Исследование и разработка двумерной системы управления процессом формования оптических волокон на базе интеллектуальных сервоприводов

• Автор: Соколова, Татьяна Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение.
Глава 1. Математическое моделирование технологического процесса вытяжки оптического волокна
1.1 Анализ известных методов, средств, способов организации технологического процесса производства оптического волокна

1.2 Конструкция башни вытяжки оптических волокон

1.2.1 Система подачи заготовки

1.2.2 Печь вытягивания

1.2.3 Датчик диаметра волокна.

1.2.4 Нанесение первичных покрытий

1.2.5 Блок вытяжки

1.2.6 Намоточнонакопительное устройство

1.3 Экспериментальная идентификация объекта управления
1.3.1 Анализ процесса вытяжки.
1.3.2 Математическая модель канала
скорость вытяжки диаметр.
1.3.3 Математическая модель капала
скорость подачи диаметр волокна
1.3.4 Математические модели по каналам температуранатяжение, скорость подачи натяжение, скорость вытяжки натяжение.
1.3.5 Математическая модель по каналу
температура диаметр волокна
1.4 Цифровая математическая модель
1.5 Выводы по главе.
Глава 2. Синтез системы управления формования оптических волокон в условиях низких скоростей вытяжки.
2.1 Анализ подходов к решению задачи управления объектом,
содержащим транспортное запаздывание
2.2 Классический регулятор Смита.
2.3 Исследование модифицированного регулятора Смита
2.4 Цифровой регулятор.
2.5 Выводы по главе
Глава 3. Управление процессом вытяжки оптического волокна из заготовки в
условиях высоких скоростей.
3.1 Анализ и синтез цифровой системы регулирования диаметром волокна.
3.2 Анализ и синтез системы автоматического управления в пространстве состояний
3.3 Синтез системы с желаемым распределением корней характеристического управления
3.4 Система автоматического контроля положением заготовки
3.5 Выводы по главе
Глава 4. Техническая реализация адаптивной системы управления процессом
вытяжки оптического волокна из заготовки
4.1 Общая схема системы автоматического управления процессом
вытяжки
4.2 Система автоматической центровки заготовки
4.3 Программирование приводов.
4.4 Сервисные функции, выполняемые системой управления
4.5 Выводы по главе.
Выводы по диссертационной работе
Список литературы


Обычно тигельные методы используют для изготовления волокон из стекол с низкой температурой плавления[8]. Тщательно очищенные и измельченные компоненты помещают в платиновый или кварцевый тигель и нагревают. При использовании для нагрева электрических печей компоненты нагреваются за счет тепловой радиации от стенок печи, при этом последние не должны содержать посторонних включений. Можно также использовать нагрев компонент токами высокой частоты. При применении кварцевого тигля необходимо порошкообразные компоненты стекла предварительно подогреть и использовать более высокие частоты. Следует отметить, что кварцевые тигли обычно не используют более одного раза, поскольку они не выдерживают циклических температурных воздействий. Традиционно стекло сердцевины получают в виде цилиндрического стержня, а стекло оболочки в виде трубки, причем цилиндр расположен внутри трубки, так что при совместном вытягивании и получается оптическое волокно. Одним из самых распространенных методов для изготовления недорогих оптических волокон непрерывным способом, стал метод двойного тигля [6,8]. Метод двойного тигля характеризуется наличием двух концентрически расположенных тиглей (рисунок 1. Материал центрального тигля служит для образования сердцевины, а материал другого для создания оптической оболочки. Вытяжка заготовки проводится вниз. Формирование сердцевины и оболочки и их геометрических размеров происходит с помощью двух концентрических фильер. Метод двойного тигля предпочтителен при изготовлении ОВ со ступенчатым профилем показателя преломления. Рис 1. Тигельный метод не подходит для изготовления кварцевых оптических волокон, так как температура плавления стекол с большим содержанием кремния оказывается слишком высокой для тигельного метода. Поэтому для таких волокон должны применятся методы осаждения из газовой фазы. Японскими учеными компании корпорации NTT во главе с Татсуо Изавой (Tatsuo Izawa) был разработан метод осевого парофазного осаждения (VAD). В основе метода лежит реакция окисления высокочистых газовых компонентов (например, SiCU, GeCl4), в результате которой образуются Si и GeCb. В горелку вместе с горючим газом подают смесь хлоридов и чистого кислорода. В жарком пламени горелки (до °С) кремний и кислород воссоединяются и рождаются мелкие порошкообразные частицы высокочистого кварцевого стекла (SiCb), а «отделившийся» в самостоятельный шз хлор улетучивается через вытяжной колпак. Поток частиц кварцевого стекла направляется на вращающийся и перемещающийся относительно горелки керамический стержень. Изменением концентрации газовых добавок (GeCI4 и др. Таким методом можно создавать заготовки, которых хватает на несколько тысяч километров волокна, а в принципе процесс может быть непрерывен - по мере изготовления заготовки из нее же можно вытягивать волокно. Ыа сегодняшний день это единственный метод позволяющий осуществить производство непрерывного оптического волокна, так как заготовка может быть сделана непрерывно бесконечной длины. Недостаток этого метода заключается в трудном управлении пламенем для того, чтобы сделать необходимый профиль и в трудностях в изготовлении волокна с широкой полосой пропускания. На рисунке 1. H2. Рис 1. Наиболее распространенным методом производства заготовок является описанный в году американским физиком Джоном Макчеснеем (John MacChesney)[6, 8, ] - метод химического парофазного осаждения (MCVD). Изначально этот метод был открыт учеными компании Corning. При использовании метода MCVD происходит осаждение сверхчистой двуокиси кремния (при изготовлении сердцевины всегда добавляются определенные примеси) на внутренней стороне стеклянной трубки, а затем - усаживание трубки, вызываемое повышением температуры (с помощью пламени газа или токов сверхвысокой частоты). В результате этого трубка сжимается и превращается в сплошной стеклянный стержень диаметром -*• мм и длиной около мм, обладающий волноводной структурой, такую же структуру будет иметь и готовое волокно. Метод считается самым простым, и, кстати, в отечественном производстве только он реально и работает.