光纤光缆制造工艺及设备(7)

很高，超过10%。

CO2分子是由三个原子组成，不同的激发态取决于结合原子的振动形式。碳居正中，两

端各一个氧，三个原子处于一条直线上。振动方式有三种：对称伸缩振动、弯曲振动、非对称伸缩振动。每种量子数不同，分别表示为（100）、（010）、（001）。激发能级是离散性、量子化的。由001跃迁至（100）或（020）的过程，可以得到10.6um和9.6um波长激光，能级图如图5-3-6所示。CO2分子的振动激发是由于电子碰撞激发N2分子的能量转移实现的。

在使用CO2激光器作加热源时，有一点需要特别注意，即硅材料对10.6um波段的能量吸收系数非常大，而硅材料的热容又很低，因此，在光纤预制棒表面温度相当高，会使Si材料迅速汽化。这样，如使用CO2激光器加热，拉制光纤尺寸会受到影响，所以温度的控制就显得非常重要。CO2激光器结构复杂，庞大，价格昂贵，但它的工作可靠性高、寿命长、性能稳定、无污染，因而成为光纤拉丝加热设备的首选。

光纤拉丝工艺中的直径控制是第三个技术关键。为此，在加热炉及预制棒下端拉锥部

位要求有相当平静的气氛，任何气流的搅动都会造成光纤直径的高频波动；加热炉内由于“烟囱效应”以及温度梯度引起的气流波动、保护气体气流紊乱流动等现象均需严格控制。为保证光纤直径的精度要求，下列措施是必须的：

首先，要求拉丝塔的底座应与周围建筑物的地基隔离，单独设置地基，以防止厂房周围车辆、机械振动产生影响，引起拉制的光纤直径波动；

第二要求预制棒的拉丝牵引轮的速度要非常均匀平稳；牵引轮，收线盘，电机的传动部分不能出现任何的偏心，否则都会导致光纤直径的变化；

第三光纤直径要有一个十分精密的测量与反馈控制系统。一般选用非接触法之一的激光散射法对刚出炉的裸光纤同步进行遥测。基本测量方法有二种：（1）通过光纤的干涉图形来测定直径；（2）采用扫描激光束产生的光纤的影象来确定直径。测量精度可达到零点几个微米，利用测得的光纤直径误差信号去调节牵引轮的拉丝速度，以获得光纤设计要求正确外径125、140、150±1um等。

在拉丝设备中第四个重要组成部分是拉丝和卷绕系统。一般采用涂有橡胶的牵引轮和

牵引装置、张力控制轮、收排线盘等设备完成。牵引拉丝轮的速度在10～20m/s间，要求保证光纤所受拉力为“零”。

牵引轮和牵引装置及收排线机构如图5-3-8所示，牵引装置一般采用轮式牵引机，牵引光纤在牵引轮上移动，牵引速度即为拉丝生产线的拉丝速度。

收排线装置：主要由收线排线传感器、光纤收线盘、收线张力测量仪、牵引张力测量轮、收线张力调节轮等设备组成。基本的功能是对已涂覆光纤在没有外部张力作用下收卷成盘，为下一道工序做准备。要求收线张力和排线节距合理科学。

排线质量直接影响光纤的衰减，要求排线平整、无压线、夹线现象。控制好排线质量的关键是第一层光纤的排线质量，首先，要调整好排线节距B的大小，其次要控制制好光纤与收线圆盘边缘距离（7－8μm），否则，将会出现夹线、断线等现象。排线方式有三种：矩形排线、梯形排线和倒梯形排线，如图5-3-9所示。

矩形排线

梯形排线

倒梯形排线

图5-3-9排线方式

在拉丝设备中第五个重要组成部分是控制系统。当拉制光纤的直径、温度、气氛等参数发生微小变化时，控制系统自动反馈一个信息，并使变化自动得到补偿，这一作用系统称为控制系统。主要构成部分有：位于加热炉出口的激光测径仪及涂覆后位于张力轮前端的涂层测径仪控制系统，Ar

气液面、压力和流量控制系统，炉内温度控制系统以及各自相应的误

差信号处理系统及控制拉丝速度的控制机构。若实现一个实用的控制系统，必须考虑影响系统动态响应的许多因素，特别是拉丝机的动态响应。包括控制收线盘和牵引轮的电动机以及机构自身的特性。任何微小的变化，甚至是随机振动或预制棒的颈缩区内的气流与温度变化所产生的细微的变化，都会影响拉丝直径的大小，必须细致地设计拉丝机及其环境才能减少这种影响。下面简要介绍中国电子科技集团第八研究所轩传吴、舒福胜等人设计的实用型拉丝机控制系统的构成。

该光纤拉丝机的整个控制系统以PLC为核心，通过PROFIBUS-DP过程控制总线及MPI

多点接口在PLC之间、PLC与计算机之间交换信息，指令系统正常运行。PROFIBUS-DP是一种优化的通讯模块，特别适用于对时间要求严格的自动控制系统，它的通信速率是

9.6kb/s-12Mb/s，最大的站数是256。运行信号的发出以及系统需要的各种信号的采集，全部依赖计算机与PLC的相互协作来完成。控制系统如图5-3-10所示。

SIEMENS S7-300 PLC同S7-200和测径仪通过PROFIBUS总线构成DP网络，进行高速

运算和信息交换，对线径和中心偏差进行实时运算和调节，保证中心点恒定和线径偏差在允许范围内。其中，S7-300是DP主站，S7-200和测径仪作为DP从站。计算机通过S7-300主站同DP网络交换必要的信息，在系统中计算机的作用是实现人机对话、生产管理、机器运行状态和信息显示、生成历史曲线和历史报表、与企业局域网交换必要的数据。

计算机选用台湾研华公司生产的IPC610系列工业控制计算机。具体配置：PⅢ866CPU，20Gb以上SEGATE硬盘，128Mb内存，ACER18英寸平面直角显示器，威达工控键盘，打印机网卡等。

主站PLC的配置：电源模块PS307 5A，CPU模块S7-300CPU 315-2DP，开关量输出模块S7-300 SM322，模拟量输入模块S7-300 SM331，模拟量输出模块S7-300 SM332，特殊功能模块S7-300 FM353. SM322有八路输出点，支持最大电压230V，它完成系统主要开关量的控制。SM331为两路模拟量输入模块，主要是检测氬气流量和牵引速度两路模拟量。SM332为两路模拟量输出模块，这两路模拟量主分别控制氬气流量和牵引速度。FM353主要的任务是完成由步进驱动器执行的定位工作，在这里主要完成光纤预制棒进给的高精度控制，FM353每发出5000个脉冲，送棒电机才转动一圈。

从站PLC是一台S7-200CPU224，它的主要任务是完成对调心机构的控制及报警状态输入，手动操作时，按钮的动作通过它传递到系统中并执行。它有十四点输入控制，所设计的系统只使用了其中的十一点，十点输出。S7-200CPU224输出点的主要功能是实现对X方向和Y方向两个调心电机的控制。

测径仪选用的是英国BETA公司的激光测径仪，该仪器可以测出产品外径以及生产过程中产品中心与系统中心点的偏差，并通过专用PROFIBUS接口部件将数据传送到系统中，供系统使用。

SR-73是日本岛电公司生产的温控制调节仪，具有与光学高温计连接的接口，并通过RS485端口与工控机连接，将数据传送到计算机，对炉温进行实时控制。

PLC可及时显示系统运行状态及发生的各种异常工况，并根据采集的数据变化进行处理，及时进行调整控制。例如：在生产中，若发现冷却水水压低于系统正常工作时所需的最低压力，或无水供给现象时，当冷却水的水压低于要求正常值的初期，PLC系统就会及时得到信息，立刻发出声光报警并将此信息传送给计算机，同时指出故障的位置，计算机接收到信息后，做出判断并输出指令给加热炉，命令其降温，同时，调节氬气流量，目的是保护加热炉，并控制预制棒馈送系统，使预制棒自动上升离开炉体等一系列动作。

预制棒夹好后，首先要进行预调心，使棒的中心与预定的检测中心重合；然后要预设光纤外径，作为外径回控时的基准，只有生产外观为圆形的产品时才能使用外径自动控制 …… 此处隐藏：2849字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……