專利名稱：確定光纖內(nèi)基本振蕩頻率的方法以及對由其所測得的張力的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在從光學(xué)預(yù)制件拉制光纖期間確定光纖內(nèi)基本振蕩頻率的方法，光纖的振動通過垂直于光纖的縱軸進(jìn)行測量，以用快速傅里葉變換(FFT)形成頻譜，由該頻譜確定基本振蕩頻率。本發(fā)明還涉及用這種方法測得的基本振蕩頻率的專門應(yīng)用，在該專門應(yīng)用中，基本振蕩頻率能被轉(zhuǎn)換成張力。
背景技術(shù)：
上述方法本身從美國專利US4,692,615可知，即在拉制過程期間通過確定基本振蕩頻率然后借助于快速傅里葉變換來確定光纖內(nèi)的張力。從該專利文獻(xiàn)可知，光纖在拉制期間的振動行為相當(dāng)于兩端固定的線繩(string)在拉緊時(shí)的振動或振蕩行為。根據(jù)這種已知的方法發(fā)現(xiàn)，光纖在拉制過程期間的橫向移動可以分成許多諧波分段(harmonic partition)，這些諧波分段的頻率與光纖內(nèi)的張力有關(guān)。由此，對光纖橫向振動的移動的諧波分析被用來確定張力，其中，恒定爐溫下的拉制速率和張力彼此間線性相關(guān)。因此，通過向測量值應(yīng)用線性回歸模型，可以進(jìn)一步提高這種監(jiān)控張力的頻率方法的精度。然而，由這種方法確定的張力在實(shí)踐中證實(shí)顯示出了相當(dāng)大的展寬(spread)，因而，由這樣得到的FFT光譜不可能精確地確定出基本振蕩頻率。
用FFT確定基本振蕩頻率的方法由美國專利US5,079,433也可以獲知，根據(jù)該專利文獻(xiàn)，對第二諧波振蕩頻率施加特別核查。這種第二諧波振蕩頻率的缺陷在于在實(shí)踐中它具有峰值電平，該峰值電平比基本振蕩頻率低幾個(gè)數(shù)量級，從而在頻譜內(nèi)很難確定出它來。
在制造用于電信或數(shù)據(jù)通信的玻璃纖維時(shí)，通過加熱預(yù)制件將其拉制成直徑為125μm的玻璃纖維。在該制造步驟中，將預(yù)制件緩慢地放入爐內(nèi)，然后將預(yù)制件加熱到2000℃左右。在爐內(nèi)，預(yù)制件熔融，隨后被拉成玻璃纖維，玻璃纖維在另一端離開加熱爐。冷卻形成的玻璃纖維，提供保護(hù)涂層，然后纏繞在卷軸上。從加熱爐拉制光纖所用的張力是一個(gè)很重要的參數(shù)，其部分地確定光纖的強(qiáng)度和光學(xué)性質(zhì)。
在給玻璃纖維提供保護(hù)涂層之前，玻璃纖維非常容易受到損害。損害會消弱玻璃纖維的強(qiáng)度，使其容易斷裂，這是不期望的。因此，借助于已知的凈室(clean-room)技術(shù)來降低未加以保護(hù)的光纖所穿過區(qū)域內(nèi)的灰塵濃度。然而，從一個(gè)預(yù)制件得到的所有光纖或者從一個(gè)預(yù)制件得到的大部分光纖通常過于脆弱而不能做進(jìn)一步的處理。
對這樣的光纖進(jìn)行顯微分析表明，這通常是由于光纖上的細(xì)微刮傷引起的。人們認(rèn)為，這是因?yàn)槲醇右员Ｗo(hù)的光纖接觸拉制塔內(nèi)的部件，或者例如冷卻管內(nèi)的玻璃碎片或細(xì)小玻璃纖維顆粒造成的。盡管在拉制過程之前會采取一些預(yù)防措施，例如目視檢測或用毛刷清潔冷卻管，但是往往仍會制造出脆弱的光纖。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是提供一種方法，使用這種方法，在制造光纖期間光纖的張力可以精確地確定。
本發(fā)明的另一個(gè)目標(biāo)是提供一種方法，該方法能夠提供有關(guān)光纖拉制過程期間光纖是否與拉制塔內(nèi)使用的元件接觸的信息。
本發(fā)明的又一個(gè)目標(biāo)是提供一種方法，該方法能夠提供有關(guān)光纖拉制期間的某些過程狀態(tài)如溫度和/或拉制速率的信息。
如開始部分所指的方法的特征在于該方法包括如下步驟i)確定頻譜；ii)數(shù)學(xué)處理由步驟i)確定的多個(gè)波譜，得到合成譜；iii)重新確定波譜；iv)從合成譜除去最舊(oldest)的波譜；
v)數(shù)學(xué)處理根據(jù)步驟iv)得到的波譜和根據(jù)步驟iii)得到的波譜，得到合成譜；vi)從合成譜確定基本振蕩頻率，以及vii)如果需要，重復(fù)步驟iii)-vi)。
由此，本發(fā)明人已經(jīng)研究出一種方法，采用該方法已經(jīng)證實(shí)，可以在制造光纖的同時(shí)，基于“振動線繩法”確定出基本振蕩頻率的可靠值，或者相關(guān)參數(shù)，特別是光纖內(nèi)的張力。在拉制塔內(nèi)的路徑長度L上，光纖具有的基本振動相應(yīng)于依照關(guān)系T＝(2.L.f)2.μ的張力，(T＝張力，L＝自由長度，f＝振蕩頻率，μ＝光纖的線密度)。從而，在合成譜的輔助下，可以精確地確定張力。通過從合成譜持續(xù)不斷地除去最舊的測量值，并用除去時(shí)頻譜的新測量值補(bǔ)充合成譜，從而獲得穩(wěn)定的測量值。根據(jù)這種方法，垂直縱軸測量光纖的振蕩或振動。在FFT分析的輔助下，確定這個(gè)振動的多個(gè)按時(shí)間順序連續(xù)的頻譜。接著，將多個(gè)這些頻譜相加或相乘，這種數(shù)學(xué)處理的結(jié)果，得到頻譜的反差中間(contrast-rich)峰值，從而該峰值的位置能以簡單的方式確定。在本發(fā)明中，使用這個(gè)反差中間峰值，也稱作基本振蕩頻率。用于前述數(shù)學(xué)處理的排列必須用去除了最舊頻譜的新頻譜連續(xù)補(bǔ)充，這樣才能形成在光纖制造期間能連續(xù)使用的穩(wěn)定測量方法。
在一個(gè)特定實(shí)施例中，期望合成譜由至少5個(gè)單獨(dú)的波譜合成，特別地，由至多20個(gè)單獨(dú)的波譜合成。通過由至少5個(gè)單獨(dú)波譜組成合成譜，能夠顯著地抑制反差中間峰值內(nèi)的展寬，特別是張力測量值。當(dāng)用多于20個(gè)的單獨(dú)波譜進(jìn)行這種數(shù)學(xué)處理時(shí)，觀察到展寬并沒有顯著地改進(jìn)。對于本發(fā)明的方法而言，也可以通過對多個(gè)連續(xù)結(jié)果進(jìn)行平均來進(jìn)行補(bǔ)充，這樣的結(jié)果是展寬能被進(jìn)一步減少。
本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光纖在拉制過程期間碰到某物或接觸到某物時(shí)，將導(dǎo)致在測量頻率范圍內(nèi)光纖的基本振蕩頻率的缺乏。還發(fā)現(xiàn)，光纖的不連續(xù)運(yùn)行在實(shí)踐中將導(dǎo)致基本振蕩頻率的圖形發(fā)生顯著的變化，基本振蕩頻率如上所述進(jìn)行確定。在拉制過程期間，基本振蕩頻率可以被連續(xù)地圖像化顯現(xiàn)在監(jiān)視器上，這樣，在計(jì)算機(jī)和軟件的輔助下，還可以觀察到基本振蕩頻率的存在與否，在基本振蕩頻率缺乏時(shí)產(chǎn)生警報(bào)(聲音警報(bào)或可見警報(bào))。以這種方式，雇員在拉制過程期間缺乏基本振蕩頻率時(shí)可以檢查拉制塔，看光纖是否在自由地移動，而且如果需要可隨時(shí)停止拉制過程。從而，這將能夠避免制造出不滿足所需規(guī)格的光纖。
在光纖拉制過程期間施加的張力部分地取決于加熱爐內(nèi)的溫度和光纖從加熱爐拉出的速率。在較高溫度的加熱爐內(nèi)，光纖的材料會變得較軟，張力因而會減小。如果采用較高的拉制速率，則較多的張力會施加在光纖上，而且張力會變高。在根據(jù)本發(fā)明的方法下，基本振蕩頻率根據(jù)精確的方法進(jìn)行確定，因此已經(jīng)證明，可以調(diào)節(jié)拉制爐和/或拉制速率的溫度。
本發(fā)明還涉及一種調(diào)節(jié)拉制爐內(nèi)溫度的方法，其中在拉制爐內(nèi)，光學(xué)預(yù)制件在一端進(jìn)行加熱，之后光纖從該加熱端拉制出，根據(jù)這種調(diào)節(jié)方法，如上所述確定的基本振蕩頻率或者相關(guān)的參數(shù)如張力被用來調(diào)節(jié)拉制爐的溫度。
本發(fā)明也涉及一種調(diào)節(jié)在拉制塔內(nèi)光纖的拉制速率的方法，根據(jù)這種調(diào)節(jié)方法，光學(xué)預(yù)制件在拉制爐內(nèi)在一端進(jìn)行加熱，之后光纖從該加熱端拉制出，如本發(fā)明方法確定的基本振蕩頻率或者相關(guān)的參數(shù)如張力被用來調(diào)節(jié)拉制速率。
本發(fā)明另外涉及一種檢查光纖穿過拉制塔的方法，光學(xué)預(yù)制件在拉制爐內(nèi)在一端進(jìn)行加熱，之后光纖從該加熱端拉制出，如本發(fā)明方法確定的基本振蕩頻率或者相關(guān)的參數(shù)如張力被用來檢查光纖自由地穿過拉制塔。
本發(fā)明也涉及基本振蕩頻率或者依照本發(fā)明方法測量的相關(guān)參數(shù)如張力的具體應(yīng)用，如所附權(quán)利要求書所述的。


圖1示FFT頻譜(位置對時(shí)間)。
圖2示FFT頻譜(位置對時(shí)間)。
圖3示FFT頻譜(位置對時(shí)間。
其中圖1和圖2是比較例而圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
下面，將參看一些例子進(jìn)一步說明本發(fā)明，然而本發(fā)明并不應(yīng)限于這些具體的例子。
比較例在商業(yè)上可獲得的直徑傳感器的輔助下，測量特定時(shí)間下拉制塔內(nèi)光纖的位置。具體地，在5到30秒內(nèi)由1024個(gè)樣品確定FFT波譜。傳感器測量光纖在加熱爐與涂敷器之間的位置，光纖在涂敷器處被提供保護(hù)涂層。在光纖從加熱爐內(nèi)的預(yù)制件形成處的點(diǎn)與光纖被提供保護(hù)涂層處的點(diǎn)之間的路徑長度L所具有的基本振蕩頻率相當(dāng)于依照關(guān)系T＝(2.L.f)2.μ(T＝張力，L＝自由長度，f＝振蕩頻率，μ＝光纖的線密度)得到的張力。由這些數(shù)據(jù)(位置與時(shí)間關(guān)系)，在FFT的輔助下做出頻譜，如圖1和2所示。
在不僅圖1而且圖2的波譜中，很難確定出對應(yīng)于光纖基本振蕩的精確峰值，圖1和圖2的每一個(gè)都代表著拉制過程中的不同時(shí)刻。通過采用不同的平均技術(shù)以及用于張力的前述關(guān)系，可以在穩(wěn)定的制造狀態(tài)下獲得標(biāo)準(zhǔn)偏差大約僅為30％的張力的測量值，該值在實(shí)踐中是不能接受的。
實(shí)施例(依照本發(fā)明)以與比較例相同的方式確定光纖的頻譜。但是，存儲多個(gè)連續(xù)的波譜并彼此相乘。通過在5到10個(gè)波譜之間彼此相乘，得到合成譜，在該合成譜內(nèi)可以觀察到明顯的峰值，如圖3所示。
通過在光纖拉制過程期間補(bǔ)充用新波譜相乘并去除了最舊波譜的波譜，在拉制過程期間就可以得到連續(xù)的測量值，這用圖3的合成譜表示。采用常用的公式，由該相乘波譜內(nèi)可清楚觀察到頻率峰值的位置計(jì)算出張力。在穩(wěn)定制造狀態(tài)下這樣得到的張力的測量值具有大約10％的標(biāo)準(zhǔn)偏差，該值大大低于在比較例中得到的值。
通過將由此得到的張力值平均許多次，所得到的展寬可以進(jìn)一步降低。平均十次能夠使展寬進(jìn)一步降低到5％。
權(quán)利要求
1.一種用于在從光學(xué)預(yù)制件拉制光纖期間確定光纖內(nèi)基本振蕩頻率的方法，其中通過垂直于光纖的縱軸對所述光纖的振動進(jìn)行測量，并用快速傅里葉變換(FFT)形成頻譜，從而由該頻譜確定基本振蕩頻率，其特征在于，所述方法包括下述步驟i)確定頻譜；ii)數(shù)學(xué)處理由步驟i)確定的多個(gè)波譜，得到合成譜；iii)重新確定波譜；iv)從合成譜除去最舊的波譜；v)數(shù)學(xué)處理根據(jù)步驟iv)得到的波譜和根據(jù)步驟iii)得到的波譜，得到合成譜；vi)從合成譜確定基本振蕩頻率，以及vii)重復(fù)步驟iii)-vi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在步驟ii)和步驟v)中所用的數(shù)學(xué)處理包括對這些波譜進(jìn)行相加或者相乘。
3.根據(jù)前述任一或多個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述合成譜包括至少5個(gè)單獨(dú)的波譜。
4.根據(jù)前述任一或多個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述合成譜包括至多20個(gè)單獨(dú)的波譜。
5.根據(jù)前述任一或多個(gè)權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述張力由所述基本振蕩頻率確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述張力根據(jù)關(guān)系T＝(2.L.f)2.μ(T＝張力，L＝自由長度，f＝振蕩頻率，μ＝光纖的線密度)確定。
7.一種調(diào)節(jié)拉制爐內(nèi)溫度的方法，其中在拉制爐內(nèi)，光學(xué)預(yù)制件在一端進(jìn)行加熱，之后光纖從該加熱端拉制出，其特征在于，由如權(quán)利要求1-4中任一個(gè)或多個(gè)所述的方法確定的基本振蕩頻率被用來調(diào)節(jié)拉制爐的溫度。
8.一種調(diào)節(jié)在拉制塔內(nèi)光纖的拉制速率的方法，根據(jù)這種調(diào)節(jié)方法，光學(xué)預(yù)制件在拉制爐內(nèi)在一端進(jìn)行加熱，之后光纖從該加熱端拉制出，其特征在于，由如權(quán)利要求1-4中任一個(gè)或多個(gè)所述的方法確定的基本振蕩頻率被用來調(diào)節(jié)拉制速率。
9.一種檢查光纖自由穿過拉制塔的方法，根據(jù)這種檢查方法，光學(xué)預(yù)制件在拉制爐內(nèi)在一端進(jìn)行加熱，之后光纖從該加熱端拉制出，其特征在于由如權(quán)利要求1-4中任一個(gè)或多個(gè)所述的方法確定的基本振蕩頻率被用來檢查光纖自由地穿過拉制塔。
10.根據(jù)如權(quán)利要求1-4中任一個(gè)或多個(gè)所述的方法測量的基本振蕩頻率在調(diào)節(jié)拉制爐的溫度中的應(yīng)用，其中光纖在該拉制爐內(nèi)從光學(xué)預(yù)制件加熱的一端拉制出。
11.根據(jù)如權(quán)利要求1-4中任一個(gè)或多個(gè)所述的方法測量的基本振蕩頻率在調(diào)節(jié)拉制塔內(nèi)光纖的拉制速率中的應(yīng)用，其中光學(xué)預(yù)制件在拉制爐內(nèi)在一端進(jìn)行加熱，之后光纖從該加熱端拉制出。
12.根據(jù)如權(quán)利要求1-4中任一個(gè)或多個(gè)所述的方法測量的張力在檢查光纖穿過拉制塔中的應(yīng)用，其中在拉制塔內(nèi)，光學(xué)預(yù)制件在拉制爐內(nèi)在一端進(jìn)行加熱，之后光纖從該加熱端拉制出。
13.根據(jù)如權(quán)利要求5-6中任一個(gè)或多個(gè)所述的方法測量的張力應(yīng)用于調(diào)節(jié)拉制爐的溫度，其中光纖在該拉制爐內(nèi)從光學(xué)預(yù)制件加熱的一端拉制出。
14.根據(jù)如權(quán)利要求5-6中任一個(gè)或多個(gè)所述的方法測量的基本振蕩頻率在調(diào)節(jié)拉制塔內(nèi)光纖的拉制速率中的應(yīng)用，其中光學(xué)預(yù)制件在拉制爐內(nèi)在一端進(jìn)行加熱，之后光纖從該加熱端拉制出。
15.根據(jù)如權(quán)利要求5-6中任一個(gè)或多個(gè)所述的方法測量的張力在檢查光纖穿過拉制塔中的應(yīng)用，其中在拉制塔內(nèi)，光學(xué)預(yù)制件在拉制爐內(nèi)在一端進(jìn)行加熱，之后光纖從該加熱端拉制出。
全文摘要
一種用于在從光學(xué)預(yù)制件拉制光纖期間確定光纖內(nèi)基本振蕩頻率的方法，所述光纖的振動通過垂直于光纖的縱軸進(jìn)行測量，以用快速傅里葉變換(FFT)形成頻譜，從而由該頻譜確定基本振蕩頻率，其特征在于所述方法包括下述步驟i)確定頻譜；ii)數(shù)學(xué)處理多個(gè)由步驟i)確定的多個(gè)波譜，得到合成譜；iii)重新確定波譜；iv)從合成譜除去最舊的波譜；v)數(shù)學(xué)處理根據(jù)步驟iv)得到的波譜和根據(jù)步驟iii)得到的波譜，得到合成譜；vi)從合成譜確定基本振蕩頻率，以及vii)重復(fù)步驟iii)－vi)。
文檔編號G01M11/00GK1847811SQ20061006629
公開日2006年10月18日 申請日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者約翰尼斯·安圖恩·哈特休克爾 申請人:德雷卡通信技術(shù)公司