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Última actualización: 1 de marzo de 2022

larry donalds Puede fabricar preformas de fibra óptica con un sistema muy básico, esencialmente un sistema de suministro de gas en una habitación con un torno MCVD. O puede mejorar su sistema agregando muchos accesorios que mejorarán la resistencia y el rendimiento de la fibra, así como la reproducibilidad de su proceso de fabricación de preformas.

A lo largo de los años, desarrollando y fabricando fibras especiales, donde operaba y mantenía un sistema de suministro de gas SG Controls, busqué activamente varios dispositivos de control complementarios para mejorar nuestro proceso y la calidad de la fibra. De hecho, algunas características, como la prueba automática de fugas en la válvula y la calibración automática, se diseñaron específicamente a pedido mío y para satisfacer mis necesidades. La siguiente información describe brevemente las características adicionales para los sistemas MCVD que mejorarán su capacidad de producir preformas de fibra especializadas de alta calidad que cumplan con sus objetivos de diseño.

 

Secador de gas multicanal y monitor de punto de rocío

Sin el secado con gas, puede tener serios problemas con los picos de agua en la fibra y la corrosión de la línea de suministro que conducen a la contaminación de los productos químicos. Estoy familiarizado con el secador de gas multicanal SG Controls, que elimina la humedad de las corrientes de gas de entrada. Este secador de gas también incluye un monitor de punto de rocío, para que pueda rastrear los niveles de humedad en las corrientes de gas. El secador de gas multicanal tiene dos columnas de secado. Mientras una columna se seca y entrega gas de proceso al sistema, la otra columna está en modo de espera. Dependiendo de cómo programe la unidad, puede indicar a su sistema MCVD que cambie a la columna de espera antes de que la columna en uso esté saturada de humedad. Además, para el suministro de oxígeno, se usa una columna de "craqueo" antes de la columna de secado. Esta columna de ruptura rompe el H2O en la corriente de O2 hasta H2, H, O y O2 antes de que fluya a través de la columna de secado estándar.

El secador de gas multicanal y el monitor de punto de rocío son características importantes, ya que están totalmente automatizados. Si elige no instalar un secador de gas automático, su otra opción es comprar columnas de secado fijas con cartuchos reemplazables que se pueden montar en la pared de su laboratorio. Estas columnas de secado fijas deben ser cambiadas manualmente y purgadas por un operador. En este caso, corre el riesgo de introducir humedad en el sistema durante ese proceso. Además, el secador de gas en un SG Controls MCVD entrega nitrógeno seco a la caja seca, que encierra todas las válvulas y tubos de bloque de teflón para mantener el sistema seco. También proporciona gas seco para transferir productos químicos, que es un dispositivo crítico.

 

Prueba automática de fugas en la válvula

Las válvulas en su sistema de suministro de gas determinan qué productos químicos se envían al tubo de deposición y cuándo. Si las válvulas no tienen fugas, no se obtiene el flujo de gas esperado o se puede mezclar con otros productos químicos. Saber que tiene un sistema a prueba de fugas antes de fabricar su preforma es muy valioso. Sin embargo, las pruebas de fugas manuales de aproximadamente 100 válvulas requieren mucho tiempo. Para el sistema MCVD que operaba, tomaría hasta 2 días probar manualmente las fugas de todo el sistema y localizar las fugas. Tenga en cuenta que las válvulas deben someterse a pruebas de fugas en la posición abierta (se está enviando gas al sistema), porque el gas aún puede salir a la atmósfera. Por supuesto, también deben probarse en la posición cerrada (el gas no se entrega al sistema).

Alternativamente, puede comprar un sistema automático de prueba de fugas como una opción adicional. Este sistema computarizado de prueba de fugas realiza un ciclo automático de cada válvula en el sistema en posición abierta y cerrada en todas las combinaciones. Esta opción de ahorro de tiempo presuriza cada válvula con oxígeno a baja presión y busca una condición de flujo cero en la línea de suministro. Esto se hace con cada válvula del sistema, sin un operador, y el programa de computadora documenta todos los resultados y proporciona un informe. Según el informe, puede determinar qué válvula tiene fugas y repararla rápidamente.

Esta es una característica que ahorra tiempo: en lugar de tomar 2 días para probar manualmente el sistema, se necesitaron 2 horas para ejecutar la prueba. Si ha realizado pruebas de válvulas de fuga manualmente, está familiarizado con un problema clave: si hay más de una válvula con fugas, es muy difícil determinar qué válvulas están causando el problema. Esta función de prueba automática de fugas proporciona un informe que lo señala a las válvulas específicas que necesitan atención, por lo que las reparaciones pueden realizarse rápidamente.

 

Interfaz de software de autocalibración

He descubierto que la calibración es un factor crítico para producir preformas de calidad que cumplan con los objetivos de diseño. En este artículo, mantendré breves mis comentarios sobre la calibración. Le animo a leer uno de mis artículos anteriores, donde analizo la importancia de calibrar sus controladores de flujo másico de H2 / O2 y le ofrezco numerosos consejos. (Lee mas: "Objetivos críticos de diseño para fabricar preformas de fibra óptica".)

A petición mía, SG Controls desarrolló un sistema de calibración automática para comparar el flujo de masa que entra por cada dispositivo en el sistema de suministro de gas con un estándar de flujo de masa. El estándar de flujo másico estaba en un carro, colocado al lado del equipo de suministro de gas y conectado al MCVD. El flujo de gas que viaja a través del dispositivo de control saldría de la máquina y pasaría por el estándar de calibración. Un programa de computadora cicló automáticamente el controlador de flujo másico bajo prueba a través de 10 puntos de ajuste diferentes, que se comparan con el estándar de control de flujo másico. Esto se hizo para cada controlador de flujo másico en el sistema. El MCVD que operaba tenía 12 controladores de flujo másico. Los controladores de flujo másico se cambiaron automáticamente en línea con el estándar, por la computadora, y cada uno se probó sin un operador presente.

Esta opción también era una función que ahorraba tiempo. Puede conectar el carro de calibración por la noche e irse a casa. Por la mañana, se le presenta un informe para cada controlador de flujo másico en comparación con el estándar. Si uno está fuera de las especificaciones, tiene la opción de corregir el controlador de flujo másico, reemplazarlo o simplemente hacer que el software de receta de control compense automáticamente los valores incorrectos que entrega ese controlador de flujo másico en particular.

Una ventaja clave del software de autocalibración es que tiene una claridad absoluta sobre el funcionamiento de sus controladores de flujo másico. Si no realiza un seguimiento de sus calibraciones, por ejemplo, pide 100 CC y realmente obtiene 110 CC, está constantemente "persiguiendo el diseño". He hablado con profesionales experimentados de la industria que reconocen que quedaron atrapados en esta trampa. En lugar de mantener la receta bajo control, recibirían comentarios del perfilador o de la medición de fibra óptica. Ese resultado sería retroalimentado en el MCVD para "corregir" la receta. En cambio, con la calibración, estás en el asiento del conductor y tienes una visión clara de la carretera que tienes por delante. Tiene la capacidad de determinar la mejor manera de avanzar de manera eficiente y efectiva.

Es útil pensar en lo que puede suceder si no calibra los controladores de flujo másico. Si simplemente introduce los resultados ópticos en la receta del sistema MCVD, está persiguiendo el diseño. Esto puede funcionar por un tiempo, pero cuando un controlador de flujo másico falla y debe reemplazarse, no tiene idea de cuál era el flujo real. La nueva unidad calibrada que instale entregará el flujo real. Desafortunadamente, deberá comenzar de nuevo y restablecer los puntos de ajuste de la velocidad de flujo para cumplir con las especificaciones. Perseguir la deriva del controlador de flujo másico puede llevar mucho tiempo. Por otro lado, un sistema de autocalibración proporcionará curvas de flujo reales de todos los controladores de flujo másico del sistema para garantizar que sus recetas MCVD brinden resultados reproducibles.

Compensación de la presión atmosférica

Cuando lo piensa, la presión atmosférica impacta su sistema de suministro de gas. A medida que burbujea oxígeno a través de los productos químicos, la presión atmosférica sobre el líquido afecta la velocidad a la que puede vaporizar el producto químico. Una presión atmosférica más baja aumentará la velocidad de vaporización de su producto químico. Si tiene un burbujeador de temperatura constante y un muy buen control de su proceso de vaporización, pero si la presión atmosférica cae, entonces, en teoría, podrá obtener un mayor nivel de vapores a los mismos flujos y temperaturas. Esto puede afectar los resultados de su preforma. Hay características disponibles para compensar los cambios de presión atmosférica en los sistemas MCVD.

Recinto del torno

Algunos fabricantes de preformas instalan su equipo MCVD en una sala limpia de Clase 10,000. Sin embargo, es posible fabricar preformas con un sistema muy básico: un torno y un sistema de suministro de gas en un laboratorio abierto. Si elige hacer esto y desea un mayor nivel de pureza, puede agregar una caja de torno (el torno está encerrado en una caja de vidrio con puertas correderas). Dentro de este recinto, normalmente agregaría filtros HEPA para filtrar el aire entrante a una limpieza de Clase 10,000 o mejor. El recinto crea una presión positiva en relación con la habitación exterior. Esta combinación, presión positiva con aire limpio, ayuda a evitar que las partículas ingresen al ambiente limpio, se fusionen con la preforma y causen puntos débiles en la fibra extraída.

Además, una caja de torno es una característica de seguridad, ya que protege a los operadores de la llama y los componentes móviles. Si no puede permitirse instalar una sala limpia de Clase 10,000, puede agregar una caja de torno en su laboratorio. Esta pequeña inversión puede ofrecer ROI en términos de mayores rendimientos de preformas.

Calentador de burbujas isotérmico suplementario

Este calentador de inmersión agrega calor al químico burbujeador para compensar el enfriamiento debido al efecto de burbujeo. Esta es una gran característica para agregar a su MCVD, ya que reestabiliza la temperatura química del burbujeador en menos de 5 minutos. Si ha leído mis artículos anteriores, sabrá que considero que el burbujeador es un equipo extremadamente crítico al fabricar preformas de fibra óptica. De hecho, prefiero un burbujeador de vidrio, porque esto le permite ver productos químicos, confirmar el nivel adecuado y confirmar una corriente de burbuja uniforme. Con los años, he descubierto que la visibilidad química es una verdadera ventaja. (Lea más sobre los calentadores de burbujas isotérmicos: "Comparando los 2 tipos de sistemas de suministro de gas MCVD para fabricar preformas ópticas: acero inoxidable y teflón / vidrio ".

Pirómetro de escaneo

SG Controls ofrece un pirómetro de escaneo que se mueve para apuntar al punto más caliente del tubo de deposición. Las posiciones de puntería predeterminadas del pirómetro frente a la velocidad se desarrollan y utilizan en la programación. Sin esta opción, el objetivo del pirómetro se ajusta a una velocidad. Si la velocidad del quemador aumenta, la zona caliente puede retrasarse detrás del pirómetro, causando una entrada de temperatura más fría que la real al controlador. Su controlador de temperatura compensará, elevando la temperatura real por encima del valor programado. Sin este equipo crítico, puede compensar en exceso la temperatura, lo que puede reducir la eficiencia de sus deposiciones y potencialmente causar una contracción prematura del tubo. (Lea más sobre este pirómetro de escaneo, que incluye un consejo sobre los pirómetros de mano: "Objetivos críticos de diseño para fabricar preformas de fibra óptica."

 

Control de diámetro

Para evitar la contracción del tubo, debe controlar cuidadosamente el diámetro del tubo con un grosor de capa constante para cada pasada. A medida que la preforma se encoge, el grosor de la pared aumenta, lo que hace que la temperatura de deposición interna se enfríe. Esto cambia el grosor de capa que se logra por pasada y el índice de refracción de esa capa. Digamos que ha programado la receta para dar 20 capas con un grosor X. Si cada capa se vuelve más y más delgada, entonces la preforma resultante no cumplirá con sus especificaciones. La opción de control de diámetro de SG Controls le brinda una mayor capacidad para controlar el diámetro del tubo de deposición de una carrera a otra, y dentro de una carrera. (Lea más sobre el control de diámetro: "Objetivos críticos de diseño para fabricar preformas de fibra óptica").

 

Torno de cama extendido con cola motorizada

Esta característica adicional le permite estirar las preformas a un diámetro más pequeño. Puede programar el torno, el carro de fuego y el stock de cola motorizado para que funcionen a una velocidad específica para obtener un diámetro de preforma específico. (El programa calculará esto automáticamente). Este es un enfoque muy útil para aumentar los rendimientos de las preformas. De hecho, puede fabricar un núcleo más grande de lo deseado en su preforma, estirarlo a un diámetro más pequeño y luego cubrirlo con tubos de cuarzo para lograr la relación núcleo-revestimiento deseada para su diseño de fibra. Este proceso puede producir significativamente más fibra. De hecho, esto se está convirtiendo en un enfoque popular para fabricar fibra de telecomunicaciones. Las barras centrales se fabrican con un diámetro muy grande, luego se estiran en largos y se cortan en secciones cortas. A continuación, cada sección está sobrecortada para obtener muchas preformas de un núcleo. Esta es una forma rentable de fabricar preformas. Claramente, esta función adicional puede tener un impacto directo en los rendimientos de fibra.

Una opción pequeña y relacionada son los mandriles de doble mandíbula. Por lo general, los tornos vienen equipados con un juego de mordazas para agarrar el tubo. Si el tubo de deposición no es perfectamente circular, puede experimentar movimiento en las mandíbulas. El conjunto adicional de mordazas ofrece otro conjunto de puntos de contacto, por lo que el tubo de deposición se mantiene estable. Además, los mandriles de doble mordaza se pueden usar para sobrecubrir: un conjunto de mordazas sostiene la preforma mientras que el segundo conjunto sostiene el tubo de colapso excesivo.

Torno de estiramiento vertical sobre chaqueta

Como se discutió anteriormente, se puede usar un torno horizontal de lecho extendido para estirar o sobrecubrir. Alternativamente, compañías como SG Controls ofrecen un estiramiento vertical y un torno de revestimiento. Hay 2 ventajas:

  1. El torno vertical elimina el problema de la gravedad que hace que los tubos se hundan cuando los calienta, una situación demasiado común con un torno horizontal.
  2. Los tornos elásticos verticales suelen ser mucho más largos y puede procesar preformas más largas.

Caja de control de torno manual

Una de las muchas opciones de complementos que ofrece SG Controls es una caja de control de torno manual para la configuración. Cuando carga tubos de deposición, sobre tubos de colapso o preformas en el torno, y alisar y fusionar vidrio, puede controlar la llama y la posición del quemador independientemente del sistema automático. Esta característica le permite mover el carro de fuego del quemador hacia arriba y hacia abajo del torno mientras está sentado frente al torno. Además, la caja de control de torno manual tiene potenciómetros de control para los flujos de H2 / O2 al quemador. Esto le permite controlar manualmente la temperatura del quemador durante la configuración.

Además, la palanca del pie del piloto / quemador principal le permite tener ambas manos libres para concentrarse en enderezar y fusionar la preforma con paletas de grafito. Para encender / apagar el quemador, simplemente presione el pedal de control de pie. El pedal tiene una función de arranque suave para rampar lentamente el controlador de flujo másico. Sin esta característica, si presiona el pedal y abre una válvula de hidrógeno para permitir que el controlador de flujo másico envíe flujo al quemador, obtendría una gran oleada de hidrógeno. Estas son características muy agradables y fáciles de usar para el operador MCVD.

Sistema de recarga química: SiCl4, GeCl4, POCl3 y repuesto

Como he mencionado en artículos anteriores, cuando fabricas preformas y gases de burbujas a través de los reactivos químicos, los gases se vaporizan y el nivel químico en el burbujeador cae. Ciertos componentes en el sistema MCVD ayudan a compensar esa caída química. Sin embargo, en algún momento el burbujeador necesita ser llenado para mantener la generación de vapor reproducible. El sistema de recarga química semiautomático elimina al operador de las partes clave del proceso. Esto reduce significativamente la posibilidad de errores y la introducción de humedad en el sistema.

Por lo general, los sistemas automáticos de recarga química son gabinetes independientes que se conectan al sistema de suministro de gas y se conectan a cada burbujeador. (Estos sistemas pueden ser de acero inoxidable o de teflón / vidrio). Las válvulas de control están en línea con la tubería para encenderse / apagarse en el momento apropiado. El gabinete de recarga química también alberga los contenedores a granel comprados a proveedores químicos. Para iniciar un sistema de recarga química, la línea de suministro se purga con un gas seco a través del sistema de suministro de gas para ventear, evitando el burbujeador. Una vez completado, el recipiente químico a granel se presuriza y el químico se introduce en el burbujeador MCVD hasta alcanzar el nivel correcto. A continuación, el producto químico restante se purga de la línea de recarga con gas seco durante un período de tiempo programado, que completa el proceso de recarga.

Pensamientos conclusivos

Como se mencionó anteriormente, trabajé con SG Controls para desarrollar muchas de estas características adicionales, lo que me pareció increíblemente útil. Si tiene preguntas sobre cualquiera de estas características, lo invito a que me llame. Podemos ver varias opciones que mejorarán la resistencia y el rendimiento de la fibra de su empresa, así como la reproducibilidad de su proceso de fabricación de preformas.

Es posible que tenga una necesidad única. Puedo ofrecerle información sobre si una característica existente está disponible para la compra que respaldará su necesidad. Alternativamente, puedo guiarlo a través del proceso para desarrollar una característica altamente específica para su sistema. Es útil saber que SG Controls ha sido excelente para trabajar cuando se trata de crear complementos únicos para satisfacer una necesidad específica. De hecho, piense en las opciones de este artículo como ejemplos de las capacidades de SG Controls en lugar de una lista exhaustiva.

Ya sea que tenga un sistema de suministro de gas MCVD o esté buscando comprar uno, estoy aquí para ayudarlo a identificar e instalar el equipo que necesita. En un artículo anterior, noté que me veo como un "solucionador de problemas técnicos", gracias al extenso tiempo dedicado a solucionar problemas para optimizar el diseño y lograr las propiedades ópticas deseadas en el proceso de fabricación. Además de ser un solucionador de problemas técnicos, soy un defensor de los clientes de FOC. Estoy aquí para ayudarlo a obtener el sistema preciso o la función adicional que respalde sus objetivos de fabricación de preformas.

Autor

larry donalds comenzó su carrera en Fiber Optic Center (FOC) en 2017 como experto en fibra óptica especializada, desarrollo de procesos y consultor de fabricación. Larry aporta más de 35 años de experiencia de 3M Company en St. Paul, MN, después de jubilarse recientemente. Durante su tiempo con 3M Company, pasó 24 años en el desarrollo y la fabricación de fibra óptica especial utilizando la "voz del cliente", ayudando a 3M a diseñar y producir fibras ópticas para cumplir con las aplicaciones específicas del cliente y los criterios de rendimiento. Los proyectos incluyeron el desarrollo y la producción de fibra PM, PZ, EDFA (amplificador de fibra dopada con erbio), fibra endurecida por radiación para giroscopios, solución de dopaje de preformas, desarrollo de patentes para fibra de oxifluoruro de erbio, deposición de tierras raras organometálicas y una fibra monomodo de tierras raras. sensor de flexión y posición. En su cargo de fibra en 3M, Larry mantuvo y operó equipos MCVD de SG Controls Ltd de Cambridge, Inglaterra, a quien FOC ha representado en América del Norte durante más de 25 años. Larry ha obtenido varios premios durante su carrera, incluidos el premio 3M Golden Step, el premio Photonics Circle of Excellence, el premio R&D 100, los premios 3M Circle of Technical Excellence Awards en 1983, 2001 y 2008 y el premio 3M Ideation Challenge en 2017. Larry y su esposa residen en arizona Fuera de FOC, los pasatiempos de Larry incluyen pesca, paseos en bote, motos de nieve, paisajismo al aire libre y diseño y construcción de terrazas.

larry donalds
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