Устройство контроля диаметра световодов и оптических волокон Советский патент 1992 года по МПК G01B11/10 

tis to Уг

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

Наиболее близким техническим решением является устройство для контроля световодов и оптических волокон,содержащее лазер и расположенные по ходу излучения коллиматор и радиальный растр, оптический клин, установленный по ходу пучка, соответствующего одноименному из дифракционных максимумов, зеркало, установленное по ходу пучка, соответствующего другому одноименному дифракционному максимуму, светоделитель со светодели- тольной гранью, размещенный по ходу пучка, соответствующего нулевому порядку дифракции и ориентированного так, что нормаль к его светоделительной грани составляет угол 45° к направлению излучения, эталонный световод, размещенный в месте перемещения пучков, отраженных от светоделителя и зеркала и две пары фотоприемников, установленных по ходу излучения первая за контролируемым световодом, вторая - за эталонным световодом.

К недостатком устройства следует отнести влияние на результат контроля погрешностей изготовления растра, в частности, неплсокостности поверхностей стеклянного диска (клин), или, что то же. неравномерности толщины стекла диска, на который нанесена растровая аорож.а. При освещении коллимированным пучком последнее приводит к возникновению паразитной интерференции, аналогичной, как в тонкой клинообразной пластине.

Целью изобретения является повышение точности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что устройство, содержащее лазер и расположенный по ходу излучения радиальный растр с дорожкой штрихов, установленный по ходу пучка, соответствующего одному из дифракционных максимумов радиального растра, оптический клин, установленный по ходу пучка, соответствующего другому одноименному дифракционному максимуму, зеркала, эталонной световод, держатель контролируемого световода, светоделитель, первую пару фотоприемников, размещенную по ходу излучения за держателем контролируемого световода, и вторую пару Фотоприемников, размещенную по ходу излучения за эталонным световодом, дополнительно снабжено первой и второй фокусирующими линзами, установленными между лазером и радиальным растром с диаметром противоположных сторон относительно дорожки штрихов на фокусном расстоянии от поверхности растра, вторым и третьим зеркалами, вторым оптическим клином и третьей парой фотоприемников, светоделитель установлен между лазером и первой фокусирующей линзой, второе зеркало размещено по ходу отраженного от светоделителя пучка перед второй фокусирующей линзой, третье зеркало и второй

0 оптический клин установлены по оптической оси второй фокусирующей линзы за радиальным растром в направлениях, соответствующих одноименным порядкам дифракции, эталонный световод расположен в

5 месте пересечения пучков, отраженных от первого и третьего зеркал, держатель световода ориентирован так, что его ось проходит через точки пересечения пучков от первого клина и нулевого порядка дифракции и пуч0 ков от второго клина и нулевого порядка дифракции, а третья пара фотоприемников установлена по ходу излучения за держателем KOI тролируемого световода в месте пересечения пучков от второго клина и

5 нулевого порядка дифракции.

На чертеже изображено устройство контроля диаметра световодов и оптических волокон.

Устройство содержит оптически связан0 ные лазер 1, светоделитель 2, первую фокусирующую линзу 3, радиальный растр 4, в одноименных порядках которого размешены первое зеркало 5 и первый оптический клин 6. В отраженном от светоделителя 2

Г пучке последовательно размещены: второе зеркало 7 под углом 45° к пучку, вторая фокусирующая линз 8 также на фокусном расстоянии от радиального растра 4, за которым на пути одноименных порядков раз0 мещены третье зеркало 9 п второй оптический клин Ю. Первая пара 11 и 12 фотоприемникое размещена за световодом ОСк в плоскости изображения интерференционной картины ИКт, вторая пара 13 и 14

5 фотоприемников - за эталонным световодом ОСЭ в плоскости изображения , и третья пара 15 и 16 фотоприемников - за контролируемым ОСк на втором участке в плоскости изображения интерференцион0 ной картины I/1K2,

Устройство работает следующим образом.

С помощью осветительной системы, состоящей из лазера 1, светоделителя 2, вто5 рого зеркала 7 и двух фокусирующих линз 3 и 8, обеспечивается освещение растра 4 на двух диаметрально противоположных участках сходящимися пучками. На растре 4 падающие пучки дифрагируют с образованием ряда порядков. На обоих участках растра для образования интерференционных картин 1/lKi, ИК.2 и ИКз используются 0-й и два первых порядка дифракции. Первый контрольный канал образуется парой пучков 01-ого и +11-ого порядков дифракции. + 11-й порядок корректируется по направлению первым оптическим клином 6 и под углом «сходится с 01-ым порядком на контролируемом объекте ОСк с образованием интерференционной картины HKi. Последняя считывается первой парой фотоприемников 11 и 12.

Второй контрольный канал образуется другой парой пучков 0/-ого И +1 -ого порядков дифракции, +1 -и порядок корректируется по направлению вторым оптическим клином 10 и под углом сходится с 0 -ым порядком на втором участке контролируемого объекта ОС с образованием интерфе- ренционной картины ИК2, которая считывается третьей парой фотоприемников 15 и 16. Второй участок на ОСк отстоит от первого на расстоянии L HKV2/Vi, (1) где Нк - шаг интерференционных полос от ОСк. V2 - скорость перемещения объекта ОСк, Vi - скорость перемещения интерференционных полос.

-1 -и горядок дифракции на первом участке падает на первое зеркало 5 и корректируется в напрзегении эталонного объекта ОС, -1-й порядок дифракции на втором участке падает на третье зеркало 9 и корректируется также Б направлении эталонного объекта ОСэ под углом у к пучку - 1-ого порядка. Указанные пучки интерферируют с образованием эталонной интерференционной картины ИКЭ. Последняя считывается второй парой фотоприемников 13 и 14.

Все три ИК приводятся в движение за счет вращения радиального растра 4, поэтому скорости их перемещения одинаковы. Изначально должно выполняться условие, что а ft у, а фотоприемники разносятся в пространстве на величину шага (или несколько шагов m Нэ) эталонной ИК, при этом соблюдается условие . Изменение радиуса R контролируемого ОСК приведет к изменению шага Н интерференционной полосы. Поэтому нарушится и фотоприемники 11. 12 и 15,

16 зафиксируют приращение фазы по отношению к Нэ. которому присвоено значение 360°.

С учетом того, что ± 360°(НЭ- -Н,)/Нк окончательно получаем

().

360°

Например, на первом участке Ду +1° и при Гэ 500мкм, ,39 мкм, а на втором

Ду -1° и тогда ,61 мкм в прототипе

размер усреднился бы для этих двух участков, т.е.Гк.ср (гк + г) мкм.

В предлагаемом устройстве за счет соблюдения условия (1) длительность фотоим- пульса (пропорционального Нк)

определяется по началу интерференционной полосы на первом участке и концу интерференционной полосы на втором участке.

Для реализации устройства применялись лазер Л ГН-302, радиальный растр диаметром 80 мм и шагом штрихов 10 мкм, светоделительный кубик 10X10X10 мм с приблизительно равным коэффициентом пропускания и отражения, оптические

клинья с углом преломления пучков, равным углу дифракции первого порядка, зеркала с внешним отражающим покрытием, фокусирующие линзы с фокусным расстоянием fw 80 мм и фотоприемники типа ФД-256.

Последние были подключены к усилителям, выполненным на микросхемах серии К157УД2 со стандартным включением.

Таким образом, при фокусировании оптического излучения на растр в несколько

раз снижается контрастность паразитных интерференционных полос, которые практически не воспринимаются фотоприемниками. При этом существенно повышается отношение сигнал/шум рабочего интерференционного сигнала, а погрешности измерения уменьшились на 7-8%. Организация второго измерительного канала с соблюдением изложенного выше условия обеспечила сокращение базы измерения (участка

объекта, на котором усредняется результат измерения) в несколько раз. что также повысило точность и достоверность контроля.

Устройство контроля диаметра световодов и оптических волокон может найти широкое применение в производстве волоконно-оптических элементов, преимущественно в системах управления технологическими процессами их вытяжки.

Формула изобретен и я

Устройство контроля диаметра световодов и оптических волокон, содержащее лазер и расположенный по ходу излучения радиальный растр с дорожкой штрихов, установленный по ходу пучка, соответствующего одному из дифракционных максимумов радиального растра, оптический клин, установленное по ходу пучка, соответствующего другому одноименному дифракционному максимуму, зеркало, эталонный световод, держатель контролируемого световода, светоделитель, первую пару фотоприемников, размещенную по ходу излучения за держателем контролируемого световода, и вторую пару фотоприемников, размещенную по ходу излучения за эталонным световодом, отличающее с я тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено первой и второй фокусирующими линзами, установленными между лазером и радиальным растром с диаметрально противоположных сторон относительно дорожки штрихов на фокусном расстоянии от поверхности растра, вторым и третьим зеркалами, вторым оптическим клином и третьей парой фото- приемников, светоделитель установлен между лазером и первой фокусирующей линзой, второе-зеркало размещено по ходу

отраженного от светоделителя пучка перед второй фокусирующей линзой, третье зеркало и второй оптический клин установлены на оптической оси второй фокусирующей

линзы за радиальным растром в направлениях соответственно одноименных порядков дифракции растра, эталонный световод расположен в месте пересечения пучков, отраженных от первого и третьего зеркал, держатель контролируемого световода ориентирован так, что его ось проходит через точки пересечения пучков от первого клина и нулевого порядка дифракции и пучков от второго клина и нулевого порядка

дифракции, а третья пара фотоприемников установлена по ходу излучения за держателем контролируемого световода в месте пересечения пучков от второго клина и нулевого порядка дифракции.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и предназначено для измерения диаметра прозрачных химических волокон и одножильных световодов. Целью изобретения является повышение точности контроля. С помощью осветительной системы, состоящей из лазера 1, светоделителя 2, второго зеркала 7 и двух фокусирующих линз 3 и 8, обеспечивается освещение растра 4 на двух диаметрально противоположных участках сходящимися пучками. На растре 4 падающие пучки дифрагируют с образованием ряда порядков На обоих участках растра для образования интерференционных картин ИКь ИК2 и ИКз используются 0-й и два первых порядка дифракции. Все три 1/IK приводятся в движение за счет вращения радиального растра 4, поэтому скорости их перемещения одинаковы. Изначально должно выполняться условие, что у . а фотоприемники разносятся в пространстве на величину шага (или несколько шагов m Нэ) эталонной ИК при этом соблюдается условие . Изменение радиуса гк контролируемого ОСк приведет к изменению шага Нк интерференционной полосы. Поэтому нарушится условие и фотоприемники 11, 12 и 15,16 зафиксируют приращение фазы отношению к Нэ, что позволяет определить диаметр контролируемого световода. 1 ил. J /4 Л