CN1457424A - 光纤的拉丝张力测定方法 - Google Patents

Abstract

一种光纤的拉丝张力测定方法，在光纤的拉丝时测定该光纤的振动，根据该振动波形的频谱分量中包含的峰值振动数来决定所述光纤的基本振动数，将该基本振动数换算成所述光纤的拉丝中的张力，其中，该方法从所述频谱分量中包含的多个峰值振动数中，将包含使振动数0和第1峰值振动数的间隔、第1峰值振动数和第2峰值振动数的间隔、…、第n－1峰值振动数和第n峰值振动数(n是自然数)的间隔相等的至少两个峰值振动数的峰值振动数组作为谐振列组来确定所述光纤的基本振动数的决定；并根据确定的该谐振列组中包含的各峰值振动数来决定所述光纤的基本振动数。

Description

光纤的拉丝张力测定方法

技术领域

本发明涉及光纤的制造方法，具体地说，涉及用于正确并且稳定地测定光纤拉丝中的张力的方法。

背景技术

一般地，在制造光纤时，从下端加热熔融光纤基材后将该熔融变形部延伸成线状。此外，用热固化型树脂或紫外线固化型树脂等来覆盖加热延伸之后获得的光纤表面。在这样的加热延伸方式中，一般将制造光纤称为‘拉丝’。

在将光纤基材进行拉丝来获得光纤的情况下，如果不管理拉丝时的张力，则在光纤的传输特性、特别是传输损失上出现纵向方向的变化，所以需要进行管理，以便拉丝时的张力达到所需的值。具体地说，需要测定并控制光纤拉丝时的张力。

在测定光纤的张力的情况下，如果使用接触式的测定器，则对光纤造成损伤，所以一般使用非接触式的测定器来测定光纤的张力。

这里，说明光纤的拉丝张力测定方法。就光纤的拉丝张力的测定而言，一般的方法是利用拉丝时的光纤的振动。

该方法如下：在从测定的振动波形的频谱峰值中求出基本振动数f后，将该基本振动数代入下述公式(1)来求目标张力T。

公式(1)

T＝(2·L·f)²·ρ·α

上述公式(1)中，L是光纤基材和在光纤上形成第1覆盖层时的涂敷模具(第1涂敷模具)之间的距离。而ρ是线密度，α是校正系数。

另一方面，为了用上述公式(1)来测定张力T，需要求基本振动数f。作为现有的方法，已知如(日本)特开昭62-137531号公报所披露的方法，将振动波形进行傅立叶变换，由该振动数分量来决定基本振动数。

但是，在特开昭62-137531号公报所披露的方法中，在出现基本振荡数以外的频谱峰值的情况下，难以进行基本振动数的认定。实际上，由于出现基本振荡数的整数倍振动的峰值、以及与基本振荡数的整数倍不对应的峰值，所以必须除去这些峰值的影响。

因此，有如美国专利5079433号公报披露的方法，即从频谱峰值中寻找基本振动和2倍振动的关系。

此外，有如(日本)特开平10-316446号公报披露的方法等，即在进行初次的峰值振动数检索时，例如在预测的振动数范围内进行包含目标值附近的峰值振动数的检索，在将峰值振动数检索的中心值移动到上次检测的峰值振动数的状态下，进行下次之后的峰值振动数检索。

但是，美国专利5079433号公报和特开平10-316446号公报披露的技术在噪声是光纤的基本振动数或接近其整数倍的振动数的情况下，以及在峰值检索范围内有噪声峰值的情况下，有进行基本振动数的错误测定的危险。

因此，在以往方法中，无论噪声的发生状况如何，都是通过正确地识别光纤的基本振动数，来求出正确地测定光纤的拉丝张力的方式。

发明内容

本发明提供一种光纤的拉丝张力测定方法，在光纤拉丝时测定该光纤的振动，对该振动波形进行振动数解析来求出频谱分量，根据该频谱分量中包含的峰值振动数来决定所述光纤的基本振动数，将该基本振动数换算成所述光纤拉丝中的张力，其特征在于，该方法包括以下步骤：

从所述频谱分量中包含的多个峰值振动数中，将包含使振动数0和第1峰值振动数的间隔、第1峰值振动数和第2峰值振动数的间隔、…、第n-1峰值振动数和第n峰值振动数(n是自然数)的间隔相等的至少两个峰值振动数的峰值振动数组作为谐振列组来确定所述光纤的基本振动数的决定；以及

根据确定的该谐振列组中包含的各峰值振动数来决定所述光纤的基本振动数。

附图说明

本发明的上述及其他特征和优点，根据添加附图及下述论述将变得明显。

图1是表示应用本发明的一实施形态的光纤的拉丝张力测定方法的一例光纤拉丝装置的示意说明图。

图2是例示本发明一实施形态的求出光纤的拉丝张力时的各步骤的流程图。

图3是例示一例光纤的振动波形的波形图。

图4是表示对图3的波形图进行频谱解析所得的结果的波形图。

图5是在计算图4的波形图所示的频谱分量的自相关后，表示平滑后的结果的波形图。

具体实施方式

根据本发明，提供下述方法：

(1)一种光纤的拉丝张力测定方法，在光纤拉丝时测定该光纤的振动，对该振动波形进行振动数解析来求出频谱分量，根据该频谱分量中包含的峰值振动数来决定所述光纤的基本振动数，将该基本振动数换算成所述光纤拉丝中的张力，其特征在于，该方法包括以下步骤：

从所述频谱分量中包含的多个峰值振动数中，将包含使振动数0和第1峰值振动数的间隔、第1峰值振动数和第2峰值振动数的间隔、…、第n-1峰值振动数和第n峰值振动数(n是自然数)的间隔相等的至少两个峰值振动数的峰值振动数组作为谐振列组来确定所述光纤的基本振动数的决定；以及

根据确定的该谐振列组中包含的各峰值振动数来决定所述光纤的基本振动数。

(2)如(1)所述的光纤的拉丝张力测定方法，其特征在于，在确定所述谐振列组时，计算所述频谱分量的自相关并增强具有等间隔的谐振列关系的峰值振动数。

(3)如(2)所述的光纤的拉丝张力测定方法，其特征在于，在计算所述频谱分量的自相关并增强具有等间隔的谐振列关系的峰值振动数时，对自相关计算后的数据进行平滑。

本发明人鉴于上述各点深入研究的结果，得到以下的见识。即：

在根据光纤的振动波形的频谱分量中包含的峰值振动数来决定所述光纤的基本振动数时，首先根据所述频谱分量中包含的多个峰值振动数，通过将包含使振动数0和第1峰值振动数的间隔、第1峰值振动数和第2峰值振动数的间隔、…、第n-1峰值振动数和第n峰值振动数(n是自然数)的间隔相等的至少两个峰值振动数的峰值振动数组作为谐振列组来确定，从而将不对应于该谐振列组的非周期的峰值振动数判定为噪声，从所述峰值振动数组中除去，接着根据该谐振列组中包含的各峰值振动数来决定所述光纤的基本振动数，从而可正确地求出光纤的基本振动数。

在提取所述谐振列组时，通过计算频谱分量的自相关，并增强具有等间隔的谐振列关系的峰值振动数，可以简单并可靠地确定所述谐振列组。

而且，在计算所述频谱分量的自相关并增强具有等间隔的谐振列关系的峰值振动数时，通过对自相关计算后的数据进行平滑，可以更简单并且可靠地确定谐振列组。

以下根据附图来说明本发明的实施例。

图1是表示一例使用本发明的光纤的拉丝张力测定方法的光纤拉丝装置的说明图。图1例示的拉丝装置通过加热器3从下端部加热熔融***到加热炉1内的光纤基材2，将其熔融部延伸，如光纤基材2→光纤4a→1次覆盖光纤4b→2次覆盖光纤4c那样，连续地制造2次覆盖光纤4c。

在图1中，加热炉1内置圆筒形的碳制加热器3。形成环形的外径测定器5用于测定送出到加热炉1外的拉丝之后的光纤4a的外径。形成细长的圆筒形的冷却器6用于对通过外径测定器5后的光纤4a进行冷却。非接触式振动传感器7用于在通过冷却器6后检测通过其内部的光纤4a的振动，例如由激光式位移计构成。第1涂敷模具9用于在通过其内部的光纤4a的外周面上涂敷热固化性树脂或紫外线固化性树脂来形成1次覆盖层。第1覆盖固化装置10用于将通过其内部的1次覆盖光纤4b上涂敷的覆盖树脂进行固化。对于该第1覆盖固化装置10来说，例如在覆盖树脂是热固化性树脂时使用加热式的装置，而在覆盖树脂是紫外线固化性树脂时使用紫外线照射式的装置。第2涂敷模具11和第2覆盖固化装置12分别相当于上述的第1涂敷模具9和第1覆盖固化装置10或实质上是相同的装置。旋转滑轮13是改变行进方向的旋转滑轮，以便将通过第2覆盖固化装置12后的2次覆盖光纤4c引导到未图示的卷取机。

图1的光纤拉丝装置中的张力测定***由根据从非接触式振动检测传感器7和非接触式振动传感器7输入的信号来计算光纤4a的张力T的张力测定器8等构成。这些机器例如以非接触式振动传感器7→第1张力测定器8来进行电连接。

在图1例示的装置中，张力测定器8由个人计算机、程控计算机等组成。

使用图1的光纤拉丝装置，从光纤基材2开始如下分段并且连续地制造光纤4a、1次覆盖光纤4b、2次覆盖光纤4c等。

加热炉1内以大致恒定速度***的光纤基材2通过由炉内的加热器3从下端加热熔融，例如以每1分钟100m～1500m的速度拉拔该熔融部而变成例如直径为125μm的极细的光纤4a。送出到加热炉1外之后的光纤4a由外径测定器5测定外径，用冷却器6进行冷却。

在通过冷却器6内的光纤4a由非接触式振动检测传感器7检测了振动后，由第1涂敷模具9涂敷树脂而成为1次覆盖光纤4b，该1次覆盖层由第1覆盖固化装置10进行固化。

通过覆盖固化装置10内的1次覆盖光纤4b接受由涂敷模具11进行的树脂涂敷而成为2次覆盖光纤4c，该2次覆盖层由第2覆盖固化装置12进行固化。

进而，通过第2覆盖固化装置12内的2次覆盖光纤4c经由旋转滑轮13由未图示的卷取机进行卷取。

在参照图1说明的上述例中，配置在规定位置的非接触式振动检测传感器7检测光纤4a的振动，从非接触式振动传感器7输入了振动检测信号的张力测定器8计算光纤4a的张力T。

在本发明中，在用非接触式振动检测传感器来检测光纤的振动，由张力测定器来求出基于该检测数据的光纤张力的情况下，作为具体的一例，采用图2所示的下述步骤S1～S5。

步骤S1：设定频谱解析振动数范围

设定频谱解析振动数范围。具体地说，作为张力测定器8的初始值来设定。

步骤S2：数据取入

在张力测定器8中，例如使采样间隔为几微秒～几十微秒，从非接触式振动检测传感器7中取入几十秒的线位置数据，存储在该几十秒期间取入的线位置数据。

步骤S3：FFT运算

以FFT(快速傅立叶变换)来运算线位置数据，求出离散数据的傅立叶分量。

步骤S4：计算自相关

根据步骤S3求出的FFT运算结果的频谱分量中包含的多个峰值振动数，将包含使振动数0和第1峰值振动数的间隔、第1峰值振动数和第2峰值振动数的间隔、…、第n-1峰值振动数和第n峰值振动数(n是自然数)的间隔相等的至少两个峰值振动数的峰值振动数组作为谐振列组来确定。

在确定谐振列组时，最好是计算频谱分量的自相关并增强具有等间隔的谐振列关系的峰值振动数，以便可以可靠地确定谐振列组。这里，‘增强’指将与该谐振列组不对应的非周期的峰值振动数判定为噪声，从所述峰值振动数中除去，而仅保留具有等间隔的谐振列关系的峰值振动数。

在步骤S4中的自相关的计算时，使用下述公式(2)。

公式(2) $\mathrm{\ρ}\left(k\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{n-k}{\mathrm{\Σ}}}x(i+k)\·x\left(i\right)-{\stackrel{\‾}{x}}_0\left(k\right)\·{\stackrel{\‾}{x}}_k\left(k\right)}{\sqrt{\{\underset{i=1}{\overset{n-k}{\mathrm{\Σ}}}{x}^2\left(i\right)-{\stackrel{\‾}{x}}_0^2\left(k\right)\}\{\underset{i=1}{\overset{n-k}{\mathrm{\Σ}}}{x}^2(i+k)-{\stackrel{\‾}{x}}_k^2\left(k\right)\}}}$ 其中 ${\stackrel{\‾}{x}}_0\left(k\right)=\frac{1}{n-k}\underset{i=k+1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}x\left(i\right)$ ${\stackrel{\‾}{x}}_k\left(k\right)=\frac{1}{n-k}\underset{i=1}{\overset{n-k}{\mathrm{\Σ}}}x\left(i\right)$

这里，将光纤的振动波形的一例示于图3，将对于图3的振动波形进行FFT运算所得的频谱分量示于图4。

具体地说，使用上述公式(2)，所以将图4的频谱波形图所示的频谱数据作为对于振动数轴离散的数据读取n个。接着，根据上述公式(2)来求对于图4的振动数轴上配置的第k个(k是从1至n的整数)数据x(k)的自相关ρ(k)。再有，数据数n是与超过应检测个数的峰值振动数的振动数相当的数就可以。

将上述步骤S4的图4的频谱分量的自相关计算结果示于图5。再有，计算自相关后，最好进行数据的平滑化，图5是平滑化后的情况。这里，‘平滑化’指除去振幅小的噪声分量的影响，平滑化可以按常规方法来进行。将图5与图4进行比较，与图4的谐振列组不对应的非周期的峰值振动数被判定为噪声，从所述频谱分量中除去，在图5中仅在与谐振列组相当的振动数上存在峰值。

步骤S5：计算张力

将步骤S4确定的谐振列组的基本振动数(最低的振动数的峰值)决定为光纤的基本振动数f，将其值代入上述公式(1)来求光纤的张力T。

执行图2所示的步骤的结果是，无论噪声发生状况如何都可大致正确地测定光纤的拉丝中的张力。

再有，本发明的实施形态不限于图2的各步骤中示出的具体例，在记述于权利要求范围的范围内可自由地变更。例如，只要在步骤S4中确定的谐振列组的峰值振动数的个数为两个以上，则个数可以是任意个，在步骤S5中，当然可以进行将步骤S4确定的谐振列组的峰值振动数间隔的平均值决定为光纤的基本振动数f等的变更。

根据本发明，在根据光纤的振动波形的频谱分量中包含的峰值振动数来决定所述光纤的基本振动数时，首先通过将所述频谱分量中包含的具有等间隔的谐振列关系的至少两个峰值振动数的组作为谐振列组来确定，将与该谐振列组不对应的非周期的峰值振动数判定为噪声，从所述峰值振动数的组中除去，接着根据该谐振列组中包含的各峰值振动数来决定所述光纤的基本振动数，从而可正确地求出光纤的基本振动数。

此外，根据本发明，在提取谐振列组时，通过计算所述频谱分量的自相关来增强具有等间隔的谐振列关系的峰值振动数，从而可简单并可靠地确定谐振列组，其结果，可以更正确地测定拉丝中的光纤的张力。

而且，根据本发明，在计算所述频谱分量的自相关并增强具有等间隔的谐振列关系的峰值振动数时，通过对自相关计算后的数据进行平滑化，可以更简单并可靠地确定谐振列组。

产业上的利用可能性

本发明的方法通过利用光纤的振动波形，可更正确、容易并稳定地测定拉丝中的光纤的张力，所以十分适合于作为管理拉丝时的张力，减小纵向方向的传输特性的变化并稳定地制造光纤的方法。

尽管将本发明与其实施例一起进行了说明，但除了我们特别指定的内容之外，本说明的任何细节部分都不限定发明本身，在不超出所附权利要求范围所示的发明的精神和范围内可进行宽范围地解释。

Claims (3)

1.一种光纤的拉丝张力测定方法，在光纤拉丝时测定该光纤的振动，对该振动波形进行振动数解析来求出频谱分量，根据该频谱分量中包含的峰值振动数来决定所述光纤的基本振动数，将该基本振动数换算成所述光纤拉丝中的张力，其特征在于，该方法包括以下步骤：

从所述频谱分量中包含的多个峰值振动数中，将包含使振动数0和第1峰值振动数的间隔、第1峰值振动数和第2峰值振动数的间隔、…、第n-1峰值振动数和第n峰值振动数(n是自然数)的间隔相等的至少两个峰值振动数的峰值振动数组作为谐振列组来确定所述光纤的基本振动数的决定；以及

根据确定的该谐振列组中包含的各峰值振动数来决定所述光纤的基本振动数。

2.如权利要求1所述的光纤的拉丝张力测定方法，其特征在于，在确定所述谐振列组时，计算所述频谱分量的自相关并增强具有等间隔的谐振列关系的峰值振动数。

3.如权利要求2所述的光纤的拉丝张力测定方法，其特征在于，在计算所述频谱分量的自相关并增强具有等间隔的谐振列关系的峰值振动数时，对自相关计算后的数据进行平滑。

Images