Способ контроля геометрических размеров оптических волокон Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения геометрических параметров - диаметров и эллиптичности сердцевины и оболочки волоков. Оно может быть использовано в приборостроительной и электронной промышленности при производстве средств оптической связи.

Известны способы определения геометрических параметров волокон методами измерительной микроскопии, когда визуальным или полуавтоматическим путем измеряются координаты границ перехода иммерсионная жидкость - оболочка и оболочка-сердцевина для различных положений волокна. Определение геометрических параметров таким путем требует большого числа измерений, обработка данных является трудоемкой процедурой.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является метод определения геометрических размеров волокон по рефракции света в ближнем поле. В наиболее современной модификации он заключается в формировании изображения освещенного проходящим светом торца волокна, воспроизведении изображения торца на экране монитора и измерении диаметра изображения. Зная передаточную функцию оптоэлектронной системы, вычисляется диаметр волокна. Названный способ не требует измерения численных значений интенсивности измерения, выходящего из торца волокна; для определения диаметра волокна данным способом требуется определение координаты границы изображения на экране.

К недостаткам известного способа относится потеря точности измерений при контроле градиентных оптических волокон, когда диаметр светового пятна в плоскости предмета не совпадает с диаметром волокна. Цел, изобретения - повышение точности измерений.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу контроля геометрических размеров оптических волокон, заключающемуся в формировании изображения торца волокна в плоскости регистрирующей системы, значения интенсивности прошедшего светового потока измеряются в двух произвольно выбранных точках изображения торца волокна, а диаметр оптического волокна вычисляют по формуле:

(Л

С

xj

СП

00

го о

|0

a 2{fCr72-ri2}/(C-1)f5, гдеС Н7(п)/122(Г2).

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, с помощью которой можно осуществить способ: на фиг.2 - функция

Кг).

Реализация предложенного способа может проводиться с помощью самых различных устройств. В пр остейш§м варианте в плоскости изображения установить два неподвижных фотопрйемника на разных (произвольных) расстояниях от центра изображения. Возможно использование одного фотоприемного устройства, допускающего сканирование в плоскости изображения. В качестве фотоприемного устройства может быть использована ПЗС- линейка или ПЗС-матрицз.

Для выбранных оператором на изображении торца световода точек п и п определяются значения интенсивности li(n)n 12{г2). а затем по формуле:

a 2ffCr22-ri2)/(C-1))a5, гдеС 1Пп)/122(г2),

определяется диаметр волокна а.

Физическая сущность предлагаемого способа заключается в следующем. Согласно теоретическим и экспериментальным исследованиям поток энергии PJ излучения j-моды, выходящего из оптического волокна, имеет следующий вид:

Р Jo,5tajl2fixhjЈds,

где aj - амплитуда; j - моды; fi и hj - электрический и магнитный векторы; z - координата, параллельная оси волновода; s - сечение.

Для многомодового режима распространения распределение интенсивности излучения по торцу волокна 1/г можно представив:

Мвкго-тйг 1 - )2)05, о)

гг (0) - Пс

где пс - показатель преломления оболочки; а п(0) - показатель преломления в центре световода. Обозначив Д п(0) -пс для отношения интенсивности при двух значениях радиуса п и п получим:

-2-A(a2+4rffi-(a2-4r3)

35 точность измерений в ситуациях (короткие световоды, нестационарный модовый режим и т.д.), когда значительную долю энергии несут вытекающие моды. Практическое использование.

40 Для оценки работоспособности предложенного способа была проведена серия измерений геометрических параметров многомодового оптического волокна известным способом /3/ и предложенным. Из45 мерения проводились на приборе MSQL фирмы. Optex, 1986.

(2)

1(П) (2а

W) (2э2 - Д(а2 + 4Г2;))2) (а2 - 4г2)

Для реальной ситуации Д 0,001-0,02, поэтому преобразуМюрмулу /2/, получим:

Ы-

а «2

где

(Hl4n)/l24r2V

При каждом измерении установка оптического волокна в приборе, фокусировка оп50 тической системы, выбор уровней интенсивности на изображении торца и расчет геометрических параметров волокна проводились заново. В таблице приведены результаты измерений известным и предлр55 женным способами. Из приведенных данных видно, что предложенный способ (3)позволяет уменьшить погрешность определения волокна с 2,91 до 0,82 мкм и погреш- ность определения диаметра сердцевины с 0,59 до 0,14 мкм.

Погрешность формулы /3/, возникающая из-за пренебрежения членами порядка Д, значительно меньше экспериментальных погрешностей фотометрирования, может в дальнейшем не учитываться.

Таким образом удается получить выражение, непосредственно представляющее радиус волокна через значения интенсивности прошедшего светового потока по крайней мере для двух произвольно выбранных оператором расстояний от центра изображения волокна в плоскости фотометрирования. Полученные результаты позволяют принципиально улучшить используемую в

настоящее время методику измерения размеров волокон. Существовавший в известном способе произвол в выборе оператором уровня интенсивности для дальнейшего определения радиуса волокна приводил к тому, что на практике измерялся не радиус волокна, а радиус светового пятна для некоторого уровня интенсивности прошедшего излучения. Отличие диаметра светового пятна от действительных размеров световода быстро увеличивается с уменьшением диаметра световодной. жилы и для одномодовых световодов может составить до сотни процентов.

Предложенный способ позволяет таким

образом существенно увеличить точность измерения геометрических размеров световодов, что было практически недостижимо известным способом. Кроме того, для мно- гомодовых световодов удается увеличить

точность измерений в ситуациях (короткие световоды, нестационарный модовый режим и т.д.), когда значительную долю энергии несут вытекающие моды. Практическое использование.

Для оценки работоспособности предложенного способа была проведена серия измерений геометрических параметров многомодового оптического волокна известным способом /3/ и предложенным. Измерения проводились на приборе MSQL фирмы. Optex, 1986.

Формула изобретения Способ контроля геометрических размеров оптических волокон, заключающийся в формировании изображения торца волокна в плоскости регистрирующей системы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения диаметра волокна, измеряются значения интенсивности прошедшего светового потока в двух произвольно выбранных точках изображения торца волокна, а диаметр оптического волокна вычисляют по формуле

((Сг22-г12)/(С-1)0 5; где С(п)/122(г2).

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности измерений. Способ заключается в измерении интенсивности прошедшего световод излучения в двух точках, расположенных на различном расстоянии от оси волокна, и определении параметров волокна по измеренной интенсивности. 2 ил. 1 табл.

б

2,91

0,82

D и d - средние диаметры оболочки и сердцевины соответственно;G - средняя квадратичная погрешность .

0.5D

0,1

0 H,V2Q

Ш1 ,