[發明專利]提供用于可控加熱的電弧放電的局部真空操作的系統和方法

有效

• 申請號: 201380027276.2
• 申請日: 2013-04-08
• 公開（公告）號: CN104334505B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 羅伯特·威利;布雷特·克拉克;約翰·羅爾;杰森·特洛亞;克萊德·J·特勞特曼
• 申請（專利權）人: 3SAE科技公司
• 主分類號: C03B37/15
• 分類號: C03B37/15;G02B6/255
• 代理公司: 北京友聯知識產權代理事務所(普通合伙) 11343
• 代理人: 尚志峰;汪海屏

在可控部分真空中進行適用于加熱光纖用于處理的放電，從而達到可用可電離氣體分子的飽和。由此，使得工件溫度為絕對氣壓的穩定可控函數，并且對其他條件不敏感。提供了實現上述的系統和方法。

相關申請的交叉參考

本申請基于35USC 119(e)，要求于2012年4月6日提交的題目為PARTIAL VACUUMOPERATION OF ARC DISCHAREGE FOR CONTROLLED HEATING的美國臨時專利申請61/621,274的優先權，其全部內容通過引用結合于此作為參考。

技術領域

本發明的概念涉及用于光纖處理的系統和方法的領域，并且更具體地，涉及使用用于光纖處理的熱的系統和方法的領域。

背景技術

在使用光纖的設備的制造中，通常要求以可控方式加熱光纖，從而使得它們可以被熔接、耦合、成形、退火、拉錐、擴散、延伸、火焰拋光、清洗、或剝去涂層。放電通常被用于該目的。該放電在工業中被稱作“電弧”。然而，根據一些源，該電流電平的放電不是真電弧，而是生成熱等離子體的輝光放電。

電弧通常形成在一對電極的鋒利尖端之間，通常由鎢制成并且分離1mm至10mm。要求較大電極間隔來用于一次熔接多條光纖(光纖帶)，并且用于較大直徑光纖。一些熔接機的光學設計可能還要求電極間隔“間隙”更大，以防止電極在物理上阻斷光路。

被施加至電極的電壓可以是DC(通常與較小電極間隔結合)或AC(其允許在電極端之間的較大間隔-達到10mm或以上)。要求啟動放電的電壓由帕邢定律確定，其將電極之間的間隙的擊穿電壓與在間隙中存在的氣體(通常為普通氣體)、壓力、濕度、電極形狀、電極材料、以及間隙距離的(復變和非線性)函數關聯。要求將帕邢定律應用至該系統的很多參數都未知，對不熔接機電弧的理論分析做的很少。通常，啟動電壓在實驗上被確定為在5kV至30kV的范圍內。

圖1示出被稱為“熔接器”的使用放電作為熱源的典型現有技術的光纖處理設備的示意圖。該設備將兩條光纖端部熔接在一起作為其主要目的，但是還可以用于其他操作，諸如，拉錐。兩條光纖端部由每個布置在至少兩個軸上的夾具(3、4)夾持。電弧放電單元(5)將可控高壓提供給兩個尖角鎢合金電極(1、2)。可編程控制單元(6)定位光纖，并且控制電弧放電單元的操作。通常，這些機構與一個或多個相機和相關光學器件(未示出)結合使用，以確定光纖的位置用于定位，并且分析所得到的熔接質量。

一旦電弧被啟動，放電中的等離子體的持續離子化就要求比最初施加的電壓更低的電壓。作為電路元件的等離子體的阻抗(施加電壓與電流的比率)很難預測。甚至懷疑熔接機弧在一些頻率和電流電平下呈現負增長阻抗。這些特征使得熔接器弧的“恒壓”操作非常難以實現。從而，大多數這樣的系統被控制以提供恒定平均電流。這使得以合理可預測方式與所觀測的被傳遞至放電的功率和所得到的光纖的溫度相關聯。

然而，這樣的控制方法的準確性、精度和可重復性受到很多難以控制的因素的影響。氣壓、濕度、氣溫、電極間隔、電極清潔度、以及電極幾何形狀對光纖的工作表面處達到的溫度產生不可接受的大改變。電極在使用期間氧化，其擴大電極之間的間隙，使它們的尖角變鈍，并且污染它們的發射表面。

結果，開發了多種工藝，以重新正常化設定電弧電流和得到的光纖溫度之間的關系。這些工藝通常由電弧放電在各種功率電平下操作的“電弧檢驗”構成，并且通過相機觀測所得到的光纖的失真或熾熱，以提供用于再校準系統的大氣和電極條件的信息。這些工藝在很多方面都不令人滿意，因為它們消耗時間、電極壽命、以及光纖，盡管僅提供了對光纖溫度的改變問題的臨時和部分解決方案。

發明內容