**ATTENTION** debut du champ DESC peut contenir fin de CLMS **.
REVENDICATIONS
1. Dispositif pour le soudage bout à bout de fibres optiques, ca ractérisé en ce qu'il comporte un support de fibres optiques (6, 7, 17, 18) prévu pour recevoir et maintenir en alignement deux parties terminales de fibres optiques (15) à souder bout à bout, une source de chaleur constituée par un générateur d'arc électrique constricté (36, 37, 44, 45), dont l'axe est perpendiculaire à la direction de l'axe commun des extrémités des fibres (15) dans le support de fibres (6, 7, 17, 18), et des moyens déflecteurs (41-43) pour produire un champ magnétique d'intensité réglable, destiné à agir sur l'arc pour faire varier à volonté la distance de l'arc à la zone de soudage et régler ainsi le chauffage de cette zone.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur d'arc constricté (36, 37, 45, 46) est du type à microplasma sous gaz protecteur.
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur d'arc constricté (36, 37, 45, 46) et les moyens déflecteurs de l'arc (41-43) sont montés mobiles et actionnés par moteur (39), pour les éloigner et les rapprocher de la zone de soudage.
4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cathode (37) du générateur d'arc est disposée au-dessous de la zone de soudage, pour éviter la chute sur les fibres de particules venant de cette cathode (37) et de la tuyére (44) qui l'entoure.
5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens à commande électromagnétique (30) pour comprimer de façon réglable l'une contre l'autre les deux extrémités des fi bres (15) pendant le soudage.
Les fibres optiques sont de plus en plus utilisées pour la transmission d'informations.
Une fibre optique est un fil de verre dont le diamètre correspond à celui d'un cheveu. Elle sert, par le biais de rayons lumineux qu'elle canalise, à acheminer des informations. Dans sa forme la plus simple, une fibre optique se compose d'une partie centrale (le coeur), d'une enveloppe appelée cladding et d'une gaine de protection en matière plastique. Dans une fibre optique, l'indice de réfraction du coeur est plus élevé que celui du cladding. Une partie des rayons émis par une source lumineuse placée dans la section d'un bout de la fibre va de cette façon subir une réflexion totale à l'interface coeur-clad- ding et les rayons introduits à une extrémité de la fibre sont par conséquent canalisés jusqu'à l'autre extrémité.
Les fibres optiques ont de nombreux avantages bien connus, mais elles posent des problèmes délicats de liaison lorsqu'il s'agit de souder deux à deux des fibres optiques appartenant à deux câbles que l'on veut raccorder. Il s'agit en somme d'assurer la soudure bout à bout de fibres d'un dixième de millimètre de diamètre, de manière que le coeur de chacune d'elles soit disposé exactement en face de l'autre. Or le coeur des fibres les plus fréquemment utilisées mesure environ 1/20 mm de diamètre. D'autre part, les fibres dénudées, c'està-dire débarrassées de leur gaine protectrice en matière plastique, sont cassantes, ce qui rend encore plus difficile l'opération.
Ce travail délicat, déjà problématique en laboratoire, doit pouvoir être effectué de routine en fouille et de façon parfaitement reproductible dans des conditions difficiles par du personnel non spécialisé, et ce dans un temps raisonnable. Les moyens, outils et dispositifs, devront être peu encombrants et, de plus, entièrement autonomes du point de vue énergie.
On a déjà proposé de souder bout à bout des fibres optiques en utilisant comme source de chaleur de soudage une flamme (chalumeau), mais cette façon de procéder a le grave inconvénient de produire une action mécanique sur les fibres dont le maintien en positionnement exact est ainsi rendu aléatoire. De plus, il est difficile d'obtenir une bonne reproductibilité, car le contrôle de l'apport d'énergie par une flamme est lui-même difficile à réaliser. En outre, le travail dans une fouille, avec un chalumeau, est malaisé.
On a aussi proposé de réaliser le soudage par étincelle, à haute fréquence (dit à froid) mais, avec cette méthode, le travail est très dépendant des conditions atmosphériques, notamment du degré d'humidité de l'air, ce qui est défavorable à la reproductibilité.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients des méthodes connues. Elle a pour objet un dispositif selon la revendication 1.
Les dessins annexés représentent, à titre d'exemple, une forme d'exécution du dispositif selon l'invention.
La fig. 1 en est une vue d'ensemble, en perspective.
La fig. 2 est un schéma en perspective illustrant l'agencement et le fonctionnement des différentes parties du dispositif.
La fig. 3 est une vue en plan, certaines parties étant supposées arrachées.
La fig. 4 est une vue de détail, en coupe et à plus grande échelle, d'un support de fibre optique visible en vue extérieure sur les fig. 1 et3.
La fig. 5 est une vue en coupe selon 5-5 de la fig. 3.
Les fig. 6 et 7 sont des vues de détail agrandies et en coupe de parties peu visibles sur la fig. 5.
Le dispositif représenté comprend un bâti 1 ou support fixe, de petites dimensions, pouvant être logé dans un coffret ou une mallette, avec ses accessoires dont il sera question plus loin. Sur les fig. 2 et 3, on voit un premier moyen micrométrique 2, dont on expliquera la fonction par la suite, et un second moyen micrométrique 3 servant à déplacer à des fins de réglage une pièce 4 selon la direction de l'axe de ce moyen 3, par rapport au bâti 1. La pièce 4 est agencée pour recevoir un étrier amovible 5 qui porte deux supports identiques 6, 7 de fibres optiques dont l'un d'eux, 6, est montré en détail sur la fig.
4. Le support 6 comprend une pièce de base 8 fixée à l'étrier 5 et sur laquelle est montée à pivot en 9 une touche 10 sollicitée par un ressort 11 et munie d'un bouton moleté 12. Ce bouton est solidaire d'un cône 13. En appuyant avec un doigt sur la partie 14 de la touche 10, on fait basculer celle-ci et on peut introduire une extrémité d'une fibre optique 15 comme indiqué sur la fig. 4, de façon que, lorsqu'on relâche la touche, le cône 13 vienne coincer cette fibre. En tournant le bouton 12, on déplace donc axialement la fibre 15, ce qui permet d'amener en contact les extrémités de deux fibres à souder bout à bout et coopérant l'une avec 6 et l'autre avec 7. Sur la fig. 3, on a indiqué schématiquement par un trait mixte 16 I'axe de ces deux extrémités de fibres.
La partie des fibres optiques coopérant avec le cône 15 n'est pas dénudée de sa gaine isolante, pour ne pas endommager la partie optique lors du réglage au moyen du bouton 12.
Deux moyens de blocage des fibres 17, 18 sont prévus dans l'espace compris entre 6 et 7. Comme montré schématiquement sur la fig. 2, il s'agit de mâchoires commandées par un électro-aimant, pour venir bloquer la fibre respective lorsqu'elle a été amenée en position correcte de soudage grâce aux boutons 12. Ces moyens de blocage 17, 18 sont montés respectivement sur l'un des bras d'une pièce en U 19 fendue en 20 et coopérant avec une cheville d'immobilisation 21. On voit en 22, 23 les électro-aimants des moyens 17, 18.
Les extrémités libres des branches de la pièce 19 sont visibles en 24, 25 sur la fig. 3. Elles sont munies de billes 26, 27 dont la position peut être réglée avec précision lors du montage, au moyen de vis 28, 29 portées par le bâti 1.
Les extrémités 24, 25 des bras de 19 sont reliées à l'équipage mobile d'un électro-aimant 30 qui, lorsqu'il est excité, les sollicite à se rapprocher l'une de l'autre. La quantité dont ces parties 24, 25 peuvent se rapprocher l'une de l'autre fait l'objet d'un réglage grâce aux moyens suivants, au début d'une série d'opérations de soudage.
Le micromètre 2 commande le déplacement axial d'un pointeau 31 à tête conique coopérant avec un piston 32 à têtes opposées coniques. L'une de ces têtes coopère avec le cône de 31, tandis que l'autre agit surdeux pistons coaxiaux à têtes coniques 33, 34 munis chacun d'une tige (seule celle, 35, de 33 est visible sur la fig. 3) formant
butée de fin de course pour les billes 26, 27. On peut donc, grâce au micromètre 2, ajuster très exactement à la valeur que l'on veut, la quantité dont les moyens de blocage 17, 18 se rapprochent l'un de l'autre lorsque l'électro-aimant 30 est excité. Ce rapprochement des moyens de blocage est commandé par l'opérateur lorsque l'opération de soudage est en train et a pour but de presser axialement l'une contre l'autre les extrémités des deux fibres à souder, comme il est avantageux de le faire pour éviter des tensions indésirables dans la région de la soudure lors du refroidissement après soudage.
Pour assurer le soudage, il est prévu une torche de soudage du type à arc électrique constricté, à microplasma sous gaz protecteur, dont l'anode est représentée en 36 et la cathode en 37 (fig. 2 et 5).
Cette torche est portée par un chariot 38 (fig. 1 et 2) actionné par un moteur électrique 39 commandé par l'opérateur. La direction de déplacement du chariot 38 est horizontale et perpendiculaire à l'axe des fibres optiques sur l'étrier 5. L'axe de la torche 36, 37 est vertical et perpendiculaire lui aussi à la direction de l'axe de ces fibres. Le chariot 38 porte aussi un microscope binoculaire oscillant 40 permettant d'observer avec précision l'extrémité des fibres avant soudage et, pendant le soudage, la zone chauffée par l'arc, comme on le verra plus loin.
L'étrier 4 est réglable parallèlement à l'axe commun des extrémités des fibres à souder, grâce au micromètre 3, ce qui permet d'amener les extrémités en contact de ces fibres exactement dans l'axe du dispositif, dans lequel se trouve et peut se déplacer l'axe de l'arc généré par la torche 36, 37.
Lors de l'opération de soudage, lorsque l'arc constricté est amorcé, il est amené, grâce au moteur 39, à proximité immédiate de la zone de soudage mais, néanmoins, à distance appréciable de celleci, par l'opérateur observant à travers le microscope 40. Une fois ce rapprochement de l'arc exécuté, le moteur est arrêté et commence l'opération de soudage que l'on va maintenant décrire.
L'arc constricté étant parfaitement stable et exempt de déplacements latéraux, il est facile de régler le chauffage de la zone de soudage en faisant varier la distance de l'arc à celle-ci au gré de l'opérateur observant le travail au microscope. A cet effet, il est prévu un électro-aimant 41 commandé par l'opérateur qui peut faire varier le courant d'excitation. Cet électro-aimant présente deux pièces polaires 42, 43 qui se font face. Le champ produit entre ces pièces est perpendiculaire à l'arc et agit pour dévier cet arc de sa direction rectiligne, d'une quantité fonction de l'intensité du courant d'excitation de l'électro-aimant 41 et du courant d'arc.
Ainsi, en faisant varier au moins l'une de ces intensités, I'opérateur peut rapprocher ou éloigner à volonté l'arc de la zone de soudage, augmentant ou diminuant ainsi l'intensité du chauffage de cette zone selon le besoin du moment.
La cathode 37 est disposée au-dessous de la zone de soudage, ce qui évite la chute sur celle-ci de particules venant de la cathode et de sa gaine 44. Sur la figure schématique 2, on a représenté deux gaines concentriques, un gaz rare plasma tel que l'argon étant introduit à l'intérieur de 44 pour entourer l'arc, tandis qu'un gaz de protection tel que l'argon, l'hélium ou un mélange argon + hydrogène, par exemple, serait introduit dans l'espace annulaire compris entre 44 et 45. Comme représenté sur la fig. 5, le gaz protecteur est amené par des canaux 46, 47 à une grille 48 disposée autour de 44. On voit en 49 I'arrivée du gaz plasma.
La fig. 6 représente à plus grande échelle la disposition de l'anode 36 et de son support.
Les opérations relatives au soudage des fibres optiques au moyen du dispositif décrit ont lieu dans l'ordre suivant:
- Dénudage des extrémités des fibres à l'aide d'une pince dont le principe est similaire à celui des pinces utilisées pour les fils électriques.
- Préparation des faces des extrémités des fibres à mettre en contact, à l'aide d'un outil spécialement étudié, pour obtenir une cassure lisse et nette située dans un plan normal à l'axe de la fibre.
La fibre est tendue et pliée sur un galbe, puis une chiquenaude est appliquée par une arête de diamant et provoque une amorce de rupture qui se propage selon le plan souhaité.
- Positionnement et accostage des extrémités sur l'installation à l'aide des moyens décrits.
- Choix du débit de gaz intérieur nécessaire à l'établissement de l'arc pilote servant à l'amorçage de l'arc constricté.
- Amorçage de l'arc pilote à l'aide d'un artifice à haute fréquence.
- Choix du débit du gaz de protection constituant le manchon thermique de la colonne d'arc.
- Choix de l'intensité et établissement de l'arc transféré.
- Approche de l'arc au voisinage des extrémités en contact des fibres à souder.
- Soudage proprement dit et traitement thermique éventuel par l'enclenchement du programme de la déflexion électromagnétique de l'arc, associée aux contraintes mécaniques axiales devant compenser les effets du retrait. Les paramètres correspondants sont affichés au préalable lors d'essais préliminaires de mise au point.
- Mesure de la qualité optique de la liaison à l'aide d'instruments appropriés et selon une méthode en relation avec les conditions de travail.
Le dispositif décrit est de préférence alimenté par des accumulateurs électriques et des bouteilles de gaz protecteur et de refroidissement qui peuvent facilement se loger avec lui dans un coffret ou une mallette.
** ATTENTION ** start of the DESC field may contain end of CLMS **.
CLAIMS
1. Device for the butt welding of optical fibers, ca characterized in that it comprises an optical fiber support (6, 7, 17, 18) intended to receive and keep in alignment two end portions of optical fibers (15 ) to weld end to end, a heat source constituted by a constricted electric arc generator (36, 37, 44, 45), whose axis is perpendicular to the direction of the common axis of the ends of the fibers (15 ) in the fiber support (6, 7, 17, 18), and deflector means (41-43) to produce a magnetic field of adjustable intensity, intended to act on the arc to vary at will the distance from the arc at the welding zone and thus regulate the heating of this zone.
2. Device according to claim 1, characterized in that the constricted arc generator (36, 37, 45, 46) is of the microplasma type under protective gas.
3. Device according to claim 1, characterized in that the constricted arc generator (36, 37, 45, 46) and the arc deflector means (41-43) are mounted movable and actuated by motor (39) , to move them away and bring them closer to the welding area.
4. Device according to claim 1, characterized in that the cathode (37) of the arc generator is arranged below the welding zone, to avoid falling onto the particle fibers coming from this cathode (37) and of the nozzle (44) which surrounds it.
5. Device according to claim 1, characterized in that it comprises means with electromagnetic control (30) to compressively adjust one against the other the two ends of the fibers (15) during welding.
Optical fibers are increasingly used for the transmission of information.
An optical fiber is a glass wire whose diameter corresponds to that of a hair. It is used, by means of light rays which it channels, to convey information. In its simplest form, an optical fiber consists of a central part (the heart), an envelope called cladding and a protective plastic sheath. In an optical fiber, the refractive index of the heart is higher than that of cladding. Part of the rays emitted by a light source placed in the section of one end of the fiber will in this way undergo total reflection at the core-cladding interface and the rays introduced at one end of the fiber are consequently channeled to the other end.
Optical fibers have many well-known advantages, but they pose delicate problems of connection when it is a question of welding two by two of the optical fibers belonging to two cables which one wants to connect. In short, it is a question of ensuring the butt welding of fibers of a tenth of a millimeter in diameter, so that the core of each of them is placed exactly opposite the other. However, the core of the most frequently used fibers measures approximately 1/20 mm in diameter. On the other hand, the bare fibers, that is to say stripped of their protective plastic sheath, are brittle, which makes the operation even more difficult.
This delicate work, already problematic in the laboratory, must be able to be carried out routinely in excavation and in a perfectly reproducible manner under difficult conditions by non-specialized personnel, and this within a reasonable time. The means, tools and devices must be compact and, moreover, fully autonomous from the energy point of view.
It has already been proposed to weld optical fibers end-to-end using a flame (blowtorch) as a welding heat source, but this procedure has the serious drawback of producing a mechanical action on the fibers, the retention of which in exact positioning is thus made random. In addition, it is difficult to obtain good reproducibility, since the control of the energy supply by a flame is itself difficult to achieve. In addition, the work in an excavation, with a blowtorch, is difficult.
It has also been proposed to perform spark welding, at high frequency (called cold) but, with this method, the work is very dependent on atmospheric conditions, in particular the degree of humidity of the air, which is unfavorable for reproducibility.
The present invention aims to remedy the drawbacks of known methods. It relates to a device according to claim 1.
The accompanying drawings show, by way of example, an embodiment of the device according to the invention.
Fig. 1 is an overview, in perspective.
Fig. 2 is a perspective diagram illustrating the arrangement and operation of the various parts of the device.
Fig. 3 is a plan view, certain parts being assumed to be broken away.
Fig. 4 is a detail view, in section and on a larger scale, of an optical fiber support visible in external view in FIGS. 1 and 3.
Fig. 5 is a sectional view along 5-5 of FIG. 3.
Figs. 6 and 7 are enlarged detail views in section of parts that are barely visible in FIG. 5.
The device shown comprises a frame 1 or fixed support, of small dimensions, which can be housed in a box or a briefcase, with its accessories which will be discussed below. In fig. 2 and 3, we see a first micrometric means 2, the function of which will be explained later, and a second micrometric means 3 used to move a part 4 for adjustment purposes in the direction of the axis of this means 3, with respect to the frame 1. The part 4 is arranged to receive a removable bracket 5 which carries two identical supports 6, 7 of optical fibers, one of which, 6, is shown in detail in FIG.
4. The support 6 comprises a base part 8 fixed to the stirrup 5 and on which is pivotally mounted at 9 a key 10 urged by a spring 11 and provided with a knurled button 12. This button is integral with a cone 13. By pressing with a finger on the part 14 of the key 10, it is tilted and one can introduce an end of an optical fiber 15 as shown in fig. 4, so that, when the key is released, the cone 13 comes to jam this fiber. By turning the button 12, the fiber 15 is therefore moved axially, which makes it possible to bring the ends of two fibers to be butt welded into contact and cooperating one with 6 and the other with 7. In FIG. 3, the axis of these two fiber ends has been indicated diagrammatically by a dashed line 16.
The part of the optical fibers cooperating with the cone 15 is not stripped of its insulating sheath, so as not to damage the optical part during adjustment by means of the button 12.
Two fiber blocking means 17, 18 are provided in the space between 6 and 7. As shown diagrammatically in FIG. 2, these are jaws controlled by an electromagnet, to block the respective fiber when it has been brought into the correct welding position using the buttons 12. These blocking means 17, 18 are mounted respectively on the one of the arms of a U-shaped piece 19 split at 20 and cooperating with an immobilizing pin 21. We see at 22, 23 the electromagnets of the means 17, 18.
The free ends of the branches of the part 19 are visible at 24, 25 in FIG. 3. They are provided with balls 26, 27 the position of which can be adjusted with precision during assembly, by means of screws 28, 29 carried by the frame 1.
The ends 24, 25 of the arms of 19 are connected to the movable assembly of an electromagnet 30 which, when excited, urges them to approach each other. The quantity by which these parts 24, 25 can approach each other is subject to adjustment by the following means, at the start of a series of welding operations.
The micrometer 2 controls the axial movement of a needle 31 with a conical head cooperating with a piston 32 with opposite conical heads. One of these heads cooperates with the cone of 31, while the other acts on two coaxial pistons with conical heads 33, 34 each provided with a rod (only the one, 35, of 33 is visible in fig. 3) forming
end of travel stop for the balls 26, 27. It is therefore possible, thanks to the micrometer 2, to adjust very exactly to the desired value, the quantity by which the locking means 17, 18 approach one of the other when the electromagnet 30 is energized. This bringing together of the blocking means is controlled by the operator when the welding operation is in progress and has the purpose of pressing axially one against the other the ends of the two fibers to be welded, as it is advantageous to do to avoid unwanted stresses in the weld region during cooling after welding.
To ensure welding, a welding torch of the constricted electric arc type, with microplasma under protective gas, is provided, the anode of which is shown at 36 and the cathode at 37 (FIGS. 2 and 5).
This torch is carried by a carriage 38 (fig. 1 and 2) actuated by an electric motor 39 controlled by the operator. The direction of movement of the carriage 38 is horizontal and perpendicular to the axis of the optical fibers on the stirrup 5. The axis of the torch 36, 37 is vertical and also perpendicular to the direction of the axis of these fibers. The carriage 38 also carries an oscillating binocular microscope 40 making it possible to observe with precision the end of the fibers before welding and, during welding, the area heated by the arc, as will be seen below.
The stirrup 4 is adjustable parallel to the common axis of the ends of the fibers to be welded, thanks to the micrometer 3, which makes it possible to bring the ends in contact with these fibers exactly in the axis of the device, in which is located and can move the axis of the arc generated by the torch 36, 37.
During the welding operation, when the constricted arc is struck, it is brought, thanks to the motor 39, in the immediate vicinity of the welding zone but, nevertheless, at appreciable distance from it, by the operator observing through the microscope 40. Once this approximation of the arc has been carried out, the motor is stopped and begins the welding operation which will now be described.
The constricted arc being perfectly stable and free from lateral displacements, it is easy to adjust the heating of the welding area by varying the distance from the arc to it at the whim of the operator observing the work under the microscope. For this purpose, there is provided an electromagnet 41 controlled by the operator which can vary the excitation current. This electromagnet has two pole pieces 42, 43 which face each other. The field produced between these parts is perpendicular to the arc and acts to deflect this arc from its rectilinear direction, by a quantity which is a function of the intensity of the excitation current of the electromagnet 41 and of the arc current. .
Thus, by varying at least one of these intensities, the operator can bring the arc closer or further away from the welding zone at will, thereby increasing or decreasing the intensity of the heating of this zone according to the need of the moment.
The cathode 37 is arranged below the welding zone, which prevents particles falling therefrom coming from the cathode and its sheath 44. In schematic figure 2, two concentric sheaths are shown, a gas rare plasma such as argon being introduced inside 44 to surround the arc, while a shielding gas such as argon, helium or an argon + hydrogen mixture, for example, would be introduced into the annular space between 44 and 45. As shown in fig. 5, the protective gas is brought by channels 46, 47 to a grid 48 arranged around 44. We see at 49 the arrival of the plasma gas.
Fig. 6 shows on a larger scale the arrangement of the anode 36 and its support.
The operations relating to the welding of the optical fibers by means of the device described take place in the following order:
- Stripping the ends of the fibers using pliers, the principle of which is similar to that of pliers used for electrical wires.
- Preparation of the faces of the ends of the fibers to be brought into contact, using a specially designed tool, to obtain a smooth and clear break located in a plane normal to the axis of the fiber.
The fiber is stretched and folded on a curve, then a flick is applied by a diamond edge and causes a starting point of rupture which propagates according to the desired plan.
- Positioning and docking of the ends on the installation using the means described.
- Choice of the internal gas flow rate necessary to establish the pilot arc used to start the constricted arc.
- Striking of the pilot arc using a high frequency device.
- Choice of the flow rate of the shielding gas constituting the thermal sleeve of the arc column.
- Choice of intensity and establishment of the transferred arc.
- Approach of the arc in the vicinity of the ends in contact with the fibers to be welded.
- Welding proper and possible heat treatment by switching on the program of the electromagnetic deflection of the arc, associated with axial mechanical stresses which must compensate for the effects of shrinkage. The corresponding parameters are displayed beforehand during preliminary development tests.
- Measurement of the optical quality of the link using appropriate instruments and according to a method related to working conditions.
The device described is preferably powered by electric accumulators and bottles of protective and cooling gas which can easily be housed with it in a case or a briefcase.