NO157355B - Fremgangsmaate og anordning til maaling av optiske fibres diametre. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning til måling av diameteren på optiske fibre og mer spesielt fibre som trekkes.

Det er kjent at under fibertrekking skal diameteren for

de fremstilte fibre holdes konstant, da diametervariasjoner kan være årsak til tap såvel langs de enkelte fiberlegemer som i forbindelse med fremtidige skjøter. Målingen av fiberdiameteren eller av variasjoner i denne, utgjør en nyttig kontrollparameter ved trekkeoperasjonen.

Forskjellige målemetoder er allerede kjent.

En av disse metoder gjør bruk av en laserstråle som beveges frem og tilbake i et plan vinkelrett på fiberen og samles av en fotodiode. Størrelsen på diameteren kan utledes av kjennskapet til hastigheten for strålebevegelse og av måling av mørkningstiden. Denne metode krever imidlertid dyre apparater og muliggjør målinger med en oppløsning i størrelsesordenen mikron, noe som kan være utilstrekkelig.

En annen kjent fremgangsmåte består i fokusering på en diodematrise gjennom et vanlig optisk system (f.eks. et mikroskopobjektiv) av lys som sendes ut av en fast kilde,

og fiberdiametere kan utledes av skyggens størrelse.

Denne fremgangsmåte er velegnet for måling av fiberlegemet som allerede er fremstilt, f.eks. for laboratorieformål,

men under fibertrekking kan fibervibrasjoner bevirke bety- . delige feil slik at gjentatte målinger og omfattende sig-nalbehandlinger er nødvendig for å oppnå pålitelige verdier.

Tilsvarende ulemper oppstår i forbindelse med interferens-metoder da fibersvingninger kan bevirke kontinuerlige skiftninger i interferenskantene og dermed gjøre en avles-ning vanskelig. I tillegg er apparater for utførelse av disse fremgangsmåter meget vanskelige å bruke.

Disse og andre ulemper blir unngått ved fremgangsmåten og anordningen ifølge oppfinnelsen, idet man her vil få en høy målenøyaktighet som ikke påvirkes av fibervibrasjoner under trekking og ikke krever komplisert og kostbart utstyr.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk, både når det gjelder fremgangsmåten og anordningen til utførelse av denne og oppfinnelsen vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til et utførelses-eksempel som er gjengitt på tegningen og der: Fig. 1 skjematisk viser et trekkeanlegg for optisk fiber med diametermåleanordninger ifølge oppfinnelsen og

fig. 2, i forstørret målestokk, viser et snitt sett i et plan vinkelrett på fiberen og tatt etter linjen II - II på fig. 1.

På fig. 1 løper en fiber 1 ut fra en ovn 2, der et formlegeme la, som er oppnådd på en hvilken som helst tidligere kjent måte, smeltes og føres inn i en eventuell dekkstasjon 3 og vikles opp på en trommel 4 drevet av en motor 5. For måling av diameteren på fiberen som trekkes og for å kontrollere hvor konstant denne er, bringes fiberen på oppstrømsiden for dekkstasjonen 3 til å passere mellom to plater 6, 7 i en parallellplatekondensator.

Innføringen av en fiber i rommet mellom kondensatorplatene

6, 7 bevirker en variasjon i dielektrisitetskonstanten og følgelig en kapasitansvariasjon AC i avhengighet av radien a for fiberen i henhold til uttrykket:

der S er flaten for seksjonen i rett vinkel på kondensatorplatene og på fiberaksen, for dielektrikumet mellom de to

kondensatorplater, ^ er dielektrisitetskonstanten for materialet som fibe ren er fremstilt av, e g^- dielektrisi-tetskonstanten for mediet (luft eller annen gass) som omgir fiberen i rommet mellom de to kondensatorplater og C er kondensatorens kapasitans når dielektrikumet er bare mediet med dielektrisitetskonstanten e0.

Ligning 1 fåes ved løsning av Lapace-ligningen i dielektrikumet mellom platene med egnede grensebetingelser og ved betraktning av fiberinnføringen som en forstyrrelse.

Kondensatoren 6, 7 er forbundet med en kapasitansmåleinnretning 8 som er beregnet på å måle verdien for AC eller variasjoner i en slik verdi, fremkommet som resultat av forandrin-ger i fiberdiameteren. Kapasitansmåleinnretningen 8 kan forbindes på sin side med en beregningsinnretning 9, som gir radius-eller diameter-verdien og eventuelt er forbundet med en avlesningsanordning (ikke vist), som gir et bilde av diameterforholdene.

Når det tas i betraktning behovet for å holde fiberdiameteren konstant, vil kretsen som måler kapasitansvariasjonene være tilsluttet en tilbakekoblingssløyfe for kontroll av hastigheten på motoren 5 og drivtrommelen 4, slik at en eventuell kapasitansvariasjon på grunn av fiberdiametervaria-sjoner bevirker en variasjon i trekkehastigheten, slik at variasjonen opphever seg selv.

Utførelsen med en slik tilbakekoblingssløyfe er velkjent

på fagområdet.

For måling av kapasitansen kan kondensatoren 6, 7 tilsluttes en bro som er i balanse i samsvar med den nominelle diameter på fiberen 1 (tidligere kjent) eller balanseres ved bruk av en prøvefiber med den korrekte diameter.

Som et alternativ kan kondensatoren innsettes i en oscil-lerende krets hvis resonansfrekvens vil være avhengig av verdien for kondensatorens kapasitans og kapasitansen eller kapasitansvariasjonene kan måles ved frekvenstakten i oscillasjonskretsen og frekvensen fra en annen oscilla-sjonskrets med omtrent den samme resonanskrets som den første.

Det er fordelaktig om kondensatoren 6, 7 er av typen med konstant ladning, f.eks. av den type der en av platene, f.eks. platen 6, består av en elektret, som vist på fig. 2, der 6b viser den elektrifiserte membran som er forbundet med støtteelementet 6a. I dette tilfelle vil forholdet

— være lik ~AV. Målingen av kapasitansvariasjonen kan C v

så erstattes med spenningsvariasjonsmalinger som er relativt enklere. Variasjonsmålekretsen kan i virkeligheten skiftes ut med en enkel differensialforsterker.

Det ovenstående forhold er gyldig forutsatt at det elektriske felt i området hvor fiberen innføres, er konstant. Dette er lett å oppnå hvis flaten S er mye større enn fiberradien, f.eks. hvis det tas med i betraktning at en slik radius vanligvis er 100 mikron, mens platesidene (hvis man for oversiktens skyld ser på en rektangulær plate), kan være i størrelsesordenen noen millimeter.

Ved disse størrelser vil også fibersvingninger under trek-kingen, som bringer fibrene nær platekantene, være forhindret fra å påvirke kondensatorens kapasitans. Når isolasjons-amplituden er i størrelsesordenen 1 eller 2 diametere, vil de ovenfor nevnte dimensjoner for kondensatorplatene være slik at fibrene, når de er sentrert i forhold til selve platen, ikke kan nå kantene.

Ved anvendelse av en kondensator med ikke rektangulære plater (f.eks. med trekantede, sirkulære eller elliptiske plater), kan kapasitansforandringer som induseres ved slike svingninger bli utnyttet for å måle momentan fiber-posisjon og/eller kompensere for avlesningsfeil på grunn av forskyvninger av selve fiberen.

Hvis man videre i det omhandlede eksempel med rektangulære plater, for å unngå svingninger som kan bringe fiberen i området ved platekantene, kan kantene forbindes med hverandre ved hjelp av avstandsstykker 10, 11 (fig. 2), f.eks. av Teflon.

De nevnte avstandsstykker er også beregnet på å opprettholde parallellitet mellom platene, noe som er nødvendig for anvendelse av ligningen 1 og for å forhindre innbyrdes svingninger mellom platene, noe som kan gi opphav til falske kapasitansforandringer som går ut over målingen.

Det er klart at avstandsstykkene 10, 11 må ha en slik tyk-kelse at de forhindrer utladning når det tas i betraktning platepotensialet og den dielektriske styrke for mediet mellom platene, og tykkelsen må være større enn maksimalt vurdert for fiberens diameter. Hvis f.eks. dielektrikumet er luft som har en dielektrisitetskonstant på ca. 2 kV/mm, vil verdiene for kondensatorladning og plateavstand være avpasset slik at man får et potensial-til-avstandsforhold på ca. ett hundre volt pr. millimeter.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til måling av diameteren for optiske fibre, der en fiber (1) mens den trekkes, bringes til å passere mellom to plater i en parallellplatekondensator (6, 7) og der det måles kapasitansvariasjoner på grunn av variasjoner i den dielektriske konstant i rommet mellom platene, forårsaket av innføringen av fiberen i mellom-rommet og av fiberens diametervariasjoner, hvilken fiber sammen med luft eller en annen gass mellom de to plater danner kondensatorens dielektrikum, karakterisert ved at det som en av platene (6) i kondensatoren (6, 7) anvendes en elektret (6b) og at kapasitansvariasjonene måles ved måling av variasjoner i spenningen over kondensatoren.

2. Anordning til utførelse av den fremgangsmåte som er angitt i krav 1, omfattende en parallellplatekondensator (6, 7) anbragt langs fibertrekningsbanen på oppstrømsiden av en vikletrommel (4), slik at fiberen passerer mellom de to plater, og koblet til en kapasitansmåleinnretning (8) for måling av kondensatorens kapasitansvariasjoner, frem-bragt ved innføring av fiberen (1) og av fiberens diametervariasjoner, hvilken innretning (8) omfatter en beregningsinnretning (9) for beregning av fiberdiameteren eller dens variasjoner, karakterisert ved at en av platene (6) i kondensatoren (6, 7) består av en elektret (6b) og ved at innretningen (8) til måling av kapasitansvariasjonene er en spenningsmåler.

3. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at de to plater (6, 7) i kondensatoren holdes forbundet med hverandre og parallelt med hverandre av isolerende avstandsstykker (10, 11) ved motstående kanter av selve platene.

4. Anordning som angitt i et hvilket som helst av kravene 2 eller 3, karakterisert ved at spenningsmåleanordningen (8) er innskutt i en tilbake-koblingssløyf e (8, 5, 4) for styring av oppviklingshastig-heten for fiberen (1) og trommelen (4) for å skape hastighetsvariasjoner som utligner diametervariasjonene.