检测光纤表面缺陷的方法和装置制造方法及图纸

适合于对光纤瑕疵进行在线检测使用的检测器，当光纤快速地通过检测点时对从光纤表面上逃逸光引起的闪光进行检测。检测器包括多个观测系统，每个观测系统由一个球面反射镜（６０８）、多个透镜和一个检测器（６１６）构成。每个球面反射镜（６０８）置于离开待检测瑕疵的光纤（６１８）的距离等于其曲率半径的地方。每个观测系统的第一透镜（６１０）置于离开光纤（６１８）的距离等于其焦距的地方，与反射镜相对。每个观测系统的第二透镜（６１２）置于与第一透镜（６１０）相对的位置上。检测器（６１６）置于离开第二透镜（６１２）的距离等于第二透镜（６１２）焦距的位置上，与第一透镜（６１０）相对。可以将附加的透镜置于每个观测系统的第一透镜（６１０）与第二透镜（６１２）之间。采用多个观测系统减小或消除了检测系统的死区。当光纤快速地通过检测器移动时可以采用所有上述方法来检测瑕疵。可以实时地鉴别和记录瑕疵，改善了质量控制；以及提供制造过程数据。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及光纤生产中的质量控制和光纤缺陷的早期检测。更具体地说，本专利技术涉及检测诸如在光纤制造期间由粘附到光纤表面上的颗粒引起的这些瑕疵和表面缺陷的光电检测器系统和方法。
技术介绍
在由坯料抽拉光纤期间会出现各种缺陷。这些缺陷包括光纤内的孔、光纤内的杂物或粒子、光纤表面上的粒子以及表面磨蚀。光纤上存在表面磨蚀或粒子会在光纤制造后道工序阶段引起光纤断裂。因此，从实现最高制造成品率的角度考虑，在光纤制造期间，质量控制是很关键的。为此，已知有多种多样测试光纤质量的技术。例如，在完成光纤制造后有时可以脱线进行光纤张力筛选。缺陷或瑕疵会导致光纤断裂。现有的技术中没有一种能够解决在拉制或制造光纤时对表面粒子的在线实时检测。专利技术概要在拉制光纤时检测光纤上粒子的能力无论是作为一种工艺过程改善工具还是提供减少在光纤制造后道工序中会出现引起光纤断裂的粒子数目所需的信息都是有利的。举例来说，实时检测到瑕疵数目有较大增加则表示熔炉耐火材料正在劣化，应当替换熔炉。本专利技术认为光纤预型件和在其镀膜前含有包层的拉制光纤形成优良的波导。照此，在镀膜前，光基本上渗透光纤的整个截面。大部分光在光纤整个长度上向下传导，除非被诸如孔、表面磨蚀或粒子等缺陷沿光纤长度散射掉。在拉制过程中，在拉制熔炉中光纤充满光，拉制熔炉是良好的强白光光源。在拉制光纤时，来自拉制熔炉的光沿着光纤传导，碰到缺陷时被散射到外。由于在拉制光纤时光纤移动存在速率，当缺陷快速地通过检测器时散射光作为一道短暂的闪光被检测器所检测。在由本专利技术解决的其它需求中，需要一种能够检测正在拉制光纤时由光纤中缺陷造成的光散射而引起的闪光的检测器。本专利技术还提供一种能够以拉制光纤的正常速率有效地工作，以识别由光纤表面上存在粒子引起的闪光的检测器。这里可以把这种粒子称为玻璃或POG上的粒子。本专利技术的一个方面较佳地包括位于椭圆反射镜的一个焦点上的高速、大面积检测器。接受检测的光纤置于反射镜的另一个焦点上。反射镜的排列提供从光纤散射的光将以180度反射在检测器上。较佳地把检测元件屏蔽起来以阻挡杂散光，以及用惰性气体进行净化，以保持光纤表面的清洁。根据本专利技术的另一个方面，采用椭圆反射镜。将光纤置于反射镜的一个焦点上，直径最好为1cm的荧光棒置于另一个焦点上。荧光棒最好具有抛光的端面并平行于光纤取向。棒的一端最好是反射面，而高速硅检测器附着在另一端上。棒中掺入吸收可见光、最好是黄光而在可见光或近红外光谱区中发射荧光的荧光染料。当来自光纤的光碰到棒时，将出现荧光。大约一半的光将在棒外发荧光和被损失。四分之一的光将被引导到棒内、被反射镜表面反射，然后被向下引导返回到检测器上，而其余四分之一的光被直接引导到检测器上。荧光的出现非常快速，在10ns量级上，如此超快速闪光可以被检测。此外，由于棒的直径为1cm，从光纤散射的光全部都将落在棒上，系统对光纤移动是不敏感的。再有，将会看到，通过增加棒的长度，将能增加观测闪光持续的时间。另外，可以预先使棒加上遮板，以区分例如粒子与孔。本专利技术的另一个方面较佳地包括二个观测系统。每个观测系统包括一个小面积、高速、高灵敏度硅检测器、两个透镜和一个球面反射镜。透镜系统使得观测系统对光纤移动不敏感。在本专利技术的较佳实施例中，采用的透镜允许系统有2.5cm的光纤移动容限。将透镜置于光纤的一侧，球面反射镜置于光纤的另一侧，在离开光纤等于其曲率半径的位置上。因此，来自光纤的所有入射光被反射返回到检测器。利用以90度在空间上分开的两个观测系统增加了收集来自POG闪光的似真性。此外，只要增加快速分析信号差的合适信号处理支持，相信可以采用两个检测器之间的信号差来鉴别粒子类型和孔的存在。系统最好封装在一个盒子中，以阻挡杂散光和用惰性气体进行净化，外壳最好安装在可调节的x和y工作台上，以将检测器适当地相对于光纤定位。提供一个净化气体源以保持检测器的光学表面无沾污。本专利技术的另一个方面较佳地包括三观测系统。每个观测系统包括一个小面积、高速、高灵敏度硅检测器、三个透镜和一个球面反射镜。透镜置于光纤的一侧，球面反射镜置于光纤的另一侧，在离开光纤等于其曲率半径的位置上。因此，来自光纤的所有入射光被反射返回到检测器。利用以120度在空间上分开的三个观测系统消除了可能存在光纤而没有检测到闪光的任何死区。只要适当选择和配置各个部分，利用三个视角和三个透镜允许根据本专利技术这个方面的检测器以高速度检测闪光，如在光纤制造期间采用的典型抽拉速度。此外，虽然详细地描述了各个方法，应当看到，多观测系统可以采用由应用以及诸如成本的考虑因素所确定的视角个数。可以适当地采用其它各种光学排列和检测器。从以下的详细描述和附图，显然可获得对本专利技术的更全面的理解以及本专利技术的进一步的特征和优点。附图简述附图说明图1示出根据本专利技术的光纤抽拉过程和系统。图2A示出根据本专利技术的包括椭圆反射镜和检测器的闪光检测系统的俯视图。图2B示出图2A所示的闪光检测系统的侧视图。图3示出根据本专利技术的采用椭圆反射镜和荧光棒的闪光检测系统的侧视图。图4示出根据本专利技术的两个观测系统的闪光检测系统的俯视图。图5示出图4所示的两个观测系统的闪光检测系统的侧视图。图6是根据本专利技术的三个观测系统的闪光检测系统。图7示出按照本专利技术的闪光检测的方法。较佳实施例的详细描述图1示出采用按照本专利技术的光纤瑕疵检测的光纤拉制过程和系统10。在系统10中，光纤1是从拉制熔炉11中抽出的，熔炉11最好将光纤加热到约1900-2000℃的温度。这个温度是足以引起光纤发光以及基本上充满白光。当光纤1离开拉制熔炉11时，它通过瑕疵检测器12，瑕疵检测器最好是按照以下将结合图2A-7讨论作进一步描述的原理构造的，尽管将会认识到，可以适当地设计其它与接下来的说明和权利要求相一致的光学检测器排列和封壳。瑕疵检测器12最好直接位于拉制熔炉11后，因为在工艺过程中在这个位置上通过拉制熔炉11的高温基本上已经消除了所有的表面磨蚀。然而，将会看到，瑕疵检测器12也可以位于其它位置上，如图1所示的位于直径检验器13或冷却管15之后的A点或B点，或者另一方面，如果需要的话，可以与直径检验器13相结合，形成一个双重功能的单个外壳单元。接着，光纤1通过直径检验器13，它以已知的方式对光纤1的直径进行检验。直径检验器13可以是干涉直径测量(“IDM”)装置，如美国专利5,309,221中所描述的这些装置，该专利转让给本专利技术的受让人，这里将其全文引作参考。从直径检验器13，光纤1然后通过冷却管15、一次镀膜机17、第一镀膜固化器19、二次镀膜机21、第二镀膜固化器23和牵引机25。牵引机25以所需的工艺处理速率提供抽拉光纤1的适度的力。在转让给本专利技术受让人的在这里全文引作参考的美国专利5,443,610中描述了一种现行的抽拉系统的进一步详细情况。除了以上描述的部件外，系统10还包括净化气体源14，为净化瑕疵检测器11的光学表面防止该表面受外来沾污提供气体。系统10还包括数据获取系统20、图表记录仪30和报警系统40。数据获取系统20最好包括对瑕疵检测器12产生的信号进行放大、转换和处理的快速数字信号处理电路。其中可以适当地包括含有已适当编程的控制器、存储器、显示器、键盘和打印机的PC、工作站或小型计算机本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种检测从光纤侧壁出射的光的光纤瑕疵检测系统，该出射光是由玻璃瑕疵上粒子或者光纤中的磨蚀导致的，当光纤快速地向下通过检测系统时检测系统进行工作，其特征在于所述检测系统包括：位于邻近光纤附近和镀膜系统前的检测器，所述检测器对出射光进行检测 ；以及识别玻璃瑕疵上粒子的处理电路。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RD彼格豪斯，DA帕斯泰尔，BW雷丁，
申请(专利权)人：康宁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]