Устройство для контроля наружного диаметра оптического волокна Советский патент 1984 года по МПК G01B11/10 

11 Изобретение относится к контрольн измерительной технике и может быть и пользовано для бесконтактного оптического контроля наружного диаметра оптического волокна. Известно устройство для контроля геометро-оптических параметров волокон методом фокусировки, содержащее последовательно расположенные источник излучения, объектив, формирующий узкий коллимированньй пучок, который падает на контролируемое волокно и микроскоп. Устройство базируетсяна использовании фокусирующих свойств сердцевины контролируемого оптического волокна, выполняющей роль цилин дрической линзы. Фокусирующие свойства оцениваются с помощью микроскоп сканирующего перпендикулярно направлению обучения в плоскости изображения El3. Недостатком этого устройства явля ется потеря информации о центральной области оптического волокна за счет полной расфокусировки в ней поля в плоскости изображения при повышенной разрешающей способности в периферийных областях для прошедшего поля, т.е. поля рефракции. Кроме того, в данном устройстве необходимо использование иммерсионной среды для исклю чения отражений от волокна на грани це оболочка - воздух. Таким образом, применение устройства, основанного на методе фокусировки, в заводских условиях в технологическом процессе вытяжки оптических, волокон затруднено. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является уст ройство для контроля наружногр диаметра оптического волокна, содержащее последовательно соединенные исто ник излучения, передающую оптическую систему, приемную оптическую систему и блок обработки сигналов. Параллельный пучок от источника излучения лазера расщепляется передающей оптической системой на два пучка одинаковой интенсивности - для освещения эталонного и Контролируемо го волокон. В качестве эталонного волокна используется-щель. После дифракции на эталонном и измеряемом волокнах часть продифрагировавших лучей собирается в фокальной плоскос ти приемной оптической системы, где расположен фотоэлемент. Если размер 61 измеряемого волокна отличается от эталонного, тр интенсивность лучей будет различной. С фотоэлемента получают сигнал с амплитудой, пропорциональной разности двух интенсивностей, и с фазой, зависящей от направления изменения контролируемого диаметра относительно эталонного. Результат измерения снимается с блока обработки сигналов 2. Недостатком этого устройства является зависимость сигнала фотоэлемента от флуктуации излучения лазера, смещений измеряемого оптического волок-, на, что неизбежно в процессе его вытяжки, и влияние изменения параметров фотоэлемента на результат измерений, кроме того, использование щели в качестве эталонного волокна вносит погрешность в определение наружного диаметра волокна. Все эти недостатки снижают точность контроля. Целью изобретения является повышение точности контроля. Указанная цель достигается тем, что устройство для контроля наружного диаметра оптического волокна, содержащее последовательно соединенные источник излучения, передающую опти- , ческую систему, приемную оптическую систему и блок обработки сигналов, снабжено формирующей оптической системой, расположенной между источником излучения и передаюр1ей оптической системой, блоком регистрации, установленным меящу приемной оптической системой и блоком обработки сигналов, и последовательно расположенными и электрически связанными с блоком обработки сигналов блоком обратной связи, блоком регулировки фильеры вытяжного механизма и блоком перемотки, а блок перемотки выполнен в виде четырех бобин, устанавливаемых с возможностью взаимно ортогонального направления эталонной и контролируемой частей волокна. При этом блок регистрации выполнен в виде чetыpex крестообразно расположенных фотоприемников. На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для контроля наружного диаметра оптического волокна; на фиг.2 оптическая схема устройства. Устройство содержитпоследовательно соединенные источник 1 излучения ормирующую оптическую систему 2, п едающую оптическую систему 3, приемую оптическую систему 4, блок 5 регистрации и блок 6 обработки си1- налов и последовательно расположенны и электрически связанные с блоком 6 обработки сигналов, блок 7 обратной связи, блок 8 регулировки фильеры вытяжного механизма, блок 9 перемотки. Последний (фиг.2) выполнен в виде четырех бобин, установленных с возможностью взаимно ортогонального направления эталонного 10 и контролируемого .11 волокон. Блок 5 регистрации выполнен в виде четырех крестообразно расположенных фотоприемников Описываемое устройство работает следую1щм образом. Излучение от источника 1 излучения - лазера преобразуется формирующей оптической системой 2 в конический сходящийся пучок. За формирующей оптической системой 2 расположена пе редающая оптическая система 3, обеспечивающая одинаковый масштаб дифрак ционных картин от частей эталонного 10 и контролируемого 11 волокон. Бло 9 перемотки меняет направление намот ки волокна таким образом, что часть эталонного волокна 10 располагается горизонтально. Часть контролируемого волокна 11 располагается вертикально, что обусловлено пространственной ориентацией вытяжки волокна. Приемная оптическая система 4 фop Iиpyeт две ортогонально расположенные дифракционные картины от части эталонного 10 и части контролируемого 1 оптических волокон, не затеняющих Друг друга. Положение минимумов дифракционных картин регистрируется блоком 5 .регистрации. Сигнал рассогласования от фотоприемников блока 5 регистрации характеризует степень отклонения положения минимумов дифра ционной картины от части контролируе мого волокна 11 относительно части эталонного волокна 10. Сигнал рассог ласования поступает в блок 6 обработ ки сигналов для пересчета и выдачи данных о результатах измерения диаметра контролируемого волокна 11, а затем в блок 7 обратной связи ив блок 8 регулировки фильеры, изменяющий ее величину. Таким образом, диаметр контролируемого волокна 11 оценивается по расстоянию между минимум ми одного порядка в горизонтально расположенной от него дифракционной картине. Отклонение положения миниму мов дифракционной картины соответствующих порядков в сторону центра, т. 11 614 к максимуму нулевого порядка дифракционной картины от части эталонного волокна 10, свидетельствует о том, что диаметр контролируемого оптического волокна 11 больше эталонного волокна 10, а отклонение минимумов от центра дифракционной картины части эталонного волокна 10 - о его уменьшении,, Описываемое устройство для контроля наружного диаметра оптического волокна-и поддержания стабильным технологического процесса вытяжки волокна в сравнении с известным устройством позволяет значительно снизить требования к стабильности работы лазера (в два раза), к точности установки контролируемого волокна (в 3 раза), поскольку в предложенном устройстве значительно снижаются требования к виброустойчивости стенда. В описываемом устройстве для кон-. троля наружного диаметра оптического волокна ортогональное направление эталонной и контролируемой частей волокна устраняет появление нежелательных интерференционных эффектов, которые имеют место при вибрациях контролируемого оптического волокна в процессе его вытяжки. Причем контролируемая часть волокна направляется вертикально, что обусловлено технологическим процессом его вытяжки, а эталонная часть является волокном той же партии. Горизонтальное направление эталонной части волокна достигается пропусканием его через блок перемотки, меняющий направление намотки. Таким образом, формируются дифракционные картины от эталонной и контролируемой частей оптического волокна, не затеняющих друг друга и практически не интерферируюш 1Х между собой. Дифракционная картина от эталонной и контролируемой частей волокна налюдается в зоне Фраунгофера (дальней зоне плоскости анализа), что обеспечивает инвариантность дифракционного распределения относительно пространственного смещения контролируемой части волокна. Отступление величины диаметра контролируемой части волокна от эталонной определяется по величине отклонения положения минимумов дифракционной картины контролиру емой части волокна от эталонной, что обеспечивает повышение точности контроля. 511 Регистрация дифракционных картин от эталонной и контролируемой частей волокна осуществляется четырьмя крестообразно расположенными фотоприемниками. Это устраняет влияние на резуль тат измерений нестабильности мощности излучения лазера и неравномерности распределения интенсивности в поперечном сечении пучка, проявляющиеся при поперечном смещении контролируемой 4JacTH оптического волокна. Эта схема обеспечивает большую чувстви16тельность устройства контроля к изменению величины диаметра контролируемого волокна. Приемная оптическая система увеличивает масштаб регистрируемых дифракционных картин от эталонной и контролируемой частей оптического волокна, что обеспечивает повышение точности регистрации минимумов дифракционных картин и тем самым увеличивает точность контроля наружного диаметра оптического волокна.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ НАРУЗКНОГО ДИАМЕТРА ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА, содержащее последо зательно соединенные источник излучения, передающую оптическую систему, приемную оптическую систему и блок обработки сигналов, отличающееся тем, что, с целью повьпиения точности контроля, оно снабжено формирующей оптической системой, расположенной между источником излучения и передающей оптической системой, блоком ре-гистрации, установленным между приемной оптической системой и блоком обработки сигналов, и последовательно расположенными и электрически связанными с блоком обработки сигналов блоком обратной связи, блоком регулировки фильеры вытяжного механизма и блоком перемотки, а блок перемотки выполнен в виде четьфех;бобин, .установленных с возможностью взаимно ортогонального направления эталонной и контролируемой частей волокна. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а (Л ю ГЦ е е с я тем, что блок регистрации выполнен в виде четырех крестообразно расположенных фотоприемников. § Ю