CN1180998C - 光纤光锥拉制技术 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种拉制光纤光锥的方法。使用处于水平状态的特制管式熔锥炉，对不停旋转的光纤复合丝棒棒料加热，当光纤复合丝棒料中段软化时，对光纤复合丝棒料施加轴向拉力，使得光纤复合丝棒料中部被拉细，并最终变成如哑铃状、左右对称的形状，由中间细腰处切开即成两只对称的光锥毛坯，其特征是从开始加热到拉制结束，光纤复合丝棒料整体始终处于水平状态并且两端不停地同步旋转，从而消除了因重力作用造成的中段软化部分下挠，使成型后的光锥毛坯为旋转体，外型尺寸一致、对称性优良。
Description
1.技术领域：本发明属于光纤传象器件制造技术领域。
是关于制造光纤光锥的技术设备，特点在于通过对处于水平、旋转状态的光纤复合丝棒料加热并拉伸，最终实现一次拉制两只同规格光锥。
2.技术背景：
光纤光锥是一种由光纤按一定规则密集排列而成的、两个端面大小不同、形状相似、传象光纤数目相等的锥形传象器件。光纤光锥是制造微光探测器材——像增强器的核心元件之一，具有图像放大与缩小功能，与CCD耦合可制成高分辨率图像传感器，其具有体积小、光能透过高、结构简单、牢固可靠的优点。
光纤光锥是在光纤排列好后，经拉丝热压复合制棒、再经加热拉制而成，单根光纤的数量不发生变化，两端面积发生变化，即在两个端面上光纤的直径不同，使得图像由大端至小端呈缩小现象，由小端至大端呈放大现象，且小端分辨率较大断提高，提高的倍数等于锥比，即大小端面直径之比。
拉制光锥的关键是在加热拉伸过程中直径变细部分的光轴仍与机械轴重合且不能发生扭转，为满足上述两点要求，传统的技术是采用垂直拉伸法，垂直拉伸法是将光纤复合丝棒悬吊在管式电炉的中心，控制电炉缓慢生温。当处在高温段的光纤棒达到软化温度后，在下短作用牵引力拉伸光纤复合丝棒料成锥。该法设备简单，操作容易，但由于热对流的影响，使高温区上部同下部温度分布不对称，难以形成对称的两个锥形毛坯。一般每次只能拉制一个锥坯。传统技术的不足在于效率较低，且光纤复合丝棒料消耗较大。
3.发明内容
一种拉制光纤光锥的方法，其特征在于包括下列步骤：先对一根处于水平状态且沿光纤复合丝棒自身的轴不停旋转的光纤复合丝棒整体缓慢加热，待其达退火温度后，开始对光纤复合丝棒中段进一步加热并施以轴向拉力，使中段局部软化部分逐渐被拉细，达到一定尺寸后，减小拉力、停止中段加热，并开始对整体缓冷降温，最终使光纤复合丝棒成两端对称的哑铃状毛坯，即一对光纤光锥毛坯。
本发明的目的在于提高效率，即发明了水平旋转拉伸制锥法，如图1，水平安放在熔锥炉10种的光纤复合丝棒9，用卡具8与拉神轴7，11联接。拉锥时，通过做同步旋转的拉伸轴7，11作用于锥坯棒9两端大小相等、方向相反的轴向拉力，使光纤复合丝棒中断被加热软化部分逐渐拉细，一次可拉出一对对称性很好的锥坯，可提高生产效率一倍，同时光纤复合丝棒料的消耗也有所下降。
拉锥需要使光纤复合丝棒中段局部软化，水平放置的光纤复合丝棒料软化后的局部会受重力影响产生“下挠”；为克服“下挠”，须使光纤复合丝棒料两端不停地、同步均匀旋转，否则会产生扭曲，造成光锥传递图像时发生偏转现象。
4.附图说明
图1是本发明的拉锥原理图
图2是第一个实施例的示意图
图3是熔锥炉结构示意图
图4是第二个实施例的示意图
5.具体实施方式：
下面结合实施例所示附图，对本发明作进一步说明。
本发明的方法与设备的一个实例如图2，水平旋转拉锥***示意图，***安装在支架12上，由于采用电机1与统一传动轴2带动左右两组齿轮14，使位于棒料9右侧的拉伸轴7与左侧的固定轴11是中保持同步转动，从而使通过卡具8与7、11两根轴固定为一体的光纤棒料9旋转时，棒料两端无扭矩，故消除了光锥传递图像时可能产生的偏移。拉神轴7除可转动外，还可以同时沿水平方向滑动，载荷通过牵引绳6经导轮5作用于拉神轴7。根据传感器13的显示，调整载荷4的大小，即可控制拉锥时轴向拉力。
为达到一次拉制两只同规格光锥毛坯的目的，要求在拉锥过程中，熔锥炉内的高温区中心始终对准哑铃状锥坯的中间部位。本发明设计了位于轨道上、带半程随动***的炉车，如附图2种的标记3。将熔锥炉10安放于炉车上，随着光纤棒料被拉长ΔL，锥坯中段相应位移为ΔL/2，炉车也随之移动ΔL/2，使熔锥炉内的高温区中心始终对准哑铃状锥坯的中间部位，保证锥坯的对称性。
拉制光锥的另一关键是由于光锥高度与大端直径相当，即小端锥角一般在40°-65°之间。因此本发明采取多段式、独立控温、温度梯度熔锥炉。如图3所示，熔锥炉为对称结构，炉内轴向温度场呈正态分布。如图3中温度梯度熔锥炉结构图所示，炉内轴向温度场外段加热丝15、19采用控温，控温装置20对炉膛两端温度进行控制；内段加热丝16、18采用另一台控制戆直对炉膛两端与中段之间的区域温度进行控制；中段加热丝17采用第三台控温装置对炉膛中段温度进行控制；通过改变中段高温区温度梯度并配合控制拉伸载荷大小来改变空驶速度，使锥角达到设计要求。
本发明的方法与设备的又一个实例如图4水平旋转拉锥***示意图，本***与图2的不同之处在于光纤棒料两端的转轴均为可同时水平移动的拉伸轴，即图2中的固定转轴11被改为可以水平滑动的左拉伸轴7，左边载荷4通过牵引绳6经左导轮5后，作用左拉伸轴7。两端加同样负载，使得在拉锥过程中棒料两端均匀地向两侧边旋转，边移动，而熔锥炉是固定在支架3上的、并不移动，但熔锥炉内的高温区中心始终对准哑铃状锥坯的中间部位。
不论是垂直拉锥法，还是水平旋转拉锥法，均需经过对光钎棒料整体预热、局部加热至软化、拉伸及随后的缓慢降温过程，用同样规格的光钎棒料拉制同规格光锥，两种方法所需时间相差无几，由于水平旋转拉锥法一次可拉成两只同规格锥坯，而垂直拉锥法一次只能拉成一直锥坯，故本发明较传统方法提高效率一倍左右。又因垂直拉伸法，拉锥时棒料上、下端均要留出一段用于装卡的部分，该部分最终须切除，而拉成一直锥坯，要废弃两节料头，但却拉成两只锥坯，哑铃状锥坯的中间腰径只须略小于光锥小端直径即可，是小端须切除部分极少，实际上拉制一只锥坯只废气一段料头，较垂直拉锥法可节省一段料头。
按照上述实施例附图，可拉制出下列规格的纤维光锥：
生产规格：φ4-100mm
单丝直径：6-200μm
锥比：1.0-5.0
Claims (4)
1、一种拉制光纤光锥的方法，其特征在于包括下列步骤：先对一根处于水平状态且沿光纤复合丝棒自身的轴不停旋转的光纤复合丝棒整体缓慢加热，待其达退火温度后，开始对光纤复合丝棒中段进一步加热并施以轴向拉力，使中段局部软化部分逐渐被拉细，达到一定尺寸后，减小拉力、停止中段加热，并开始对整体缓冷降温，最终使光纤复合丝棒成两端对称的哑铃状毛坯，即一对光纤光锥毛坯。
2、如权利要求1中的方法，采用对称结构的多段式、独立控温、温度梯度熔锥炉，沿轴向中段形成一定梯度的、呈正态分布的温度场，使最终形成两端对称的哑铃状毛坯。
3、如权利要求2中的方法、通过对沿轴向温度梯度及拉力的控制，使光纤光锥的锥度达到所希望的确定值。
4、如权利要求2中的方法，使用所述熔锥炉，使光纤光锥毛坯中段表面温度峰值较两侧基础温度差值可在0-300℃间随意调整。
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