本發(fā)明屬于光纖光纜技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及旋轉(zhuǎn)光纖的制備方法和制備設(shè)備。

背景技術(shù)：

近年來,旋轉(zhuǎn)光纖隨著光纖電流互感器的廣泛應(yīng)用而受到光纖生產(chǎn)廠家的重視。光纖電流互感器的工作原理為普遍采用的法拉第磁光效應(yīng)。當(dāng)一束線偏振光通過置于磁場中的磁光材料時，線偏振光的偏振面就會線性隨著平行于光線方向的磁場的大小發(fā)生旋轉(zhuǎn)。通過測量載流導(dǎo)體周圍線性偏振光偏振面的旋轉(zhuǎn)角度，就可間接地測量出導(dǎo)體中的電流值。

通常的光纖電流互感器由低線性雙折射光纖繞環(huán)形成，其中傳輸?shù)钠窆馊菀资艿街苽淙毕?例如,纖芯橢圓化、非對稱性應(yīng)力等)和外界因素（例如，溫度、彎曲、震動等）等的影響，導(dǎo)致測試結(jié)果準(zhǔn)確度和可靠性不高。本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)光纖，制備的原理在常規(guī)保偏光纖的基礎(chǔ)上，通過軸線旋轉(zhuǎn)引入圓雙折射，與光纖本身的線性雙折射共同形成橢圓雙折射，在旋轉(zhuǎn)速度高時即為圓偏振態(tài)保持光纖。圓偏振態(tài)保持光纖（即旋轉(zhuǎn)光纖）具有較低的限制損耗，從而可提高電流互感器等傳感應(yīng)用的測試結(jié)果準(zhǔn)確度和可靠性。采用圓偏振態(tài)保持光纖制作的光纖電流互感器,經(jīng)過遠程溫度補償,精度可以達到正負(fù)萬分之四以內(nèi)。

傳統(tǒng)低雙折射光纖的制備方法在公開號為1472153的專利《低偏振模色散單模光纖的制造方法及該方法制備的光纖》中提出，即在拉絲過程中來回搓動光纖來實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，這種方法不適用于單一旋轉(zhuǎn)方向勻速旋轉(zhuǎn)的光纖，該方法主要是降低光纖的偏振膜色散，而不是生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)光纖。旋轉(zhuǎn)光纖的制備方法在公開號為103359929A的專利《扭轉(zhuǎn)光纖的制造方法》中提出，采用預(yù)制棒拉伸成大芯徑光纖然后再二次加熱旋轉(zhuǎn)生成扭轉(zhuǎn)光纖，該方法需要將大芯徑光纖的涂覆層剝離然后再拉絲扭轉(zhuǎn)，這種方法較復(fù)雜，不適用于商業(yè)生產(chǎn)中制造圓偏振保持光纖，且該方法第二次拉絲采用水平拉絲，在重力作用下會對光纖的幾何形狀和結(jié)構(gòu)造成影響。專利號為102503116的中國專利《一種旋轉(zhuǎn)光纖的制造方法及旋轉(zhuǎn)收絲裝置》中提出采用收線盤旋轉(zhuǎn)的方法制備旋轉(zhuǎn)光纖，該方法控制難度大，難以保持絲徑的穩(wěn)定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡單可行、控制難度低的旋轉(zhuǎn)光纖的制備方法和設(shè)備。

本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)光纖的制備方法，使用的旋轉(zhuǎn)光纖的制備裝備，包括拉絲塔和安裝在拉絲塔頂部的豎直驅(qū)動裝置，所述豎直驅(qū)動裝置連接水平進給機構(gòu)，所述水平進給機構(gòu)上安裝有旋轉(zhuǎn)裝置，所述旋轉(zhuǎn)裝置下面固定連接用于夾持光纖預(yù)制棒的卡棒機構(gòu)，所述卡棒機構(gòu)向下依次為通過拉絲塔固定的加熱爐、第一絲徑測量儀、涂覆裝置、固化裝置、第二絲徑測量儀、牽引裝置和收線裝置。

本發(fā)明提供的旋轉(zhuǎn)光纖的制備方法，包括如下步驟：

1）將待拉絲的光纖預(yù)制棒豎直夾持在卡棒機構(gòu)上，通過豎直驅(qū)動裝置和水平進給機構(gòu)移動光纖預(yù)制棒，使光纖預(yù)制棒的錐部移動到加熱爐的熱區(qū)；

2）將光纖預(yù)制棒加熱到熔融狀態(tài)后形成光纖，光纖向下牽引時不斷得到冷卻，光纖通過涂覆裝置均勻地涂覆涂料，然后經(jīng)過固化裝置把涂料固化，后由牽引裝置以速度V2持續(xù)牽引，收集到收線裝置上；通過控制預(yù)制棒進給速度和牽引速度控制絲徑在恒定的范圍內(nèi)；

3）當(dāng)光纖直徑達到要求數(shù)值并趨于穩(wěn)定時，卡棒機構(gòu)以角速度V1旋轉(zhuǎn)，牽引裝置以角速度V3旋轉(zhuǎn),卡棒機構(gòu)和牽引裝置同時相反方向旋轉(zhuǎn)，或者只有一個機構(gòu)處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)另外一個機構(gòu)不旋轉(zhuǎn)，并滿足V2/(V1+V3)=μ，μ為制備的旋轉(zhuǎn)光纖的螺距。

理想的旋轉(zhuǎn)光纖的螺距是2~10mm。

按上述技術(shù)方案,所用于旋轉(zhuǎn)拉絲的預(yù)制棒是小直徑預(yù)制棒,直徑在15～50mm之間；預(yù)制棒尾端的直徑比預(yù)制棒的直徑要大2mm以上，可有效防止預(yù)制棒滑落；預(yù)制棒的翹曲度要0.2mm以下，以保證旋轉(zhuǎn)拉絲時跳動量在允許的范圍內(nèi)。

按上述技術(shù)方案,豎直驅(qū)動裝置驅(qū)動預(yù)制棒進給機構(gòu)，其驅(qū)動速度根據(jù)預(yù)制棒直徑、光纖直徑和拉絲速度等參數(shù)實時控制，拉絲速度范圍在5m～20m/min，預(yù)制棒進給機構(gòu)的最小速度達到0.2mm/min。

按上述技術(shù)方案,所述加熱爐加熱溫度控制在1600-1800℃，加熱爐爐口到熱區(qū)的長度在20mm以內(nèi)，加熱爐內(nèi)由惰性氣體保護。

預(yù)制棒豎直驅(qū)動裝置位于塔身的頂層，帶動卡棒機構(gòu)向下慢速進料；卡棒機構(gòu)帶有隔熱板；所述的加熱爐位于預(yù)制棒水平進給機構(gòu)的下部，其熱區(qū)到爐口的距離約20cm，加熱爐帶爐溫測量功能；爐口設(shè)置對中孔，配合預(yù)制棒的準(zhǔn)直。

第一絲徑測量儀放置在加熱爐下口較近位置，利于光纖絲徑的快速反饋；第一絲徑測量儀上帶用于隔熱的石墨隔熱環(huán)和冷卻水通道；涂覆裝置通過內(nèi)外兩次涂覆將涂料涂覆在光纖上面，內(nèi)外層涂覆集成在一個涂覆裝置內(nèi)，涂覆模具內(nèi)徑比常規(guī)拉絲的內(nèi)徑要大；固化裝置安裝在涂覆裝置下面，帶抽風(fēng)和排煙管道。

第二絲徑測量儀放置在固化裝置的下方；所述的收線裝置放置在牽引裝置下端。

按上述技術(shù)方案,制備旋轉(zhuǎn)光纖過程中光纖斷纖時，預(yù)制棒立即停止旋轉(zhuǎn)，牽引旋轉(zhuǎn)裝置停止旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明還提供一種旋轉(zhuǎn)光纖的制備裝備，包括拉絲塔和安裝在拉絲塔頂部的豎直驅(qū)動裝置，所述豎直驅(qū)動裝置連接水平進給機構(gòu)，所述水平進給機構(gòu)上安裝有旋轉(zhuǎn)裝置，所述旋轉(zhuǎn)裝置下面固定連接用于夾持光纖預(yù)制棒的卡棒機構(gòu)，所述卡棒機構(gòu)向下依次為通過拉絲塔固定的加熱爐、第一絲徑測量儀、涂覆裝置、固化裝置、第二絲徑測量儀、牽引裝置和收線裝置。

拉絲塔高度5～6m，塔身上分布安裝螺紋孔，設(shè)備依次自上而下安裝在塔身上。

卡棒機構(gòu)由三爪卡盤、法蘭軸、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)和XY調(diào)整機構(gòu)組成。預(yù)制棒夾持在精密三爪卡盤的卡爪中，三爪卡盤安裝在空心法蘭軸上，法蘭軸分布三個向內(nèi)的調(diào)整螺栓精密調(diào)整預(yù)制棒的垂直性；法蘭軸利用一個伺服電機進行驅(qū)動，制備旋轉(zhuǎn)光纖時的法蘭軸的轉(zhuǎn)速在600～700r/min的范圍內(nèi)；法蘭軸所在的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在一個XY調(diào)整機構(gòu)上，可在線實時調(diào)整預(yù)制棒在爐口的對中性。

所述加熱爐為石墨電阻爐或者電阻爐。爐口設(shè)置對中孔。

所述固化裝置是紫外固化燈箱。

按上述技術(shù)方案,牽引裝置采用高減速比的減速機，牽引輪轉(zhuǎn)動一圈牽動的光纖長度是0.5m，光纖牽引裝置帶張力測量功能。

按上述技術(shù)方案,牽引裝置由驅(qū)動電機、傳動機構(gòu)、安裝面板、張力調(diào)整裝置、輪組和碳刷組成。

按上述技術(shù)方案,收線裝置由排線機構(gòu)和卷繞機構(gòu)組成。

本發(fā)明取得的有益效果為：

1、本發(fā)明通過預(yù)制棒和牽引裝置同時反方向旋轉(zhuǎn)，可以制備更低螺距的旋轉(zhuǎn)光纖，大大降低了生產(chǎn)難度。例如拉絲速度為6m/min,預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)速度為600轉(zhuǎn)/ min, 牽引機構(gòu)旋轉(zhuǎn)速度為600轉(zhuǎn)/ min,則可達到5mm的螺距，如果繼續(xù)降低拉絲速度，提高預(yù)制棒和主牽引機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度，螺距將會更短，所制備的傳感器的效果將更佳。本發(fā)明的預(yù)制棒旋轉(zhuǎn)速度可達1000轉(zhuǎn)/ min，主牽引機構(gòu)旋轉(zhuǎn)速度為4000轉(zhuǎn)/ min，折合旋轉(zhuǎn)速度比現(xiàn)有技術(shù)更高。

2、本發(fā)明在預(yù)制棒拉絲的過程中一次成型成旋轉(zhuǎn)光纖然后涂覆，比成品光纖剝離涂層后再加熱熔融拉伸并旋轉(zhuǎn)的制備方法要更簡單可靠。并且本發(fā)明采用豎直方向拉絲，所有的拉絲設(shè)備均垂直安裝在拉絲塔上，若采用加熱熔融光纖進行二次拉絲，拉絲方向為水平方向，在重力作用下會對光纖的幾何形狀和結(jié)構(gòu)造成影響。

3、本發(fā)明的主牽引旋轉(zhuǎn)方式，既能夠通過主牽引控制拉絲時光纖的絲徑，也能準(zhǔn)確的保持光纖拉制過程中處于對中位置，不影響涂覆時輔料的附著，光纖的抖動很小，減少了塔斷等事故的發(fā)生。如果直接旋轉(zhuǎn)收絲裝置，控制難度很大，難以保持絲徑的穩(wěn)定，基本難以實現(xiàn)光纖的連續(xù)生產(chǎn)。

4、本發(fā)明設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)備集成度高，運行穩(wěn)定，一次性成型為旋轉(zhuǎn)光纖，提高了旋轉(zhuǎn)光纖的生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)光纖的制備設(shè)備示意圖。

圖2為本發(fā)明的牽引裝置和收線裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中: 1-豎直驅(qū)動裝置,2-進給機構(gòu),3-旋轉(zhuǎn)裝置,4-卡棒機構(gòu),5-預(yù)制棒,6-加熱爐,7-第一絲徑測量儀,8-涂覆裝置,9-固化裝置,10-第二絲徑測量儀,11-牽引裝置,12-收線裝置, 13-收絲桶，14-減速機，15-驅(qū)動電機，16-傳動機構(gòu)，17-旋轉(zhuǎn)軸，18-安裝面板，19-張力調(diào)整裝置，20-輪組， 21-碳刷,22-卷繞機構(gòu)，23-排線機構(gòu)。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用 于限定本發(fā)明。

圖1為本發(fā)明的旋轉(zhuǎn)光纖的制備設(shè)備。它包括旋轉(zhuǎn)拉絲、豎直驅(qū)動裝置1、進給機構(gòu)2、旋轉(zhuǎn)裝置3、卡棒機構(gòu)4、加熱爐6、第一絲徑測量儀7、涂覆裝置8、固化裝置9、第二絲徑測量儀10、牽引裝置11、收線裝置12。拉絲塔塔身高度5～6m，塔身上分布安裝螺紋孔，設(shè)備依次自上而下安裝在塔身上；豎直驅(qū)動裝置2位于塔身的頂層，帶動旋轉(zhuǎn)裝置3和卡棒機構(gòu)4向下慢速進料；卡棒機構(gòu)4帶有隔熱板；加熱爐6位于預(yù)制棒進給機構(gòu)2的下部，其熱區(qū)到爐口的距離約20cm，加熱爐6帶爐溫測量功能；爐口設(shè)置對中孔，配合預(yù)制棒的準(zhǔn)直；

第一絲徑測量儀7放置在加熱爐6下口較近位置，利于絲徑的快速反饋；第一絲徑測量儀7上帶用于隔熱的石墨隔熱環(huán)和冷卻水通道；涂覆裝置8通過內(nèi)外兩次涂覆將涂料涂覆在光纖上面，內(nèi)外層涂覆集成在一個涂覆裝置內(nèi)，涂覆模具內(nèi)徑比常規(guī)拉絲的內(nèi)徑要大；固化裝置9安裝在涂覆裝置下面，帶抽風(fēng)和排煙管道；第二絲徑測量儀10放置在固化裝置的下方；

牽引裝置11采用高減速比的減速機，以實現(xiàn)拉絲速度在5m/min的低速穩(wěn)定拉絲，牽引輪轉(zhuǎn)動一圈牽動的光纖長度是0.5m。牽引裝置帶張力測量功能，以檢測拉絲的張力。

如圖2所示，牽引裝置11由驅(qū)動電機15、減速機14、傳動機構(gòu)16、旋轉(zhuǎn)軸17、安裝面板18、張力調(diào)整裝置19、輪組20和碳刷21組成。驅(qū)動電機15是一種伺服電機，減速機14減速后輸出的驅(qū)動力增大，傳動機構(gòu)16為同步帶傳動系統(tǒng)或者齒輪傳動系統(tǒng)，旋轉(zhuǎn)軸17為空心軸，生產(chǎn)的光纖軸中心孔穿過，安裝面板18固定在旋轉(zhuǎn)軸17的安裝法蘭上。張力調(diào)整裝置19是含有舞蹈輪的機構(gòu)，生產(chǎn)的時候，光纖繞在舞蹈輪上，舞蹈輪的上下擺動調(diào)整拉絲速度的波動，調(diào)整了光線的張力。輪組20由若干大孔徑導(dǎo)輪組成，起到調(diào)整光纖的方向的作用。碳刷21安裝在牽引裝置安裝面板18的安裝法蘭上，通過碳刷21，把牽引裝置11的電機電源線、控制信號線連接到外部控制柜上，碳刷的連接作用下，整個牽引裝置在旋轉(zhuǎn)過程中不會出現(xiàn)繞線。

收線裝置12放置在牽引裝置11下端，收線裝置由排線機構(gòu)23、卷繞機構(gòu)22和收絲桶13組成。排線機構(gòu)23的電機和絲杠安裝在塔身上，電機驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動讓卷繞機構(gòu)能夠上下往返運動，從而實現(xiàn)光纖收集時的排線。卷繞機構(gòu)22通過電機和減速機組成的驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動收絲筒旋轉(zhuǎn)，將光纖源源不斷的收集到收絲筒13上。

使用圖1的設(shè)備制備旋轉(zhuǎn)光纖的方法。具體實施過程如下：

首先待拉絲的預(yù)制棒5進行預(yù)處理，其中預(yù)制棒是小直徑預(yù)制棒,直徑在15～50mm之間；預(yù)制棒的靶棒尾端的直徑比預(yù)制棒的直徑要大2mm以上，可有效防止預(yù)制棒滑落；預(yù)制棒的翹曲度要在0.2mm以下，以保證旋轉(zhuǎn)拉絲時跳動量在允許的范圍內(nèi)。

然后將待拉絲的小直徑的光纖預(yù)制棒5豎直夾持在旋轉(zhuǎn)光纖拉絲塔的卡棒機構(gòu)4的三爪卡盤上，卡棒機構(gòu)由三爪卡盤、法蘭軸、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機構(gòu)和XY調(diào)整機構(gòu)組成，三爪卡盤安裝在空心法蘭軸上，法蘭軸分布三個向內(nèi)的調(diào)整螺栓精密調(diào)整預(yù)制棒的垂直性；法蘭軸利用一個伺服電機進行驅(qū)動，制備旋轉(zhuǎn)光纖時的法蘭軸的轉(zhuǎn)速在600～700r/min的范圍內(nèi)；法蘭軸所在的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在一個XY調(diào)整機構(gòu)上，可在線實時調(diào)整預(yù)制棒在爐口的對中性。其中卡棒機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向為順時針或者逆時針，牽引機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向跟卡棒機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)方向相反，以獲得更低的螺距。在生產(chǎn)普通螺距的旋轉(zhuǎn)光纖時，也可以讓一個旋轉(zhuǎn)機構(gòu)處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)另外一個機構(gòu)不旋轉(zhuǎn)。

然后通過拉絲塔的進給機構(gòu)2移動光纖預(yù)制棒，使光纖預(yù)制棒的待拉絲錐部移動到加熱爐6的熱區(qū)；頂層驅(qū)動裝置驅(qū)動預(yù)制棒進給機構(gòu)，其驅(qū)動速度根據(jù)預(yù)制棒直徑、光纖直徑和拉絲速度等參數(shù)經(jīng)過主控制系統(tǒng)實時閉環(huán)控制，拉絲速度范圍在10m～15m/min，預(yù)制棒進給機構(gòu)的最小速度達到0.2mm/min。

將光纖預(yù)制棒在加熱爐中加熱到熔融狀態(tài)后形成光纖絲，加熱爐為石墨電阻爐或者電阻爐，加熱溫度控制在1600-1800℃，加熱爐爐口到熱區(qū)的長度在20mm以內(nèi)，加熱爐內(nèi)由惰性氣體保護。

熔融狀態(tài)的光纖向下牽引時不斷得到冷卻，旋轉(zhuǎn)特性得到固定。光纖絲通過涂覆裝置8均勻地涂料，然后經(jīng)過固化裝置9把涂料固化。光纖涂覆前和涂覆后均有一個絲徑測量儀，用于測量光纖的實時絲徑，通過控制預(yù)制棒進給速度和主牽引旋轉(zhuǎn)速度控制絲徑在恒定的范圍內(nèi)；

當(dāng)光纖直徑達到要求數(shù)值并趨于穩(wěn)定時，卡棒機構(gòu)4以速度V1旋轉(zhuǎn)，牽引機構(gòu)11以速度V3旋轉(zhuǎn),光纖的旋轉(zhuǎn)向上傳遞到熔融區(qū)域，并滿足V2/(V1+V3)=μ，μ為制備的旋轉(zhuǎn)光纖的旋轉(zhuǎn)周期，理想的旋轉(zhuǎn)周期至少每轉(zhuǎn)5mm。

后由牽引裝置11以速度V2持續(xù)牽引，最后收集到收線裝置12上；制備旋轉(zhuǎn)光纖時若光纖斷纖，預(yù)制棒立即停止旋轉(zhuǎn)，牽引旋轉(zhuǎn)裝置停止旋轉(zhuǎn)。豎直驅(qū)動裝置、牽引裝置和旋轉(zhuǎn)裝置通過主控制系統(tǒng)組合成一個閉環(huán)系統(tǒng)，主控制系統(tǒng)的界面采集旋轉(zhuǎn)拉絲的實時信息，并通過界面控制拉絲的各種工藝參數(shù)。