[发明专利]一种在线测量光纤预制棒直径和弓曲度的装置及方法

说明书

本发明提供了一种在线检测光纤预制棒直径和弓曲度的装置及方法。该装置包括测量基座、保护套、柱形玻璃罩、探测单元等。该测试方法基于灰体与黑体间的热辐射传热定律，通过探测光纤预制棒在沉积、熔缩或者拉伸过程中辐射的中远红外波段（纯二氧化硅在高温下在4‑8μm波段有强烈的辐射，辐射率在0.95以上）的电磁辐射（衬管或者预制棒的辐射透过玻璃罩进入到探测阵列），可以获取预制棒的弓曲度和直径信息。本发明的装置结构简单、成本低（直接运用预制棒本身辐射的特点进行测量，不需要额外的光源）、精度高（玻璃的辐射特征非常强而且明显），且适应性强（可用于不同的温度环境和不同粗细的衬管或预制棒）。另外该装置和方法可同时在线测量预制棒的直径和弓曲度，便于指导生产。

技术领域

本发明属于光纤预制棒的测量领域，更具体地，涉及一种用于光纤预制棒直径和弓曲度的在线测量装置及方法。

背景技术

光纤预制棒制备过程中对衬管（或者预制棒）的直径和弓曲度进行监测对预制棒的制备过程是必不可少的，有益于对工艺参数进行调节。目前，在线测量预制棒直径的装置主要分为两种：一种由探测激光光源、探测窗口组件、探测器构成，其原理是由激光光源发出一束激光光束，光束经衬管后发生折射，探测器通过探测激光光束的分布即可计算出衬管的直径，该装置一般呈环形，适合与沉积或拉伸用的石墨炉搭配使用，精度较准，但是由于使用时的温度高、以及需要特定的激光光源和探测器导致装置复杂且价格昂贵，严重的制约了测径装置在光纤预制棒制备领域的应用；另一种由应用于可见光波段和近红外波段（1-3μm）的图像识别设备构成，其原理是通过捕获沉积过程中的衬管的轮廓来拟合衬管的直径，该装置存在的主要问题是，在沉积过程中可见光及近红外波段的光极易受到外界的影响，导致测量精度极差，且测试装置位于火焰的上方导致上部空气加热后折射率发生变化影响测量精度。另外，目前还没有对光纤预制棒进行在线弓曲度测量的，而沉积过程中的工艺参数直接决定预制棒的弓曲度。预制棒的弓曲度又会直接影响光纤的同心度等。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种在线光纤预制棒直径和弓曲度的装置及方法，该装置和方法能够测量光纤预制棒生产过程中的直径和弓曲度，且装置具备简便可靠、 价格便宜的特点。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种用于在线测量光纤预制棒的直径和弓曲度的装置，该装置包括测量基座、保护套、柱形玻璃罩、探测单元等。

所述测量支架用于支撑和固定由保护套、柱形玻璃罩、探测单元组成的探测系统。该支架固定在主灯的行走单元之上，位于主灯的左侧（当主灯朝右走为正方向时，反之亦然）。该支架可由金属或者非金属材料加工而成，优选地，使用铝合金型材。

所述保护套类似于在长方体上方加工出一个半圆柱形的凹槽，其内部为回形中空结构，正面有一个进水口、一个出水口，用于冷却水的进出。该保护套主要用于固定探测单元和对探测单元进行温度控制处理。通过冷却水使保护套中的温度维持在一定的温度范围内。该保护套可以由金属或非金属材料加工而成，优选地，使用不锈钢316L材料。

所述柱形玻璃罩用于提供探测信号的窗口，另外该玻璃罩固定在保护套上，通过橡胶等与保护套形成一个密封的结构。该玻璃罩厚度可在0.2mm-2mm之间，厚度均匀，且所选玻璃材料在4-10μm的光线透射率达到90%以上，优选地，使用氟化物玻璃。

所述探测单元主要用于探测光纤预制棒在沉积、熔缩或者拉伸过程中辐射的中远红外波段（一般选4.5-8μm波段，在这个过程中光纤预制棒的温度通常在1800-2300℃之间，且此时系统为温度控制模式——光纤预制棒在一个周期内的温度基本上是不变的，温度波动通常为±2℃）的电磁波。探测单元由一系列相同的探测元件形成的阵列，每个单元均可以单独探测并记录在某个时间点时投射到探测单元上的功率。且该单元可以是探测某一波长或者某一个范围波长的功率。

为了实现上述目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种用于在线测量光纤预制棒的直径和弓曲度的方法。该方法基于以下原理：