SE504861C2 - Förfarande och anordning att detektera smuts på en optisk fiber - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 504 861 2 ett regelbundet mönster från en ren fiberände och ett orgelbundet från en smutsig fiberände används för smutsdetektering.

När en optisk fiberände belyses med laserljus bryts den största delen av det infallande ljusmängden geometriskt genom fibern, som fungerar som en stark cylindrisk lins. Placeras en skärm bakom fibern ses huvudsakligen en ljuslinje med samma bredd som laserstràlen på grund av denna linseffekt. Ljusets fria utbred- ning i sidled strax intill fiberns ändyta störs dock delvis vid övergången från luft till fibermaterial på fiberns framsida och från fibermaterial till luft vid. fiberns baksida. Ljusvågor kommer att delas språngartat, när de träffar en fiberände. En del av ljuset passerar gapet utanför fiberänden obehindrat. En annan del bryts vid fiberns mantelyta och får en annan riktning. Den här språngartade delningen tvingar ljusvàgorna att böja sig i sidled inom fibern och i luftrummet bakom fibern, vilket kan förklaras med hjälp av Huygens princip. Böjningen av ljusvàgorna inom fibern gör att vissa strålar får andra riktningar än den raka inom fibern. En. del av dessa ljusstrålar infaller mot fiberns begränsande ändyta. Ytan avgränsar fibermaterialet med brytningsindex nz mot ett tunnare material, luft, med lägre brytningsindex n vilket orsakar totalreflektion, se fig 1. På ll detta sätt delas ljuset i två olika fält med olika fasförhållande och två olika vågfronter bildas.

Ljusvågorna i ett reflektionsfält/R-fält lämnar fibern mot luft och fortsätter propagera fritt i ett utrymme bakom fibern. Den del av de strålar som inte reflekteras når fiberns andra sida baksidan. Vissa av dessa vågor diffrakteras åter vid övergången till luft nära ändytan vid fiberns baksida. Vàgorna begränsas dock inte av något hinder här och sprider sig fritt i hela rummet bakom fibern, vilka vågor bildar ett annat ljusfält, som kallas för Kant-fält/K-fält, se fig 1. Interferensen mellan dessa två ljusfält bildar ett regelbundet och periodiskt diffraktions- mönster på halva ytan av en skärm placerad bakom fibern.

Diffraktionsmönstret framträder som ett ljust band.i mitten följt av några svagare parallella ljusa linjer (diffraktionslinjer), se 10 15 20 25 3 504 861 figur 2A,B, där figur 2A visar en ren fiberände och figur 2B visar' diffraktionsmönstret från RK-interferensen, varvid den ljusa linjen i mitten, första intensitetsmaxima, har avskärmats med hjälp av ett svart band för att kunna urskilja de svagare diffraktionslinjerna. Diffraktionslinjerna är således ett resultat av interferensen mellan två sekundära vågfronter som bildas efter brytning av ljuset genom fibern. Båda vågfronterna har sina källor på den cylindriska fibermanteln enligt Huygens princip.

Små smuts- och dammpartiklar pà fiberns mantelyta kommer att fungera som oregelbundna störkällor. Dessa sänder sekundära vågor som överlagras pá R- och K-fältet och bildar ett oregelbundet mönster med mycket högre kontrast än det regelbundna R-K- diffraktionsmönstret, se figur 3A,B, där figur 3A visar en smutsig fiberände och figur 3B visar ett diffraktionsmönster från den oregelbundna inteferensen. Den ljusare linjen i. mitten, första intensitetsmaxima, har avskärmats med hjälp av ett svart band. Skillnaden mellan detta stokastiska mönster från en smutsig fiberände och det periodiska från en ren fiberände kan detekteras med hjälp av en CCD-kamera.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar spridning av ljus i sidled enligt Huygens princip.

Figur 2A,B visar en ren fiberände och diffraktionsmönstret från RK-interferensen.

Figur 3A,B visar en smutsig fiberände och diffraktionsmönstret från den oregelbundna interferensen.

Figur 4A,B visar från sidan och ovan en anordning för smutsdetek- tering med hjälp av laserljus enligt uppfinningen.

BESKRIVNING AV ETT UTFÖRINGSEXEMPEL I figur 4A och B visas frán sidan och frán ovan en anordning för detektering av smuts med hjälp av laserljus. En kcherent ljuskälla 1 exempelvis en HeNe-laser eller en diodlaser avger ett 10 15 20 25 504 861 4 koherent ljus mot en optisk fiberände 2. En samlingslins 3 såsom en plan cylindrisk lins placerad mellan ljuskällan och fiberänden samlar ljuset i fiberänden. Pà en inkoherent halvtransparent skär¶|4 avbildas det uppkomna diffraktionsmönstret. Området kring fiberänden belyses ortogonalt med det monokroma och koherenta ljuset, varvid ljusstrålens diameter väljs så stor att minst 0.5mm av fiberänden träffas av ljuset. Den inkoherenta halvtrans- parenta skärmen, dispersionsskärmen, placeras pá minst 50mm avstånd från fiberänden. En CCD-kamera 5 avbildar och registrerar diffraktionsmönstret på andra sidan skärmen. Den cylindriska linsen används för att öka det infallande ljusets intensitet om det inte räcker för att bilda ett tydligt diffraktionsmönster.

Genom att jämföra diffraktionsmönster fràn rena optiska fiberän- dar med smutsiga kan definieras olika kravniváer på renhet. Med en dator kopplad till kameran kan med bildanalys, genom exempel- vis jämförelse med referensmönster på rena fiberändar, fås en smutsvarningssystem, där datorn vid smutsig fiberände ger signal till en övervakningsenhet för ástadkommande av lämplig åtgärd i fiberhanteringen. Datorn kan vara så anordnad att den tillsammans med övrig utrustning ingår i ett automatiskt smutsvarningssystem i exempelvis en fiberskarvningsmaskin, där diffraktion av laserljus används för pávisande av smuts på fiberändar och vid smuts pá fiberänden avges en signal till fiberskarvningsmaskinen som ej startar en förestående skarvning av den smutsiga fiberän- den.

Claims (6)

10 15 20 25 504 861 PATENTKRAV

1. Förfarande för detektering av smuts pà en optisk fiber, k ä n n e t e c k n a t av att en optisk fiberändes mantel- och kapyta belyses med koherent ljus och att en därvid bildad interferens beorende pà smuts avbildas pà en skärm som ett interferensmönster och jämföres med en referensbild på en ren optisk fiberände för pávisande av smuts vid mönsterskillnad.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att. med diffraktion av laserljus fàs ett interferensmönster avbildbart på en skärm, vilket mönster jämförs med en referens- bild på en ren optisk fiberände för pávisande av smuts vid mönsterskillnad.

3. Förfarande enligt patentkrav 2 eller 1 vid fiberskarvning med en fiberskarvningsmaskin k ä n n e t e c k n a t av att belys- ning och mönsteravbildning och jämförelse med referensbild sker automatiskt och vid skillnad ges signal till fiberskarvnings- maskinen att exempelvis vidtaga åtgärd för fiberändens rening.

4. Anordning för detektering av smuts pà en optisk fiber, k ä n n e t e c k n a d av att en ljuskälla (1) är anordnad att avge ett koherent ljus och belysa en fiberände (2), att ett bildat interferensmönster beroende på smuts pá fibern är anordnat att avbildas på en skärm (4) och att det avbildade mönstret är anordnat att jämföras med ett referensmönster för bestämning av fiberns renhet.

5. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k n a d av att ljuskällan (1) är en laser exempelvis He Ne-laser eller en diodlasermodul, varvid det uppkomna diffraktionsmönstret studeras och utvärderas.

6. Anordning enligt patentkrav 4 eller 5, anordnad i en fiber- skarvningsmaskin, k ä n n e t e c k n a d av att bildbehand- lingen är anordnad att vara automatisk och att vid mönsterskill- 504 861 6 nad är anordnat ett smutsvarningssystem för styrning av fiber- skarvningsmaskinen att exempelvis vidtaga åtgärd för fiberändsre- ning.