控制生产过程中光纤预制棒疏松体密度的系统及方法
阅读说明：本技术 控制生产过程中光纤预制棒疏松体密度的系统及方法 (System and method for controlling density of loose body of optical fiber preform rod in production process ) 是由 吴志元 郑伟 章海峰 张学军 王强强 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明涉及光纤生产技术领域,具体涉及一种控制生产过程中光纤预制棒疏松体密度的系统及方法,包括监测系统,用于监测光纤预制棒疏松体的直径和重量,并将监测数据进行实时反馈；控制系统,用于接收所述监测数据,并以此计算得到光纤预制棒疏松体的密度,经与设定密度曲线比对进一步得到密度误差后,发送配方调整指令；MFC,用于执行所述控制系统下发的配方调整指令,控制喷灯调整相关气体流量,进而实现光纤预制棒疏松体密度的调整。本发明减少了疏松体的开裂,减少了疏松体烧结后包层出现各种不良情况,增加光纤的强度等,提高了产品的合格率。(The invention relates to the technical field of optical fiber production, in particular to a system and a method for controlling the density of a loose body of an optical fiber preform rod in a production process, wherein the system comprises a monitoring system, a feedback system and a feedback system, wherein the monitoring system is used for monitoring the diameter and the weight of the loose body of the optical fiber preform rod and feeding back monitoring data in real time; the control system is used for receiving the monitoring data, calculating to obtain the density of the loose body of the optical fiber preform, comparing the density with a set density curve to further obtain a density error, and then sending a formula adjustment instruction; and the MFC is used for executing the formula adjustment instruction issued by the control system and controlling the blowtorch to adjust the flow of the related gas so as to realize the adjustment of the density of the loose body of the optical fiber preform. The invention reduces the cracking of the loose body, reduces various adverse conditions of the cladding after the loose body is sintered, increases the strength of the optical fiber and the like, and improves the qualification rate of products.)
技术领域
本发明涉及光纤生产技术领域，具体涉及一种控制生产过程中光纤预制棒疏松体密度的系统及方法。
背景技术
OVD沉积工艺是光纤预制棒外包层生产的主要工艺，据统计，采用OVD外包工艺制造的光纤占到世界光纤总产量的六成以上，OVD其机理为火焰水解，即气态卤化物(SiCL4等)与氢氧焰或甲烷焰进行反应，生成大置的“粉尘”随喷灯座沿着棒体来回运动，逐渐一层一层沉积在芯棒外表面，最终形成圆柱状的预制棒疏松体。
疏松体的密度是OVD沉积工艺控制的重要参数，疏松体的密度不均匀会导致生产过程中棒体开裂，烧结后包层出现各种缺陷。
在专利号为CN201810852202.7的中国发明专利中，公开了一种光纤预制棒的制造方法，包括以下步骤：在进行OVD沉积过程中，周期性地扫描松散体外径并计算松散体的外径波动，每当外径波动大于预设范围时，调整对应的喷灯；沉积结束后，扫描松散体外径，计算出第一下降速度和第二下降速度；对松散体进行玻璃化，其中，在离外径最大处的预设距离内，松散体按第一下降速度下降，在离外径最小处的预设距离内，松散体按第二下降速度下降。
上述通过调节最大外径或最小外径对应的喷灯流量，保证密度尽可能均匀。且现在的设备及工艺是等包层沉积结束后，测试疏松体的总体平均密度和观察烧结后棒体的情况后，再进行大致的配方调整。
但是现有技术没有办法控制棒体密度的均匀性，且结果反馈延迟，不能及时发现密度大小和及时更改配方；配方调整可能需要多次调整，才能得到理想效果；配方调整不能找到准确的时间点。因此本文提出一种控制生产过程中光纤预制棒疏松体密度的系统及方法。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种控制生产过程中光纤预制棒疏松体密度的系统及方法，用于解决上述问题。
本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明提供了一种控制生产过程中光纤预制棒疏松体密度的系统，包括
监测系统，用于监测光纤预制棒疏松体的直径和重量，并将监测数据进行实时反馈；
控制系统，用于接收所述监测数据，并以此计算得到光纤预制棒疏松体的密度，经与设定密度曲线比对进一步得到密度误差后，发送配方调整指令；
MFC，用于执行所述控制系统下发的配方调整指令，控制喷灯调整相关气体流量，进而实现光纤预制棒疏松体密度的调整。
更进一步的，所述监测系统包括激光测径仪和称重装置；其中所述激光测径仪用于监测光纤预制棒疏松体的直径，所述称重装置用于实时监测光纤预制棒疏松体的重量。
更进一步的，称重装置和激光测径仪需要通过CDA冷却气体进行冷却，以防温度过高导致传感器异常。
更进一步的，控制系统计算出疏松体的密度，并与设定好的密度曲线比对，密度误差多少，再进行配方调整。
更进一步的，所述激光测径仪监测光纤预制棒疏松体的直径时，首先测量测径仪到光纤预制棒疏松体表面的距离，并反馈到控制系统，所述控制系统根据所述距离计算出光纤预制棒疏松体的体积，
其中，体积的计算公式为：
R＝r+h1-h2；其中，r为芯棒的半径；h1为初始激光测径仪到芯棒的距离；h2测试时激光测径仪到光纤预制棒疏松体的距离；
V＝2/3πR2h+πR2L-πr2(L+2h)；其中，h为锥部的长度，L为芯棒的长度R为光纤预制棒疏松体的直径，r为芯棒的直径。
更进一步的，喷灯每运行X个回合测量一次疏松体的密度，X不宜过小或者过大，一般控制在5-10为宜。
更进一步的，所述激光测径仪监测光纤预制棒疏松体的直径时，在喷灯每运行X个回合测一次距离，其中X为设定值为正整数。
更进一步的，所述称重装置进行实时监测光纤预制棒疏松体的重量时，在芯棒安装好后，所述称重装置归零，所述称重装置称将单边沉积的净重，反馈到控制系统，所述根据单边沉积的重量乘以(2+误差值)得到棒体的实际重量G。
更进一步的，所述控制系统计算光纤预制棒疏松体的密度时，使用如下公式：p＝G/V，其中，G为光纤预制棒疏松体的重量V为光纤预制棒疏松体的体积。
更进一步的，所述密度误差为±0.02g/cm3，当超过此误差值时，所述控制系统发送配方调整指令。
更进一步的，控制系统根据计算好的密度，与设定好疏松体的密度曲线比较，误差超过±0.02g/cm3，需要调整CH4的流量，其中CH4调整值/CH4初始设定值＝密度误差值/密度设定值*系数，在流量更改后，再沉积X回合，根据情况再次调整。
更进一步的，所述喷灯调整相关气体流量时，调整气体CH4的流量，并设定O2与CH4的比例，O2根据比例随着CH4的量变动，其中，CH4每次更改后，并根据结果判定是否再次更改。
更进一步的，所述监测系统的工作环境设有CDA冷却气体。
第二方面，本发明提供一种控制生产过程中光纤预制棒疏松体密度的方法，所述方法执行第一方面所述的控制生产过程中光纤预制棒疏松体密度的系统，包括以下步骤：
S1获取光纤预制棒疏松体的直径和重量数据；
S2通过S1中数据计算得到光纤预制棒疏松体的密度，并与设定密度曲线比对；
S3判断超过误差值范围，调整相关气体流量，实现光纤预制棒疏松体密度的调整。
本发明的有益效果为：
本发明控制系统通过激光测径仪、称重装置反馈过来的数据算出的疏松体的密度，再与设定好的密度曲线比对，根据误差调整配方，使每根疏松体的密度分布达到设定状态，减少了疏松体的开裂，减少了疏松体烧结后包层出现各种不良情况，增加光纤的强度等，提高了产品的合格率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种控制生产过程中光纤预制棒疏松体密度的系统结构原理图；
图2是一种控制生产过程中光纤预制棒疏松体密度的方法步骤图；
图3是本发明实施例疏松体的密度与喷灯平台运行的趟数关系图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参照图1所示，本实施例提供一种控制生产过程中光纤预制棒疏松体密度的系统，包括
监测系统，用于监测光纤预制棒疏松体5的直径和重量，并将监测数据进行实时反馈；
控制系统2，用于接收所述监测数据，并以此计算得到光纤预制棒疏松体5的密度，经与设定密度曲线比对进一步得到密度误差后，发送配方调整指令；
MFC3，用于执行所述控制系统2下发的配方调整指令，控制喷灯调整相关气体流量，进而实现光纤预制棒疏松体5密度的调整。
本实施例监测系统包括激光测径仪1和称重装置4；其中所述激光测径仪1用于监测光纤预制棒疏松体5的直径，所述称重装置4用于实时监测光纤预制棒疏松体5的重量。
本实施例控制系统2根据计算好的密度，与设定好疏松体的密度曲线比较，误差超过±0.02g/cm3，需要调整CH4的流量，其中CH4调整值/CH4初始设定值＝密度误差值/密度设定值*系数，流量更改后，再沉积X回合，根据情况再次调整。
本实施例可以提高OVD沉积的合格率，减少棒体的缺陷，同时减少了因人为更改配方失误，而导致棒体开裂或者缺陷严重的问题。
实施例2
在具体实施层面，本实施例提供一种控制生产过程中光纤预制棒疏松体密度的系统的具体实施，首先根据系统计算出疏松体的密度，并与设定好的密度曲线比对，密度误差多少，再进行配方调整。
本实施例中，激光测径仪1测试的是激光测径仪到被测物的距离，根据距离计算出疏松体的半径：
R＝r+h1-h2其中r为芯棒的半径，h1为初始激光测径仪到芯棒的距，h2测试时激光测径仪到疏松体的距离。
本实施例取r为15mm，h1为500mm，h2为470mm，则计算得到疏松体的半径为R，R＝17+500-470＝45mm。
根据疏松体的半径计算出疏松体的体积：
V＝2/3πR2h+πR2L-πr2(L+2h)其中h为锥部的长度，L为芯棒的长度，R为疏松体的直径，r为芯棒的直径。
本实施例取h＝150mm，L＝1700mm，R＝50mm，r＝15mm
V＝2/3*3.14*50^2*150+3.14*50^2*1700-3.14*15^2*(1700+300)
＝12717000mm3
＝12717cm3
密度计算公式：p＝其中G为疏松体的重量V为疏松体的体积。
喷灯每运行X个回合测量一次疏松体的密度，X不宜过小或者过大，一般控制在5-10为宜。如图3所示，ρ代表疏松体的密度，A代表喷灯平台运行的趟数。中控制系统2根据计算好的密度，与设定好疏松体的密度曲线比较，误差超过±0.02g/cm3，需要调整CH4的流量，CH4调整值/CH4初始设定值＝密度误差值/密度设定值*系数，在流量更改后，再沉积X回合，根据情况再次调整。
本发明创造可以提高OVD沉积的合格率，减少棒体的缺陷，也减少了人为更改配方失误，导致棒体开裂或者缺陷严重。
实施例3
本实施例提供一种沉积最佳状态，即当沉积到100趟时候，疏松体的体积V＝19500cm3，其中疏松体的重量G＝12500g，密度ρ＝0.641g/cm3，设定值为0.6g/cm3，偏差0.041g/cm3，调整CH4流量后，密度变为0.605g/cm3，符合要求。
实施例4
如图2所示，本实施例提供了一种控制生产过程中光纤预制棒疏松体密度的方法，包括以下步骤：
S1获取光纤预制棒疏松体的直径和重量数据；
S2通过S1中数据计算得到光纤预制棒疏松体的密度，并与设定密度曲线比对；
S3判断超过误差值范围，调整相关气体流量，实现光纤预制棒疏松体密度的调整。
综上，本发明控制系统通过激光测径仪、称重装置反馈过来的数据算出的疏松体的密度，再与设定好的密度曲线比对，根据误差调整配方，使每根疏松体的密度分布达到设定状态，减少了疏松体的开裂，减少了疏松体烧结后包层出现各种不良情况，增加光纤的强度等，提高产品的合格率。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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