УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ НАТЯЖЕНИЯ ВЫТЯЖКИ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА Российский патент 2000 года по МПК G01L5/10 C03B37/03 

Изобретение относится к производству оптического волокна, используемого для изготовления информационных кабелей связи, конкретнее к системам измерения натяжения вытяжки оптического волокна. Изобретение может быть использовано в установках вытяжки оптического волокна для построения систем измерения и управления натяжением вытяжки.

Известно устройство измерения натяжения вытяжки оптического волокна
NON-CONTACT MONITORING OF OPTICAL FIBRE TENSION- BY MEASURING FIBRE VIBRATION FREQUENCY
EP and/or WO Cited Patents: EP 226396 D; JP 61082128 A; JP 61259133 A
Int Pat Class: C 03 B 037/07; G 01 L 005/04; G 01 L 005/10; G 01 M 011/02
Устройство содержит приспособление для нанесения пневматического удара по оптическому волокну; аппаратуру для измерения частоты колебаний оптического волокна; вычислительную аппаратуру.

Принцип измерения натяжения оптического волокна в процессе вытяжки основывается на измерении частоты гармонических колебаний оптического волокна, вызванных пневматическим ударом с последующим вычислением величины натяжения по полученной частоте гармонических колебаний.

К недостаткам устройства, являющегося аналогом, относится то, что пневматический удар, наносимый по оптическому волокну в процессе его формирования и вызванные им колебания оптического волокна, используемые для оценки натяжения оптического волокна, приводят к изменениям внутренней структуры оптического волокна, отрицательно влияющим на характеристики оптического волокна; для измерения частоты гармонических колебаний и последующего вычисления величины натяжения требуется сложная и дорогостоящая аппаратура.

Наиболее близким по технической сущности и по достигаемому результату к заявляемому устройству измерения натяжения вытяжки оптического волокна является выбранное в качестве прототипа устройство измерения натяжения вытяжки оптического волокна
European Patent Application
METHOD AND APPARATUS FOR CONTACTLESS MONITORING OF TENSION IN A MOVING FIBER
Publication number: 0549131 A2
Application number: 92310675.1
Int. Cl.: G 01 L 5/10, C 03 B 37/03
Устройство содержит: источник стабильного потока газа; устройство управления газовым потоком; газовый фильтр; газовый инжектор; CCTV-камеру; вычислительную аппаратуру для преобразования сигнала CCTV-камеры; монитор для отображения положения оптического волокна.

Недостатки устройства, являющегося прототипом, определяются тем, что вводимые посредством газового потока одного газового инжектора поперечные относительно направления вытяжки перемещения оптического волокна приводят к изменению длины оптического волокна на участке вытяжки, что вызывает вариацию скорости вытяжки и обусловленные ей вариацию диаметра оптического волокна и изменения внутренней структуры оптического волокна, отрицательно влияющие на характеристики оптического волокна. Кроме того, вводимые перемещения оптического волокна на участке вытяжки, включающем зону измерения лазерного датчика диаметра оптического волокна, приводят к внесению аддитивной ошибки в сигнал лазерного датчика диаметра оптического волокна вследствие зависимости выходного сигнала лазерного датчика диаметра оптического волокна от положения оптического волокна. Наличие такой ошибки приводит к тому, что даже при стабильном диаметре оптического волокна, соответствующем номинальной величине, система автоматической стабилизации диаметра оптического волокна отрабатывает сигнал ошибки лазерного датчика диаметра оптического волокна и меняет диаметр оптического волокна, делая его неноминальным.

Указанные недостатки устраняются при использовании предложенного устройства измерения натяжения вытяжки оптического волокна. Устройство измерения натяжения вытяжки оптического волокна содержит источник стабильного потока инертного газа, газовый инжектор, датчик положения оптического волокна, лазерный датчик диаметра оптического волокна, второй газовый инжектор, расположенный с противоположной стороны относительно лазерного датчика диаметра оптического волокна от первого газового инжектора в одной вертикальной плоскости с первым газовым инжектором управляемый газовый клапан; первый и второй газовые инжекторы направлены в одну сторону, лазерный датчик диаметра оптического волокна расположен на равном расстоянии между горизонтальной плоскостью расположения первого газового инжектора и горизонтальной плоскостью расположения второго газового инжектора, расстояние от горизонтальной плоскости расположения высокотемпературной печи до горизонтальной плоскости расположения первого газового инжектора равно расстоянию от горизонтальной плоскости расположения второго газового инжектора до горизонтальной плоскости расположения фильеры первичного лакового покрытия.

На фиг. 1 изображено устройство измерения натяжения вытяжки оптического волокна. Оно содержит источник стабильного потока инертного газа 1, газовый инжектор 2, расположенный в одной горизонтальной плоскости на одном уровне с газовым инжектором 2 датчик положения оптического волокна 3, второй газовый инжектор 4, расположенный с противоположной стороны относительно лазерного датчика диаметра оптического волокна 5 от первого газового инжектора 2 в одной вертикальной плоскости на одинаковом расстоянии от оси нормального положения оптического волокна с первым газовым инжектором 2 - нормальным считается такое положение оптического волокна, когда на оптическое волокно не оказывается никаких принудительных воздействий для его смещения в направлении, перпендикулярном направлению движения оптического волокна при вытяжке;
- управляемый газовый клапан 6, осуществляющий поочередное периодическое переключение газового потока между двумя газовыми инжекторами;
- лазерный датчик диаметра оптического волокна 5 расположен между плоскостями расположения первого 2 и второго 4 газовых инжекторов, на равном расстоянии L₁ от каждой из этих плоскостей;
- расстояние L₂ от горизонтальной плоскости расположения высокотемпературной печи 7 с помещенной в нее заготовкой для производства оптического волокна (преформой) 8 до плоскости расположения первого газового инжектора 2 равно расстоянию от плоскости расположения второго газового инжектора 4 до плоскости расположения фильеры первичного лакового покрытия 9.

В заявляемом устройстве измерения натяжения вытяжки оптического волокна измерение параметров оптического волокна производится на участке вытяжки оптического волокна, представляющем собой отрезок оптического волокна от места его формирования - расплавленного конца преформы, находящегося в высокотемпературной печи, до фильеры первичного лакового покрытия.

Принцип работы заявляемого устройства измерения натяжения вытяжки оптического волокна состоит в вводимом поочередном поперечном относительно направления вытяжки перемещении оптического волокна посредством газовых потоков из двух газовых инжекторов. Из источника стабильного потока инертного газа 1 газ поступает к управляющему газовому клапану 6, который последовательно открывает первый 2 и второй 4 газовые инжекторы, переключая газовый поток поочередно с одного газового инжектора на другой. Последовательность переключения газовых инжекторов показана на графиках 1 и 2 фиг. 2. Величины газовых потоков первого и второго газовых инжекторов равны Q₁ = Q₂.

Под воздействием силы газовых потоков участки оптического волокна в районе первого 2 и второго 4 газовых инжекторов поочередно перемещаются в одной плоскости на одинаковые расстояния H от нормального положения
H = Cd(M₁M₂)/(M₁+M₂)Q²1/F, (1)
где C - коэффициент, определяемый функциональными параметрами газового инжектора 2; M₁ - длина отрезка оптического волокна от места формирования оптического волокна (точка C) до точки D; M₂ - длина отрезка оптического волокна от точки D до фильеры первичного лакового покрытия (точка E); Q - величина газового потока первого газового инжектора 2; F - величина натяжения вытяжки.

Первый газовый инжектор 2 формирует модуляции положения оптического волокна (график 3 фиг. 2), измеряемые датчиком положения оптического волокна 3 и используемые при расчете величины натяжения вытяжки в соответствии с формулой (1). В моменты отключения первого газового инжектора 2 происходит уменьшение длины отрезка оптического волокна на участке вытяжки. Для предотвращения изменения длины оптического волокна на участке вытяжки в схему введен второй газовый инжектор 4, который, включаясь в моменты отключения первою газового инжектора, компенсирует изменение длины оптического волокна на участке вытяжки. В предложенной схеме наличие второго газового инжектора 4 позволяет устранить вариации длины оптического волокна на участке вытяжки, связанные с ней вариации скорости вытяжки, и предотвращает вариации диаметра оптического волокна и нежелательные изменения внутренней структуры оптического волокна. В предложенном устройстве измерения натяжения вытяжки оптического волокна участок оптического волокна, находящийся в зоне измерения лазерного датчика диаметра оптического волокна 5, не подвергается поперечным смещениям, за счет чего удается избежать внесения аддитивной ошибки в сигнал лазерного датчика диаметра оптического волокна 5.

Для выяснения влияния поперечного перемещения оптического волокна в зоне измерения лазерного датчика диаметра оптического волокна был проведен эксперимент с использованием отрезка оптического волокна известного постоянного диаметра, который принудительно перемещался по оси Y в плоскости, перпендикулярной оси нормального положения оптического волокна в процессе вытяжки и по оси X в плоскости, перпендикулярной оси нормального положения оптического волокна в процессе вытяжки. В эксперименте использовался лазерный датчик диаметра оптического волокна ANRITSU (Япония). Полученная экспериментально зависимость ошибки Δd в сигнале лазерного датчика диаметра оптического волокна от принудительного поперечного перемещения оптического волокна по оси Y в плоскости, перпендикулярной оси нормального положения оптического волокна в процессе вытяжки, показана на фиг. 3. Аналогичная зависимость присутствует и при перемещении оптического волокна по оси X.

Как видно из фиг. 4, представляющей увеличенный элемент A фиг. 1, перемещение оптического волокна H от нормального положения в месте расположения первого газового инжектора 2, обусловленное его газовым потоком, складывается из двух составляющих: вариации положения оптического волокна H₂ при включенном первом газовом инжекторе 2 и смещения оптического волокна H₁ в той же плоскости, обусловленного газовым потоком второго газового инжектора 4. Таким образом, датчик положения оптического волокна 3 измеряет составляющую H₂ отклонения оптического волокна от нормального положения. Поскольку для оценки величины натяжения оптического волокна используется величина H отклонения оптического волокна от нормального положения, возникает необходимость вычислить коэффициент, связывающий величину H с величиной H₂



Таким образом, измеренное значение перемещения оптического волокна H₁ должно быть умножено на коэффициент перед использованием для оценки натяжения по формуле (1).

Устройство используется в установках вытяжки оптического волокна для построения систем измерения и управления натяжением вытяжки. Устройство содержит источник стабильного потока инертного газа, первый и второй газовые инжекторы, датчик положения волокна, управляемый газовый клапан, датчик диаметра волокна. Два однонаправленных газовых инжектора расположены симметрично относительно датчика диаметра волокна. Газовый поток первого из инжекторов вводит модуляции, используемые для оценки величины натяжения вытяжки датчиком положения волокна. Модуляции, вводимые вторым инжектором, позволяют сохранять постоянными длину волокна на участке вытяжки и скорость вытяжки. За счет этого устраняются вариации диаметра волокна и нарушения внутренней структуры волокна. Отсутствие поперечных перемещений волокна в зоне измерения датчика диаметра волокна позволяет устранить аддитивную ошибку в сигнале датчика диаметра волокна. 4 ил.

Устройство измерения натяжения вытяжки оптического волокна, содержащее источник стабильного потока инертного газа, газовый инжектор, датчик положения оптического волокна, лазерный датчик диаметра оптического волокна, отличающееся тем, что введены второй газовый инжектор, расположенный с противоположной стороны относительно лазерного датчика диаметра оптического волокна от первого газового инжектора в одной вертикальной плоскости с первым газовым инжектором, управляемый газовый клапан, причем первый и второй газовые инжекторы направлены в одну сторону, лазерный датчик диаметра оптического волокна расположен на равном расстоянии между горизонтальной плоскостью расположения первого газового инжектора и горизонтальной плоскостью расположения второго газового инжектора, расстояние от горизонтальной плоскости расположения высокотемпературной печи до горизонтальной плоскости расположения первого газового инжектора равно расстоянию от горизонтальной плоскости расположения второго газового инжектора до горизонтальной плоскости расположения фильеры первичного лакового покрытия.