[发明专利]提供用于可控加热的电弧放电的局部真空操作的系统和方法

说明书

在可控部分真空中进行适用于加热光纤用于处理的放电，从而达到可用可电离气体分子的饱和。由此，使得工件温度为绝对气压的稳定可控函数，并且对其他条件不敏感。提供了实现上述的系统和方法。

相关申请的交叉参考

本申请基于35USC 119(e)，要求于2012年4月6日提交的题目为PARTIAL VACUUMOPERATION OF ARC DISCHAREGE FOR CONTROLLED HEATING的美国临时专利申请61/621,274的优先权，其全部内容通过引用结合于此作为参考。

技术领域

本发明的概念涉及用于光纤处理的系统和方法的领域，并且更具体地，涉及使用用于光纤处理的热的系统和方法的领域。

背景技术

在使用光纤的设备的制造中，通常要求以可控方式加热光纤，从而使得它们可以被熔接、耦合、成形、退火、拉锥、扩散、延伸、火焰抛光、清洗、或剥去涂层。放电通常被用于该目的。该放电在工业中被称作“电弧”。然而，根据一些源，该电流电平的放电不是真电弧，而是生成热等离子体的辉光放电。

电弧通常形成在一对电极的锋利尖端之间，通常由钨制成并且分离1mm至10mm。要求较大电极间隔来用于一次熔接多条光纤(光纤带)，并且用于较大直径光纤。一些熔接机的光学设计可能还要求电极间隔“间隙”更大，以防止电极在物理上阻断光路。

被施加至电极的电压可以是DC(通常与较小电极间隔结合)或AC(其允许在电极端之间的较大间隔-达到10mm或以上)。要求启动放电的电压由帕邢定律确定，其将电极之间的间隙的击穿电压与在间隙中存在的气体(通常为普通气体)、压力、湿度、电极形状、电极材料、以及间隙距离的(复变和非线性)函数关联。要求将帕邢定律应用至该系统的很多参数都未知，对不熔接机电弧的理论分析做的很少。通常，启动电压在实验上被确定为在5kV至30kV的范围内。

图1示出被称为“熔接器”的使用放电作为热源的典型现有技术的光纤处理设备的示意图。该设备将两条光纤端部熔接在一起作为其主要目的，但是还可以用于其他操作，诸如，拉锥。两条光纤端部由每个布置在至少两个轴上的夹具(3、4)夹持。电弧放电单元(5)将可控高压提供给两个尖角钨合金电极(1、2)。可编程控制单元(6)定位光纤，并且控制电弧放电单元的操作。通常，这些机构与一个或多个相机和相关光学器件(未示出)结合使用，以确定光纤的位置用于定位，并且分析所得到的熔接质量。

一旦电弧被启动，放电中的等离子体的持续离子化就要求比最初施加的电压更低的电压。作为电路元件的等离子体的阻抗(施加电压与电流的比率)很难预测。甚至怀疑熔接机弧在一些频率和电流电平下呈现负增长阻抗。这些特征使得熔接器弧的“恒压”操作非常难以实现。从而，大多数这样的系统被控制以提供恒定平均电流。这使得以合理可预测方式与所观测的被传递至放电的功率和所得到的光纤的温度相关联。

然而，这样的控制方法的准确性、精度和可重复性受到很多难以控制的因素的影响。气压、湿度、气温、电极间隔、电极清洁度、以及电极几何形状对光纤的工作表面处达到的温度产生不可接受的大改变。电极在使用期间氧化，其扩大电极之间的间隙，使它们的尖角变钝，并且污染它们的发射表面。

结果，开发了多种工艺，以重新正常化设定电弧电流和得到的光纤温度之间的关系。这些工艺通常由电弧放电在各种功率电平下操作的“电弧检验”构成，并且通过相机观测所得到的光纤的失真或炽热，以提供用于再校准系统的大气和电极条件的信息。这些工艺在很多方面都不令人满意，因为它们消耗时间、电极寿命、以及光纤，尽管仅提供了对光纤温度的改变问题的临时和部分解决方案。

发明内容