устройство измерения натяжения вытяжки оптического волокна

Формула изобретения

Устройство измерения натяжения вытяжки оптического волокна, содержащее источник стабильного потока инертного газа, первый и второй газовые инжекторы, датчик диаметра и положения оптического волокна, функциональный преобразователь, отличающееся тем, что второй газовый инжектор расположен на том же уровне, что и первый инжектор, но с другой стороны волокна, введен усилитель с нелинейной статической характеристикой, который соединен с выходом сигнала положения датчика диаметра и положения оптического волокна, а его выход связан с вычитающим входом сумматора, а выход сигнала диаметра датчика диаметра и положения оптического волокна соединен с суммирующим входом сумматора, а выход сумматора связан со входом режекторного фильтра, с выхода которого и снимается сигнал диаметра оптического волокна.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству оптического волокна, используемого для изготовления кабелей связи, конкретнее к системам измерения натяжения вытяжки оптического волокна, и может быть использовано в установках вытяжки оптического волокна для построения систем измерения и управления натяжением вытяжки и известно устройство измерения натяжения вытяжки оптического волокна (Method and apparatus for contactless monitoring of tension in a moving fiber. Publication number: 0549131 A2. Application number: 92310675.1. Int. сl.: G 01 L 5/10, C 03 B 37/03).

Устройство содержит: источник стабильного потока газа; устройство управления газовым потоком; газовый фильтр; газовый инжектор; CCTV-камеру; вычислительную аппаратуру для преобразования сигнала CCTV-камеры; монитор для отображения положения оптического волокна. Принцип измерения предполагает перемещение оптического волокна под действием газового потока.

Недостаток устройства, являющегося аналогом, определяется тем, что вводимые посредством газового потока одного газового инжектора поперечные относительно направления вытяжки перемещения оптического волокна на участке вытяжки, включающем зону измерения лазерного датчика диаметра оптического волокна, приводят к внесению аддитивной ошибки в сигнал датчика диаметра, которая обусловлена зависимостью выходного сигнала датчика диаметра от положения оптического волокна в зоне измерения, показанной на фиг.1. Наличие такой ошибки приводит к тому, что даже при стабильном диаметре оптического волокна, соответствующем номинальной величине, система автоматической стабилизации диаметра оптического волокна отрабатывает сигнал ошибки датчика и меняет диаметр оптического волокна, делая его неноминальным.

Наиболее близким по технической сущности и по достигаемому результату к заявляемому устройству измерения натяжения вытяжки оптического волокна является выбранное в качестве прототипа устройство измерения натяжения вытяжки оптического волокна (Патент на изобретение RU 2154812, 20.08.2000, БИ 23. Устройство измерения натяжения вытяжки оптического волокна).

Устройство содержит: источник стабильного потока инертного газа, два газовых инжектора, датчик положения оптического волокна, датчик диаметра и положения оптического волокна, который совмещает измерение диаметра волокна и его поперечного перемещения и датчик поперечного перемещения оптического волокна, управляемый газовый клапан, высокотемпературная печь, фильера первичного лакового покрытия. Принцип измерения натяжения оптического волокна основывается на том, что два однонаправленных газовых инжектора расположены симметрично относительно волокна. Газовый поток первого из инжекторов вводит модуляции положения вытягиваемого волокна, используемые для оценки величины натяжения вытяжки волокна. Модуляции положения, вводимые вторым инжектором, позволяют устранить поперечные перемещения волокна в зоне измерения датчика диаметра волокна, что позволяет устранить аддитивную ошибку в сигнале датчика диаметра волокна.

Недостаток устройства, являющегося прототипом, определяется усложненной конструкцией установки за счет введения второго датчика поперечного перемещения и соответствующим увеличением себестоимости продукции.

Технический результат - упрощение обслуживания и снижение себестоимости продукции при использовании предложенного устройства измерения натяжения вытяжки оптического волокна. Устройство измерения натяжения вытяжки оптического волокна содержит источник стабильного потока инертного газа, управляемый газовый клапан, первый газовый инжектор и, расположенный с ним в одной горизонтальной плоскости, второй газовый инжектор, датчик совмещенного измерения диаметра оптического волокна и поперечного перемещения оптического волокна, функциональный преобразователь, усилитель с нелинейной характеристикой и режекторный фильтр. Первый и второй газовые инжекторы направлены навстречу друг другу, датчик совмещенного измерения диаметра оптического волокна и поперечного перемещения оптического волокна расположен в одной плоскости с инжекторами, которые находятся на расстоянии L₁ от горизонтальной плоскости расположения высокотемпературной печи и на расстоянии L₂ от горизонтальной плоскости расположения фильеры первичного лакового покрытия. На фиг.1 изображена зависимость погрешности датчика диаметра от положения оптического волокна в зоне измерения. На фиг.2 изображена схема расположения элементов устройства измерения натяжения вытяжки оптического волокна и его функциональная схема. Оно содержит: источник 1 стабильного потока инертного газа; управляемый газовый клапан 2, осуществляющий поочередное через время Т/2 периодическое переключение газового потока между двумя газовыми инжекторами, с частотой f=1/T; первый газовый инжектор 3 и расположенный с ним в одной горизонтальной плоскости второй газовый инжектор 4; инжекторы расположены на одинаковом расстоянии от оси нормального положения оптического волокна; нормальным считается такое положение оптического волокна, когда на оптическое волокно не оказывается никаких принудительных воздействий для его смещения в направлении, перпендикулярном направлению движения оптического волокна при вытяжке; датчик 5 диаметра и положения оптического волокна, зона измерения которого расположена между первым 3 и вторым 4 газовыми инжекторами; режекторный фильтр 6, обеспечивающий непропускание входного сигнала на фиксированной частоте f, равной частоте переключения газовых инжекторов; усилитель 7 с нелинейной статической характеристикой, воспроизводящий зависимость аддитивной погрешности датчика диаметра от поперечного смещения измеряемого волокна; сумматор, осуществляющий устранение погрешности измерения диаметра оптического волокна путем вычитания из сигнала диаметра выходного сигнала усилителя 8; функциональный преобразователь 9, осуществляющий вычисление натяжения F по измеряемому перемещению волокна H(t) в соответствии с формулой (1).

Принцип работы заявляемого устройства измерения натяжения вытяжки оптического волокна состоит в вводимом поочередном поперечном относительно направления вытяжки перемещении оптического волокна посредством газовых потоков из двух газовых инжекторов. Из источника стабильного потока инертного газа газ поступает к управляющему газовому клапану, который последовательно открывает первый и второй газовые инжекторы, переключая газовый поток поочередно с одного газового инжектора на другой. Последовательность переключения газовых инжекторов показана на графиках 1 и 2 фиг.3. Величины газовых потоков первого и второго газовых инжекторов равны: Q₁=Q₂=Q.

Под воздействием силы газовых потоков участок оптического волокна в области первого и второго газовых инжекторов поочередно перемещается в одной плоскости на одинаковые расстояния H от нормального положения, которое позволяет осуществить расчет величины натяжения F



где С - коэффициент, определяемый функциональными параметрами газового инжектора; L₁ - расстояние от места формирования оптического волокна (точка С) до места расположения инжекторов 3 и 4 и датчика 5; L₂ - расстояние от датчика 5 до фильеры первичного лакового покрытия (точка Е); Q - величина газового потока, создаваемого газовыми инжекторами.

Инжекторы формируют модуляции положения оптического волокна, измеряемые датчиком 5 диаметра и положения оптического волокна и используемые при расчете величины натяжения вытяжки в соответствии с формулой (1). Для уменьшения в два раза ширины рабочего участка нелинейной характеристики, описывающей зависимость аддитивной погрешности датчика диаметра от поперечного смещения измеряемого волокна, в схему введен второй газовый инжектор 4. В результате требуемая для измерения амплитуда поперечных перемещений волокна достигается при вдвое меньших отклонениях волокна от его начального положения. Это обусловливает более точную компенсацию соответствующей аддитивной погрешности при использовании усилителя 7, статическая характеристика которого копирует зависимость аддитивной погрешности датчика диаметра от осевого положения волокна. Устранение влияния перемещения оптического волокна на результат измерения его диаметра d(t) достигается тем, что сигнал измеряемого диаметра формируется путем вычитания из соответствующего сигнала датчика 5 диаметра d"(t) выходного сигнала усилителя 7 с нелинейной статической характеристикой d(t) и дальнейшего прохождения выходного сигнала через режекторный фильтр 6, который настроен на непропускание составляющей входного сигнала с частотой, равной частоте переключения газовых инжекторов, и обеспечивает подавление остаточной аддитивной погрешности, возникновение которой возможно при неточном воспроизведении статической характеристикой нелинейного усилителя соответствующей зависимости аддитивной погрешности датчика диаметра от поперечного смещения.