專利名稱：檢測光纖表面缺陷的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及光纖生產(chǎn)中的質(zhì)量控制和光纖缺陷的早期檢測。更具體地說，本發(fā)明涉及檢測諸如在光纖制造期間由粘附到光纖表面上的顆粒引起的這些瑕疵和表面缺陷的光電檢測器系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在由坯料抽拉光纖期間會出現(xiàn)各種缺陷。這些缺陷包括光纖內(nèi)的孔、光纖內(nèi)的雜物或粒子、光纖表面上的粒子以及表面磨蝕。光纖上存在表面磨蝕或粒子會在光纖制造后道工序階段引起光纖斷裂。因此，從實現(xiàn)最高制造成品率的角度考慮，在光纖制造期間，質(zhì)量控制是很關(guān)鍵的。為此，已知有多種多樣測試光纖質(zhì)量的技術(shù)。例如，在完成光纖制造后有時可以脫線進(jìn)行光纖張力篩選。缺陷或瑕疵會導(dǎo)致光纖斷裂。現(xiàn)有的技術(shù)中沒有一種能夠解決在拉制或制造光纖時對表面粒子的在線實時檢測。
發(fā)明概要在拉制光纖時檢測光纖上粒子的能力無論是作為一種工藝過程改善工具還是提供減少在光纖制造后道工序中會出現(xiàn)引起光纖斷裂的粒子數(shù)目所需的信息都是有利的。舉例來說，實時檢測到瑕疵數(shù)目有較大增加則表示熔爐耐火材料正在劣化，應(yīng)當(dāng)替換熔爐。
本發(fā)明認(rèn)為光纖預(yù)型件和在其鍍膜前含有包層的拉制光纖形成優(yōu)良的波導(dǎo)。照此，在鍍膜前，光基本上滲透光纖的整個截面。大部分光在光纖整個長度上向下傳導(dǎo)，除非被諸如孔、表面磨蝕或粒子等缺陷沿光纖長度散射掉。在拉制過程中，在拉制熔爐中光纖充滿光，拉制熔爐是良好的強(qiáng)白光光源。在拉制光纖時，來自拉制熔爐的光沿著光纖傳導(dǎo)，碰到缺陷時被散射到外。由于在拉制光纖時光纖移動存在速率，當(dāng)缺陷快速地通過檢測器時散射光作為一道短暫的閃光被檢測器所檢測。
在由本發(fā)明解決的其它需求中，需要一種能夠檢測正在拉制光纖時由光纖中缺陷造成的光散射而引起的閃光的檢測器。本發(fā)明還提供一種能夠以拉制光纖的正常速率有效地工作，以識別由光纖表面上存在粒子引起的閃光的檢測器。這里可以把這種粒子稱為玻璃或POG上的粒子。
本發(fā)明的一個方面較佳地包括位于橢圓反射鏡的一個焦點上的高速、大面積檢測器。接受檢測的光纖置于反射鏡的另一個焦點上。反射鏡的排列提供從光纖散射的光將以180度反射在檢測器上。較佳地把檢測元件屏蔽起來以阻擋雜散光，以及用惰性氣體進(jìn)行凈化，以保持光纖表面的清潔。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，采用橢圓反射鏡。將光纖置于反射鏡的一個焦點上，直徑最好為1cm的熒光棒置于另一個焦點上。熒光棒最好具有拋光的端面并平行于光纖取向。棒的一端最好是反射面，而高速硅檢測器附著在另一端上。棒中摻入吸收可見光、最好是黃光而在可見光或近紅外光譜區(qū)中發(fā)射熒光的熒光染料。當(dāng)來自光纖的光碰到棒時，將出現(xiàn)熒光。大約一半的光將在棒外發(fā)熒光和被損失。四分之一的光將被引導(dǎo)到棒內(nèi)、被反射鏡表面反射，然后被向下引導(dǎo)返回到檢測器上，而其余四分之一的光被直接引導(dǎo)到檢測器上。熒光的出現(xiàn)非常快速，在10ns量級上，如此超快速閃光可以被檢測。此外，由于棒的直徑為1cm，從光纖散射的光全部都將落在棒上，系統(tǒng)對光纖移動是不敏感的。再有，將會看到，通過增加棒的長度，將能增加觀測閃光持續(xù)的時間。另外，可以預(yù)先使棒加上遮板，以區(qū)分例如粒子與孔。
本發(fā)明的另一個方面較佳地包括二個觀測系統(tǒng)。每個觀測系統(tǒng)包括一個小面積、高速、高靈敏度硅檢測器、兩個透鏡和一個球面反射鏡。透鏡系統(tǒng)使得觀測系統(tǒng)對光纖移動不敏感。在本發(fā)明的較佳實施例中，采用的透鏡允許系統(tǒng)有2.5cm的光纖移動容限。
將透鏡置于光纖的一側(cè)，球面反射鏡置于光纖的另一側(cè)，在離開光纖等于其曲率半徑的位置上。因此，來自光纖的所有入射光被反射返回到檢測器。利用以90度在空間上分開的兩個觀測系統(tǒng)增加了收集來自POG閃光的似真性。此外，只要增加快速分析信號差的合適信號處理支持，相信可以采用兩個檢測器之間的信號差來鑒別粒子類型和孔的存在。系統(tǒng)最好封裝在一個盒子中，以阻擋雜散光和用惰性氣體進(jìn)行凈化，外殼最好安裝在可調(diào)節(jié)的x和y工作臺上，以將檢測器適當(dāng)?shù)叵鄬τ诠饫w定位。提供一個凈化氣體源以保持檢測器的光學(xué)表面無沾污。
本發(fā)明的另一個方面較佳地包括三觀測系統(tǒng)。每個觀測系統(tǒng)包括一個小面積、高速、高靈敏度硅檢測器、三個透鏡和一個球面反射鏡。透鏡置于光纖的一側(cè)，球面反射鏡置于光纖的另一側(cè)，在離開光纖等于其曲率半徑的位置上。因此，來自光纖的所有入射光被反射返回到檢測器。利用以120度在空間上分開的三個觀測系統(tǒng)消除了可能存在光纖而沒有檢測到閃光的任何死區(qū)。只要適當(dāng)選擇和配置各個部分，利用三個視角和三個透鏡允許根據(jù)本發(fā)明這個方面的檢測器以高速度檢測閃光，如在光纖制造期間采用的典型抽拉速度。此外，雖然詳細(xì)地描述了各個方法，應(yīng)當(dāng)看到，多觀測系統(tǒng)可以采用由應(yīng)用以及諸如成本的考慮因素所確定的視角個數(shù)。可以適當(dāng)?shù)夭捎闷渌鞣N光學(xué)排列和檢測器。
從以下的詳細(xì)描述和附圖，顯然可獲得對本發(fā)明的更全面的理解以及本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點。
附圖簡述

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的光纖抽拉過程和系統(tǒng)。
圖2A示出根據(jù)本發(fā)明的包括橢圓反射鏡和檢測器的閃光檢測系統(tǒng)的俯視圖。
圖2B示出圖2A所示的閃光檢測系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的采用橢圓反射鏡和熒光棒的閃光檢測系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的兩個觀測系統(tǒng)的閃光檢測系統(tǒng)的俯視圖。
圖5示出圖4所示的兩個觀測系統(tǒng)的閃光檢測系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的三個觀測系統(tǒng)的閃光檢測系統(tǒng)。
圖7示出按照本發(fā)明的閃光檢測的方法。
較佳實施例的詳細(xì)描述圖1示出采用按照本發(fā)明的光纖瑕疵檢測的光纖拉制過程和系統(tǒng)10。在系統(tǒng)10中，光纖1是從拉制熔爐11中抽出的，熔爐11最好將光纖加熱到約1900-2000℃的溫度。這個溫度是足以引起光纖發(fā)光以及基本上充滿白光。當(dāng)光纖1離開拉制熔爐11時，它通過瑕疵檢測器12，瑕疵檢測器最好是按照以下將結(jié)合圖2A-7討論作進(jìn)一步描述的原理構(gòu)造的，盡管將會認(rèn)識到，可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)計其它與接下來的說明和權(quán)利要求相一致的光學(xué)檢測器排列和封殼。瑕疵檢測器12最好直接位于拉制熔爐11后，因為在工藝過程中在這個位置上通過拉制熔爐11的高溫基本上已經(jīng)消除了所有的表面磨蝕。然而，將會看到，瑕疵檢測器12也可以位于其它位置上，如圖1所示的位于直徑檢驗器13或冷卻管15之后的A點或B點，或者另一方面，如果需要的話，可以與直徑檢驗器13相結(jié)合，形成一個雙重功能的單個外殼單元。
接著，光纖1通過直徑檢驗器13，它以已知的方式對光纖1的直徑進(jìn)行檢驗。直徑檢驗器13可以是干涉直徑測量(“IDM”)裝置，如美國專利5,309,221中所描述的這些裝置，該專利轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，這里將其全文引作參考。從直徑檢驗器13，光纖1然后通過冷卻管15、一次鍍膜機(jī)17、第一鍍膜固化器19、二次鍍膜機(jī)21、第二鍍膜固化器23和牽引機(jī)25。牽引機(jī)25以所需的工藝處理速率提供抽拉光纖1的適度的力。在轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的在這里全文引作參考的美國專利5,443,610中描述了一種現(xiàn)行的抽拉系統(tǒng)的進(jìn)一步詳細(xì)情況。
除了以上描述的部件外，系統(tǒng)10還包括凈化氣體源14，為凈化瑕疵檢測器11的光學(xué)表面防止該表面受外來沾污提供氣體。系統(tǒng)10還包括數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)20、圖表記錄儀30和報警系統(tǒng)40。數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)20最好包括對瑕疵檢測器12產(chǎn)生的信號進(jìn)行放大、轉(zhuǎn)換和處理的快速數(shù)字信號處理電路。其中可以適當(dāng)?shù)匕ê幸堰m當(dāng)編程的控制器、存儲器、顯示器、鍵盤和打印機(jī)的PC、工作站或小型計算機(jī)。通過使數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)20與瑕疵檢測器12、直徑檢驗器13和牽引機(jī)25相連接，從諸如POG的其它瑕疵能夠鑒別出孔，因為能夠采用IDM以已知方式對孔進(jìn)行檢測，例如美國專利5,185,636中所描述，該專利轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，這里將其全文引作參考。數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)20能夠監(jiān)視和檢驗光纖1的抽拉速度。能夠采用圖表記錄儀30來保持光纖1上各種瑕疵位置的記錄。響應(yīng)于實時瑕疵檢測，可以采用報警系統(tǒng)40給制造工藝過程控制人員或者控制處理器提供適當(dāng)?shù)膱缶?br> 圖2A示出根據(jù)本發(fā)明一個方面的閃光檢測系統(tǒng)100的俯視圖。這一系統(tǒng)100可以適用于作圖1的瑕疵檢測器12。檢測系統(tǒng)100包括橢圓反射鏡102和檢測器104。檢測器104位于反射鏡102的一個焦點上。在反射鏡102的另一個焦點上將光纖106引入檢測器104與反射鏡102之間。正如圖2A所示，光纖106正在走向紙面內(nèi)。正常地光通過光纖106傳導(dǎo)，不會從光纖106上射出。然而，光纖106表面上的不規(guī)則或其它瑕疵將會引起光112從表面上逃逸。這種不規(guī)則性最常見的就是粘附到光纖106表面上的玻璃或POG上粒子。光112將會在POG處從光纖106上逃逸。光112經(jīng)過大約180度落在反射鏡102上以及反射到檢測器104上。
圖2B示出檢測系統(tǒng)100的側(cè)視圖，光纖106從熔爐114饋送到檢測系統(tǒng)100中，該圖了提供反射鏡102、檢測器104和光纖106的附加視圖。圖2B還示出一個封殼或外殼116，檢測器100適合于封裝在內(nèi)，以阻止環(huán)境光進(jìn)入其中。擋板118和120在光纖106進(jìn)入和退出外殼116的點上提供對環(huán)境光的附加屏蔽。另外，可以適當(dāng)采用x和y平移臺130，以便手工或自動地調(diào)節(jié)反射鏡102相對于光纖106的位置。
在光纖106拉制期間采用檢測器100是有利的。當(dāng)光纖106中熔爐114中拉出時可以將其饋送到檢測器100中，這里熔爐是諸如圖1所示拉制熔爐11的拉制熔爐。熔爐114使從其拉制光纖106的預(yù)型件加熱到發(fā)白。這一加熱導(dǎo)致強(qiáng)的白光在光纖106中傳導(dǎo)。
由于光纖106和檢測器104位于橢圓反射鏡102的相對兩個焦點上，根據(jù)本發(fā)明所例舉方面的檢測器100對光纖106的移動是敏感的。光纖106的移動使光纖106移動到偏離反射鏡102焦點之外，由此阻止反射鏡102把從光纖106上逃逸的光嚴(yán)格地會聚在檢測器104上。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明另一個方面的檢測系統(tǒng)200。系統(tǒng)200也可以適當(dāng)?shù)赜米鲌D1的瑕疵檢測器12。檢測系統(tǒng)200包括橢圓反射鏡202。光纖204置于反射鏡202的第一焦點上，而熒光棒208，其直徑最好為1厘米，置于反射鏡202的第二焦點上。檢測器212置于棒208的第一端214上，而反射鏡216置于棒208的第二端上。棒208可以由摻有熒光染料的丙烯酸或玻璃材料適當(dāng)制成。染料最好吸收可見光，如由白色熱預(yù)型件所發(fā)射的光，以及在可見光或近紅外光譜區(qū)中發(fā)出熒光。
被引導(dǎo)到光纖204一端中的光將沿光纖204長度傳輸直至碰到一個不規(guī)則點220為止。然后將從光纖204發(fā)出散射光222并被反射鏡202所收集。然后大部分散射光222將被會聚在棒208上，它將發(fā)出熒光，產(chǎn)生熒光224。大約一半熒光224逃逸到棒208外損失掉。大約四分之一熒光224將從棒208向上引導(dǎo)，被反射鏡212反射，從棒208向下引導(dǎo)返回到檢測器218。另外四分之一熒光224將從棒208直接向下引導(dǎo)到檢測器218上。由于棒208的體積，檢測系統(tǒng)200對光纖204的移動相對不太敏感。散射光222焦點的少許失調(diào)將不妨礙光222落在棒208一些地方。然后，棒208產(chǎn)生熒光224，用于檢測器218的檢測。
通過增加棒208的長度，將能夠增加閃光觀測時間。此外，可以有選擇地掩蓋棒，使得它以不同的方式檢取優(yōu)先散射。例如，遮板209可以使棒208上部三分之一對于從一個角度范圍入射的光屏蔽，應(yīng)當(dāng)看到，也可以采用圖中未示出的另外遮板。通過將閃光通過棒上部三分之一時測得的信號與閃光通過棒208下部時測得的信號進(jìn)行比較，區(qū)分孔與表面粒子應(yīng)當(dāng)是可能的，如果這些粒子導(dǎo)致優(yōu)先散射，區(qū)分粒子的不同類型也是可能的。
檢測系統(tǒng)200可以適當(dāng)?shù)胤庋b在一個不透光的封殼226內(nèi)，在光纖204進(jìn)入和退出不透光封殼的點處有擋板228和230，以阻止環(huán)境光進(jìn)入不透光封殼226內(nèi)。正如以上討論的，可以采用凈化氣體和可調(diào)節(jié)工作臺。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的兩個觀測系統(tǒng)的閃光檢測器300的俯視圖。檢測器300適合于用作圖1的瑕疵檢測器12。檢測器300分別包括第一和第二觀測系統(tǒng)302和304。雖然下面將會描述本較佳光學(xué)組件，但是應(yīng)當(dāng)看到，可以采用其它任何合適的光學(xué)組件來收集和引導(dǎo)從光纖314側(cè)壁出射的光并將其照在第一檢測器312上。
第一觀測系統(tǒng)302包括第一球面反射鏡306、第一和第二透鏡308和310以及第一檢測器312。反射鏡306放置在離光纖314的距離等于其曲率半徑的地方。第二透鏡310置于光纖314的與反射鏡306相對的一側(cè)，與反射鏡306成直線，離光纖314的距離等于透鏡310的焦距長度。第一透鏡308置于透鏡310的與光纖314相對的一側(cè)上，與反射鏡306和透鏡310成直線。第一檢測器312位于透鏡308的與光纖314相對的一側(cè)上，與反射鏡306和透鏡308和310成直線，離透鏡308的距離等于透鏡308的焦距。透鏡308和310最好安裝在透鏡架322上，透鏡架322最好適合于直接配合到封裝檢測器312的封殼326中。這一排列使檢測器312對可能進(jìn)入檢測系統(tǒng)300的環(huán)境光產(chǎn)生屏蔽。
第二觀測系統(tǒng)304包括第二球面反射鏡316、第三和第四透鏡318和320以及第二檢測器322。第二觀測系統(tǒng)304垂直于第一觀測系統(tǒng)302成90度取向并位于與第一觀測系統(tǒng)302相同的平面內(nèi)。反射鏡316放置在離光纖314的距離等于其曲率半徑的地方。第四透鏡320置于光纖314的與反射鏡316相對的一側(cè)，與反射鏡316成直線，離光纖314的距離等于透鏡320的焦距長度。第三透鏡318置于透鏡320的與光纖314相對的一側(cè)上，與反射鏡316和透鏡320成直線。第二檢測器322位于透鏡318的與光纖314相對的一側(cè)上，與反射鏡316和透鏡318和320成直線，離透鏡318的距離等于透鏡318的焦距。透鏡318和320安裝在透鏡架324上，透鏡架324最好適合于直接配合到封裝檢測器322的封殼328中。這一排列使檢測器322對環(huán)境光產(chǎn)生屏蔽。
檢測系統(tǒng)300最好封裝在具有光纖314合適入口和出口的帶有屏蔽入口和出口擋板的不透光封殼內(nèi)。圖中未示出檢測系統(tǒng)300的不透光封殼，但是可以與以上結(jié)合圖2B和3實施例所描述的相似。雖然使觀測系統(tǒng)302和304共面目前是較佳的，但是應(yīng)當(dāng)看到，也可以將它們排列成彼此相互移開，那么可以對它們的輸出進(jìn)行處理，以分析優(yōu)先散射，檢測孔和區(qū)分粒子的不同類型。
應(yīng)當(dāng)看到，兩個或多個觀測系統(tǒng)當(dāng)光纖314移動時更一般地可以同時提供多個信號。經(jīng)過適當(dāng)分析，可以證明可以分析這些信號的差別，以獲得進(jìn)一步的有價值的信息。例如，可以證明可以區(qū)分孔與POG或者POG的一種類型與另一種類型。
圖5示出檢測器300的觀測系統(tǒng)302的側(cè)視圖。正如以上所討論的，觀測系統(tǒng)302包括反射鏡306、第一和第二透鏡308和310以及第一檢測器312，所有元件都成直線取向，該直線與光纖314相交。
圖6提供三個觀測系統(tǒng)600的俯視圖。檢測系統(tǒng)600也可以適合于用作圖1的瑕疵檢測器12。檢測系統(tǒng)600包括觀測系統(tǒng)602、604和606。每個觀測系統(tǒng)602、604和606定位在離光纖314相同的距離上。觀測系統(tǒng)602包括球面反射鏡608、第一、第二和第三透鏡610、612和614、以及第一檢測器616?？梢赃m當(dāng)?shù)夭捎肙riel公司提供的焦距為f＝25mm、部件編號為44351的凹面反射鏡作為反射鏡608。適當(dāng)選擇的第一、第二和第三透鏡610、612和614分別是焦距為f＝25.4mm、部件編號為KBX046AR.14雙凸透鏡；焦距為f＝50.2mm、部件編號為KBX142AR.14雙凸透鏡；以及焦距為f＝6.4mm、部件編號為KPX010AR.14平凸透鏡，所有透鏡都來自Newport公司。適當(dāng)選擇的第一檢測器616是Thorlabs公司的檢測器/放大器封裝件，部件編號為PDA50。反射鏡608置于離開光纖618的距離等于其曲率半徑的地方。第三透鏡614與反射鏡608和光纖618成直線地置于光纖618的與反射鏡608相對的一側(cè)上，離光纖618的距離等于透鏡614的焦距。透鏡612與反射鏡608、光纖618和透鏡614成直線地置于透鏡614的與光纖618相對的一側(cè)上。透鏡610與反射鏡608、光纖618和透鏡614和612成直線地置于透鏡612的與透鏡614相對的一側(cè)上。透鏡610和612最好分開間隔17.8mm。檢測器616與反射鏡608、光纖618和透鏡614、612和610成直線地置于透鏡610的與透鏡612相對的一側(cè)上，離透鏡610的距離等于透鏡610的焦距。透鏡610、612和614最好適合于安裝在透鏡架640上，它最好合適于直接配合到檢測器616封殼646中。這一排列使檢測器616對可能進(jìn)入檢測系統(tǒng)600的環(huán)境光產(chǎn)生屏蔽。
觀測系統(tǒng)604的取向在與光纖618相交的直線上，與觀測系統(tǒng)602成60度，它位于與觀測系統(tǒng)602相同的平面內(nèi)。觀測系統(tǒng)604包括第二球面反射鏡620、第四、第五和第六透鏡，分別為622、624和626以及第二檢測器828。反射鏡620置于離開光纖618的距離等于其曲率半徑的地方。第六透鏡626與反射鏡620和光纖618成直線地置于光纖618的與反射鏡620相對的一側(cè)上，離光纖618的距離等于透鏡626的焦距。透鏡624與反射鏡620、光纖618和透鏡626成直線地置于透鏡626的與光纖618相對的一側(cè)上。透鏡622與反射鏡620、光纖618和透鏡626和624成直線地置于透鏡626的與透鏡624相對的一側(cè)上。檢測器628與反射鏡620、光纖618和透鏡626、624和622成直線地置于透鏡624的與透鏡622相對的一側(cè)上，離透鏡622的距離等于透鏡622的焦距。透鏡622、626和624適合于安裝在透鏡架642上，它最好合適于直接配合到檢測器628封殼648中。這一排列使檢測器628對可能進(jìn)入檢測系統(tǒng)600的任何環(huán)境光產(chǎn)生屏蔽。
觀測系統(tǒng)606的取向在與光纖618相交的直線上，與觀測系統(tǒng)602成60度角，在與觀測系統(tǒng)604的相反方向上，位于與觀測系統(tǒng)602和604相同的平面內(nèi)。觀測系統(tǒng)606包括球面反射鏡628、第七、第八和第九透鏡，分別為630、632和634，以及第三檢測器636，它們的定位、安裝和封裝類似于觀測系統(tǒng)602和604的相應(yīng)元件。與在第一觀測系統(tǒng)602描述中適用情況一樣，以上列出的部件也適用于第二觀測系統(tǒng)604和第三觀測系統(tǒng)606中的相應(yīng)部件。
檢測系統(tǒng)600最好封裝在不透光的封殼內(nèi)，封殼具有光纖618的合適入口和出口和屏蔽這些入口和出口的擋板。圖中未示出檢測系統(tǒng)600的封殼，但是，可以與以上結(jié)合圖2B和3的實施例所描述的情況相似。
三個觀測系統(tǒng)600消除了圖4所示兩個觀測系統(tǒng)的檢測器系統(tǒng)300易產(chǎn)生的死區(qū)。此外，通過適當(dāng)?shù)剡x擇諸如以上列出的這些元件，可以把三個觀測系統(tǒng)構(gòu)造成使得閃光在視場中的時間達(dá)到最大，由此方便以高速(如典型的拉制速度)進(jìn)行閃光檢測。
圖7是說明根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容的閃光檢測700的流程圖。在步驟702，把光引入到光纖中，如圖1的光纖1中，在拉制熔爐11中，光纖充滿光。在步驟704，把光纖引入并快速地拉過檢測器，檢測器最好包括反射鏡、透鏡或其它光學(xué)器件以及當(dāng)光纖快速移動時檢測預(yù)定點的光的檢測電路。光纖繼續(xù)通過檢測器移動，使得整個光纖通過檢測器，對沿光纖長度任何點上逃逸的光進(jìn)行檢測，使得該過程高速，適合于制造過程期間的實時測試。如上所述，檢測器元件最好放在一個基本上不透光的封殼內(nèi)。在步驟706，從光纖逃逸的光落在檢測器中的所需點上。在步驟708，對落在所需點上的光進(jìn)行檢測，產(chǎn)生代表該光的電信號。最后，在步驟710，對電信號進(jìn)行處理和分析，以檢測光纖的瑕疵。可以采用諸如圖1所示的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)20的數(shù)據(jù)處理和分析系統(tǒng)來分析信號和區(qū)分一種類型的瑕疵與另一種類型。被檢測瑕疵的記錄可以存儲在存儲器中、打印在圖表記錄儀上，如圖1所示的記錄儀30上、或者顯示在顯示器上。
雖然本發(fā)明揭示了本較佳實施例的內(nèi)容，但是應(yīng)當(dāng)看到，本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員按照以上的討論以及以下的權(quán)利要求可以采用多種多樣的實施方案。
權(quán)利要求
1.一種檢測從光纖側(cè)壁出射的光的光纖瑕疵檢測系統(tǒng)，該出射光是由玻璃瑕疵上粒子或者光纖中的磨蝕導(dǎo)致的，當(dāng)光纖快速地向下通過檢測系統(tǒng)時檢測系統(tǒng)進(jìn)行工作，其特征在于所述檢測系統(tǒng)包括位于鄰近光纖附近和鍍膜系統(tǒng)前的檢測器，所述檢測器對出射光進(jìn)行檢測；以及識別玻璃瑕疵上粒子的處理電路。
2.如權(quán)利要求1所述的瑕疵檢測系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括收集出射光和將其照射在檢測器上的光學(xué)組件。
3.如權(quán)利要求1所述的瑕疵檢測系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)組件包括橢圓反射鏡，所述橢圓反射鏡有兩個焦點。
4.如權(quán)利要求3所述的瑕疵檢測系統(tǒng)，其特征在于所述光纖通過所述橢圓反射鏡的一個焦點快速地拉制。
5.如權(quán)利要求4所述的瑕疵檢測系統(tǒng)，其特征在于所述檢測器位于橢圓反射鏡的另一個焦點上。
6.如權(quán)利要求5所述的瑕疵檢測系統(tǒng)，其特征在于所述反射鏡和檢測器封裝在一個基本上不透光的封殼內(nèi)。
7.如權(quán)利要求6所述的瑕疵檢測系統(tǒng)，其特征在于所述不透光封殼進(jìn)一步包括允許光纖通過檢測系統(tǒng)的進(jìn)入和出口孔以及環(huán)繞所述孔的擋板，使得可以進(jìn)入檢測系統(tǒng)的雜散光減至最少。
8.一種檢測從光纖側(cè)壁出射的光的光纖瑕疵檢測系統(tǒng)，該出射光是由光纖內(nèi)瑕疵導(dǎo)致的，其特征在于，所述檢測系統(tǒng)包括繞所述光纖取向的多個觀測系統(tǒng)，每個觀測系統(tǒng)包括收集從光纖出射的光并改變其指向的光學(xué)組件；以及置于接收被光學(xué)組件改向的光和位于鍍膜系統(tǒng)前的檢測器；以及通過多個觀測系統(tǒng)快速拉制光纖的機(jī)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求17所述的瑕疵檢測系統(tǒng)，其特征在于所述光學(xué)組件中至少一個包括具有曲率半徑的球面反射鏡，所述反射鏡置于離光纖的距離等于其曲率半徑的地方；具有第一焦距的第一透鏡，所述第一透鏡置于與所述反射鏡和所述光纖的直線上位于所述光纖的與所述反射鏡相對一側(cè)上，離所述光纖的距離等于第一焦距；以及具有第二焦距的第二透鏡，所述第二透鏡置于與第一透鏡、所述光纖和所述反射鏡的直線上位于所述第一透鏡的與所述光纖相對一側(cè)上。
10.如權(quán)利要求17所述的瑕疵檢測系統(tǒng)，其特征在于所述觀測系統(tǒng)的數(shù)目為2。
11.如權(quán)利要求19所述的瑕疵檢測系統(tǒng)，其特征在于所述觀測系統(tǒng)相互置于同一平面內(nèi)，相互成90度取向。
12.如權(quán)利要求17所述的瑕疵檢測系統(tǒng)，其特征在于所述觀測系統(tǒng)的數(shù)目為3。
13.如權(quán)利要求21所述的瑕疵檢測系統(tǒng)，其特征在于所述觀測系統(tǒng)相互置于同一平面內(nèi)，相互成60度取向。
14.如權(quán)利要求18所述的瑕疵檢測系統(tǒng)，其特征在于每個觀測系統(tǒng)還包括一個位于第一透鏡與第二透鏡之間的第三透鏡。
15.如權(quán)利要求17所述的瑕疵檢測系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括產(chǎn)生代表所述多個視角觀測系統(tǒng)中至少兩個系統(tǒng)的輸出之間的差的差值信號的差分電路。
16.如權(quán)利要求17所述的瑕疵檢測系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括封裝多個觀測系統(tǒng)和光纖的不透光封殼，所述不透光封殼上有光纖出入孔；以及覆蓋所述不透光封殼上孔的擋板，阻止雜散光進(jìn)入不透光封殼內(nèi)。
17.一種檢測光纖瑕疵的方法，所述瑕疵會引起光從光纖的側(cè)壁上逃逸，所述方法包括步驟把光引入光纖中；把光纖引入檢測器組件中；利用檢測器組件檢測從光纖側(cè)壁上逃逸的光；以及基于被檢測的光在線確定瑕疵的自然特性。
18.一種在光纖拉制過程期間檢測孔以外的玻璃瑕疵上粒子的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括位于拉制熔爐后和鍍膜系統(tǒng)前安排用來檢測出射光的光學(xué)檢測器；以及對檢測光進(jìn)行分析和識別孔以外的光纖瑕疵的數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)。
19.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括收集出射光并將其照射到光學(xué)檢測器上的光學(xué)組件。
20.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括連接至數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的光纖孔檢測器。
21.如權(quán)利要求29所述的系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括報警裝置，這里如果檢測到在玻璃瑕疵上預(yù)定個數(shù)的顆粒，數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)便觸發(fā)報警。
全文摘要
適合于對光纖瑕疵進(jìn)行在線檢測使用的檢測器,當(dāng)光纖快速地通過檢測點時對從光纖表面上逃逸光引起的閃光進(jìn)行檢測。檢測器包括多個觀測系統(tǒng),每個觀測系統(tǒng)由一個球面反射鏡(608)、多個透鏡和一個檢測器(616)構(gòu)成。每個球面反射鏡(608)置于離開待檢測瑕疵的光纖(618)的距離等于其曲率半徑的地方。每個觀測系統(tǒng)的第一透鏡(610)置于離開光纖(618)的距離等于其焦距的地方,與反射鏡相對。每個觀測系統(tǒng)的第二透鏡(612)置于與第一透鏡(610)相對的位置上。檢測器(616)置于離開第二透鏡(612)的距離等于第二透鏡(612)焦距的位置上,與第一透鏡(610)相對?？梢詫⒏郊拥耐哥R置于每個觀測系統(tǒng)的第一透鏡(610)與第二透鏡(612)之間。采用多個觀測系統(tǒng)減小或消除了檢測系統(tǒng)的死區(qū)。當(dāng)光纖快速地通過檢測器移動時可以采用所有上述方法來檢測瑕疵?？梢詫崟r地鑒別和記錄瑕疵,改善了質(zhì)量控制;以及提供制造過程數(shù)據(jù)。
文檔編號G01M11/00GK1257580SQ98805357
公開日2000年6月21日 申請日期1998年5月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月22日
發(fā)明者R·D·彼格豪斯, D·A·帕斯泰爾, B·W·雷丁 申請人:康寧股份有限公司