确定光纤内基本振荡频率的方法以及对由其所测得的张力的应用技术

一种用于在从光学预制件拉制光纤期间确定光纤内基本振荡频率的方法，所述光纤的振动通过垂直于光纤的纵轴进行测量，以用快速傅里叶变换（ＦＦＴ）形成频谱，从而由该频谱确定基本振荡频率，其特征在于所述方法包括下述步骤：ｉ）确定频谱；ｉｉ）数学处理多个由步骤ｉ）确定的多个波谱，得到合成谱；ｉｉｉ）重新确定波谱；ｉｖ）从合成谱除去最旧的波谱；ｖ）数学处理根据步骤ｉｖ）得到的波谱和根据步骤ｉｉｉ）得到的波谱，得到合成谱；ｖｉ）从合成谱确定基本振荡频率，以及ｖｉｉ）重复步骤ｉｉｉ）－ｖｉ）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在从光学预制件拉制光纤期间确定光纤内基本振荡频率的方法，光纤的振动通过垂直于光纤的纵轴进行测量，以用快速傅里叶变换(FFT)形成频谱，由该频谱确定基本振荡频率。本专利技术还涉及用这种方法测得的基本振荡频率的专门应用，在该专门应用中，基本振荡频率能被转换成张力。
技术介绍
上述方法本身从美国专利US4,692,615可知，即在拉制过程期间通过确定基本振荡频率然后借助于快速傅里叶变换来确定光纤内的张力。从该专利文献可知，光纤在拉制期间的振动行为相当于两端固定的线绳(string)在拉紧时的振动或振荡行为。根据这种已知的方法发现，光纤在拉制过程期间的横向移动可以分成许多谐波分段(harmonic partition)，这些谐波分段的频率与光纤内的张力有关。由此，对光纤横向振动的移动的谐波分析被用来确定张力，其中，恒定炉温下的拉制速率和张力彼此间线性相关。因此，通过向测量值应用线性回归模型，可以进一步提高这种监控张力的频率方法的精度。然而，由这种方法确定的张力在实践中证实显示出了相当大的展宽(spread)，因而，由这样得到的FFT光谱不可能精确地确定出基本振荡频率。用FFT确定基本振荡频率的方法由美国专利US5,079,433也可以获知，根据该专利文献，对第二谐波振荡频率施加特别核查。这种第二谐波振荡频率的缺陷在于在实践中它具有峰值电平，该峰值电平比基本振荡频率低几个数量级，从而在频谱内很难确定出它来。在制造用于电信或数据通信的玻璃纤维时，通过加热预制件将其拉制成直径为125μm的玻璃纤维。在该制造步骤中，将预制件缓慢地放入炉内，然后将预制件加热到2000℃左右。在炉内，预制件熔融，随后被拉成玻璃纤维，玻璃纤维在另一端离开加热炉。冷却形成的玻璃纤维，提供保护涂层，然后缠绕在卷轴上。从加热炉拉制光纤所用的张力是一个很重要的参数，其部分地确定光纤的强度和光学性质。在给玻璃纤维提供保护涂层之前，玻璃纤维非常容易受到损害。损害会消弱玻璃纤维的强度，使其容易断裂，这是不期望的。因此，借助于已知的净室(clean-room)技术来降低未加以保护的光纤所穿过区域内的灰尘浓度。然而，从一个预制件得到的所有光纤或者从一个预制件得到的大部分光纤通常过于脆弱而不能做进一步的处理。对这样的光纤进行显微分析表明，这通常是由于光纤上的细微刮伤引起的。人们认为，这是因为未加以保护的光纤接触拉制塔内的部件，或者例如冷却管内的玻璃碎片或细小玻璃纤维颗粒造成的。尽管在拉制过程之前会采取一些预防措施，例如目视检测或用毛刷清洁冷却管，但是往往仍会制造出脆弱的光纤。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目标是提供一种方法，使用这种方法，在制造光纤期间光纤的张力可以精确地确定。本专利技术的另一个目标是提供一种方法，该方法能够提供有关光纤拉制过程期间光纤是否与拉制塔内使用的元件接触的信息。本专利技术的又一个目标是提供一种方法，该方法能够提供有关光纤拉制期间的某些过程状态如温度和/或拉制速率的信息。如开始部分所指的方法的特征在于该方法包括如下步骤i)确定频谱；ii)数学处理由步骤i)确定的多个波谱，得到合成谱；iii)重新确定波谱；iv)从合成谱除去最旧(oldest)的波谱； v)数学处理根据步骤iv)得到的波谱和根据步骤iii)得到的波谱，得到合成谱；vi)从合成谱确定基本振荡频率，以及vii)如果需要，重复步骤iii)-vi)。由此，本专利技术人已经研究出一种方法，采用该方法已经证实，可以在制造光纤的同时，基于“振动线绳法”确定出基本振荡频率的可靠值，或者相关参数，特别是光纤内的张力。在拉制塔内的路径长度L上，光纤具有的基本振动相应于依照关系T＝(2.L.f)2.μ的张力，(T＝张力，L＝自由长度，f＝振荡频率，μ＝光纤的线密度)。从而，在合成谱的辅助下，可以精确地确定张力。通过从合成谱持续不断地除去最旧的测量值，并用除去时频谱的新测量值补充合成谱，从而获得稳定的测量值。根据这种方法，垂直纵轴测量光纤的振荡或振动。在FFT分析的辅助下，确定这个振动的多个按时间顺序连续的频谱。接着，将多个这些频谱相加或相乘，这种数学处理的结果，得到频谱的反差中间(contrast-rich)峰值，从而该峰值的位置能以简单的方式确定。在本专利技术中，使用这个反差中间峰值，也称作基本振荡频率。用于前述数学处理的排列必须用去除了最旧频谱的新频谱连续补充，这样才能形成在光纤制造期间能连续使用的稳定测量方法。在一个特定实施例中，期望合成谱由至少5个单独的波谱合成，特别地，由至多20个单独的波谱合成。通过由至少5个单独波谱组成合成谱，能够显著地抑制反差中间峰值内的展宽，特别是张力测量值。当用多于20个的单独波谱进行这种数学处理时，观察到展宽并没有显著地改进。对于本专利技术的方法而言，也可以通过对多个连续结果进行平均来进行补充，这样的结果是展宽能被进一步减少。本专利技术人已经发现，当光纤在拉制过程期间碰到某物或接触到某物时，将导致在测量频率范围内光纤的基本振荡频率的缺乏。还发现，光纤的不连续运行在实践中将导致基本振荡频率的图形发生显著的变化，基本振荡频率如上所述进行确定。在拉制过程期间，基本振荡频率可以被连续地图像化显现在监视器上，这样，在计算机和软件的辅助下，还可以观察到基本振荡频率的存在与否，在基本振荡频率缺乏时产生警报(声音警报或可见警报)。以这种方式，雇员在拉制过程期间缺乏基本振荡频率时可以检查拉制塔，看光纤是否在自由地移动，而且如果需要可随时停止拉制过程。从而，这将能够避免制造出不满足所需规格的光纤。在光纤拉制过程期间施加的张力部分地取决于加热炉内的温度和光纤从加热炉拉出的速率。在较高温度的加热炉内，光纤的材料会变得较软，张力因而会减小。如果采用较高的拉制速率，则较多的张力会施加在光纤上，而且张力会变高。在根据本专利技术的方法下，基本振荡频率根据精确的方法进行确定，因此已经证明，可以调节拉制炉和/或拉制速率的温度。本专利技术还涉及一种调节拉制炉内温度的方法，其中在拉制炉内，光学预制件在一端进行加热，之后光纤从该加热端拉制出，根据这种调节方法，如上所述确定的基本振荡频率或者相关的参数如张力被用来调节拉制炉的温度。本专利技术也涉及一种调节在拉制塔内光纤的拉制速率的方法，根据这种调节方法，光学预制件在拉制炉内在一端进行加热，之后光纤从该加热端拉制出，如本专利技术方法确定的基本振荡频率或者相关的参数如张力被用来调节拉制速率。本专利技术另外涉及一种检查光纤穿过拉制塔的方法，光学预制件在拉制炉内在一端进行加热，之后光纤从该加热端拉制出，如本专利技术方法确定的基本振荡频率或者相关的参数如张力被用来检查光纤自由地穿过拉制塔。本专利技术也涉及基本振荡频率或者依照本专利技术方法测量的相关参数如张力的具体应用，如所附权利要求书所述的。附图说明图1示FFT频谱(位置对时间)。图2示FFT频谱(位置对时间)。图3示FFT频谱(位置对时间。其中图1和图2是比较例而图3是根据本专利技术的实施例。具体实施例方式下面，将参看一些例子进一步说明本专利技术，然而本专利技术并不应限于这些具体的例子。比较例在商业上可获得的直径传感器的辅助下，测量特定时间下拉制塔内光纤的位置。具体地，在5到30秒内由1024个样品确定FFT波谱。传感器测量光纤在加热炉与涂敷器之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在从光学预制件拉制光纤期间确定光纤内基本振荡频率的方法，其中通过垂直于光纤的纵轴对所述光纤的振动进行测量，并用快速傅里叶变换（ＦＦＴ）形成频谱，从而由该频谱确定基本振荡频率，其特征在于，所述方法包括下述步骤：ｉ）确定频谱；　 　ｉｉ）数学处理由步骤ｉ）确定的多个波谱，得到合成谱；ｉｉｉ）重新确定波谱；ｉｖ）从合成谱除去最旧的波谱；ｖ）数学处理根据步骤ｉｖ）得到的波谱和根据步骤ｉｉｉ）得到的波谱，得到合成谱；ｖｉ）从合成谱确定基 本振荡频率，以及ｖｉｉ）重复步骤ｉｉｉ）－ｖｉ）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：约翰尼斯安图恩哈特休克尔，
申请(专利权)人：德雷卡通信技术公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]