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Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis unregelmässiger Bereiche einer optischen Faser - Dokument DE69400302T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69400302T2 21.11.1996
EP-Veröffentlichungsnummer 0615961
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis unregelmässiger Bereiche einer optischen Faser
Anmelder Sumitomo Electric Industries, Ltd., Osaka, JP
Erfinder Tsuneishi, Katsuyuki, c/o Yokohama Works of, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa, JP;
Iwamura, Yutaka, c/o Yokohama Works of, Sakae-ku, Yokohama-shi, Kanagawa, JP
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, Anwaltssozietät, 80538 München
DE-Aktenzeichen 69400302
Vertragsstaaten DE, ES, GB
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 20.01.1994
EP-Aktenzeichen 941008021
EP-Offenlegungsdatum 21.09.1994
EP date of grant 17.07.1996
Veröffentlichungstag im Patentblatt 21.11.1996
IPC-Hauptklasse C03B 37/027
IPC-Nebenklasse C03B 37/07   G01M 11/00   

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen von Unregelmäßigkeiten in einer optischen Faser, insbesondere während eines Ziehvorgangs zur Herstellung der optischen Faser.

Beschreibung des Standes der Technik

Es ist bekannt, ein Steuerverfahren zu verwenden, bei dem Veränderungen im äußeren Durchmesser der optischen Faser an eine Ziehtrommel zurückgeführt werden. Die Fig. 3 (Stand der Technik) ist eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Ziehvorrichtung, die ein derartiges Steuerverfahren verwendet. Eine Rohform 1 der optischen Faser wird in einem Aufheizofen 2 angeschmolzen, durch eine Ziehtrommel 4 gezogen und in eine optische Faser 3 geformt. Der äußere Durchmesser der optischen Faser 3 wird durch ein Instrument 5 zum Messen des äußeren Durchmessers gemessen, welches in Ziehrichtung anschließend nach dem Aufheizofen 2 vorgesehen ist. Danach wird die optische Faser 3 mit einem Harz durch eine Beschichtungseinheit 6 beschichtet und durch einen Harzausheilofen 7 gezogen und dann um eine Trommel 8 gewickelt.

Die Messungen des äußeren Durchmessers von dem Instrument 5 zum Messen des äußeren Durchmessers werden an das Steuersystem für die Ziehgeschwindigkeit der Ziehtrommel 4 zurückgeführt, so daß die optische Faser einen gleichmäßigen vorbestimmten äußeren Durchmesser aufweist (normalerweise 125 µm).

Wenn der äußere Durchmesser der optischen Faser sich aufgrund der Anwesenheit von Verunreinigungen wie mikroskopischen Teilchen verändert, wird die Veränderung im äußeren Durchmesser durch das Instrument 5 zum Messen des äußeren Durchmessers nachgewiesen. Das rührt daher, daß das oben beschriebene Rückkopplungssystem derartige diskreten Veränderungen nicht kompensieren kann.

Wenn jedoch Blasen oder ähnliches in der Rohform der optischen Faser über eine gewisse Länge so wie sie gezogen wird verbleiben, wird die Ziehgeschwindigkeit der Ziehtrommel 4 geeignet verändert, um einen gleichbleibenden äußeren Durchmesser der optischen Faser 3 aufrechtzuerhalten. Dementsprechend kann das Instrument 5 zum Messen des äußeren Durchmessers unregelmäßige Abschnitte der optischen Faser 3 nicht nachweisen. Die Blasen können jedoch zusammenfallen, wenn die optische Faser gezogen wird, obwohl der äußere Durchmesser überwacht wird. Folglich verändert sich der Kern der optischen Faser in seiner Form und bewirkt erhöhte Transmissionsverluste. Daher müssen derartige deformierte Abschnitte der optischen Faser nachgewiesen werden, um sie zu vermeiden.

Das Dokument JP-A-52-154 644 offenbart eine Hersteilvorrichtung für optische Fasern mit einem Detektor für den Faserdurchmesser, der mit Streulicht betrieben wird, das durch Unvollständigkeiten im Faseraufbau hervorgerufen wird. Das Detektorsignal wird mit einem Referenzwert verglichen, der einem gewünschten Faserdurchmesser entspricht, um die Trommelgeschwindigkeit derart zu steuern, daß ein gleichmäßiger Faserdurchmesser herstellbar ist.

Das Dokument JP-A-52-120 841 beschreibt eine Vorrichtung zur Herstellung optischer Fasern, wobei der gemessene Aussendurchmesser einer Rohform mit einer voreingestellten Größe verglichen wird zur Anpassung der Aufnahmegeschwindigkeit.

Die Dokumente EP-A-0 392 393 und GB-A-2 179 339 offenbaren Ziehverfahren für optische Fasern, wobei die Fasergeschwindigkeit in Erwiderung auf Abweichungen von einem nominalen Faserdurchmesser, der durch eine Überwachungsvorrichtung oder einen Detektor gemessen wird, gesteuert wird.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Feststellen eines unregelmäßigen Bereiches einer optischen Faser zu schaffen, die die oben beschriebenen Probleme von herkömmlichen Verfahren überwinden.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Vorrichtung jeweils init den Merkmalen der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in dem abhängigen Anspruch dargestellt.

Ein Verfahren zum Feststellen eines unregelmäßigen Bereichs einer optischen Faser gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält die folgenden Schritte: Ändern einer Ziehgeschwindigkeit der optischen Faser gemäß den Veränderungen im äußeren Durchmesser der optischen Faser, die an eine Ziehtrommel zurückgekoppelt werden; Berechnen des Verhältnisses einer Ziehgeschwindigkeit zur Änderung zu einer vorbestimmten Zeitdauer im Hinblick auf die sich ergebende Ziehgeschwindigkeitsveränderung während der vorbestimmten Zeitdauer; und Vergleichen des berechneten Werts mit einem zuvor bestimmten und gespeicherten Wert. In dem erfindungsgemäßen Verfahren enthält der Berechnungsschritt den Schritt des vorübergehenden Speicherns eines jeden Zeitpunkts und einer entsprechenden Ziehgeschwindigkeit, des Berechnens des Verhältnisses der Ziehgeschwindigkeitsveränderung zu einer Zeitdauer zwischen einer Bezugszeit und einer vorbestimmten Zeit auf der Grundlage der gespeicherten Daten, und weiter des Berechnens der Ziehgeschwindigkeitsveränderung durch sukzessives Verändern der Bezugszeit.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung enthält eine Messvorrichtung zum Messen des äußeren Durchmessers der optischen Faser und eine Verarbeitungseinheit zum Berechnen des Verhältnisses der Ziehgeschwindigkeitsveränderung zu einer vorbestimmten Zeitdauer. Die Verarbeitungseinheit enthält eine Eingabeeinheit zum Abtasten der Ziehgeschwindigkeit einer Ziehtrommel, eine Speichereinheit zum Speichern der abgetasteten Ziehgeschwindigkeit und eines entsprechenden Zeitwerts, eine Operationsvorrichtung zum Berechnen des Verhältnisses der Ziehgeschwindigkeitsveränderung zu einer vorbestimmten Zeitdauer, während der sich die Veränderung im Ziehen ergeben hat, einen Komparator zum Vergleichen der Ausgabe aus der Operationsvorrichtung mit einem zuvor ermittelten und gespeicherten Wert, und eine Vorrichtung zum Feststellen eines unregelmäßigen Bereichs der optischen Faser, die auf einen Empfang der Ausgabe aus dem Komparator anspricht.

Wenn ein Bereich der Rohform der optischen Faser mit Blasen in eine optische Faser gezogen wird, können die Blasen zusammenfallen oder sich zusammenziehen, was eine Verringerung im äußeren Durchmesser der optischen Faser hervorruft. Messungen des äußeren Durchmessers der optischen Faser werden von der Meßvorrichtung des äußeren Durchmessers an die Ziehtrommel zurückgekoppelt Als Folge davon verringert sich die Ziehgeschwindigkeit zur Kompensation und zur Aufrechterhaltung eines gleichbleibenden äußeren Durchmessers der optischen Faser. Obwohl jedoch der äußere Durchmesser der optischen Faser konstant gehalten wird, können die Blasen noch immer zusammenfallen oder es können geringe Mengen an Blasen übrig bleiben, was die Stärke der optischen Faser verringert und/oder Transmissionsverluste erhöht. Daher wird die Ziehgeschwindigkeit einmal vorläufig gespeichert und Abweichungen davon werden wie oben beschrieben verarbeitet, wobei ein unregelmäßiger Bereich der optischen Faser, der nicht mit der Messvorrichtung für den externen Durchmesser nachweisbar ist, noch festgestellt wird.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung, die Verfahren zum Betrieb und Funktionen der verwandten Elemente der Anordnung, und die Kombination von Teilen und Vorteile bei der Herstellung werden bei Betrachtung der folgenden ausführlichen Beschreibung und der dazugehörenden Ansprüche unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen, die alle zu dieser Beschreibung gehören, offensichtlicher werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im bezug auf eine Ziehvorrichtung für eine optische Faser zeigt;

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Elemente der Operationsverarbeitungseinheit, die in der Fig. 1 gezeigt ist, veranschaulicht; und

Fig. 3 (Stand der Technik) ist ein schematisches Blockdiagramm, das eine herkömmliche Ziehvorrichtung für eine optische Faser darstellt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Es wird nun auf die Fig. 1 und 2 bezug genommen. Eine Rohform 1 einer optischen Faser zum Bilden der optischen Faser wird in einem Aufheizofen 2 angeschmolzen&sub1; durch eine Ziehtrommel 4 gezogen und in eine optische Faser 3 geformt. Der äußere Durchmesser der optischen Faser 3 wird durch eine Meßvorrichtung 5 für den äußeren Durchmesser gemessen, die in Ziehrichtung anschließend auf den Aufheizofen 2 vorgesehen ist. Der gemessene Durchmesser wird zurückgekoppelt zur Steuerung der Ziehgeschwindigkeit der Ziehtrommel 4, so daß die optische Faser einen gleichbleibenden gewünschten äußeren Durchmesser aufweist (typischerweise ungefähr 125 µm). Eine Operationsverarbeitungseinheit 9 speichert vorübergehend die Ziehgeschwindigkeit der Ziehtrommel 4 und stellt fest, ob irgendwelche Unregelmäßigkeiten in der optischen Faser vorliegen auf der Grundlage des Grads der Veränderung in der Ziehgeschwindigkeit.

In der in der Fig. 1 gezeigten Ziehvorrichtung für die optische Faser wird, nachdem die optische Faser 3 die Meßvorrichtung 3 für den äußeren Durchmesser verlassen hat, diese mit einem Harz durch eine Beschichtungseinheit 6 beschichtet und durch einen Ausheilofen 7 gezogen, und dann über eine Ziehtrommel 4 auf die Trommel 8 gewickelt.

In der Fig. 2 sind die Elemente der Operationsverarbeitungseinheit 9 in einem Blockdiagramm dargestellt. Die Eingabeeinheit 11 tastet die Ziehgeschwindigkeit V der Ziehtrommel 4 zu der Zeit T unter festgelegten Intervallen ab. Die Speichereinheit 12 speichert die abgetasteten Werte. Die Operationsvorrichtungen 13a, 13b ..., 13n ermitteln Verhältnisse der Ziehgeschwindigkeitsveränderungen Va - Vo / To - Ta, ..., Vn - Vo / To - Tn durch Dividieren der Geschwindigkeitsunterschiede Va - Vo, ..., Vn - Vo durch die Zeitintervalle To - Ta, ..., To - Tn an entsprechenden Zeitpunkten, nachdem die Ziehgeschwindigkeitsraten Vo, Va, ..., Vn aus der Speichereinheit 12 zu entsprechenden Zeiten Ta, ..., Tn abgefragt wurden, die rückwirkend um eine vorbestimmte Zeitdauer zu der Referenzzeit To (z.B. zum vorigen Zeitpunkt) bestimmt wurden. Komparatoren 15a, ..., 15n vergleichen die Ausgabesignale der Operationsvorrichtungen 13a, ..., 13n mit zuvor bezeichneten Werten, die in Speichereinheiten 14a, ..., 14n gespeichert sind, und erzeugen Ausgabesignale nur dann, wenn die Ausgabesignale die Operationsvorrichtungen größer sind als die entsprechenden bezeichneten Werte. Die in den Speichereinheiten 14a, ..., 14n gespeicherten Werte sind optimale Werte, die den festzustellenden Geschwindigkeitsveränderungen entsprechen, und sie sind Werte, die in bezug auf die jeweiligen Geschwindigkeitsveränderungen experimentell erhalten wurden. Ein Detektor 16 für unreqelmäßige Bereiche der optischen Faser spricht auf Ausgabesignale von den Komperatoren an. Wenn die oben beschriebenen Vorgänge beendet sind, wird die Bezugszeit To verschoben und die Vorgänge werden mit bezug auf die nächste Referenzzeit To' wiederholt, um unregelmäßige Bereiche der optischen Faser über ihre gesamte Länge festzustellen.

Die Größe der in den Speichereinheiten 14a, .... 14n gespeicherten spezifizierten Werte und die Zeitintervalle Ta - To, ..., Tn - To zwischen der Referenzzeit und der spezifizierten Zeit werden durch ein Ziehgeschwindigkeits-Steuerverfahren (PID Steuerung, Koeffizienten und ähnliches) oder durch eine Nachweisgenauigkeit für unregelmäßige Bereiche (die Größe der Blasen darin, Häufigkeit des Auftretens und ähnliches) bestimmt. Darüber hinaus ist es auch sinnvoll, unregelmäßige Bereiche mit großer Empfindlichkeit festzustellen durch Setzen der Vielzahl von spezifizierten Werten, die in den Speichereinheiten 14a, ..., 14n gespeichert sind, und der Längen der Zeitintervalle Ta - To, ..., Tn - To zur Berechnung der Geschwindigkeit der Ziehgeschwindigkeitsveränderung für diese Werte und Längen der Zeitintervalle.

Unter Verwendung der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Vorrichtung wurde ein Probelauf zur Feststellung unregelmäßiger Bereiche an der optischen Faser durchgeführt. Insbesondere wurde eine Rohform einer optischen Faser mit einem Durchmesser von 50 mm verwendet zum Ziehen einer 1000 km langen optischen Faser mit einem äußeren Durchmesser von 125 µm unter den folgenden Bedingungen: To - Ta = 2 sek; To - Tb = 10 sek; To - Tc = 30 sek; und die gespeicherten Werte in 14a = 2 m/min/sek; in 14b = 4 m/min/sek; und in 14c = 10 m/min/sek. Der Detektor für unregelmäßige Bereiche der optischen Faser gemäß der vorliegenden Erfindung stellte Unregelmäßigkeiten an jeder von zehn Stellen der optischen Faser fest, während die herkömmliche Meßvorrichtung für den äußeren Durchmesser lediglich drei von den zehn Unregelmäßigkeiten feststellte.

Somit arbeitet gemäß der obigen Darstellung das Verfahren und die Vorrichtung zum Nachweis unregelmäßiger Bereiche in einer optischen Faser gemäß der vorliegenden Erfindung durch Messen und vorübergehendes Speichern der Ziehgeschwindigkeit der Ziehtrommel und anschließendes Berechnen des Ziehgeschwindigkeitsveränderungsverhältnisses für ein vorbestimmtes Zeitenintervall.

Wenn die Rohform der optischen Faser mit verbleibenden Blasen in eine optische Faser gezogen wird, fallen die Blasen zusammen oder ziehen sich zusammen, was eine Verringerung des Durchmessers der gezogenen optischen Faser hervorruft, obwohl die Ziehgeschwindigkeit zur Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen äußeren Durchmessers gesteuert wird. Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Nachweis einer derartigen Unregelmäßigkeit, der mit der herkömmlichen Meßvorrichtung für den äußeren Durchmesser nicht feststellbar ist.


Anspruch[de]

1. Ein Verfahren zum Feststellen eines unregelmäßigen Bereichs einer optischen Faser (3) während eines Ziehvorgangs zum Bilden der optischen Faser (3) mit den folgenden Schritten:

(a) Messen eines äußeren Durchmessers der optischen Faser (3) während des Ziehens der Faser,

(b) Ändern einer Ziehgeschwindigkeit der optischen Faser durch Rückführung von Veränderungen in den Messungen des äußeren Durchmessers der optischen Faser (3) an eine Ziehvorrichtung (4) für die optische Faser, um dadurch Veränderungen im äußeren Durchmesser der optischen Faser zu kompensieren,

dadurch gekennzeichnet, daß die folgenden weiteren Schritte vorgesehen sind:

(c) Berechnen eines Verhältnisses einer Ziehgeschwindigkeitsveränderung zu einem festen Zeitintervall im Hinblick auf die Ziehgeschwindigkeitsveränderung über das feste Zeitintervall,

(d) Vergleichen des berechneten Verhältniswertes zu einem zuvor experimentell erhaltenen und gespeicherten Begrenzungswert, der eine optimale Geschwindigkeitsveränderung pro Zeiteinheit darstellt, und

(e) Erzeugen eines Ausgabesignals, wenn der berechnete Verhältniswert größer ist als der Begrenzungswert.

2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Berechnungs schritt (c) die folgenden Schritte umfaßt:

(i) Speichern eines Referenzzeitwerts (T&sub0;) und der entsprechenden Ziehgeschwindigkeit (V&sub0;) der optischen Faser; und

(ii) Berechnen eines Verhältnisses der Ziehgeschwindigkeitsveränderungen der optischen Faser (V&sub0;-Va) über ein Zeitintervall (T&sub0;-Ta), wobei Va die Faserziehgeschwindigkeit zu einer Zeit Ta zu dem Zeitintervall (T&sub0;-Ta) ist; und

wobei nach dem Schritt (c) die Referenzzeit T&sub0; fortschreitend verschoben wird.

3. Vorrichtung zum Feststellen eines unregelmäßigen Bereichs in einer optischen Faser während eines Ziehvorgangs zum Bilden der optischen Faser, umfassend:

eine Meßeinheit (5) zum Messen eines äußeren Durchmessers der optischen Faser (3), wenn die optische Faser unter einer Ziehgeschwindigkeit gezogen wird, und

eine Verarbeitungseinheit (9),

dadurch gekennzeichnet, daß

die Verarbeitungseinheit (9) umfaßt:

(a) eine Eingabeeinheit (11) zum Abtasten der Ziehgeschwindigkeit der optischen Faser (3),

(b) eine erste Speichereinheit (12), die mit der Eingabeeinheit (11) in Verbindung steht, zum Speichern der abgetasteten Ziehgeschwindigkeit und eines entsprechenden Zeitwerts,

(c) eine zweite Speichereinheit (14) zum Speichern eines zuvor experimentell erhaltenen und abgespeicherten Begrenzungswerts, der eine optimale Geschwindigkeitsveränderung pro Zeiteinheit darstellt, und wobei die Verarbeitungseinheit (9) weiter umfaßt:

(d) eine Operationsvorrichtung (13), die mit der ersten Speichereinheit (12) in Verbindung steht, zum Berechnen des Verhältnisses einer Veränderung in der Ziehgeschwindigkeit zu einer vorbestimmten Zeitdauer, über die die Ziehgeschwindigkeitsveränderung auftrat,

(e) einen Komparator (15), der mit der Operationsvorrichtung (13) und der zweiten Speichereinheit (14) in Verbindung steht, zum Vergleichen der Ausgabe aus der Operationsvorrichtung (13) mit dem gespeicherten Begrenzungswert, und

(f) einem Detektor (16), der mit dem Komparator (15) in Verbindung steht, zum Feststellen eines unregelmäßigen Bereichs der optischen Faser (3) in Erwiderung auf von dem Operator (15) empfangene Signale, wenn das berechnete Verhältnis größer ist als der Begrenzungswert.







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