устройство для сварки световодов

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ СВАРКИ СВЕТОВОДОВ, содержащее задающий генератор, усилитель мощности, регулятор тока дуги и высоковольтный трансформатор, отличающееся тем, что в него введены делитель частоты задающего генератора, регулятор скважности модулирующих импульсов и модулятор, причем первый выход задающего генератора соединен с первым входом модулятора, а второй выход - с входом делителя частоты, выход которого соединен с входом регулятора скважности модулирующих импульсов, своим выходом соединенного с вторым входом модулятора, при этом выход последнего соединен с первым входом усилителя мощности, кроме того, второй вход усилителя мощности соединен с выходом регулятора тока дуги.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к волоконно-оптической связи и предназначено для сварки световодов при соединении оптических кабелей и для изготовления различных компонентов для использования в ВОЛС: ответвителей, разветвителей, мультиплексоров, коммутаторов и других элементов.

Известно устройство для сварки световодов, в котором сварка обеспечивается путем фокусировки в месте стыка световодов излучения лазера на СО₂. Для обеспечения необходимой температуры сфокусированное излучение прерывается, для чего в устройство введен прерыватель.

Недостаток этого устройства необходимость применения мощного газового лазера на СО₂ и фокусирующего устройства объектива, а также прерывателя диска с отверстиями, вращаемого электродвигателями. Лазеры на СО₂ громоздки, потребляют большое количество энергии и опасны в работе, так как излучение может попасть в глаз оператора.

Известно также устройство, серийно выпускаемое предприятием СКТБ ПО "Вектор", г.Владимир и г.Великие Луки. Комплект для сварки световодов модель КСС-III (см. паспорт комплекта). В этом устройстве сварка световодов осуществляется в пламени электрической дуги, создаваемой между электродами при подаче на них высоковольтного синусоидального напряжения частотой примерно 20 кГц.

Основной недостаток этого устройства состоит в следующем. Известно, что электрическая дуга имеет нелинейную вольт-амперную характеристику. Это означает, что при уменьшении тока дуги с целью уменьшения температуры при некотором значении тока дуга гаснет, т. е. существует некоторая минимальная температура, при которой дуга может существовать. Это значение температуры равно 1500^оС. Максимальное значение температуры, при которой не наступает еще коронный разряд, составляет величину порядка 1900-2000^оС. Для сварки световодов из кварца, температура плавления которого 1700-1850^оС (в зависимости от добавок), этого интервала температур достаточно. Кроме того, при непрерывном синусоидальном напряжении на электродах очень сложно локализовать дугу в виде тонкого шнура. Эти недостатки приводят к следующему: невозможно производить сварку световодов из менее тугоплавких материалов, например из силикатного стекла, температура плавления которого 800-900^оС; трудно производить сварку световодов диаметром менее 50 мкм (например, при изготовлении ответвителей и разветвителей из кварцевых световодов их сердечник диаметром 10 мкм освобождается от рабочей оболочки, диаметр которой 125 мкм), так как световоды в пламени дуги большого диаметра мгновенно оплавляются, образуя на торцах световодов сферические образования диаметром 150-200 мкм.

Цель изобретения расширение диапазона регулирования средней температуры дуги до значений 700-1900^оС.

Это достигается тем, что в устройство для сварки световодов, содержащем задающий генератор, усилитель мощности регулятор тока дуги и высоковольтный трансформатор, введены делитель частоты задающего генератора, регулятор скважности модулирующих импульсов и модулятор, причем один из выходов задающего генератора соединен с одним из входов модулятора, а второй выход задающего генератора соединен с входом делителя частоты, выход которого соединен с входом регулятора скважности модулирующих импульсов, своим выходом соединенный с вторым входом модулятора, при этом выход последнего соединен с входом усилителя мощности, кроме того, второй вход усилителя мощности соединен с выходом регулятора тока дуги.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит задающий генератор 1, усилитель мощности 2, регулятор 3 тока дуги, высоковольтный трансформатор 4, делитель 5 частоты, регулятор 6 скважности модулирующих импульсов, модулятор 7.

Задающий генератор 1 одним из выходов соединен с одним из входов модулятора 7, а другим с входом делителя частоты задающего генератора 5. Выход делителя частоты 5 соединен с входом регулятора скважности 6, выход которого соединен с вторым входом модулятора 7, выход которого соединен с входом усилителя мощности 2, к выходу которого подключен высоковольтный повышающий трансформатор 4.

Принцип работы устройства заключается в следующем. Синусоидальное напряжение с частотой 80 кГц подается с выхода задающего генератора 1 на один из входов модулятора 7. С второго выхода задающего генератора 1 синусоидальное напряжение поступает на делитель частоты 5, который делит частоту задающего генератора 1 в 100 раз. Таким образом на выходе делителя частоты 5 образуются импульсы прямоугольной формы с частотой 800 Гц. Эти импульсы поступают на вход регулятора скважности модулирующих импульсов 6. Он представляет собой формирователь прямоугольных импульсов с регулируемой длительностью. Максимальная температура дуги будет в том случае, если на электроды подается напряжение в виде непрерывной синусоиды. Если эту синусоиду прерывать с достаточно высокой частотой, то средняя температура уменьшается. В устройстве роль прерывателя синусоидального напряжения, поступающего на вход усилителя мощности 2, играет модулятор 7, второй вход которого соединен с выходом регулятора 6. На фиг. 2 представлены временные диаграммы сигналов: а на первом выходе задающего генератора 1 (такой же вид имеет напряжение, подаваемое на электроды в устройстве прототипа); б на выходе регулятора 6; в на выходе модулятора 7 и на электродах устройства. Если при непрерывном напряжении на электродах температура дуги будет T_max^o то при работе модулятора 7 температура дуги будет равна T^o_g , где Q - скважность импульсов; Т_u период; t_u длительность.

Таким образом регулируя скважность Q, осуществляется регулировка средней температуры дуги. Кроме того, при подаче на электроды радиоимпульсов при достаточно большой скважности (0 5-10 и более) уменьшается диаметр пламени дуги. Плавная регулировка средней температуры дуги в широких пределах (до T_min⁰ 700^оС) и локализация дуги позволяют осуществлять сварку световодов из низкотемпературных материалов (например, из силикатного стекла), а также кварцевых световодов диаметров 5-10 мкм и более, что особенно важно при изготовлении одномодовых ответвителей, разветвителей, мультиплексоров и других волоконно-оптических элементов.

Технико-экономический эффект изобретения состоит в том, что оно позволяет упростить и улучшить технологию изготовления перечисленных выше волоконно-оптических элементов, уменьшив тем самым процент брака.