Page 29 - 网络电信2019年5月刊上

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给控制系统进行处理。同时，测量数据的均化同样不能过度，
由于光纤成品的直径波动范围要求是极高的，一方面，过度的
均化会使得系统的调整能力变差，另一方面，记录下的均化数
值也会迷惑操作者和工程师，无法正确反馈产品的性能。
不同品牌的测径仪的测量能力差别极大，故而无法笼统地
给出建议的设定值。但是，却可以通过使用一种简单的方法去
寻找每一种测径仪对应的合理设置值。
光纤生产者可以在稳定的生产线上增设一台测径仪，通过
在稳定拉丝过程中不断改变平均数量的设置，记录平均化的数
据。通过对该项数据的分析，对比该生产线的光纤在质量测试
仪器上测得的大量数据，选定合适的设置参数。
以下为某品牌测径仪的测量数据。该品牌测径仪的测量
频率为每秒16000次，平均方法选为移动平均法，平均数量自2
直至4096进行设置，共得到12组测量数据。对这些数据进行分
析，计算得出每组数据的标准差。同时对该生产线近期一个月
裸光纤直径的小盘测试数据进行分析，得出标准差，最终可得
到下表1。
表1 不同平均数量设置得到的标准差与测试标准差的对比数据
根据以上数据，可得图表如下：
图2 平均数量标准差与实际测量标准差对比图
故而，从表1和图2可以看出，最接近实际测量的均化数据
应当是64，故该测径仪的平均数量应该设置为64。
四、拉丝炉对直径的影响
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光纤拉丝炉同样会对成品光纤产生一定的影响。其影响主
要来源自上文中所述的气流场和温度场的均匀度。
气流场的均匀性主要受到拉丝炉的结构设计影响。一方
面，应当设计合适进气结构以保证气流自气板出口流出时有较
好的均匀度。常见的进气结构有孔型进气和槽型进气。若要得
到均匀度良好的出气气流，常见的设计便是在出气口前设计缓
冲空间（如下图3）。此外，进气气管的分流和排布形式也相当
重要。
图3 缓冲气道结构
另一方面，拉丝炉的工艺气体在保证出气均匀的前提下，
影响光纤丝径波动的气流均匀度一般位于拉丝炉的中下部。因
自中部开始预制棒逐渐熔融变细，空腔逐渐增大，气流的横向
流动和乱流逐渐凸显，从而对光纤的直径产生影响。故而，若
想要减小气流对成品光纤的直径扰动，可以通过调整延伸管的
尺寸，增大下部空腔对于气流的收束能力，从而改善光纤的丝
径波动。
而延伸管的调整主要集中在两个方面：其一，减小延伸
管的内径；其二，增加延伸管的长度。相对而言，减小延伸管
的内径效果更为明显，但是，对于下吹气的拉丝炉（或延伸管
中有下行气流的拉丝炉），沉积物会沉积在延伸管的内壁上，
减小延伸管的内径也就同时增大了沉积物碰撞光纤的可能。换
而言之，可能会导致成品光纤的强度变差或连续拉丝的长度变
短，这是得不偿失的。而加长延伸管虽然能够有效降低光纤的
丝径波动，但是，同时也减少了光纤的自然冷却的长度，为
此，需要对应增大冷却管内氦气的使用量。故对此，质量与成
本的平衡也是值得考量的重要因素。下图4为国内某厂家拉丝炉
延伸管自1.5米增加至2.5米后，丝径波动数据的正态曲线对比
（测径仪均采用移动平均法，平均数量128）。
图4中，横轴均为平均值加减5倍标准差所得。延伸管修改
前后，光纤的直径波动的标准差自0.319减小到0.100，效果十
分显著。
而拉丝炉中温度场对光纤丝径波动的影响主要取决于温度
对预制棒软化后表面粘度的影响。拉丝炉的温度场一般是预先
设计过的，当石墨加热器或者感应线圈选定后，能够用来调控
温场均匀度的仅为拉丝炉内工艺气体的导热能力。目前拉丝炉
内常用的工艺气体为氩气和氦气，均为惰性气体。其中，氦气
拥有较好的导热能力，可以通过增加拉丝炉内的氦气比例来改
善拉丝炉内的温场均匀度，并以此改善成品光纤的丝径波动。
图5为在国内某厂家拉丝炉内增大氦气用量之后的丝径波动
（标准差）变化情况（采用移动平均法，平均数量为2）：
从图5可以看出，当拉丝炉内增加氦气后，光纤直径的标
准差存在明显的降低。但是，伴随着氦气用量的持续增大，标
网络电信 二零一九年五月