一种多沉积喷灯密度均匀的控制装置及控制方法

技术领域

本发明属于光纤预制棒靶棒制备技术领域，具体涉及一种多沉积喷灯密度均匀的控制装置及控制方法。

背景技术

在制造光纤预制棒的现有技术中，主要采用两步法全合成工艺：以VAD(气相轴向沉积)法制备光纤预制棒芯棒，以芯棒为靶棒，采用OVD(外部气相沉积)法沉积外包层。对于外包层的制备逐渐采用有机硅代替常用的SiCl

但是在生产过程中，燃气及硅源燃烧会释放出大量热量，尤其是有机硅将放出更多热量。目前一般采用多个喷灯共同沉积，使用相同规格的流量计进行计量原料、燃气，但流量计之间本就存在的差异，加上管道、喷灯加工精度存在的差异，就无法保证喷灯之间的一致性，造成产品均一性降低。其次，疏松体的气相沉积原理实质是倚靠热泳效应进行沉积(由悬浮在气态介质中的固体或液体粒子所组成的气-固或气-液分散系统称为气溶胶。当气溶胶处在非等温场中时，悬浮在气体介质中的微颗粒会受到一个与温度梯度方向相反的作用力而运动，这种现象称为热泳。在多原子理想气体中，对粒径小于气体分子平均自由程的球形粒子，热泳速度正比于温度梯度△T，与粒径无关，即

为了更好的控制产品的质量，亟需研发一种能够在线监测并控制沉积过程中疏松体表面温度的方法，实现从始至终的控制疏松体的密度整体均一性，得到质量优良的光纤预制棒产品。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种多沉积喷灯密度均匀的控制装置及控制方法。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本发明采用的技术方案为：

一种多沉积喷灯密度均匀的控制装置，包括靶棒、电机、红外测温仪、导轨、控制器、电脑主机、燃料流量计和喷灯，所述靶棒竖向布置于沉积区域的指定位置，靶棒相邻的两侧分别设置导轨和若干个竖向排布的喷灯，导轨上设置沿导轨竖向往复运动的红外测温仪，通过红外测温仪对靶棒表面进行周期性温度测试，红外测温仪与控制器连接再连接电脑主机，喷灯的有机硅和燃料燃烧反应产出二氧化硅粉体，通过热泳沉积于靶棒上，形成光纤预制棒疏松体，控制器与燃料流量计连接再连接喷灯，控制器通过燃料流量计调整喷灯上的实际输出燃料量。

进一步的，所述靶棒正右侧竖向等间距排布若干个喷灯，每个喷灯均与一个燃料流量计连接再连接至控制器，控制器选用现有PLC、单片机等即可。

进一步的，所述靶棒正后侧设置一根竖向放置的导轨，导轨上设置电机和稳定平台，电机与水平放置于导轨上的稳定平台连接，稳定平台上设置红外测温仪，通过电机驱动稳定平台带动其上的红外测温仪沿导轨竖向往复运动，便于对靶棒表面进行周期性温度检测。

进一步的，所述红外测温仪与靶棒之间的水平距离为50～100cm。

进一步的，还包括夹具、旋转电机和升降电机，所述夹具包括上夹具和下夹具，上夹具和下夹具分别夹紧靶棒顶部和底部再使靶棒竖向紧固于沉积区域的指定位置，上、下夹具采用现有产品即可，只需确保能够夹住靶棒并竖向稳固位置，所述旋转电机和升降电机分别设置于沉积区域的指定位置，旋转电机的旋转轴与靶棒同轴连接，通过旋转电机控制靶棒进行轴向360°旋转运动，升降电机设置于沉积区域的指定位置的升降导轨上，升降电机主轴与靶棒同轴连接，升降电机沿升降导轨竖向升降运动，带动靶棒同步升降，实现均匀沉积。

本发明公开了一种多沉积喷灯密度均匀的控制方法，利用红外测温控制光纤预制棒疏松体制备过程中各个阶段温度均衡、密度均匀，包括以下步骤：

在沉积生产时，喷灯的有机硅和燃料燃烧反应产出二氧化硅粉体，通过热泳沉积于靶棒上，在喷灯对应的靶棒的正后侧，红外测温仪沿导轨竖向往复移动，对靶棒各个阶段表面进行周期性温度测试，记录出每个喷灯位置处对应靶棒表面的实时温度并上传至控制器进行分析处理，计算该时刻靶棒表面的整体平均温度值及其与每处测量点的温度偏差，计算每个喷灯的燃料需求流量并反馈至电脑主机，控制器通过燃料流量计调节对应喷灯的实际燃料流量增加或降低，每隔一个温度测试循环周期对靶棒进行一次红外测温与燃料热量的调整，直到沉积结束。

进一步的，所述红外测温仪对靶棒各个阶段表面进行周期性温度测试，记录出每个喷灯位置处对应靶棒表面的实时焰火温度T

T

△Tn＝T

其中，T

若△Tn>0，则说明该处对应的靶棒表面温度相对较高，控制器控制该处喷灯的燃料流量降低，若△Tn＜0，则说明该处靶棒表面温度相对较低，控制器控制该处喷灯的燃料流量增加。

进一步的，所述燃料需求流量通过公式(3)确定：

C＝m×C

其中，C为调整后的燃料需求流量，C

进一步的，所述红外测温仪的移动速度为1～5m/s，红外测温仪的温度测试循环周期为10～30min。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明公开了一种多沉积喷灯密度均匀的控制装置及控制方法，控制装置包括靶棒、电机、红外测温仪、导轨、控制器、电脑主机、燃料流量计和喷灯，靶棒竖向布置于沉积区域的指定位置，靶棒相邻的两侧分别设置导轨和若干个竖向排布的喷灯，导轨上设置沿导轨竖向往复运动的红外测温仪，通过红外测温仪对靶棒表面进行周期性温度测试，红外测温仪与控制器连接再连接电脑主机，喷灯的有机硅和燃料燃烧反应产出二氧化硅粉体，通过热泳沉积于靶棒上，形成光纤预制棒疏松体，控制器与燃料流量计连接再连接喷灯，一个燃料流量计连接一个喷灯，控制器通过燃料流量计调整对应喷灯上的实际输出燃料量。本发明提供的多沉积喷灯密度均匀的控制装置及控制方法，利用红外测温对沉积过程中整根光纤预制棒疏松体或前驱体表面整体温度进行实时监测，并根据需求调控燃料需求流量，使疏松体各个阶段表面温度均横，从而制备密度均匀、应力分布均匀、产品的脱水性能和衰减特性得到提高、光学参数更佳、性能均一的光纤预制棒。

附图说明

图1为现有技术中疏松体在某阶段在不同位置的棒体温度曲线图；

图2为现有技术中疏松体的外径与烧结后光棒的外径曲线间差异曲线图；

图3为本发明的结构示意图；

其中，1-电机；2-红外测温仪；3-稳定平台；4-导轨；5-靶棒；6-控制器；7-电脑主机；8-燃料流量计；9-喷灯；10-下夹具；11-上夹具；12-旋转电机；13-升降电机；14-升降导轨。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图3所示，一种多沉积喷灯密度均匀的控制装置，包括电机1、红外测温仪2、稳定平台3、导轨4、靶棒5、控制器6、电脑主机7、燃料流量计8、喷灯9、夹具、旋转电机12、升降电机13和升降导轨14，靶棒5一侧(正右侧)设置喷灯9，喷灯9设有若干个且由上至下竖向等间距排布，一个喷灯9对应连接一个燃料流量计8，不同喷灯9可实现不同的流量调控，在进行生产时，喷灯9的有机硅和燃料燃烧反应产出二氧化硅粉体，通过热泳沉积于靶棒5上，靶棒5相邻的另一侧(正后侧)设置一根竖向排布的导轨4，导轨4上水平设置沿导轨4竖向往复滑动的稳定平台3，电机1与稳定平台3连接，红外测温仪2固定于工作平台3上，通过电机1驱动工作平台3带动其上的红外测温仪2沿导轨4竖向往复移动，在红外测温仪2竖向往复运动时能够对靶棒5表面各点进行周期性温度检测，靶棒5上的红外测温点位置与红外测温仪2的运动速率均由电机1控制，并与靶棒5和喷灯9相对应，每个红外测温点位置分别与一个喷灯9位置对应，红外测温仪2与控制器6输入端连接，控制器6输出端与电脑主机7和所有的燃料流量计8连接，红外测温仪2将实时检测的各个红外测温点位置的红外测温数据传递至控制器6，控制器6接收并进行数据处理和分析，获取靶棒5表面的各处温度T

夹具包括下夹具10和上夹具11，通过下夹具10和上夹具11分别将靶棒5底部和顶部夹紧并使靶棒5竖向放置于沉积区域的指定位置，旋转电机12和升降电机13分别设置于沉积区域的指定位置，旋转电机12的旋转轴与靶棒5连接且二者中轴线在同一条直线上，通过旋转电机12驱动靶棒5轴向360°旋转，升降电机13与靶棒5连接并控制靶棒5进行竖向升降运动，升降电机13设置于沉积区域的指定位置的升降导轨14上，升降电机13主轴与靶棒5同轴连接，升降电机13沿升降导轨14竖向升降运动，靶棒5同步升降运动，实现均匀沉积。

红外测温仪2的竖向移动速度用v表示，v的取值范围为1～5m/s，优选2～3m/s；红外测温仪2的温度测试循环周期为10～30min；红外测温仪2与靶棒5之间的横向距离为50～100cm。

一种多沉积喷灯密度均匀的控制方法，利用红外测温控制光纤预制棒疏松体制备过程中各个阶段温度均衡、密度均匀；在沉积生产时，在喷灯9对应的靶棒5的正后侧，红外测温仪2以一定的移动速度沿导轨4竖向往返移动，对靶棒5各个阶段表面进行温度测试，并记录出对应每个喷灯9位置处靶棒5表面实时温度T

T

使用公式(2)计算出每处测量点与T

△Tn＝T

若△Tn>0，则说明该处对应的靶棒5表面温度相对较高，控制器6控制该处喷灯9燃料的流量降低至一定程度，若△Tn＜0，则说明该处靶棒5温度相对较低，控制器6控制该处喷灯9燃料的流量增加一定的程度。

PID提升气流量由公式(3)计算得到：

C＝m×C

其中，n为喷灯数目，T

实施例1

如图3所示，一种多沉积喷灯密度均匀的控制装置，包括电机1、红外测温仪2、稳定平台3、导轨4、靶棒5、控制器6、电脑主机7、燃料流量计8、喷灯9、下夹具10、上夹具11、旋转电机12、升降电机13和升降导轨14，通过下夹具10和上夹具11分别将靶棒5底部和顶部夹紧并竖向放置于沉积区域的指定位置，下夹具10和上夹具11可直接套设于靶棒5表面并进行竖向位置紧固，采用现有产品即可，旋转电机12的转轴与靶棒5连接且二者中轴线在同一条直线上，通过旋转电机12驱动靶棒5旋转，升降电机13设置于沉积区域的指定位置的升降导轨14上，升降电机13主轴与靶棒5同轴连接，升降电机13沿升降导轨14竖向升降运动，靶棒5同步升降运动，实现均匀沉积，采用现有技术即可，靶棒5正右侧设置喷灯9，喷灯9设有四个且由上至下竖向等间距排布，一个喷灯9对应连接一个燃料流量计8，不同喷灯9可实现不同的流量调控，在进行生产时，喷灯9的有机硅和燃料燃烧反应产出二氧化硅粉体，通过热泳沉积于靶棒5上，靶棒5的正后侧设置一根竖向排布的导轨4，导轨4上水平设置沿导轨4竖向往复滑动的稳定平台3，电机1与稳定平台3连接，红外测温仪2固定于工作平台3上，通过电机1驱动工作平台3带动其上的红外测温仪2沿导轨4竖向往复移动，在红外测温仪2竖向往复运动时能够对靶棒5进行各点焰火温度的周期性温度检测，靶棒5上的红外测温点位置与红外测温仪2的运动速率均由电机1控制，并与靶棒5和喷灯9间相对应，每个红外测温点位置分别与一个喷灯9位置对应，红外测温点位置处的温度与对应的喷灯9喷出的温度匹配，红外测温仪2与控制器6输入端连接，控制器6输出端与电脑主机7和所有燃料流量计8连接，红外测温仪2将实时检测的各个红外测温点位置的红外测温数据传递至控制器6，控制器6接收并进行数据处理和分析，获取靶棒5表面各处温度T

红外测温仪2通过电机1的驱动作用在导轨4上以2m/s的速度由上至下移动，分别记录与四个喷灯9位置对应处的各个红外测温点位置的红外测温数据，传递至控制器6进行数据分析和处理，红外测温仪2的温度测试循环周期为15min，红外测温仪2与靶棒5之间的横向(水平)距离为80cm，通过PID按照实验得出不同温度差值△Tn对应的流量转化系数m，如表1所示。

表1

红外测温仪2沿导轨4竖向往返移动，对靶棒5各个阶段表面进行温度测试，并记录出对应每个喷灯9位置处靶棒5表面实时温度T

T

使用公式(2)计算出每处测量点与T

△Tn＝T

若△Tn>0，则说明该处对应的靶棒5表面温度相对较高，控制器6控制该处喷灯9燃料的流量降低至一定程度，若△Tn＜0，则说明该处靶棒5温度相对较低，控制器6控制该处喷灯9燃料的流量增加一定的程度。

PID提升气流量由公式(3)计算得到：

C＝m×C

其中，n为喷灯数目，T

根据公式(3)计算出燃料需求流量C，反馈给电脑主机7，通过控制器6控制燃料流量计8来调整对应喷灯9喷出的燃料流量，每隔15min进行一次调节，直到沉积结束。

本发明未具体描述的部分采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。