Способ резки оптических волокон Советский патент 1992 года по МПК C03B37/16 

Изобретение относится к способам резки стеклянных волокон, в частности к способам электроискровой резки оптических волокон, применяемых для изготовления световодов.

Известен механический способ резки оптических волокон, по которому механическим режущим инструментом наносят насечку на волокно поперек его длины и затем растягивают волокна в продольном направлении.

Его основными недостатками являются трудоемкость, длительность резки, образование стеклянной крошки, пыли, износ режущего абразивного инструмента и плохое качество получаемого торца.

Известен также способ резки оптических волокон путем нагрева места обреза в пламени горелки до размягчения стекла с

дополнительным нагревом противоположного конца оболочки волокна и с последующим разделением торцов с их оплавлением.

Недостатком данного,способа является плохое качество получаемых торцов в результате их частичного оплавления и малая перпендикулярность этих торцов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является электроискровой способ резки оптических волокон путем воздействия на него искровым электрическим разрядом, формируемым с помощью источников, размещенных с противоположных сторон волокна перпендикулярно его оси, и приложения растягивающего или изгибающего осевого усилия в области предполагаемого разреза.

Недостатком данного способа является малый диаметр разрезаемых волокон, не

VI

ю

ON

4 О CJ

превышающий 80 мкм. Объясняется это тем, что электрическая искра не проходит через волокно, а огибает его, причем преимущественно с одной его стороны. В результате электроискровой надрез (насечка) волокна поперек его длины осуществляется также с одной стороны. Кроме того, при резке волокна большего диаметра повышение растягивающего усилия увеличивает вероятность развития излома по поперечному сечению волокна не строго перпендикулярно его оси, то есть ухудшается перпендикулярность получаемого торца волокна. Кроме того, одновременно ухудшаются шероховатость и плоскостность получаемого торца.

Цель изобретения - повышение качества торца при резке волокон диаметром до 0.9 мм.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу резки оптических волокон путем воздействия на него искровым электрическим разрядом, формируемым с помощью источников, размещенных с противоположных сторон волокна перпен- дикулярноего оси, и приложения растягивающего или изгибающего осевого усилия, одновременно с первым формируют дополнительный искровой разряд, лежащий в одной плоскости с первым, при этом расстояние между источниками, размещенными по одну сторону от волокна, устанавливают равным половине диаметра разрезаемого волокна, а перед .формированием разрядов воздушное пространство в зоне резки ионизируют,

Особенность предлагаемого способа заключается в том, что электроискровые надрезы (насечки) образуются одновременно с двух противоположных сторон боковой поверхности волокна. Именно по этим насечкам в дальнейшем, при создании растягивающего или изгибающего осевого усилия, происходит разрыв или соответственно надлом волокна, При этом при фиксированной величине создаваемого усилия разрыва разрываются более толстые по сравнению с известным способом волокна. Атак как формируемые в предлагаемом способе электроискровые разрезы расположены о одной плоскости, перпендикулярной оси волокна, формируемая в процессе растяжения или изгибания волокна по указанной плоскости линия разлома также перпендикулярна оси волокна, что значительно улучшает перпендикулярность получаемого торца волокна и такие его характеристики, как шероховатость и плоскостность. Кроме того, за счет дополни- тельной ионизации воздушного пространства в зоне резки существенно

увеличивается энергия электрического разряда между источниками, что приводит к увеличению глубины формируемых надрезов, т.е. к увеличению максимального ди аметра волокна, которое можно резать при одном и том же усилии растяжения или изгиба.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующего предложенный

0 способ; на фиг. 2 - структурная схема устройства резки одножильного оптического волокна в процессе его вытяжки из расплава.

Схема устройства резки содержит

5 (фиг.1) импульсный источник 1 высокого напряжения; источник 2 постоянного высокого напряжения; электроды 3, 4 с остриями 3, 3 и 4, 4 соответственно; разрезаемое волокно 5; области 6 дополнительной ионизации воздушного пространства между

0 электродами в зоне резки волокна.

Кроме того, устройство содержит (фиг,2) бак 7 с расплавленной стеклянной массой; фильеру 8, вытягивающие в направлении оси X оптическое волокно 5 валки 9, изоли5 рующие держатели 10 электродов 3 и 4, перемещаемый в направлении Y валок 11, создающий напряжение изгиба.

Предлагаемый способ осуществляют следующей совокупностью операций.

0Ионизируют воздушное пространство в

зоне резки. Одним из возможных методов создания повышенной концентрации свободных ионов в указанной зоне может быть метод ионизации с помощью постоянного

5 электрического поля большой напряженности, Причем концентрация ионов не постоянна во всем воздушном объеме, окружающем место разреза, Две линии максимальной концентрации ионов разнесены

0 на расстояние 2d, равное половине диаметра разрезаемого волокна. Ориентированы эти линии перпендикулярно оси волокна и лежат в одной плоскости, также перпендикулярной указанной оси. При этом создают

5 такую концентрацию свободных ионов в указанной области, при которой еще не происходит электрического пробоя воздуха.

Одновременно формируют два искровых разряда, лежащих в одной плоскости и

0 распространяющихся по указанным линиям максимальной концентрации ионов, т.е. искровые каналы обоих разрядов лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси волокна, и разнесены друг от друга на рас5 стояние половины диаметра разрезаемого волокна.

Разрезаемое волокно размещают симметрично между осями искровых каналов. Вследствие этого две электрические искры;

распространяются одновременно по обе стороны от осевой линии волокна. При этом вследствие термодинамического удара на поверхности волокна образовываются два электроискровых надреза,

Прикладывают растягивающее или изгибающее осевое усилие к волокну в области предполагаемого разреза. При этом волокно разламывается по линии, проходящей через два сформированных в результа- те предыдущей операции электроискровых разреза.

Устройство, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.

Электроды 3 и 4 (см.фиг.1) установлены симметрично по обе стороны от волокна 5. Каждый из электродов имеет по два острия (соответственно 3, 4, 41), установленных на общих основаниях 3 и 4. Острия каждого электрода разнесены друг от друга на рас- стояние 2с1, которое равно половине диаметра разрезаемого волокна. Причем соответствующие острия каждого электрода расположены симметрично относительно линии, проходящей через центр сечения волокна 5.

На электроды 3 и 4 подается постоянное напряжение от источника 2 постоянного высокого напряжения. Величина его такова, что при существующем расстоянии между остриями 3-4 (или ) электродов 3 и 4 не происходит пробой указанного воздушного промежутка, т.е. электрическая искра не проскакивает между электродами 3 и 4. Однако вследствие выбранной формы ос- трий обоих электродов между их парами 3 -4 и создаются постоянные электрические поля достаточно высокой напряженности, чтобы сформировать области б с повышенными концентрациями свободных ионов воздуха.

При поступлении с импульсного источника 1 высокого напряжения на электроды 3 и 4 высоковольтного импульса, величина которого превышает напряжение пробоя воздушного промежутка 3-4 (), между парами острий 3 -4 и одновременно начинаются электрические пробои. Эти пробои распространяются по путям наименьшего электрического сопротивления, т.е. вдоль областей 6 с повышенной концентрацией ионов, и формируют надрезы на боковых поверхностях волокна 5. После начала электрического пробоя, инициированного импульсным источником 1, он поддерживается за счет энергии источника 2 уже после выключения источника 1, т.е. высоковольтный импульс источника 1 играет роль лишь стартового импульса, запускающего электрический разряд между

электродами. По мере протекания электрического тока между электродами 3-4 при электрическом пробое воздушных промежутков 3-4 и 3 -4 разряжаются накопительные конденсаторы источника 2, падает напряжение между электродами и электрический разряд между ними прекращается. Однако за счет создания повышенной концентрации свободных ионов электрический пробой прекращается между электродами позднее, чем при отсутствии дополнительной ионизации воздушного пространства в области разреза, а ток электрического пробоя при этом увеличивается, т.е. увеличивается энергия электрической искры в промежутках3 -4 и 3 -4 между электродами

3и 4. Это приводит к увеличению глубины формируемых на боковых поверхностях волокна электроискровых надрезов, т.е. к увеличению диаметра разрезаемых волокон до 0,9 мм. Кроме того, если подавать стартовые импульсы источника 1 высокого напряжения не один раз за период одной резки волокна, а многократно с определенной частотой и длительностью этих импульсов, можно управлять с высокой точностью вели. чиной тока и длительностью электрических пробоев между электродами 3 и 4, постоянно подключенными к источнику 2 постоянного напряжения. Это приводит к улучшению таких параметров формируемого в результате резки торца волокна, как шероховатость и плоскостность, а также к улучшению воспроизводимости получаемых результатов.

На фиг. 2 показан вариант использования описанного на фиг. 1 устройства для резки одножильного волокна в процессе его вытяжки из расплава. Волокно 5 вытягивается валками 9 через фильеру 2 из бака 1 с расплавом в направлении оси X, совпадающей с осевой линией волокна. Электроды 3,

4установлены на изолирующих держателях 10 перпендикулярно оси волокна 5. После формирования электроискровых надрезов в заданном месте перемещающимся в направлении оси Y валком 11 создается напряжение изгиба волокна, под действием которого осуществляется точное разделение волокна в месте формирования электроискровых надрезов.

Формула изобретения Способ резки оптических волокон путем воздействия на него искровым электрическим разрядом, формируемым с помощью источников, размещенных с противоположных сторон волокна перпендикулярно его оси, и приложения растягивающего или изгибающего осевого усилия, отличающийся тем, что, с целью повышения качества

торца при резке волокон диаметром до 0,9 мм, одновременно с первым формируют дополнительный искровой разряд, лежащий в одной плоскости с первым, при этом расстояние между источниками, размещенными

по одну сторону от волокна, устанавливают равным половине диаметра разрезаемого волокна, а перед формированием разрядов воздушное пространство в зоне резки ионизируют.

Использование: изготовление волоконно-оптических линий связи. Сущность: на оптическое волокно воздействуют искровыми электрическими разрядами. Разряды формируют с помощью источников. Источники размещают с противоположных сторон волокна в одной плоскости перпендикулярно его оси. Расстояние между источниками, размещенными по одну сторону от волокна, устанавливают равным половине диаметра разрезаемого волокна. Перед формированием разрядов воздушное пространство в зоне резки ионизируют. После нанесения реза к волокну прикладывают растягивающее или изгибающее осевое усилие. 2 ил.

мущ

фиг.

to