Światłowody kapilarne



Pobieranie 21,19 Mb.
Strona26/53
Data24.02.2019
Rozmiar21,19 Mb.
1   ...   22   23   24   25   26   27   28   29   ...   53

Prędkość podawania preformy światłowodu kapilarnego zmienia temperaturę w piecu w okolicy menisku. Im szybciej podawana jest preforma tym krócej przebywa w strefie gorącej pieca. Zmianie ulega rozkład lepkości w menisku co wpływa na mechanizmy kolapsu. Szybkość podawania preformy, podobnie jak temperatura, jest jednym z parametrów kontroli proporcji wymiarowych światłowodu kapilarnego. Nie jest jednak parametrem skutecznym, ze względu na duże stałe czasowe procesów zmian.

Wymiary otworu kapilary silnie zależą od prędkości podawania preformy, w związku z czym prędkość podawania musi być stabilna. Na rys.23 przedstawiono zmierzone względne zależności wymiaru otworu kapilarnego od prędkości podawania preformy Vp[mm/min] dla kilku różnych preform. Jeśli podawanie preformy jest bardzo wolne, to otwór kapilarny ulega całkowitemu kolapsowi. W takich warunkach, małe zmiany w prędkości podawania powodują znaczne zmiany w wymiarze otworu kapilary. Czułość wymiaru otworu kapilary na parametry procesu znacznie wzrasta.



a) b)
c) d)

Rys.21. Zmierzone fluktuacje wymiarów zewnętrznych wyciąganego włókna światłowodowego; a) proces bez stabilizacji, stała prędkość wyciągania włókna; b) proces ze sprzężeniem zwrotnym, niestała prędkość wyciągania włókna. Pomiar fluktuacji wymiarów w skali setek m. Rys. c) i d) przedstawiają wyniki pomiarów odpowiednio z a) i b) we współrzędnych biegunowych. Pomiar fluktuacji w skali długości rzędu pojedynczych m.



a) b)


Rys.22. Obliczony statystyczny rozkład normalny fluktuacji wymiarów włókna optycznego dla pomiarów z rys.21, odpowiednio a) ze stabilizacją prędkości wyciągania włokna i bez stabilizacji średnicy i b) ze stabilizacją średnicy włókna optycznego.

Rys.23. Względny wzrost wymiaru otworu kapilarnego Δr1/r1(Vp) w czasie procesu transformacji preforma – włókno, ze wzrostem prędkości podawania preformy światłowodu kapilarnego Vp[mm/min] dla trzech różnych preform. Δr1=r1-r1’’[µm]. Dla bardzo małych prędkości podawania preformy funkcja jest nieliniowa.

Na rys.24 i 25 przedstawiono wyniki pomiarów i porównanie z obliczeniami dla wymiarów zewnętrznego i wewnętrznego kapilary. Dane do obliczeń stanowiły następujące parametry: długość strefy grzejnej pieca, parametry wyciągania, dane fizykochemiczne szkieł światłowodowych. Wyższe temperatury, mniejsze prędkości podawania preformy, większe prędkości wyciągania prowadzą do mniejszych rozmiarów kapilary.

Dla większych prędkości podawania preformy, ostateczne wymiary kapilary są bardziej czułe na prędkość wyciągania niż dla mniejszych prędkości podawania preformy. Dla typowych stosowanych wartości procesu wyciągania zjawisko zamykania otworu kapilarnego występuje relatywnie słabo. Zjawisko to jest silną funkcją prędkości podawania preformy.

Poniżej przedstawiono wybrane zestawy zmierzonych danych technologicznych procesu wyciągania światłowodów kapilarnych w czasie kształtowania jego proporcji geometrycznych. Wyniki z wielu serii pomiarowych służyły do opracowania właściwości technologii i wytworzonych włókien, na podstawie analizy statystycznej. Dane te wiążą ze sobą takie podstawowe parametry procesu jak: wymiary preformy, temperatura strefy menisku wypływowego, prędkość podawania preformy, prędkość wyciągania włókna. O zależnościach teoretycznych między tymi wielkościami dyskutowano szczegółowo powyżej a tutaj pokazana jest realizacja praktyczna tego procesu.

Celem takich badań technologicznych jest opanowanie umiejętności wytwarzania z jednej preformy całego szeregu wymiarowego kapilar o różnych proporcjach geometrycznych. Umiejętność taka prowadzi do znacznych oszczędności materiałowych i procesowych. Jak widać z wyników w tabelach 5 i 6, z poszczególnych preform otrzymuje się określone zakresy wymiarowe proporcji kapilary.



W czasie wyciągania kapilar optycznych badano zależność proporcji geometrycznych od wymiarów preformy i prędkości jej podawania. Wyniki pomiarów zebrano w tabeli 5. Włókna kapilarne, w podanych przykładach technologicznych wyciągane były z czterech preform o różnych wymiarach średnica – grubość ścianki. Dodatkowo była przeprowadzona próba wyciągania z małą prędkością za pomocą wyciągarki rolkowej dla następujących parametrów: prędkość wyciągania 0,5 m/min, temperatura 930oC, otrzymane włókno o średnicy zewnętrznej 320 µm i wewnętrznej 70 µm.

Rys.24. Wyniki eksperymentalne (zaznaczone punkty pomiarowe) oraz obliczenia z rozwiązań równań N-S – rys.2 (linie ciągłe) na zewnętrzną średnicę kapilary w funkcji prędkości wyciągania światłowodu vf [m/min] dla różnych preform dzewn/dwewn [mm/mm], temperatur wyciągania T[oC] i prędkości podawania preformy vp [mm/min].



Pomiar eliptyczności kształtu wzdłuż długości przeprowadzony był dla włókna kapilarnego otrzymanego z preformy 34 mm o grubości ścianki 1,5 mm. Wyniki pomiarów otrzymane dla osi X i Y są bardzo zbliżone do siebie. Niewielkie zmiany ich wartości przyjmują charakter losowy mieszczący się w granicach błędu pomiaru. Włókno na całej długości zachowuje okrągły kształt. Pomiar eliptyczności włókien kapilarnych, otrzymanych przy różnych parametrach procesu wyciągania dla różnych preform, przedstawiono w tabeli 6. Otrzymane wyniki zmieniają się w niewielkim zakresie. Na tej podstawie możemy stwierdzić, że włókno w przekroju poprzecznym jest kołem. Otrzymanie takich wyników świadczy o tym, że proces wyciągania włókna utrzymany był w stabilnych warunkach. Celem systematycznych pomiarów zewnętrznych i wewnętrznych wymiarów geometrycznych światłowodów kapilarnych jest: określenie szczegółów warunków technologicznych prowadzących do uzyskania określonych proporcji wymiarowych na drodze transformacji pomiędzy preformą a włóknem optycznym, oraz obróbka statystyczna wyników dla określenia stabilności technologii.

Rys.25. Wyniki eksperymentalne (zaznaczone punkty pomiarowe) oraz obliczenia z rozwiązań równań N-S – rys.2 (linie ciągłe) na wewnętrzną średnicę kapilary w funkcji prędkości wyciągania światłowodu dla różnych preform, temperatur wyciągania i prędkości podawania preformy vp.



Tabela 5. Wyniki pomiarów proporcji geometrycznych dla światłowodów kapilarnych wytwarzanych w danych warunkach technologicznych. Nr próbki podany w prawej kolumnie.

preforma 8x1.1, brak pokrycia lakierem

T [oC]

vf [m/min]

vp [mm/min]

2r2 [um]

2r1 [um]

nr

930

0,5

3.910

320

70

25

980

4,6

3,910

76

33

13

980

5,5

3,910

69

30

16

950

3,3

3,910

110

44

15

950

5,3

3,910

77

41

14

950

7,6

3,910

59

33

17

950

12,0

3,910

49

30

18

Przy dalszym zwiększaniu prędkości wyciągania włókno urywa się.

preforma 34x1.5, pokryta lakierem

9,6

7,4

2,090

212

190

11

9,3

7,4

2,090

228

185

10

9,6

10,7

2,090

194

172

23

9,8

9,6

2,090

188

141

19

9,8

11,7

2,090

164

121

22

10

9,2

2,090

171

127

21

10

10,0

2,090

160

114

20

10

11,0

2,090

152

112

24

preforma 34x1.2, szkło sodowe, kapilary pokryte lakierem

10,0

8,3

2,500

233

198

1

10,1

8,3

2,500

232

205

4

10,2

9,0

2,500

153

128

3

10,2

11,0

2,500

146

120

2

preforma 21x1, kapilary nie pokrywane lakierem

8,2

83

1,500

196

132

6

8,2

118

1,500

148

108

5

8,2

130

1,500

135

105

9

8,2

140

1,500

122

100

7

8,2

150

1,500

112

96

8

Przy dalszym zwiększaniu prędkości włókno urywa się. Najmniejsze włókno kapilarne, które udało się uzyskać z preformy 21x1 ma średnicę zewnętrzną 96 μm.




Tabela 6. Wyniki pomiarów zmian eliptyczności wzdłuż długości włókna kapilarnego oraz w zależności od parametrów procesu technologicznego

preforma 34/1.5

Odległość od początku włókna [mm]

0

300

600

900

1200

1500

1800

Średnica wewnętrzna w osi X [μm]

94,2

94,3

94,5

93,3

94,6

94,5

94,2

Średnica zewnętrzna w osi X [μm]

94,3

94,3

94,5

94,5

93,8

96,1

93,9

Średnica wewnętrzna w osi Y [μm]

113,6

113,4

112,8

113,8,

114,2

113,2

114,1

Średnica zewnętrzna w osi Y [μm]

112,5

113,2

113,0

112,5

113,1

112,8

113,2

preforma

T [oC]

vf [m/min]

vp[mm

/min]


Średnica zewnętrzna w osi X [μm]

Średnica wewnętrzna w osi X [μm]

Średnica zewnętrzna w osi Y [μm]

Średnica wewnętrzna w osi Y [μm]

Numer próbki

8x1,1

980

4,6

3,910

68,6

34,1

71,3

32,5

13

8x1,1

9,8

5,5

3,910

65,2

31,5

68,1

29,4

16

8x1,1

9,5

3,3

3,910

114,0

46,2

113,8

45,3

15

8x1,1

9,5

5,3

3,910

75,7

39,6

77,0

39,8

14

8x1,1

9,5

7,6

3,910

59,2

34,6

57,6

34,0

17

8x1,1

9,5

12,0

3,910

49,1

29,7

49,6

29,3

18

34x1,5

9,6

7,4

2,090

214,2

190,1

215,3

214,3

11

34x1,5

9,3

7,4

2,090

224,8

185,2

224,6

183,9

10

34x1,5

9,6

10,7

2,090

194,2

172,0

193,8

172,0

23

34x1,5

9,8

9,6

2,090

188,0

141,1

187,5

142,0

19

34x1,5

9,8

11,7

2,090

164,1

121.5

163,2

122,0

22

34x1,5

10,0

9,2

2,090

171,2

125,7

169,1

126,9

21

34x1,5

10,0

10,0

2,090

160,0

114,5

161,0

113,6

20

34x1,5

10.0

11,0

2,090

151,1

112,5

152,0

113,0

24

34x1,2

10.0

8,3

2,500

232,3

197,2

234,0

198,3

1

34x1,2

10,1

8,3

2,500

233,3

206,5

235,2

205,9

4

34x1,2

10,2

9,0

2,500

153,0

127,8

153,0

127,9

3

34x1,2

10,2

11,0

2,500

145,6

120,1

145,3

118,9

2

21x1,0

8,2

8,3

1,500

196,1

130,8

194,5

130,2

6

21x1,0

8,2

11,8

1,500

148,8

108,0

149,3

108,0

5

21x1,0

8,2

13,0

1,500

135,2

105,6

136,2

105,4

9

21x1,0

8,2

14,0

1,500

122,0

100,9

121,3

100,6

7

21x1,0

8,2

15,0

1,500

112,2

96,9

112,8

95,9

8

Numer preformy: (8x1,1) mm→1; (21x1) mm→2; (34x1,2) mm→3; (34x1,5)→4;




1   ...   22   23   24   25   26   27   28   29   ...   53


©operacji.org 2017
wyślij wiadomość

    Strona główna