[发明专利]一种VAD法制造光纤预制棒的装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种VAD法（外部气相沉积法）制造光纤预制棒的装置和方法，适用于光纤制造技术领域。

背景技术

VAD轴向沉积方法制造光纤预制棒已经出现有多年，制作过程中大都通过对于粉末预制棒本体进行测量来控制粉末原料的喷射量，获得满足要求的产品。其中美国专利US 6834516通过使用高温计测量粉末预制棒末端的温度进行控制，其缺点是测量点较少，控制精度不够高。在此基础上，中国专利CN 200610129070进行了改善，通过温度测量单元，探测从粉末预制棒的尖端到包覆层部分多个区域的温度分布，取得最高及最低温度点，来调整喷射原料的供应数量，同时在线调整两个喷灯火焰焦点的距离，来实现稳定的生产。

但是以上两种温度反馈和控制方法依然存在一些不足：1、温度分布的测量不能快速获取，需要较长的时间，从而导致反馈的结果滞后；2、调整喷灯火焰焦点的距离需要移动喷灯的角度及位置，相当于设备本身发生了移动，易于影响设备的稳定性；3、温度的测量方法需要在设备前端增加单独的单元，使得设备空间增大。以上问题的存在在实际生产中将会导致控制精度低，粉末预制棒外径变化范围大，沿预制棒方向上折射率变化不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种VAD法制造光纤预制棒的装置和方法，它不仅结构简单、使用方便、性能稳定，而且测量速度快、灵敏度高且易于实现测量过程自动化。

本发明为解决上述所提出的问题所采用的装置技术方案为：

包括有立式机架，立式机架的上端安设旋转夹盘，旋转夹盘与上下移动座相连接，在立式机架的下方安设有喷灯组件，喷灯组件与燃气和化学气体原料供应系统相连通，其特征在于在旋转夹盘或上下移动座上安设重力传感器，重力传感器的输出端与控制单元相联。

按上述方案，所述的重力传感器为电阻应变式重力传感器。

按上述方案，所述的控制单元由PLC（可编程逻辑控制器）和计算机组成，控制单元的输出端与旋转夹盘和上下移动座的驱动控制单元相联，并与燃气和化学气体原料供应系统控制单元相联。

按上述方案，所述的喷灯组件包括预制棒芯部喷灯和预制棒包层喷灯。

按上述方案，所述的预制棒芯部喷灯和预制棒包层喷灯对应旋转夹盘固定在立式机架下方一侧，其中预制棒芯部喷灯的喷射方向与垂线的夹角35～45度，预制棒包层喷灯的喷射方向与垂线的夹角为30～40度。

按上述方案，所述的燃气和化学气体原料供应系统包括质量流量计MFC和气动阀门。

本发明制作光纤预制棒方法的技术方案为：

将靶棒垂直夹持固定在旋转夹盘上，旋转夹盘下移至靠近喷灯组件处，同时通过控制单元进行装置的初始化设定，

开启旋转夹盘，使靶棒缓慢旋转，同时开启喷灯组件、燃气和化学气体原料供应系统，

喷灯组件按照预设的喷射流量将燃烧状态的化学气体原料喷射至旋转的靶棒，沉积形成粉末预制棒的芯部和包层，旋转夹盘缓慢上移，控制单元根据情况通过质量流量计MFC和气动阀门对粉末原料喷射流量进行控制和调整，

旋转夹盘或上下移动座上的重力传感器将粉末预制棒的重量信息连续传输给控制单元，通过对预设直径、移动高度和粉末预制棒重量的综合运算，获得粉末预制棒的上移速度和转速，

喷灯组件不断燃烧喷射，粉末预制棒的芯部和包层不断延伸，重量不断增加，重力传感器连续检测粉末预制棒重量，控制单元根据重量信息控制上下移动座的上移速度，带动粉末预制棒不断上移，直至达到粉末预制棒预定的长度。

按上述方案，所述的燃气为氢气或天然气。

按上述方案，所述的喷灯组件包括预制棒芯部喷灯，预制棒芯部喷灯喷射沉积形成粉末预制棒芯层的反应为：

CH₄ + 2O₂ =CO₂+2H₂O

或 2H₂+O₂=2H₂O

SiCL₄+H2O=SiO₂+HCL

GeCL₄+H₂O=GeO₂+HCL

喷射沉积反应中通过掺入GeCL₄化学材料，水解反应后生成GeO₂，生成的GeO₂最后形成预制棒芯部高折射率芯层粉末体。