一種對vad和ovd火焰溫度進行在線調整的裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光纖預制椿制造領域，尤其設及VAD和0VD用的石英質噴燈，更具體的 設及一種對VAD和0VD火焰溫度進行在線調整的裝置和方法。
【背景技術】
[0002] VAD (氣相軸向沉積）和0VD (外部氣相沉積）工藝是當前制備低水峰或零水峰單 模光纖預制椿最優(yōu)秀的工藝方法之一。由于其良好的工藝穩(wěn)定性和較高的沉積速率，VAD和 0VD工藝被國內外主流光纖預制椿生產(chǎn)廠商所廣泛采用。
[0003] VAD和0VD工藝的設備本體主要包括化學氣相反應沉積腔體，噴燈和疏松體預制 椿提升及旋轉機構=部分組成。其中噴燈是其最關鍵的部件之一，它的主要功能是將反應 氣體轉化為Si〇2或GeO 2混合粉塵粒子并在氣體初始速度和熱泳作用下向目標松體預制椿 運動，然后粘附在目標疏松體預制椿上。具體的反應化學方程式包括：
[0004] 2//,+〇2 幣爲、1U 單 (1)
[0005] (:7/, + 2(),燃'；>2//:() +廣(2)
[0006] SiCl4+2H2〇 - Si〇2+4 肥 1 (3)
[0007] SiCl4+〇2一 2Si〇2+2Cl2 (4)
[000引 GeCl4+2H20 一 Ge02+4肥 1 (5)
[0009] GeCl4+〇2一 GeO 2巧CI2 (6)
[0010] 反應式1和2不但提供了 SiC14和GeC14水解反應所需要的原料氣體（水蒸汽）， 而且提供了 SiC14和GeC14水解和氧化反應（反應式3~6)所需的溫度條件。
[0011] 噴燈根據(jù)材質分類一般為石英質和金屬質兩種。由于石英質噴燈具有耐溫性能 好，無金屬雜質污染等特性，一直被VAD和0VD工藝所優(yōu)先使用。當反應氣體從噴燈口運動 到目標疏松體的過程中，反應火焰需要同時保持熱力學和流體力學兩方面的性能。熱力學 性能主要指為原料氣體的水解和氧化反應提供反應發(fā)生所需的熱能，同時也包括在沉積區(qū) 將Si化和GeO 2粉塵粒子預燒結在目標疏松體上所需的熱能。流體力學性能是指反應氣體 在運動過程中需要保持相對穩(wěn)定的層流運動，使火焰中屯、區(qū)域的原材料反應氣體（如SiCl4 和GeCL等）及其反應物（如SiO 2和GeO 2等）不會大量的擴散到火焰外焰中去。在預制 椿沉積過程中，如果火焰的熱力學性能和流體力學性能不能穩(wěn)定控制，不但會影響到預制 椿的折射率剖面曲線、疏松體密度等預制椿參數(shù)和特性，也會影響到預制椿的沉積效率和 沉積速率等工藝性能。
[0012] 反應火焰的熱力學性能和流體力學性能在工藝實踐過程中通常是一個矛盾體：為 了滿足火焰的流體力學性能，從噴燈通道內噴吹出的各路氣體的速度需要進行合理控制， W滿足噴出火焰氣體的層流條件；而為了達到反應過程中的熱力學條件，燃燒氣體化2、化 和c&等）的流量通常需要根據(jù)環(huán)境溫度和原材料氣體的流量變化進行調整，而該種調整 一般又會破壞原有的流體力學性能。
[0013] 因此，現(xiàn)在需要一種對VAD和OVD火焰溫度進行在線調整的裝置和方法，通過該裝 置對VAD和OVD火焰溫度進行在線調整，使其反應火焰同時具備沉積所需的熱力學條件和 流體力學條件。

【發(fā)明內容】

[0014] 為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種對VAD和OVD火焰溫度進行在線調整的裝 置和方法，在VAD和OVD用石英質噴燈各通道內噴射出的氣體滿足火焰氣體流體力學性能 的前提下，該裝置通過對噴燈、火焰及疏松體沉積區(qū)域增加外部加熱裝置的方式對其溫度 進行在線調節(jié)，從而使反應火焰和沉積區(qū)域的溫度條件滿足預制椿沉積所需的熱力學條 件。并且，由于本發(fā)明所采用外部加熱裝置是采用電阻加熱的方式，沒有引入額外的燃燒氣 體，所W會使反應火焰的層流環(huán)境和溫度環(huán)境更加穩(wěn)定，同時也節(jié)約的&、〇2和CH 4等燃燒 氣體的使用量。
[0015] 為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：
[0016] 一種對VAD和OVD火焰溫度進行在線調整的裝置，其包括噴燈和設置在所述噴燈 出口處的套筒，所述噴燈外表面套設有加熱裝置一，所述套筒外表面套設有加熱裝置二，預 制椿疏松體靠近所述噴燈出口處為預制椿疏松體的沉積區(qū)域，靠近所述沉積區(qū)域設有一對 加熱裝置=，所述加熱裝置=設置所述沉積區(qū)域的前后位置上。
[0017] 優(yōu)選的，所述加熱裝置一的加熱體為石墨電阻或電阻絲，所述加熱體外部包裹絕 緣保溫層。
[0018] 優(yōu)選的，所述加熱裝置一的加熱體的最高加熱溫度至少為1200°c。
[0019] 優(yōu)選的，所述套筒的孔徑比所述噴燈出口處的外徑大且能夠卡套到所述噴燈出口 處，所述套筒突出于所述噴燈的長度為所述噴燈孔徑的3-5倍，所述套筒與噴燈處在同軸 位置。
[0020] 優(yōu)選的，所述加熱裝置二的加熱體為石墨電阻或電阻絲，所述加熱體外部包裹絕 緣保溫層。
[0021] 優(yōu)選的，所述加熱裝置二的加熱體的最高加熱溫度至少為1400°c。
[0022] 優(yōu)選的，所述加熱裝置=為由支撐件支撐的石墨電阻，所述加熱裝置=的最高加 熱溫度至少為1400°C。
[0023] 優(yōu)選的，還包括非接觸式高溫紅外測溫儀，所述非接觸式高溫紅外測溫儀用于在 線檢測火焰和所述沉積區(qū)域的溫度。
[0024] 優(yōu)選的，所述噴燈為石英噴燈，所述套筒為石英套筒。
[002引優(yōu)選的，一種對VAD和OVD火焰溫度進行在線調整的方法，其W上任意一項中所述 的對VAD和OVD火焰溫度進行在線調整的裝置，包括W下幾步：
[0026] 第一步：預制椿疏松體沉積之前，根據(jù)流體力學的要求先對所述噴燈各個通道內 氣體流量進行設定，使所述噴燈噴射出的各路氣體處于層流狀態(tài)；
[0027] 第二步：預制椿疏松體沉積過程中，通過所述非接觸式高溫紅外測溫儀對噴燈噴 出的火焰和沉積區(qū)域的溫度在線檢測，當所述噴燈被點火后并且調節(jié)各路氣體達到目標 值，開啟并且調節(jié)加熱裝置一和加熱裝置二，使得火焰氣流的溫度達到目標值；
[002引第立步開啟并且調節(jié)加熱裝置S，使沉積區(qū)域的溫度達到目標值；
[0029] 第四步：完成W上=步設備調節(jié)后，焰滅噴燈火焰，加熱裝置一、加熱裝置二和加 熱裝置=的加熱功率保持恒定，然后重新安裝預制椿、點火等操作，開始沉積預制椿疏松 體。
[0030] 本發(fā)明的有益效果是：
[0031] 其一、本發(fā)明的裝置和方法提高了光纖預制椿折射率剖面分布的穩(wěn)定性。因為光 纖預制椿的折射率剖面分布及其穩(wěn)定性會受到火焰溫度及沉積區(qū)域溫度的影響；本發(fā)明中 火焰及沉積區(qū)域的溫度部分由外部加熱體（石墨電阻或電阻絲）進行控制，溫度控制精度 和穩(wěn)定性都比單純的燃燒火焰要好，其結果會使光纖預制椿的折射率剖面分布更加精確和 穩(wěn)定。
[0032] 其二、由于本發(fā)明中反應和沉積所需的部分熱量由外部加熱體所提供，所W會大 幅度降低燃燒氣體化2、〇2和CH 4等）的使用量，降低了預制椿的生產(chǎn)成本。同時，由于燃燒 氣體使用量的降低，也減少了沉積腔體向車間所福射的熱量，從而降低車間空調系統(tǒng)運行 的負荷，從該個角度講也降低了光纖預制椿的生產(chǎn)成本。
[0033] 其=、本發(fā)明中火焰的流體力學性能優(yōu)秀，火焰的各路氣體之間均成層流狀態(tài)，所 W火焰中屯、區(qū)域的原材料氣體基本不會擴散到火焰的外焰，其結果會使原材料集中噴涂并 沉積到目標疏松體上，從而大幅度的提高了原材料的使用效率。
【附圖說明】
[0034] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例技術中的技術方案，下面將對實施例技術描述中 所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實 施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根據(jù)該些附圖 獲得其他的附圖。
[0035] 圖1是本發(fā)明的裝置的前視圖。
[0036] 圖2是本發(fā)明的裝置的仰視圖。
[0037] 圖3是本發(fā)明火焰溫度和沉積區(qū)域溫度探測結果圖。
[003引圖4是本發(fā)明制備的光纖預制椿的典型折射率剖面圖。
[0039] 其中，1-預制椿疏松體，2-噴燈，3-加熱裝置一，4-加熱裝置二，5-套筒，6-絕緣 保溫層，7-原材料氣流，8-火焰，9-加熱裝置S，10-沉積區(qū)域，11-巧層折射率，12-包層折 射率。
【具體實施方式】
[0040] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0041] 實施例
[0042] 本實施例中公開了一種對VAD和OVD火焰溫度進行在線調整的裝置，其根據(jù)石英 噴燈的幾何尺寸及沉積速率的需求，調整噴燈各通道內各氣體的流量，使反應火焰內各路 氣體及生成的粉塵粒子滿足基本的層流流體力學性能。一般而言，該種氣體流量配比會使 燃燒反應產(chǎn)生的熱量低于實際沉積所需的熱能。
[0043] 如圖1-2所示，該裝置包括在VAD巧層的噴燈2和設置在上述噴燈2出口處的套 筒5,并且，上述噴燈2為石英噴燈，上述套筒5為石英套筒。
[0044] 上述套筒5的孔徑比上述噴燈2出口處的外徑略大且能夠卡套到上述噴燈出口 處，上述套筒5突出與噴燈2的長度為噴燈2孔徑的3-5倍。在將上述套筒5安裝在噴燈 2上時，必須