Способ контроля диаметра одножильных световодов Советский патент 1992 года по МПК G01B11/10 

сл

с

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и предназначено для измерения диаметра прозрачных оптических волокон и многогранных световодов, одно- и двухоболочечной структурой в режиме вытяжки. Целью изобретения является повышение точности контроля за счет компенсации температурного расширения материала вытягиваемого световода. Из пучка когерентного излучения выделяют две пары максимумов одноименных порядков и освещают ими соответственно контролируемый и эталонный световоды. Определяют температуру контролируемого световода и осуществляют нагрев эталонного световода до температуры контролируемого световода. Непрерывно изменяя фазы дифрагированных волн в пучках, регистрируют распределение интенсивности в виде движущихся интерференционных полос от обоих световодов. Определяют относительную разность фаз фотоэлектрических сигналов и по ней судят о соответствии контролируемого световода эталонному. 1 ил.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и предназначено для измерения диаметра прозрачных оптических волокон и одножильных световодов с одно- и двухоболочечной структурой в режиме вытяжки.

Наиболее близким техническим решением является способ контроля диаметра волокон и одножильных световодов, заключающийся в том, что расщепляют когерентный пучок на ряд дифракционных максимумов, выделяют две пары максимумов одноименных порядков, освещают соответственно первой парой пучков контролируемый световод, второй парой- эталонный световод, непрерывно изменяют фазы дифрагированных волн в пучках, регистрируют распределение интенсивности излучения в виде движущихся интерференционных полос от обоих световодов, вычисляют погрешность изготовления контролируемого световода по относительной разности фаз фотоэлектрических сигналов.

К недостатку способа следует отнести наличие ошибки измерения, вызванной различной температурой эталонного и контролируемого световодов в процессе технологической вытяжки последнего из расплава стекла. В реальных условиях производства эта разница достигает несколько сот градусов и разница в диаметрах становится существенной из-за температурного расширения вытягиваемого световода. Например, при диаметре световода 900 мкм и разности температур около 300°, ошибка измерения составит около 2 мкм. Для различных типов технологических установок и марок стекол температурные условия вытяжки существенно отличаются друг от друXI о- ю

о

га, что приводит к различным ошибкам измерения.

Цель изобретения - повышение точности контроля диаметра одножильных световодов.

Это достигается тем, что в способе, заключающемся в том, что расщепляют пучок когерентного излучения на ряд дифракционных максимумов, выделяют две пары дифракционных максимумов одноименных порядков и формируют из них две пары пучков, освещают соответственно, первой парой пучков контролируемый световод, а второй - эталонный световод, непрерывно изменяют фазы дифрагированных волн в пучках, регистрируют распределения интенсивности излучения в интерференционных картинах от контролируемого и эталонного световодов и определяют относительную разность фаз фотоэлектрических сигналов от зарегистрированных распределений интенсивности, по величине которой судят о соответствии диаметра контролируемого световода эталонному, перед регистрацией распределения интенсивности определяют температуру контролируемого световода и нагревают эталонный световод до температуры контролируемого.

Основная особенность состоит в том, что за счет новых операций удается существенно уменьшить ошибки измерения из-за температурного расширения вытягиваемого световода, что способствует повышению точности контроля.

На чертеже представлена принципиальная схема устройства для осуществления предлагаемого способа контроля диаметра одножильных световодов.

Устройство содержит лазер 1, коллиматор 2, радиальный растр 3, светоделитель 4, зеркало 5, клин 6, первый 7, второй 8 и третий 9 фотоприемники, первый 10 и второй 11 усилители, схему 12 сравнения, усилитель 13 тока, четвертый 14, пятый 15 и шестой 16 фотоприемники, при этом ОСэ и ОСк - соответственно эталонный к контролируемый оптические световоды; -1й, +1й и Ой - порядки дифракции; Т1 и Т2 - тепловые потоки соответственно от контролируемого и эталонного световодов.

Способ осуществляют следующей совокупностью операций

Когерентный коллимированный пучок расщепляют на дифракционные порядки Ой, -1й и + 1й. Дополнительно Ой порядок расщепляют еще на два пучка Ои и Ой. После этого формируют две пары пучков: -1й, Ой и +1й, Ой, использующихся для освещения контролируемого и эталонного световодов. Непрерывно и синхронно изменяют фазу дифрагированных волн в пучках каждой пары. За световодами формируют две интерференционные картины.

За счет изменения фазы в пучках интер- ференционные полосы в обеих картинах перемещаются с частотой, пропорциональной частоте изменения фазы и регистрируются в плоскости анализа. Период полос функционально связан с диаметром световода. 0 Контролируемый световод, вытягиваемый из расплава стекла, имеет высокую температуру в измерительной зоне, которую регистрируют, например, фотоэлектрическим способом. Одновременно нагревают эталон- 5 ный световод, например, с помощью электрогрелки до температуры контролируемого с синхронной регистрацией его температуры. После этого вычисляют погрешность изготовления световода по относительной разности 0 фаз фотоэлектрических сигналов.

Способ реализован следующим образом.

Луч от лазера 1 преобразуют в параллельный пучок посредством коллиматора 2 5 и направляют на вращающийся радиальный растр 3. Монопучок дифрагирует на растре с образованием ряда дифракционных максимумов, изменение фазы световой волны в которых пропорционально скорости 0 вращения растра, От радиального растра формируются две пары пучков. Первая - Ой. -1й пучками, прошедшими светоделитель 4 и клин 6. Вторая - Ой, +1 и пучками, отраженными от светоделителя 4 и зеркала 5. 5 Первая пара пересекается в районе контролируемого световода ОСк с формированием первой интерференционной картины, регистрируемой первым 7 и вторым 8 фотоприемниками. Третий фотоприемник 9 реги- 0 стрирует тепловой поток Т1 от ОСк и нагружен на усилитель 11. Вторая пара пучков пересекается в районе эталонного световода с формированием второй интерференционной картины, регистрируемой пятым 5 15 и шестым 16 фотоприемниками. Четвертый 14 фотоприемник регистрирует тепловой поток Т2 от ОСэ и нагружен на усилитель 10. ОСэ выполнен в виде капилляра, в канал которого введен вольфрамовый проводник, 0 соединенный с усилителем 13 тока.

Оба усилителя 10 и 11 связаны со схемой 12 сравнения, выделяющий разностный сигнал на усилитель 13 тока. Указанные связи и элементы поддерживают температуру 5 эталонного световода, приблизительно равную температуре ОСк. При вращении радиального растра 3 достигается абсолютная синхронизация в оптических и электрических сигналах. Изменение размера ОСк приводит к изменению периода интерференционного сигнала в обратно пропорциональной зависимости, а возникающая разность фаз при сравнении с периодом интерференционного сигнала от ОСэ будет пропорциональна погрешности изготовле- ния ОСк.

Реализация способа осуществлялась на установке автоматического управления формообразованием волоконно-оптических элементов (ДБТ 3253.00.00.000 ТО Институт электроники АН БССР) по оптической схеме фиг.1. В устройство входили: лазер ЛГН- 302, коллиматор 6Х, радиальный растр диаметром 80 мм с шагом штрихов 10 мкм, полупрозрачный светоделитель, оптиче- ский клин, фотоприемники ФД-256 и блок электроники на базе ППЭВМ ЕС 1840,

Таким образом за счет исключения ошибок измерения, путем компенсации значительной разности температур эталон- ного и контролируемого световодов повышена точность контроля и процент выхода годных приборов.

Способ контроля диаметра световодов может найти широкое применение в произ- водстве волоконно-оптических элементов, преимущественно в системах управления технологическими процессами вытяжки волокон и одножильных световодов.

Формула изобретения

Способ контроля диаметра одножильных световодов, заключающийся в том, что расщепляют пучок когерентного излучения на ряд дифракционных максимумов, выделяют две пары дифракционных максимумов одноименного порядка и формируют из них две пары пучков, освещают соответственно, первой парой пучков контролируемый световод, а второй парой - эталонный световод, непрерывно изменяют фазы дифрагированных волн в пучках, регистрируют распределение интенсивности излучения в интерференционных картинах от контролируемого и эталонного световодов и определяют относительную разность фаз фотоэлектрических сигналов от зарегистрированных распределений интенсивности, по величине которой судят о соответствии диаметра контролируемого световода эталонному, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля в процессе вытяжки световода из расплава, перед регистрацией распределения интенсивности определяют температуру контролируемого световода и нагревают эталонный световод до температуры контролируемого.