一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置及其控制方法
【專利摘要】本發明涉及的是一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置及其控制方法。包括石英腔體、激光發射器、激光接收器、激光功率控制器、信號放大器一、信號放大器二、運動控制器、工控機、PC機、提升部馬達、噴燈、噴燈移動馬達和電源；提升部馬達安裝在石英腔體上部，提升部馬達與卡盤相連，卡盤將光纖預制棒芯棒夾持，光纖預制棒芯棒安裝在石英腔體內；激光發射器、激光接收器分別安裝在石英腔體下部，激光接收器與激光功率控制器相連，激光功率控制器通過信號放大器一與工控機相連，工控機通過信號放大器一、信號放大器二與運動控制器相連，運動控制器通過控制線與提升部馬達相連。石英腔體下部安裝有噴燈移動馬達，噴燈移動馬達上裝有噴燈。
【專利說明】一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置及其控制方法涉及的是一種光纖預制棒芯棒軸向均勻生長的制造，具體的說是一種采用激光功率控制芯棒軸向直徑均勻生長的裝置及其方法。
技術背景
[0002]隨著光纖預制棒技術的發展，目前較成熟的預制棒芯棒的制備方法主要有軸向氣相沉積法(VAD)、改進的化學氣相沉積法(MCVD)、等離子體化學氣相沉積法(MCVD )。本專利使用裝置背景為軸向氣相沉積(VAD)。
[0003]粉末芯棒的尺寸直接影響光纖的主要參數，如折射率剖面和模場直徑等，因此精確控制沉積過程中芯棒直徑尺寸均勻對保證光纖的質量有決定性的意義。在影響芯棒生長的因素中，提棒速度與噴燈位置直接影響芯棒直徑的均勻性。由于芯棒棒頭生長環境并非一成不變(主要影響有反應環境壓力波動，噴燈火焰波動，原料供氣壓力波動等),故在波動的反應環境中，為維持芯棒棒頭軸向尺寸均勻，需要不斷改變沉積效率維持均勻的芯棒軸向尺寸。
[0004]中國發明專利200610160491.1里介紹了將預制棒生長端部溫度變化維持在-101~101 /挪生長預制棒芯棒的方法來維持芯棒軸向直徑的均勻生長，但未提激光控制的方法。
[0005]中國發明專利03141875.9里介紹了減少外徑波動的光纖預制件的制造方法，噴槍相對靶棒作勻速往復移動，該方法對靶棒旋轉速度1噴槍移動速度V、噴槍火焰寬度與螺距？比值等參數進行系統優化從而控制直徑波動，但未提及激光控制的方法。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是針對上述不足之處提供一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置及其控制方法，克服光纖預制棒芯棒軸向生長的直徑不均勻，提供了一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置及其方法，這是一種控制提棒速度和控制噴燈運動位置，以使光纖預制棒芯棒軸向直徑均勻生長的裝置及方法。
[0007]需要控制提棒速度和控制噴燈運動位置，以使光纖預制棒芯棒軸向直徑均勻生長。設定激光功率控制器的目標控制功率，當芯棒棒頭脫離激光即接收激光值等于發射激光值時，運動控制器切換為提棒速度控制，提棒速度將降低，給予芯棒更多的生長時間；當接收激光值小于發射激光值時，運動控制器切換為噴燈位置運動控制，當激光功率大于目標控制功率時，噴燈向沉積效率高的方向移動，當激光功率小于目標控制功率時，噴燈向沉積效率低的位置移動。
[0008]一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置及其控制方法是采取以下方法實現:本發明一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置包括石英腔體、激光發射器、激光接收器、激光功率控制器、信號放大器一、信號放大器二、運動控制器、工控機、？0機、提升部馬達、噴燈、噴燈移動馬達和電源。
[0009]在軸向氣相沉積(740)方法下沉積光纖預制棒芯棒(下簡稱芯棒),提升部馬達安裝在石英腔體上部，提升部馬達與卡盤相連，卡盤將光纖預制棒芯棒夾持，光纖預制棒芯棒安裝在石英腔體內，沉積過程中光纖預制棒芯棒保持旋轉，轉速在15~2517111111，并以印(一般在40~80111111/11)的速度上提。
[0010]激光發射器、激光接收器分別安裝在石英腔體下部，對準光纖預制棒芯棒棒頭的底部，激光發射器連接有電源，激光接收器與激光功率控制器相連，激光功率控制器通過信號放大器一與工控機相連，工控機通過信號放大器一、信號放大器二與運動控制器相連，運動控制器通過控制線與提升部馬達相連。石英腔體下部安裝有噴燈移動馬達，噴燈移動馬達上裝有噴燈，工控機通過控制線與噴燈移動馬達、機相連，機連接有顯示屏。
[0011]電源接1107交流電，給激光發射器供電，激光發射器發射出一束激光，并在對面安裝激光接收器進行接收，調整激光發射與接收器位置使激光與光纖預制棒芯棒棒頭的底部中心重合。將激光接收器信號通過接線給激光功率控制器，再從此接兩路信號傳輸線給兩個信號放大器。從信號放大器一接線至工控機，再從工控機接線至噴燈移動馬達和？；從信號放大器二接線至運動控制器，再從運動控制器接線至提升部馬達。
[0012]一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置控制方法如下:
首先，設定激光發射器發射的激光功率為10胃，激光光斑直徑為2皿，設定激光功率控制器的目標控制功率為3~5麗，一般選定4麗，激光功率控制器將比較接收功率與目標功率大小，并將信號發送給信號放大器。所述信號放大器一將反饋信號給工控機，工控機經過運算，控制噴燈移動馬達的移動，并傳送給機，顯示在顯示屏上，實時監控運動變化；所述信號放大器二將反饋信號傳送給運動控制器，運動控制器根據反饋信號控制提升部馬達的提棒(提升光纖預制棒芯棒)速度。
[0013]當光纖預制棒芯棒棒頭`脫離激光即接收激光值等于發射激光值100?時，運動控制器控制提升部馬達，切換為提棒速度控制模式，提棒速度將降低。
[0014]當接收激光值小于發射激光值10麗時，運動控制器控制噴燈移動馬達，切換為噴燈位置運動控制模式，當激光功率大于目標控制功率411^時，噴燈向沉積效率高的方向移動，當激光功率小于目標控制功率411^時，噴燈向沉積效率低的位置移動。
[0015]本發明一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置及其控制方法用于制造光纖預制棒芯棒，具有如下特點:
1.根據反應環境的變化，實時調整噴燈沉積效率，以使光纖預制棒芯棒軸向生長均勻，設定兩種模式可以應對不同環境下的反應，當光纖預制棒芯棒脫離激光即反應環境波動較大時，改變提棒速度能大幅度改變噴燈沉積效率，當反應環境波動較小時，改變噴燈位置能小幅度改變噴燈沉積效率，從而穩定光纖預制棒芯棒軸向均勻生長。
[0016]2.通過實時監控激光功率的變化，應對反應環境的變化，從而切換選擇不同的模式控制。
[0017]3.較目前的偏光纖預制棒芯棒直徑波動控制方法，該發明量化了波動區間，即激光功率波動大的區間用提棒速度控制，激光功率波動小的區間，用噴燈移動控制，可以穩定芯棒的生長，并保證軸向尺寸的均勻，提高光纖預制棒芯棒的參數一致性，提高光纖質量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]以下將結合附圖對本發明作進一步說明:
圖1是本發明激光控制裝置的示意圖。
[0019]圖2是確定圖3中八V的曲線圖。
[0020]圖3是俯視視角上，噴燈與芯棒中心的相對位置。
[0021]圖4 (8)^(0)分別是本發明中噴燈位置運動模式時，不同沉積效率下，芯棒棒頭與激光光斑的相對位置。
[0022]圖5是本發明得出的使用激光控制芯棒生長與不使用激光控制芯棒生長的芯棒直徑波動曲線圖。
[0023]圖1中各部示意:1.噴燈么激光發射器；3丨光纖預制棒芯棒；4提升部馬達；
5.激光接收器:6.激光功率控制器:7.信號放大器一:8.信號放大器二:9.運動控制器；10.噴燈移動馬達；11.工控機；卡盤；14、電源，15、石英腔體。
【具體實施方式】
[0024]參照附圖1~4，一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置包括石英腔體15、激光發射器2、激光接收器5、激光功率控制器6、信號放大器一 7、信號放大器二 8、運動控制器9、工控機11、？0機12、提升部馬達4、噴燈1、噴燈移動馬達10和電源14。
`[0025]在軸向氣相沉積(740)方法下沉積光纖預制棒芯棒(下簡稱芯棒),提升部馬達4安裝在石英腔體15上部，提升部馬達4與卡盤13相連，卡盤13將光纖預制棒芯棒3夾持，光纖預制棒芯棒3安裝在石英腔體15內，沉積過程中光纖預制棒芯棒3保持旋轉，轉速在15~并以印(一般在40~8()111111/11)的速度上提。
[0026]激光發射器2、激光接收器5分別安裝在石英腔體15下部，對準光纖預制棒芯棒棒頭的底部，激光發射器2連接有電源14，激光接收器5與激光功率控制器6相連，激光功率控制器6通過信號放大器一 7與工控機11相連,工控機11通過信號放大器一 7、信號放大器二 8與運動控制器9相連，運動控制器9通過控制線與提升部馬達4相連。石英11通過控制線與噴燈移動馬達10、？0機12相連，？機12連接有顯示屏。
[0027]電源14接1107交流電，給激光發射器2供電，激光發射器2發射出一束激光，并在對面安裝激光接收器5進行接收，調整激光發射器2與激光接收器5位置使激光與光纖預制棒芯棒棒頭的底部中心重合。將激光接收器5信號通過接線給激光功率控制器6，再從此接兩路信號傳輸線給兩個信號放大器。從信號放大器一 7接線至工控機11，再從工控機11接線至噴燈移動馬達10和機12 ；從信號放大器二 8接線至運動控制器9，再從運動控制器9接線至提升部馬達4。
[0028]一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置控制方法如下:
首先，設定激光發射器2發射的激光功率為10胃，激光光斑直徑為2皿，設定激光功率控制器6的目標控制功率為3~5麗，一般選定4麗，激光功率控制器6將比較接收功率與目標功率大小，并將信號發送給信號放大器。所述信號放大器一 7將反饋信號給工控機11，工控機11經過運算，控制噴燈移動馬達10的移動，并傳送給？機12，顯示在顯示屏上，實時監控運動變化；所述信號放大器二 8將反饋信號傳送給運動控制器9，運動控制器9根據反饋信號控制提升部馬達4的提棒(提升光纖預制棒芯棒)速度。
[0029]當光纖預制棒芯棒棒頭脫離激光即接收激光值等于發射激光值10麗時，運動控制器9控制提升部馬達4，切換為提棒速度控制模式，提棒速度將降低。
[0030]當接收激光值小于發射激光值1011^時，運動控制器9控制噴燈移動馬達10，切換為噴燈1位置運動控制模式，當激光功率大于目標控制功率4胃時，噴燈1向沉積效率高的方向移動，當激光功率小于目標控制功率4胃時，噴燈1向沉積效率低的位置移動。
[0031]本發明一種制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置包括激光發射器2、激光接收器5、激光功率控制器6、信號放大器7與8、運動控制器9、工控機11等。
[0032]激光發射器2發射一束激光被激光接收器5接收，通過激光控制器6比較其與發射激光功率及目標控制功率大小，從而控制運動控制器9。我們設定激光發射器發射2的激光功率為10麗，激光光斑直徑為2臟。激光功率控制器6的目標控制功率設定為4麗，并比較接收功率與目標功率及發射功率大小，并將信號發送給信號放大器。信號放大器7將反饋信號給工控機11，工控機11經過運算，控制噴燈移動馬達10的移動，并傳送給？機12，顯示在顯示屏上，實時監控運動變化；所述信號放大器8將反饋信號傳送給運動控制器9，運動控制器根據反饋信號控制提升部馬達4的提棒速度。[0033]當芯棒棒頭脫離激光即接收激光值等于發射激光值(10^)時，運動控制器9 (其運動控制器為提升部馬達)切換為提棒速度模式控制，提棒速度將降低。
[0034]當接收激光值小于發射激光值(10^)時，運動控制器9 (其運動控制器為噴燈移動馬達)切換為噴燈位置運動模式控制，當激光功率大于目標控制功率(41110時，噴燈向沉積效率高的方向移動，當激光功率小于目標控制功率(4胃)時，噴燈向沉積效率低的位置移動。
[0035]圖2描述了 ^值確立的曲線關系，存在一個^位置，當0)1*6噴燈位置向前或向后移動微小距離，提棒速度變化最大，我們一般選定該位置作為噴燈的初始位置。
[0036]圖3描述了俯視視角下，噴燈與芯棒中心相對位置，即噴燈以圖2確立的八V位置為初始位置，向前運動增加沉積效率，向后運動降低沉積效率。
[0037]因此，在噴燈位置運動模式下，以圖4為例:
3情況下，激光接收功率為8麗? 目標控制功率4胃，激光控制器6反饋信號至信號放大器8，運動控制器接收到信號即控制噴燈向前(沉積效率高)運動。
[0038]13情況下，激光接收功率為4！^，噴燈位置不運動。
[0039]0情況下，激光接收功率為2麗〈目標控制功率4麗，激光控制器6反饋信號至信號放大器8，運動控制器接收到信號即控制噴燈向后(沉積效率低)運動。
[0040]實施例一:圖5中位于上部的圖表為只有提棒速度控制模式與本發明下的直徑波動對比。可以看出使用本發明激光控制裝置其芯棒直徑波動為0.2皿內，只使用提棒速度控制模式其芯棒直徑波動在2皿。
[0041]實施例二:圖5中位于下部的圖表為只有噴燈位置移動控制模式與本發明下的直徑波動對比。可以看出使用本發明激光控制裝置其芯棒直徑波動為0.2皿內，只使用噴燈位置移動控制模式其芯棒直徑波動在4皿。[0042]實例中，選定各部的型號如下:
所述的激光發射器采用市售Thorlabs H050NL型激光發射器。
[0043]所述的激光接收器采用市售Thorlabs S120C型激光接收器。
[0044]所述的激光功率控制器采用市售Thorlabs PM320型激光功率控制器。
[0045]所述的運動控制器采用市售CONTEC CCB-SMCl型運動控制器。
[0046]所述的提升部馬達采用市售YASKAWA SGMLV-A5ADA6H761型馬達(電動機)。
[0047]所述的噴燈移動馬達采用市售ORIENTAL MOTOR C7214-9015-1型馬達(電動機)。
[0048]所述的信號放大器米用市售M-System FVS-OO-R型信號放大器。
[0049]所述的工控機采用市售HITACH EH150型工控機。
[0050]所述的PC機采用市售DELL型PC機。
【權利要求】
1.一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置，其特征在于:包括石英腔體、激光發射器、激光接收器、激光功率控制器、信號放大器一、信號放大器二、運動控制器、工控機、%機、提升部馬達、噴燈、噴燈移動馬達和電源； 提升部馬達安裝在石英腔體上部，提升部馬達與卡盤相連，卡盤將光纖預制棒芯棒夾持，光纖預制棒芯棒安裝在石英腔體內； 激光發射器、激光接收器分別安裝在石英腔體下部，對準光纖預制棒芯棒棒頭的底部，激光發射器連接有電源，激光接收器與激光功率控制器相連，激光功率控制器通過信號放大器一與工控機相連，工控機通過信號放大器一、信號放大器二與運動控制器相連，運動控制器通過控制線與提升部馬達相連；石英腔體下部安裝有噴燈移動馬達，噴燈移動馬達上裝有噴燈，工控機通過控制線與噴燈移動馬達、機相連，機連接有顯示屏。
2.根據權利要求1所述的一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置，其特征在于:電源接1107交流電，給激光發射器供電，激光發射器發射出一束激光，并在對面安裝激光接收器進行接收，調整激光發射與接收器位置使激光與光纖預制棒芯棒棒頭的底部中心重合。
3.根據權利要求1所述的一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置，其特征在于:沉積過程中光纖預制棒芯棒保持旋轉，轉速在15~2517111111，并以印在40~80111111/11的速度上提。
4.權利要求1所述的一種控制光纖預制棒芯棒生長的激光控制裝置控制方法，其特征在于: 首先，設定激光發射器發射的激光功率為10胃，激光光斑直徑為2皿，設定激光功率控制器的目標控制功率為3~5麗，一般選定4麗，激光功率控制器將比較接收功率與目標功率大小，并將信號發送給信號放大器；所述信號放大器一將反饋信號給工控機，工控機經過運算，控制噴燈移動馬達的移動，并傳送給機，顯示在顯示屏上，實時監控運動變化；所述信號放大器二將反饋信號傳送給運動控制器，運動控制器根據反饋信號控制提升部馬達的提棒(提升光纖預制棒芯棒)速度； 當光纖預制棒芯棒棒頭脫離激光即接收激光值等于發射激光值10麗時，運動控制器控制提升部馬達，切換為提棒速度控制模式，提棒速度將降低； 當接收激光值小于發射激光值1011^時，運動控制器控制噴燈移動馬達，切換為噴燈位置運動控制模式，當激光功率大于目標控制功率411^時，噴燈向沉積效率高的方向移動，當激光功率小于目標控制功率411^時，噴燈向沉積效率低的位置移動。
【文檔編號】C03B37/018GK103833214SQ201310724225
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2013年12月25日 優先權日:2013年12月25日
【發明者】秦鈺, 沈一春, 錢宜剛 申請人:中天科技精密材料有限公司