英光纖細(xì)絲的直徑可以做到2(Γ50 μ m范圍。50 μ m以上的光纖絲一個是直徑大了絲會很脆，不適合溜絲用，再有就是直徑粗了會降低分辨率，50 μ m以上的細(xì)絲制作傳像束由于分辨率太低已經(jīng)沒有意義了。因此本發(fā)明主要針對50 μ m以下的光纖細(xì)絲。下面通過具體實施例來說明本發(fā)明的實施
1)先將具有芯皮結(jié)構(gòu)的石英預(yù)制棒經(jīng)過高溫爐拉制成25 μ m的細(xì)絲，在拉絲過程中通過對光纖細(xì)絲涂覆玻璃纖維浸潤劑，來達(dá)到保護(hù)光纖細(xì)絲的目的；
玻璃纖維浸潤劑在本發(fā)明制造過程中都可以達(dá)到保護(hù)光纖細(xì)絲的目的，進(jìn)一步的，分別用淀粉類和石蠟類玻璃纖維浸潤劑進(jìn)行試驗，淀粉類的玻璃纖維浸潤劑對光纖細(xì)絲的保護(hù)沒有石蠟類的好，而且后期排片過程中，淀粉類的會使光纖有發(fā)澀的感覺，不利于排片， 因此優(yōu)先選擇石蠟類的玻璃纖維浸潤劑。2)將拉制好的細(xì)絲通過溜絲排片法集束成石英光纖傳像束，石英傳像束的截面為 5mmX8mm，長度為15米。經(jīng)測試，這根石英傳像束的分辨率為211p/mm，可見光透過率為35%，滿足長距離圖像傳輸?shù)男枨蟆?br> 權(quán)利要求
1.一種石英光纖傳像束的制造方法，其特征是包括以下步驟1)將具有芯皮結(jié)構(gòu)的石英預(yù)制棒拉制成單絲直徑為50μπι以下的石英光纖細(xì)絲，在拉絲過程中對光纖細(xì)絲涂覆玻璃纖維浸潤劑，以保護(hù)光纖細(xì)絲；拉絲過程中，控制高溫爐的爐溫的波動在正負(fù)1 °C以內(nèi)，通過張力輪對光纖細(xì)絲的張力進(jìn)行實時監(jiān)控，保證拉絲過程中爐溫和張力的穩(wěn)定，光纖細(xì)絲涂覆過玻璃纖維浸潤劑后經(jīng)過張力輪后進(jìn)行收卷；2)將拉制好的石英光纖細(xì)絲利用溜絲排片法制作石英光纖傳像束；石英光纖細(xì)絲的溜絲速度低于80m/min。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石英光纖傳像束的制造方法，其特征是控制高溫爐的爐溫時，采用電壓補(bǔ)償器穩(wěn)定電網(wǎng)，同時用質(zhì)量流量計控制高溫爐的保護(hù)氣體流量，液體流量計控制冷卻水流量，使單位時間的水流和氣流在拉絲過程中保持穩(wěn)定。
3.3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種石英光纖傳像束的制造方法，其特征是溜絲排片過程中，設(shè)置排絲張力控制裝置，排絲張力控制裝置由角度傳感器和力矩電機(jī)組成，所述力矩電機(jī)分別為放絲電機(jī)和收絲電機(jī)，通過連接軸將角度傳感器的輸出軸和收絲電機(jī)的電機(jī)軸連接起來，所述力矩電機(jī)力矩的力矩調(diào)節(jié)范圍在0-3mN.M，角度傳感器通過前述輸出軸和電機(jī)軸的連接檢測收絲電機(jī)的力矩，當(dāng)角度傳感器的輸出軸在0-45°范圍轉(zhuǎn)動時，角度傳感器輸出直流電壓給溜絲排片工藝中的排絲系統(tǒng)，用于控制放絲電機(jī)轉(zhuǎn)速，保證放絲電機(jī)與收絲電機(jī)轉(zhuǎn)速同步。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石英光纖傳像束制造方法，其特征是玻璃纖維浸潤劑為石蠟類的玻璃纖維浸潤劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石英光纖傳像束制造方法，其特征是石英光纖傳像束由幾萬至幾十萬根具有芯皮結(jié)構(gòu)的石英光纖細(xì)絲集合成束，石英光纖細(xì)絲的數(shù)目由其直徑和所制造的傳像束粗細(xì)決定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石英光纖傳像束制造方法，其特征是石英光纖傳像束的截面為任意形狀和尺寸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石英光纖傳像束制造方法，其特征是石英光纖傳像束的長度大于5米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石英光纖傳像束制造方法，其特征是通過使用不同類型的預(yù)制棒拉制光纖細(xì)絲，使石英光纖傳像束適用于傳輸特定波長的光學(xué)信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的石英光纖傳像束制造方法，其特征是石英光纖傳像束的兩端根據(jù)需要制作成有序排列的各種端面形狀。
全文摘要
一種石英光纖傳像束的制造方法，將具有芯皮結(jié)構(gòu)的石英預(yù)制棒拉制成單絲直徑為50μm以下的石英光纖細(xì)絲，在拉絲過程中對光纖細(xì)絲涂覆玻璃纖維浸潤劑，以保護(hù)光纖細(xì)絲；再將拉制好的石英光纖細(xì)絲利用溜絲排片法制作石英光纖傳像束。本發(fā)明將石英光纖用于制作光纖傳像束，在保證傳輸質(zhì)量的前提下，解決了長度大于5米的圖像傳輸問題。
文檔編號C03C25/24GK102520479SQ20111044422
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月27日
發(fā)明者孫磊, 張健明, 曾新華, 朱源圓, 李輝, 殷志東, 王蓉, 陳莉 申請人:南京春輝科技實業(yè)有限公司