Способ контроля диаметра оптического волокна Советский патент 1992 года по МПК G01B11/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля диаметра оптического волокна в процессе его изготовления.

Известен способ контроля диаметра стекловолокна, заключающийся в том. что, освещая лазерным излучением стекловолокно, по результатам измерения параметров дифракционной картины в дальней зоне определяют диаметр волокна 1. Недостатком данного способа является влияние смещения стекловолокна относительно оптической оси устройства на точность контроля. Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля диаметра оптического волокна, заключающийся в том, что просвечивают лазерным излучением эталонное и контролируемое волокна, располо- женные ортогонально друг другу, формируют дифракционные картины от

этих волокон в дальней зоне и по отклонению положения дифракционных минимумов этих картин судят о диаметре контролируемого полокна 2. Недостатками данного способа являются: низкая точность - из-за зависимости результатов измерения от угловых и поперечных смещений контролируемого волокна, малая производительность контроля - как следствие невозможности контроля в процессе вытяжки волокна.

Целью изобретения является повышение точности и производительности контроля.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу контроля диаметра оптического волокна, который заключается в том, что просвечивают лазерным излучением контролируемое и эталонное волокна, измеряют распределение интенсивности дифракционной картины в дальней зоне с помощью матрицы фотодатчиков и по результатам измерений вычисляют диаметр оптического волокна, располагают контролируемое и эталонное волокна под любым углом друг к другу в разнесенных вдоль направления просвечивания плоскостях, перпендикулярных этому направлению, после просвечивания контролируемого и. эталонного волокон осуществляют соетоделение лазерного пучка на два, производят измерение распределения интенсивности дифракционной картины в дальней зоне во втором пучке с помощью второй матрицы фотодатчиков, которую устанавливают относительно первой (по оптической оси) на расстоянии А Ц сычи гают результаты измерения положения, например, первых минимумов И, (2 для контролируемого волокна, полученные с двух матриц фотодатчиков, аналогично для эталонного волокна з и Ц, определяют диаметр контролируемого волокна по формуле

««- i+ifc-).

а отклонение диаметра контролируемого волокна от диаметра эталонного полокна по формуле

Ad d -d3

0

5

0

5

0

5

0

5

Устройство содержит последовательно расположенные источник когерентного излучения 1, коллиматор 2,3. светоделитель 6, матрицы фотодатчиков 7, 8, блок обработки сигналов 9. Контролируемое волокно 4 и эталонное волокно 5 располагаются между коллиматором 2, 3 и светоделителем 6.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом,

Излучение лазера 1 с длиной волны излучения Я коллимируется коллиматором 2,

3и направляется на контролируемое 4 и эталонное 5 волокна. Контролируемое 4 и эталонное 5 волокна расположены в разнесенных вдоль направления просвечивания плоскостях под любым углом друг к другу. Излучение, -дифрагировавшее на эталонном и контролируемом волокнах, делится светоделителем 6 и направляется на матрицы фотоприемников 7 и 8, сигналы с которых поступают в блок обработки сигналов 9. Расстояние по оптической оси устройства от.объекта измерения 4 до матрицы фотоприемников 8 отличается от расстояния по оптической оси между объектом измерения и матрицей 7 на AL, то есть Li + La L + Д L, где L - расстояние от точки пересечения плоскости, в которой лежит объект 4, с оптической осью устройства (я дальнейшем расстояние от объекта) до матрицы 7, U - расстояние от объекта до точки пересечения светоделителя 6 с оптической осью, - расстояние от точки пересечения светоделителя б с оптической осью до матрицы 8. С матрицы фотоприемников 7 снимаются сигналы полох ения, например, первых минимумов интенсивности дифракционной картины 2li -для контролируемого волокна 4 и - для эталона 5, Соответственно с матрицы 8 снимаются показания 2I2 -для контролируемого волокна

4и 2i4 - для эталона 5. В блоке обработки информации 9 производятся следующие вычисления

2H-2I2

дн

2 13 - 2 U

2

Д12.

50

тогда диаметр контролируемого волокна будет

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля диаметра стекловолокна в процес се его изготовления, Цель изобретения - повышение точности и производительности контроля. Просвечивают лазерным излучением контролируемое и эталонное волокна, измеряют распредлеение интенсивности дифракционной картины в дальней зоне с помощью матрицы фотодатчиков и по результатам измерения вычисляют диаметр оптического волокна, располагают контролируемое и эталонное волокна под любым углом друг к друг в разнесенных вдоль направления просвечивания плоскостях, перпендикулярных этому направлению, после просвечивания контролируемого и эталонного волокна осуществляют светоделение лазерного пучка на два пучка, производят измерение распределения интенсивности дифракционной картины в дальней зоне во втором пучке с помощью второй матрицы фотодатчиков, которую устанавливают относительно первой на расстоянии AL, вычитают результаты измерения положения, например, первых минимумов, IL 2длл контролируемого волокна, полученные с двух матриц фотодатчиков, аналогично для эталонного волокна Ja и Ц, определяют диаметр контролируемого волокна по формуле d А ( 1 4- -v j ) 2 , а отклонение диаметра контролируемого волокна от диаметра эталонного волокна по формуле Ad d -d3 сл С - /«+ -г1Г -У1+ -и- -г d9-диаметр эталонного волокна, А-длина волны излучения лазера, ДН (И - 12). A h (1з - to). 1 с.п. ф-лы , 2 илч xj X Ю О сл

-(-nr

где da - диаметр эталонного волокна, А- длина волны излучения лазера, Д1| | h - I2J. ДЬ-I la-UJ.

На фиг.1 изображено устройство, реализующее предлагаемый способ контроля диаметра оптического волокна.

- n-lJFr.

соответственно отклонение диаметра контролируемого волокна от диаметра эталона Ad d da -

..ifv, , , AL С-Г V, f UL

- 1 ( шг) 1 +(-w) /

где d3 - диаметр эталонного оптического волокна.

Принцип расчета контролируемого диаметра d поясняется сриг.2, где МФП1 и МФП2 - соответственно первая и вторая матрицы фотоприемников, р- угол на, например, первый минимум дифракционной картины. На фиг.2 светоделитель условно не показан, вторая матрица фотоприемников МФП2 условно развернута относительно точки пересечения светоделителя с оптической осью до совпадения оптических осей обоих измерительных каналов. Известно, что

Я sin р тогда

d

sin р -

1

1

f + ф2 +(

из треугольника ABC sin p -

1 -ffAkf 1 +( Л1

соответственно d Я ) 3

последнего выражения видно, что контролируемый диаметр не зависит от расстояния L.

Таким образом, расположение эталонного и контролируемого волокон в разнесенных плоскостях, светоделение дифрагировавшего излучения на два и его прием на две матрицы фотоприемников, сдвинутых на некоторое расстояние друг относительно друга, ведет к повышению точности измерений в силу снижения требований к точности установки эталонного и контролируемого волокон (результат измерений не зависит от L. а лишь от заранее точно заданного Д1), прием сигналов на матрицу фотоприемников позволяет располагать волокна под любым углом друг к другу, измеренные значения АИ и Ate являются результатом из двух измерений каждое; к увеличению производительности контроля, т.к. снижаются вибрационные требования (независимость результатов измерений от положения оптического волокна), т.е. контроль может производиться в процессе вытяжки стекловолокна.

Формула изобретения Способ контроля диаметра оптического волокна, заключающийся в том, что облучают лазерным излучением контролируемое и

эталонное волокна, с помощью фотоматрицы регистрируют распределение интенсивности дифракционной картины в дальней зоне, определяют положение И, г первых минимумов интенсивности дифракционной

картины соответственно от контролируемого и эталонного волокон и определяют диаметр волокна, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности контроля, эталонное и контролируемое волокна располагают под углом друг относительно друга а разнесенных вдоль направления просвечивания плоскостях, перпендикулярных направлению просвечивания, перед регистрацией

распределения интенсивности излучения, прошедшего волокна, с помощью светоделителя формируют второй поток, регистрируют распределение интенсивности дифракционной картины в дальней зоне с

помощью второй фотоматрицы, определяют положение з, Ц первых минимумов интенсивности дифракционной картины соответственно от контролируемого и эталонного волокон, а диаметр d контролируемого волокна и отклонение Ad диаметра контролируемого волокна от диаметра da эталонного волокна, определяют соответственно по формулам

3V

AL

ЛУ1+(-шг

Ad d -t-d3 ,

- 1 1 , / V L/ AL 2

-л 1+(-SF 1+(5ЛГ

где Я-длина волны излучения;

L - расстояние от контролируемого волокна до первой фотоматрицы; t-t - расстояние-от контролируемого волокна до точки пересечения светоделителя с осью потока излучения, прошедшего волокна;

1г - расстояние от точки пересечения светоделителя с осью потока излучения, прошедшего волокна, до второй матрицы; AL Li + L2-L, АИ- IH-tel А 12 I U3 - l4 I

Lf+L2 - L +&L

9и5.2

L 9

PM.f

МФП1 МФП2

&