專利名稱：在光學(xué)纖維的制造期間對(duì)光學(xué)纖維進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及光學(xué)纖維并且涉及其制造。具體地，本發(fā)明涉及一種在光學(xué)纖維 的生產(chǎn)期間、尤其是在從預(yù)成型件拉伸纖維期間的光學(xué)纖維的評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
光學(xué)纖維，尤其是旨在用于電信應(yīng)用的那些光學(xué)纖維，需要具有良好的光學(xué)性質(zhì)。 這些性質(zhì)包括例如低的衰減和低的脈沖擴(kuò)散。光學(xué)纖維應(yīng)當(dāng)具有的另一重要性質(zhì)是充分高的抗張強(qiáng)度?？箯垙?qiáng)度是光學(xué)纖維需 要擁有(至少在給定程度上)以便保證在光學(xué)纖維的安裝期間不發(fā)生光學(xué)纖維的損壞和破 裂的機(jī)械性質(zhì)。為了保護(hù)光學(xué)纖維表面免受機(jī)械和化學(xué)損壞，在從纖維預(yù)成型件的拉伸過(guò)程期 間，光學(xué)纖維通常通過(guò)施加合成涂層到其上而被涂覆。然而，即使涂覆的纖維通常具有低的抗張強(qiáng)度，例如因?yàn)橛糜诩訜犷A(yù)成型件的烤 爐中的顆?；蚱渌鈦?lái)顆粒在纖維仍然處于烤爐室中時(shí)損壞纖維表面(例如，存在于烤爐 室中的雜質(zhì)可在纖維表面上引起缺陷，該缺陷減小纖維強(qiáng)度)，或者由于拉伸過(guò)程工作情況 的重要變化(例如，冷卻情況的修改或纖維涂層施加步驟中發(fā)生的問(wèn)題)。而且，從其拉伸 纖維的預(yù)成型件中已經(jīng)存在的其它雜質(zhì)可能是使纖維抗張強(qiáng)度特性變得更差的纖維缺陷 的原因。纖維的抗張強(qiáng)度實(shí)際上取決于這些缺陷的頻率和尺寸，這些缺陷的頻率和尺寸通 常在整個(gè)纖維長(zhǎng)度上統(tǒng)計(jì)地分布。因此，需要評(píng)估光學(xué)纖維的抗張強(qiáng)度以保證在包括光學(xué)纖維的光纜的安裝期間保 證充分高的抗張強(qiáng)度值。在過(guò)去，纖維抗張強(qiáng)度的測(cè)試直接在線完成，典型地在光學(xué)纖維拉伸步驟的下游 (特別地恰好在拉伸光學(xué)纖維卷繞到收集線軸上之前)。通過(guò)施加(使用合適的設(shè)備)到 正被拉伸的纖維適于引起應(yīng)變的張力，整個(gè)拉伸纖維長(zhǎng)度被在線測(cè)試，該應(yīng)變模仿當(dāng)纖維 放置在光纜中時(shí)(尤其是在纖維的安裝期間)纖維將經(jīng)受的應(yīng)力情況。應(yīng)變值通常在光 學(xué)纖維的數(shù)據(jù)表中被指定，并且例如等于1%，雖然光學(xué)纖維在現(xiàn)場(chǎng)受到的具體纖維應(yīng)變 可取決于具體應(yīng)用；例如，對(duì)于海底光纜安裝，該應(yīng)變可以高達(dá)2%。這種在線篩選在整個(gè) 拉伸纖維長(zhǎng)度上被執(zhí)行，因?yàn)樗矆?zhí)行總是在成品上被執(zhí)行的質(zhì)量檢查(即，對(duì)離開(kāi)制造 過(guò)程的最終產(chǎn)品不設(shè)想另外的檢查)。在線篩選例如在美國(guó)專利No. 4148218、美國(guó)專利 No. 6892589和美國(guó)專利No. 4601208中被公開(kāi)。缺陷的存在引起正被拉伸的纖維的破裂，該破裂容易被檢測(cè)到。然后，許多破裂消 極地影響纖維拉伸速率，并且使得拉伸過(guò)程相當(dāng)不連續(xù)。另一問(wèn)題在于，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)恰好在拉 伸之后的纖維比已經(jīng)過(guò)去一定時(shí)間后有點(diǎn)更有抵抗性。因此，恰好在拉伸之后的纖維的在 線篩選(通過(guò)引起應(yīng)變)實(shí)際上不去除所有缺陷。最近，在光學(xué)纖維制造設(shè)備廠，纖維受到所謂的“離線篩選測(cè)試”或“離線篩選”。 拉伸纖維從拉伸后收集線軸展開(kāi)，在輥上被引導(dǎo)并且在其整個(gè)長(zhǎng)度上加載有預(yù)定張力(適于引起纖維數(shù)據(jù)表中指定的纖維應(yīng)變，例如用于應(yīng)變的700MPa)；施加的力引起纖維與 缺陷對(duì)應(yīng)地破裂，并且因此可消除絕大多數(shù)缺陷。施加的力的典型值是諸如在纖維上引起 應(yīng)變。由于現(xiàn)代纖維制造廠保證的高純度，纖維中兩個(gè)連續(xù)的缺陷之間的典型平均距離 大于數(shù)十千米。離線篩選測(cè)試?yán)缭诿绹?guó)專利No. 5076104中被公開(kāi)。然而，離線纖維篩選步驟的主要缺點(diǎn)是，已經(jīng)從其拉伸光學(xué)纖維的可能差質(zhì)量的 開(kāi)始預(yù)成型件(例如，由于外來(lái)顆粒存在于預(yù)成型件中或預(yù)成型件外表面上，或者由于在 預(yù)成型件的形成期間因?yàn)楣鈱W(xué)纖維的復(fù)雜且精密的拉伸步驟(例如，由于很小的直徑、很 高的速率、很高的豎直塔)引起的工作情況發(fā)生的變化)僅當(dāng)在已經(jīng)從那個(gè)預(yù)成型件獲得 的已制造的光學(xué)纖維上執(zhí)行抗張強(qiáng)度測(cè)試步驟時(shí)才能被檢測(cè)。差質(zhì)量的開(kāi)始預(yù)成型件導(dǎo)致 在光學(xué)纖維的抗張強(qiáng)度測(cè)試步驟期間發(fā)生在拉伸光學(xué)纖維上的大量連續(xù)破裂。由于兩個(gè)連 續(xù)破裂之間的平均長(zhǎng)度的顯著降低(有時(shí)甚至小于光學(xué)纖維的通常大約為5km的最小商業(yè) 跨距)是不可接受的，因此制造的光學(xué)纖維必須被丟棄。對(duì)于已經(jīng)浪費(fèi)昂貴的原材料(特 別對(duì)于光學(xué)纖維涂層)以及時(shí)間而沒(méi)有獲得任何結(jié)果的制造商來(lái)說(shuō)，這清楚地表示很高的 成本。此外，在預(yù)成型件的差質(zhì)量是由于制造過(guò)程的問(wèn)題的情況下，由于離線執(zhí)行測(cè)試 步驟(即，當(dāng)已經(jīng)制造完光學(xué)纖維時(shí))并且因此在已經(jīng)獲得光學(xué)纖維之后的一段時(shí)間，抗張 測(cè)試的消極結(jié)果當(dāng)已經(jīng)生產(chǎn)且拉伸多于一個(gè)預(yù)成型件時(shí)才能夠被確認(rèn)，使得大量光學(xué)纖維 必須被丟棄。為了測(cè)試要從其拉伸光學(xué)纖維的預(yù)成型件，可以在光學(xué)上檢查預(yù)成型 件。“Applied Optics"，Vol. 18，No. 1，Jan. 1,1979, pp. 23-30 中出版的 H. Μ· Presby 等 人的論文"Optical Fiber Preform Diagnostics”中公開(kāi)這些方法的例子。非破壞性測(cè)試 光學(xué)樣本的方法也已經(jīng)在美國(guó)專利No. 4501492中被公開(kāi)。然而，在拉伸過(guò)程之前施加在預(yù)成型件上的這些光學(xué)方法不考慮在預(yù)成型件拉伸 過(guò)程期間出現(xiàn)的纖維缺陷。根據(jù)引用的美國(guó)專利No. 4501492，甚至可以在該過(guò)程期間分析 纖維，但當(dāng)然難以在高的速率下具有好的空間分辨率。因此，預(yù)成型件的光學(xué)檢查不能揭示可能在用來(lái)獲得光學(xué)纖維的連續(xù)拉伸步驟期 間出現(xiàn)的缺陷。此外，在從預(yù)成型件拉升光學(xué)纖維時(shí)也在光學(xué)纖維上執(zhí)行光學(xué)檢查的情況 下，這種方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能有效檢測(cè)拉伸光學(xué)纖維中的可能缺陷，這是由于在用于現(xiàn)代光學(xué)纖 維制造過(guò)程的高速率下不能保證好的空間分辨率。

發(fā)明內(nèi)容
本申請(qǐng)人已經(jīng)解決設(shè)計(jì)光學(xué)纖維評(píng)價(jià)方法的問(wèn)題，只要考慮到纖維抗張強(qiáng)度，該 評(píng)價(jià)方法就不會(huì)或至少較少受到上述已知纖維篩選方法的問(wèn)題的影響。具體地，本申請(qǐng)人 已經(jīng)面對(duì)在光學(xué)纖維的拉伸期間檢查光學(xué)纖維的質(zhì)量的問(wèn)題，從而避免制造有缺陷的光學(xué) 纖維(有缺陷的光學(xué)纖維將不適于被商業(yè)化并且因此將必須被丟棄)并避免浪費(fèi)原材料、 動(dòng)力能源、人的時(shí)間和機(jī)器的時(shí)間。由于通常在離線篩選測(cè)試期間(獲得的光學(xué)纖維受到指定的張應(yīng)力以便檢查其 質(zhì)量)發(fā)現(xiàn)光學(xué)纖維是有缺陷的，時(shí)間和材料的浪費(fèi)更加大。本申請(qǐng)人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，通過(guò)在光學(xué)纖維的拉伸的恰好第一階段預(yù)先測(cè)試獲得的光學(xué)纖維的恰好第一長(zhǎng)度的抗張強(qiáng)度，能夠保證在光學(xué)纖維的制造過(guò)程期間良好質(zhì)量(例 如，基本上沒(méi)有缺陷)的預(yù)成型件的使用以及正確使用過(guò)程參數(shù)的指定值，所述測(cè)試在光 學(xué)纖維制造過(guò)程期間被在線執(zhí)行。具體地，本申請(qǐng)人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，通過(guò)在光學(xué)纖維的拉伸期間僅施加合適的張應(yīng)力 (該張應(yīng)力小于用于離線纖維篩選的張應(yīng)力以便檢查已生產(chǎn)的光學(xué)纖維的質(zhì)量)到拉伸光 學(xué)纖維的初始長(zhǎng)度，光學(xué)纖維制造過(guò)程的質(zhì)量和生產(chǎn)率有利地被提高。典型地，所述初始長(zhǎng) 度取決于纖維破裂之間的統(tǒng)計(jì)距離；優(yōu)選地，所述初始長(zhǎng)度大約為10km。因此，如果光學(xué)纖 維通過(guò)測(cè)試，則可以假定要從那個(gè)預(yù)成型件生產(chǎn)的剩余光學(xué)纖維(典型地，從預(yù)成型件獲 得數(shù)百千米拉伸纖維)也將通過(guò)該測(cè)試并且將基本上不從這種預(yù)成型件獲得廢品(即，具 有大的且不可接受的數(shù)量的連續(xù)破裂的有缺陷的光學(xué)纖維)。此外，本申請(qǐng)人也已經(jīng)認(rèn)識(shí) 到，如果光學(xué)纖維通過(guò)預(yù)先抗張強(qiáng)度測(cè)試(即，通過(guò)執(zhí)行拉伸光學(xué)纖維的所述初始長(zhǎng)度的 在線測(cè)試)，則拉伸過(guò)程的質(zhì)量可以認(rèn)為是滿意的并且在預(yù)成型件的拉伸期間在拉伸光學(xué) 纖維中不引入任何另外缺陷。本申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，上述技術(shù)問(wèn)題可以通過(guò)為光學(xué)纖維制造過(guò)程提供抗張強(qiáng)度測(cè) 試步驟被解決，根據(jù)該抗張強(qiáng)度測(cè)試步驟，預(yù)定張力被施加到拉伸光學(xué)纖維的恰好第一長(zhǎng) 度，所述張力此后在從該預(yù)成型件獲得的剩余光學(xué)纖維長(zhǎng)度的拉伸期間被移除。由于本發(fā)明，由于施加到正被拉伸的纖維的張力基本上在光學(xué)纖維中的每一個(gè)缺 陷處在光學(xué)纖維中引起破裂并且由于有缺陷的預(yù)成型件和/或拉伸過(guò)程異態(tài)，具有低的機(jī) 械強(qiáng)度以及過(guò)程工作情況中的異態(tài)的預(yù)成型件將在預(yù)先抗張強(qiáng)度測(cè)試步驟期間被檢測(cè)出。 因此，通過(guò)在光學(xué)纖維制造過(guò)程的恰好初始階段檢查光學(xué)纖維的抗張強(qiáng)度，可以評(píng)價(jià)預(yù)成 型件質(zhì)量和過(guò)程工作情況，使得由此引起的光學(xué)纖維應(yīng)當(dāng)擁有希望的抗張強(qiáng)度值，因此減 小過(guò)程廢料。根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種光學(xué)纖維在其制造期間的評(píng)價(jià)方法，所述方法包 括在從纖維預(yù)成型件拉伸光學(xué)纖維的同時(shí)使預(yù)定初始長(zhǎng)度的光學(xué)纖維受到預(yù)定第 一張應(yīng)力；檢測(cè)所述初始長(zhǎng)度的光學(xué)纖維中發(fā)生的纖維破裂的數(shù)量；如果檢測(cè)到的纖維破裂的數(shù)量超過(guò)預(yù)定第一閾值，則停止纖維拉伸過(guò)程；否則從光學(xué)纖維移除第一張應(yīng)力并且繼續(xù)拉伸過(guò)程直到完成。該方法還可包括通過(guò)使整個(gè)已拉伸光學(xué)纖維受到預(yù)定的第二張應(yīng)力而使已拉伸 光學(xué)纖維經(jīng)受離線抗張強(qiáng)度測(cè)試。在所述停止纖維拉伸過(guò)程之后，可執(zhí)行以下步驟清潔纖維拉伸塔；重新開(kāi)始纖維拉伸過(guò)程；使預(yù)定的另外長(zhǎng)度的光學(xué)纖維在正在被拉伸時(shí)受到預(yù)定的第一張應(yīng)力；如果檢測(cè)到的纖維破裂的數(shù)量超過(guò)預(yù)定第二閾值，則再次停止纖維拉伸過(guò)程。該方法還可在所述再次停止纖維拉伸過(guò)程之后還包括纖維拉伸過(guò)程、丟棄纖維預(yù) 成型件。所述第一張應(yīng)力特別地小于所述第二張應(yīng)力。
具體地，所述第一張應(yīng)力小于或等于所述第二張應(yīng)力的60%。所述第一張應(yīng)力可以在所述第二張應(yīng)力的20%到50%之間。所述第一張應(yīng)力可以被選擇成在從大約200克到大約1000克的范圍中，更優(yōu)選地 從大約300克到大約600克。所述預(yù)定初始長(zhǎng)度可以是至少大約10km。所述預(yù)定第一閾值可等于2或3。所述預(yù)定第二閾值可等于0。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種光學(xué)纖維拉伸設(shè)備，該光學(xué)纖維拉伸設(shè)備包括 適于在光學(xué)纖維正在被拉伸時(shí)選擇性地施加預(yù)定的額外張應(yīng)力到光學(xué)纖維的纖維張緊裝 置，所述纖維張緊裝置可用于施加所述額外張應(yīng)力到已拉伸光學(xué)纖維的預(yù)定初始長(zhǎng)度。該設(shè)備還可包括離線纖維篩選設(shè)備，該離線纖維篩選設(shè)備適于通過(guò)使整個(gè)已拉升 光學(xué)纖維受到預(yù)定的離線張應(yīng)力而使拉伸光學(xué)纖維經(jīng)受離線抗張強(qiáng)度測(cè)試。所述額外張應(yīng)力可以小于所述離線張應(yīng)力，具體地小于或等于所述離線張應(yīng)力的 60%，并且更加具體地在所述離線張應(yīng)力的20%到50%之間。所述額外張應(yīng)力可以被選擇成在從大約200克到大約1000克的范圍中，更優(yōu)選地 從大約300克到大約600克。所述預(yù)定初始長(zhǎng)度可以是至少大約10km。所述纖維張緊裝置可包括在正在拉伸光學(xué)纖維時(shí)可選擇性地施加到光學(xué)纖維的 額外重物。額外重物可以安裝在可移動(dòng)支架上，該可移動(dòng)支架在升降裝置的作用下可豎向移 動(dòng)。纖維張緊裝置可包括安裝在可豎向移動(dòng)的滑架上的滑輪，該可豎向移動(dòng)的滑架布 置成可由額外重物加載。


通過(guò)要結(jié)合附圖閱讀的僅以非限制性例子的方式提供的本發(fā)明的實(shí)施例的以下 詳細(xì)描述，本發(fā)明的這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚，其中圖1示意性地示出光學(xué)纖維拉伸設(shè)備；圖2示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的裝置，該裝置適于用在圖1的光學(xué)纖維 拉伸設(shè)備中，用來(lái)施加抗張強(qiáng)度到正被拉伸的光學(xué)纖維；圖3A和3B示意性地示出處于兩種不同操作狀態(tài)的圖2的裝置；圖4是用于在線纖維篩選的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法的示意性流程圖；并且圖5A、5B和5C是報(bào)告在通過(guò)兩種拉伸過(guò)程獲得的三個(gè)不同的樣品長(zhǎng)度的拉伸光 學(xué)纖維中觀察到的纖維破裂的概率的圖表。
具體實(shí)施例方式參考附圖，在圖1中示意性地示出一種用來(lái)拉伸光學(xué)纖維的總體表示為100的設(shè) 備。設(shè)備100典型地插在纖維拉制塔(圖中未示出)中。玻璃預(yù)成型件101被拉到熔爐(烤爐)102中以獲得光學(xué)玻璃纖維103。纖維103由牽引設(shè)備150拉下。纖維103的直徑由第一直徑測(cè)量裝置140測(cè)量。在偏離目標(biāo)值(例 如，125 μ m)的情況下，第一直徑測(cè)量裝置140適于發(fā)送信號(hào)到牽引設(shè)備150，該牽引設(shè)備將 適當(dāng)?shù)馗淖兤湫D(zhuǎn)速度。纖維103當(dāng)穿過(guò)冷卻管112時(shí)被冷卻到典型地低于50°C的溫度，并且纖維103隨 后穿過(guò)第一涂敷裝置121，該第一涂敷裝置適于將典型地以粘性樹(shù)脂的形式的第一層涂料 涂敷到纖維103上。然后，纖維103穿過(guò)包括一個(gè)或更多個(gè)UV(紫外)燈的固化裝置131，該固化裝置 引起形成第一涂層的樹(shù)脂完全或至少部分硬化(交聯(lián))(硬化程度取決于UV功率和/或纖 維拉伸速度)。覆蓋有第一涂層的纖維103的直徑由第二直徑測(cè)量裝置141測(cè)量。該測(cè)量值可用 作反饋以控制冷卻管112的適當(dāng)工作狀態(tài)，以便調(diào)節(jié)纖維103進(jìn)入第一涂敷裝置121的染 料的溫度(纖維可以拖動(dòng)的樹(shù)脂的量，即第一涂層的厚度，取決于染料幾何形狀且取決于 相對(duì)于樹(shù)脂的溫度的進(jìn)入的纖維的溫度)。然后，纖維103穿過(guò)第二涂敷裝置122，該第二涂敷裝置施加例如也以粘性樹(shù)脂的 形式的第二層涂料。然后，纖維103穿過(guò)包括一個(gè)或更多個(gè)UV燈的第二固化裝置132，該第 二固化裝置引起形成第二涂層的樹(shù)脂完全或至少部分硬化(硬化程度也取決于UV功率和 /或纖維拉伸速度)。然后，覆蓋有第二涂層的纖維103的直徑由第三直徑測(cè)量裝置142測(cè)量。在牽引設(shè)備150中，纖維103被帶155擠壓并且部分地纏繞在輥151上。帶155 在三個(gè)輥152、153和154上穿過(guò)，以便具有指定張力并保證向下拉纖維103所必要的摩擦 力。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在牽引裝置150之后，纖維張緊裝置160在線地插在拉伸塔 中的纖維拉伸設(shè)備100中并且它適于在纖維拉伸期間使纖維103受到額外張力。稍后將詳 細(xì)描述纖維張緊裝置160。在纖維張緊裝置160之后，本身已知的纖維卷繞裝置引起纖維103卷繞在線軸170 上。方塊180示意性地表示適于使整個(gè)已拉制的纖維受到預(yù)定張應(yīng)力的常規(guī)離線纖 維篩選測(cè)試設(shè)備。圖2中詳細(xì)示出纖維張緊裝置160的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)指出，圖2中示 出的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明不是限制性的，并且額外張力可以使用不同的纖維張緊裝置以其它方 式施加到纖維。纖維張緊裝置160包括三個(gè)滑輪或輥211、212和213。輥213位于輥211和212 之間的中間，并且它安裝在連接到兩個(gè)滑架231和232的桿220上，該兩個(gè)滑架可沿兩個(gè)豎 向引導(dǎo)件221和222自由運(yùn)動(dòng)。桿220可以裝載有另外的可變重物241。輥213、桿220、滑 架231和232和另外重物241的總重量此后將稱為“總重量”，并且在圖中用P表示。在操作中，光學(xué)纖維103在正在被拉伸時(shí)且在已經(jīng)被涂敷后穿過(guò)三個(gè)輥211、212 和213。由于總重量P，纖維103受到等于P/2的張力。施加到纖維的總重量P的值單意 地對(duì)應(yīng)于一定纖維應(yīng)變，該纖維應(yīng)變進(jìn)一步取決于光學(xué)纖維的楊氏模量E并且取決于其直 徑；光學(xué)纖維通常由具有大約72Gpa的楊氏模量E的二氧化硅制成并且具有典型的直徑D
8=125 士 1 μ m，因此對(duì)應(yīng)于施加的張力T = P/2的總重量P引起等于T除以纖維橫截面除以 楊氏模量 E 的應(yīng)變T/((3. 14 * (D/2)2) *Ε)。在纖維拉伸過(guò)程期間，可以移除和/或改變重物241。在圖3Α和3Β中示意性地示出裝置300，該裝置300適于施加另外重物241到中心 輥213安裝在其上的桿220上或從該桿220移除該另外重物241 (為了清楚起見(jiàn)，在圖3Α 和3Β中不描繪出輥213)。具體地，在圖3Α中，裝置300被示出為處于第一(停用)工作狀態(tài)，其中另外重物 241不裝載在桿220上，而是通過(guò)細(xì)桿305由兩個(gè)例如氣動(dòng)柱塞340和341支撐。在這種狀 態(tài)下，總重量P對(duì)應(yīng)于輥213、桿220和滑架231和232的總重量，并且它相對(duì)較小，使得由 于這個(gè)重量而在纖維上引起基本上可以忽略的應(yīng)變。在圖3Β中，裝置300被示出為處于第二(起用)工作狀態(tài)，其中，由于兩個(gè)氣動(dòng)柱 塞340和341塌縮并且不支撐承載另外重物241的細(xì)桿305，重物241裝載在桿220上。另 外重物241的值使得在纖維上引起指定應(yīng)變。在纖維拉伸期間用于纖維抗張強(qiáng)度性質(zhì)的評(píng)價(jià)的根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的纖維評(píng) 價(jià)方法可以是以下(參考圖4的示意性流程圖)。在纖維拉伸過(guò)程的開(kāi)始(方塊405)，起用在線纖維篩選(方塊410)。起用用來(lái)施 加另外重物241的裝置300 (圖3Β中示出的狀態(tài))，使得另外重物241被施加到正被拉伸的 纖維103。另外重物241的施加引起額外張力被施加到纖維，并且這種額外張力在纖維103 中引起指定應(yīng)變。如果從預(yù)成型件可獲得的纖維的總長(zhǎng)度的預(yù)定初始長(zhǎng)度中發(fā)生的纖維破裂的數(shù) 量小于被認(rèn)為是臨界的預(yù)定數(shù)量W (判定塊415，退出分支Y)，則停用在線纖維篩選(方塊 420)裝置300被停用并且處于圖3A中示出的狀態(tài)中，剩余的預(yù)成型件按照常規(guī)被拉伸而 不施加到纖維額外張力(方塊425)。如果在拉伸纖維的預(yù)定初始長(zhǎng)度中在在線篩選期間發(fā)生的纖維破裂的數(shù)量等于 或大于預(yù)定數(shù)量附(例如，一個(gè)、兩個(gè)或更多破裂發(fā)生)(判定塊415，退出分支N)，則拉 伸過(guò)程暫停，且從熔爐102的熱區(qū)域移除預(yù)成型件101。小心地清潔且控制拉伸塔(方塊 430)。然后，通過(guò)操作相同的預(yù)成型件101重新開(kāi)始拉伸過(guò)程(方塊435)。優(yōu)選地，在重新開(kāi)始拉伸過(guò)程之后在線纖維篩選被保持起用(例如，裝置300被維 持在圖3B中示出的起用狀態(tài)中)(方塊440)，以便測(cè)試?yán)炖w維的另外長(zhǎng)度。所述另外長(zhǎng) 度可能等于在先前步驟中被測(cè)試的拉伸纖維的初始長(zhǎng)度。如果在拉伸纖維的所述另外的預(yù)定初始長(zhǎng)度之后沒(méi)有另外的纖維破裂發(fā)生，或者 更通常地，觀察到的纖維破裂的數(shù)量小于第二預(yù)定數(shù)量N2 (判定塊445，退出分支Y)，則停 止在線纖維篩選(裝置300停用，如圖3A中所示)，并且常規(guī)地拉伸剩余的預(yù)成型件(方塊 420 和 425)。然后，拉伸纖維經(jīng)受常規(guī)離線篩選(方塊450)，例如，施加到拉伸纖維的整個(gè)長(zhǎng)度 適于引起應(yīng)變的張力。為了這個(gè)目的，拉伸纖維從收集線軸170展開(kāi)，并且它在輥上被 引導(dǎo)且在其整個(gè)長(zhǎng)度上加載有預(yù)定張力(適于引起纖維數(shù)據(jù)表中指定的纖維應(yīng)變，例如用 于應(yīng)變的700MPa)。離線篩選用作已拉伸纖維的質(zhì)量檢查。通過(guò)離線篩選，消除可能的 纖維缺陷。
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如果替代地在重新開(kāi)始拉伸過(guò)程之后在拉伸纖維的另外長(zhǎng)度中出現(xiàn)一個(gè)或更多 個(gè)纖維破裂，更通常地?cái)?shù)量等于或大于第二預(yù)定數(shù)量N2的纖維破裂(判定塊445，退出分支 N)，明確地停止拉伸過(guò)程，并且故障排除程序可被執(zhí)行，旨在試圖識(shí)別纖維破裂源于熔爐、 預(yù)成型件的缺陷還是其它原因(方塊455)；故障排除程序可對(duì)應(yīng)于通常在已知離線纖維篩 選方法期間在發(fā)生纖維破裂的情況下執(zhí)行的故障排除程序。在在線纖維篩選測(cè)試期間施加到正被拉伸的纖維的額外張力，即當(dāng)施加另外重物 241時(shí)的總重量P(即，輥213、桿220、滑架231和232和帶細(xì)桿305的另外重物241的總重 量)應(yīng)當(dāng)充分小以便避免太多光學(xué)纖維破裂發(fā)生，并且同時(shí)充分大以鑒別獲得的光學(xué)纖維 的按照機(jī)械觀點(diǎn)的質(zhì)量(抗張強(qiáng)度)?？傊亓恐礟可以通過(guò)改變另外重物241的重量而改變。優(yōu)選地，在預(yù)先在線篩選期間施加到已拉伸光學(xué)纖維的額外張力為通常在離線篩 選測(cè)試中施加到纖維的張力的至少50%。例如，施加到纖維的1000克的張力大約對(duì)應(yīng)于纖 維中的應(yīng)變，這模仿特別地在纖維的安裝期間當(dāng)纖維放置在光纜中時(shí)纖維將經(jīng)受的應(yīng) 力情況。優(yōu)選地，在在線篩選測(cè)試施加到已拉伸光學(xué)纖維的張力為大約350Mpa。如由本申請(qǐng)人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)試驗(yàn)得出的，合適的總重量P可以是800克，那意味著大 約800克/2 = 400克的張力被施加到纖維；優(yōu)選地，總重量P在從大約200克到大約2000 克的范圍。當(dāng)不施加另外重物241時(shí)的總重量P(即，棍213、桿220、和滑架231和232的總 重量)可以例如小于200克，使得當(dāng)在線篩選測(cè)試停用時(shí)在拉伸過(guò)程期間施加到纖維的張 力小于200克/2 = 100克。數(shù)量m和N2以及它們的和N = N1+N2設(shè)置在預(yù)先在線篩選測(cè)試期間拉伸光學(xué)纖 維的初始長(zhǎng)度可經(jīng)受的破裂數(shù)量的閾值以便被認(rèn)為可接受。拉伸纖維的預(yù)定初始長(zhǎng)度可以是例如大約10km。優(yōu)選地，拉伸光學(xué)纖維的預(yù)定 初始長(zhǎng)度從大約8km到大約40km。更優(yōu)選地，拉伸光學(xué)纖維的預(yù)定初始長(zhǎng)度從大約IOkm 到30km。更通常地，拉伸纖維的預(yù)定初始長(zhǎng)度可被選擇作為避免不必要長(zhǎng)的纖維部分受 到過(guò)大應(yīng)力的希望和測(cè)試足夠長(zhǎng)的纖維段以檢測(cè)可能的缺陷的希望之間的折衷。初始纖 維長(zhǎng)度的值可以基于相繼纖維破裂之間的距離的統(tǒng)計(jì)分布的分析被確定。例如，纖維拉伸 過(guò)程可以由烤爐中或預(yù)成型件中的雜質(zhì)引起的纖維破裂的泊松統(tǒng)計(jì)分布表征，使得當(dāng)纖維 受到引起纖維應(yīng)變的離線篩選測(cè)試時(shí)(而如果在纖維中引起的應(yīng)變?cè)黾?，則破裂之間 的平均距離減小)，兩個(gè)連續(xù)的破裂之間的平均距離相對(duì)大，例如大于40km，可能達(dá)到大約 IOOkm(在文獻(xiàn)中已經(jīng)報(bào)告了這個(gè)值，例如在國(guó)際電線和電纜討論會(huì)論文集1991的819-825 頁(yè)中公開(kāi)的G. S. Glaesmann 的"Optical fiber failures probability predictions from long-length strength distributions”中)。因此可以預(yù)測(cè)在一定纖維長(zhǎng)度中具有兩個(gè) 或三個(gè)獨(dú)立纖維破裂事件的概率例如，在IOkm拉伸纖維中具有一個(gè)破裂的概率是大約 20%，具有兩個(gè)破裂的概率是大約2%，并且具有三個(gè)破裂的概率是大約0. 2% ；因此，選擇 要經(jīng)受在線篩選測(cè)試的拉伸纖維的初始長(zhǎng)度等于10km，并且設(shè)置閾值N等于3是合理的，因 為在IOkm的拉伸纖維內(nèi)具有三個(gè)纖維破裂的概率相當(dāng)?shù)?。通過(guò)增加經(jīng)受在線篩選測(cè)試的 拉伸纖維的初始長(zhǎng)度，破裂概率增加；例如，考慮30km的拉伸纖維，具有三個(gè)破裂的概率是 大約30%，因此纖維破裂的數(shù)量的閾值N應(yīng)當(dāng)增加，例如增加到4或5。源于如差的拉伸設(shè)
10備設(shè)置、拉伸塔的不足的清潔、預(yù)成型件中的其它問(wèn)題的其它原因的纖維破裂可具有較小 的平均距離，例如5km。圖5A、5B和5C中的圖表示出考慮5km(圖5A)、10km(圖5B)和30km(圖5C)的拉 伸纖維的跨度，對(duì)于兩種可能的纖維拉伸過(guò)程的具有一定數(shù)量的纖維破裂的R(在橫坐標(biāo) 中)的概率Z (在縱坐標(biāo)中)，該兩種可能的纖維拉伸過(guò)程的特征在于1)當(dāng)纖維經(jīng)受 應(yīng)變時(shí)大約40km的破裂之間的平均距離(好的過(guò)程，標(biāo)記為A的曲線)；和2)當(dāng)纖維經(jīng)受 0.5%應(yīng)變時(shí)大約4km的破裂之間的平均距離(差的過(guò)程，標(biāo)記為B的曲線)?？梢宰⒁獾剑?對(duì)于IOkm的纖維長(zhǎng)度(圖5B)，在差的過(guò)程中具有三個(gè)破裂的概率相對(duì)高(大約50%)，使 得三個(gè)破裂的數(shù)量適于區(qū)別好的纖維拉伸過(guò)程(曲線A)和差的過(guò)程(曲線B)，因?yàn)槠屏迅?率相差至少兩個(gè)數(shù)量級(jí)。如果被考慮的纖維長(zhǎng)度較長(zhǎng)，例如30km(圖5C)，則四個(gè)破裂的數(shù) 量適于區(qū)別好的纖維拉伸過(guò)程(曲線A)和差的過(guò)程(曲線B)，因?yàn)槠屏迅怕氏嗖钪辽賰蓚€(gè) 數(shù)量級(jí)。相反，考慮較短的纖維長(zhǎng)度，例如5km(圖5A)，三個(gè)纖維破裂的數(shù)量將仍然允許區(qū) 別好的過(guò)程與差的過(guò)程，但在5km長(zhǎng)度的樣品中觀察到纖維破裂的概率將在差的過(guò)程中以 小于15%的值減小，因此導(dǎo)致不能用于檢測(cè)差的過(guò)程。本申請(qǐng)人執(zhí)行作為已知離線纖維篩選方法的替代的上述方法。具體地，如上所述， 在拉伸纖維的第一個(gè)IOkm中，在起用在線纖維篩選的情況下，已經(jīng)拉伸一個(gè)預(yù)成型件，并 且隨后，在保持在線纖維篩選總是停用的情況下，已經(jīng)拉伸另一個(gè)預(yù)成型件。結(jié)果是，在拉 伸纖維的超過(guò)200000km的樣品上，由于在已知離線纖維篩選期間發(fā)生的破裂的纖維長(zhǎng)度 損失，即靠近破裂或在兩個(gè)連續(xù)的破裂之間且短于最小商業(yè)長(zhǎng)度的那些纖維部分，與停用 在線纖維篩選的情況(標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程)相比，在起用在線纖維篩選的情況下減小大約30%。在 離線篩選中兩個(gè)破裂之間的平均長(zhǎng)度已經(jīng)增加25%。這些結(jié)果證明纖維生產(chǎn)成本的顯著減小?？梢灶A(yù)想所述方法的數(shù)個(gè)改變。例如，施加到正被拉伸的纖維的額外張力可以是 在200克到1000克之間，更優(yōu)選地在300克到600克之間。在起用設(shè)備300的情況下被 在線篩選的纖維的長(zhǎng)度在Ikm和從預(yù)成型件拉伸的纖維的整個(gè)長(zhǎng)度之間變化，更優(yōu)選地在 5km 至Ij 15km 之間。典型地，在離線篩選測(cè)試施加到生產(chǎn)的(已拉伸的)光學(xué)纖維的張力為大約1000 克。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明(在光學(xué)纖維的拉伸期間)施加到光學(xué)纖維的初始長(zhǎng)度的張力小于 或等于在離線篩選測(cè)試施加到已拉伸光學(xué)纖維的張力的60%。更優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明(在 光學(xué)纖維的拉伸期間)施加到光學(xué)纖維的初始長(zhǎng)度的張力是在離線篩選測(cè)試施加到已拉 伸光學(xué)纖維的張力的20%到50%之間。在已拉伸纖維的初始長(zhǎng)度中可接受的纖維破裂的數(shù)量N，即破裂數(shù)量閾值，可以從 0到5的范圍內(nèi)，優(yōu)選地從1到5的范圍內(nèi)。更通常地，這個(gè)閾值與受到額外張力的已拉伸 光學(xué)纖維的長(zhǎng)度相關(guān)聯(lián)。優(yōu)選地，用來(lái)決定在線篩選測(cè)試已經(jīng)給出積極結(jié)果還是消極結(jié)果 的破裂數(shù)量閾值(當(dāng)測(cè)試大約IOkm的已拉伸光學(xué)纖維的恰好第一長(zhǎng)度時(shí))是3。因此，在 已拉伸光學(xué)纖維的所述恰好第一長(zhǎng)度中破裂數(shù)量大于等于3的情況下，丟棄預(yù)成型件。這 可能意味著當(dāng)在初始纖維長(zhǎng)度的拉伸期間發(fā)生2個(gè)破裂時(shí)纖維的拉伸過(guò)程停止，然后，在 從塔移除預(yù)成型件使得塔可以被清潔且可以檢查過(guò)程參數(shù)之后，在起用在線纖維篩選的情 況下重新開(kāi)始拉伸過(guò)程以便測(cè)試?yán)炖w維的另一長(zhǎng)度，在發(fā)生一個(gè)另外的破裂的情況下，
11明確地停止拉伸過(guò)程且丟棄預(yù)成型件，使得在拉伸光學(xué)纖維的初始長(zhǎng)度中已經(jīng)發(fā)生總共3 個(gè)破裂(在第一拉伸期間的2個(gè)破裂和在第二拉伸期間在過(guò)程的重新開(kāi)始的1個(gè)破裂)。上述方法引起正被拉伸的纖維受到取決于沿著拉伸纖維的位置的兩個(gè)不同的應(yīng) 力狀態(tài)。實(shí)際上，第一預(yù)定長(zhǎng)度的拉伸纖維(例如，拉伸纖維的總長(zhǎng)度的初始5%)經(jīng)受例 如對(duì)應(yīng)于纖維在現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)歷的應(yīng)變的大約0. 4%的額外應(yīng)力。如果通過(guò)在線篩選測(cè)試，則在停 用在線纖維篩選的情況下拉伸整個(gè)預(yù)成型件。如果纖維張緊裝置160恰好在常規(guī)卷繞裝置 之前在線地布置在拉伸塔中，則第一預(yù)定長(zhǎng)度的拉伸纖維將以等于總重量P的一半(例如， 400克)的張力卷繞在線軸170上。在展開(kāi)裝運(yùn)線軸上的纖維之后，將釋放這個(gè)張力。然 而，纖維受拉一些時(shí)間(例如，數(shù)個(gè)小時(shí))的持久可以是有意義的。玻璃纖維的應(yīng)力時(shí)效不 太有意義，因?yàn)樵诶熘笳麄€(gè)纖維受到以例如應(yīng)變的離線篩選且總是保證其質(zhì)量。此 外，根據(jù)被接受的纖維壽命模型(COST 218,Optical Materials Reliability and Testing 1791 (1992) 190)，通過(guò)使纖維經(jīng)受例如1 %的應(yīng)變而執(zhí)行的纖維篩選等效于在0. 4 %的應(yīng) 力水平下持續(xù)大約10000小時(shí)的纖維的持久。由纖維涂層的粘彈性性能可引起一些臨界狀態(tài)。實(shí)際上，當(dāng)纖維在線軸上受 到400克的張力時(shí)纖維涂層被顯著擠壓，并且它可花費(fèi)時(shí)間來(lái)完全恢復(fù)最初構(gòu)造。在最 壞的情況下，應(yīng)力甚至可產(chǎn)生纖維涂層的分層。由于這個(gè)原因，本申請(qǐng)人采用IEC Test 60793-1-53 “水浸”對(duì)比來(lái)自第一預(yù)定長(zhǎng)度的拉伸纖維的纖維跨距的性能與剩余的拉伸纖 維的纖維跨距的性能。該纖維長(zhǎng)度在60°C下浸在水中30天，并且最后，測(cè)量到它們的以 1550nm的衰減。在使用常規(guī)涂料的1550nm衰減上沒(méi)有檢測(cè)到顯著變化，該常規(guī)涂料是例如 在美國(guó)專利No. 7085466中公開(kāi)的那些涂料。根據(jù)本發(fā)明的方法能夠有效率地防止差的拉伸過(guò)程。差的拉伸過(guò)程是當(dāng)在例如 應(yīng)變下經(jīng)受離線纖維篩選時(shí)具有連續(xù)破裂的相當(dāng)大量(例如超過(guò)大約30% )的拉伸纖
維長(zhǎng)度的拉伸過(guò)程。在例如在應(yīng)變下的離線纖維篩選中引起數(shù)個(gè)破裂的預(yù)成型件在拉 伸過(guò)程的恰好開(kāi)始在根據(jù)本發(fā)明的在線纖維篩選期間(即使經(jīng)受小于的應(yīng)變)也引起 破裂。這個(gè)事實(shí)使得提出的方法在減小浪費(fèi)中有效。這里已經(jīng)參考本發(fā)明的實(shí)施例描述了本發(fā)明。所述實(shí)施例的數(shù)個(gè)改進(jìn)型以及其它 實(shí)施例是可能的，都落在所附權(quán)利要求限定的保護(hù)范圍內(nèi)。例如，用于施加額外張力到初始拉伸纖維長(zhǎng)度上的在線纖維張緊裝置可以不同于 所述實(shí)施例，例如，它可以包括不同數(shù)量的輥，并且可以使用用來(lái)選擇性地施加額外重物P 的不同機(jī)構(gòu)。
權(quán)利要求
一種在光學(xué)纖維的制造期間對(duì)光學(xué)纖維(103)進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法，所述方法包括在正從纖維預(yù)成型件(101)拉伸光學(xué)纖維的同時(shí)使預(yù)定初始長(zhǎng)度的光學(xué)纖維受到預(yù)定的第一張應(yīng)力(410)；檢測(cè)所述初始長(zhǎng)度的光學(xué)纖維中發(fā)生的纖維破裂的數(shù)量(415)；如果檢測(cè)到的纖維破裂的數(shù)量超過(guò)預(yù)定第一閾值，則停止纖維拉伸過(guò)程(430)；否則從光學(xué)纖維移除所述第一張應(yīng)力并且繼續(xù)纖維拉伸過(guò)程直到完成(420，425)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括通過(guò)使整個(gè)已拉伸光學(xué)纖維受到預(yù)定的第二張應(yīng)力而使已拉伸光學(xué)纖維經(jīng)受離線抗 張強(qiáng)度測(cè)試(450)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，在所述停止纖維拉伸過(guò)程之后還包括清潔纖維拉伸塔(430)；重新開(kāi)始纖維拉伸過(guò)程(435)；使預(yù)定的另外長(zhǎng)度的光學(xué)纖維在正在被拉伸時(shí)受到預(yù)定的第一張應(yīng)力(440)；如果檢測(cè)到的纖維破裂的數(shù)量超過(guò)預(yù)定第二閾值(445)，則再次停止纖維拉伸過(guò)程 (455)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，在所述再次停止纖維拉伸過(guò)程之后還包括丟棄所述纖 維預(yù)成型件。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一張應(yīng)力小于所述第二張 應(yīng)力。
6 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第一張應(yīng)力小于或等于所述第二張應(yīng)力的 60%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述第一張應(yīng)力在所述第二張應(yīng)力的20%到50% 之間。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一張應(yīng)力被選擇成在從大 約200克到大約1000克的范圍中，更優(yōu)選地從大約300克到大約600克。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)所述的方法，其中所述預(yù)定初始長(zhǎng)度至少是大約 10km。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述預(yù)定第一閾值等于2或3。
11.根據(jù)從屬于權(quán)利要求3的權(quán)利要求10所述的方法，其中所述預(yù)定第二閾值等于0。
12.一種光學(xué)纖維拉伸設(shè)備(100)，該光學(xué)纖維拉伸設(shè)備包括纖維張緊裝置(160)，該 纖維張緊裝置適于在光學(xué)纖維正在被拉伸時(shí)選擇性地將預(yù)定的額外張應(yīng)力施加到該光學(xué) 纖維，所述纖維張緊裝置能夠被操作以將所述額外張應(yīng)力施加到預(yù)定初始長(zhǎng)度的已拉伸光 學(xué)纖維。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，還包括離線纖維篩選設(shè)備，該離線纖維篩選設(shè)備適 于通過(guò)使整個(gè)已拉伸光學(xué)纖維受到預(yù)定的離線張應(yīng)力而對(duì)該已拉伸光學(xué)纖維進(jìn)行離線抗 張強(qiáng)度測(cè)試(450)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的設(shè)備，其中所述額外張應(yīng)力小于所述離線張應(yīng)力。
15.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述第一張應(yīng)力小于或等于所述離線張應(yīng)力的 60%。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述額外張應(yīng)力在所述離線張應(yīng)力的20%到 50%之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求12到16中的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述額外張應(yīng)力被選擇成在 從大約200克到大約1000克的范圍中，更優(yōu)選地從大約300克到大約600克。
18.根據(jù)權(quán)利要求12到17中的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述預(yù)定初始長(zhǎng)度至少是大 約 10km。
19.根據(jù)權(quán)利要求12到18中的任何一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述纖維張緊裝置包括在正 在拉伸所述光學(xué)纖維時(shí)可選擇性地施加到所述光學(xué)纖維的額外重物(241)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中所述額外重物安裝在可移動(dòng)支架(305)上，該可 移動(dòng)支架在升降裝置(340，341)的作用下能豎向移動(dòng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的設(shè)備，其中所述纖維張緊裝置包括安裝在能豎向移動(dòng) 的滑架(220，231，232)上的滑輪(213)，該能豎向移動(dòng)的滑架布置成能夠由所述額外重物 加載。全文摘要
一種在光學(xué)纖維的制造期間對(duì)光學(xué)纖維(103)進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法，所述方法包括在從纖維預(yù)成型件(101)拉伸光學(xué)纖維的同時(shí)使預(yù)定初始長(zhǎng)度的光學(xué)纖維受到預(yù)定第一張應(yīng)力(410)；檢測(cè)所述初始長(zhǎng)度的光學(xué)纖維中發(fā)生的纖維破裂的數(shù)量(415)；如果檢測(cè)到的纖維破裂的數(shù)量超過(guò)預(yù)定第一閾值，則停止纖維拉伸過(guò)程(430)；否則從光學(xué)纖維移除第一張應(yīng)力并且繼續(xù)拉伸過(guò)程直到完成(420，425)。
文檔編號(hào)G01N3/08GK101918808SQ200780102217
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2007年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月14日
發(fā)明者A·馬佐提, G·特斯塔, M·維托洛, N·斯卡富羅, P·魯索 申請(qǐng)人:普睿司曼股份公司