CN117425531A - 用于光纤连接器和端面的非接触式清洁的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于清洁光纤端面的清洁装置(100)，其包括分配喷嘴(104)，该分配喷嘴被配置为通过将清洁溶剂间歇地注入到所述射流柱(118)中来排出由康达效应生成的射流柱(118)。该方法包括将射流柱(118)冲击到光纤端面(120)上，同时与待清洁端面保持一定的间隔距离。

Description

用于光纤连接器和端面的非接触式清洁的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求以Emily J.Peck等人的名义于2021年4月5日提交的序列号为No.63/170,821并且题为“DEVICE AND METHOD FOR NON-CONTACT CLEANING OF FIBER OPTICCONNECTORS AND END FACES”的临时专利申请的优先权。

背景技术

1.技术领域

本发明总体上涉及一种利用非接触式清洁装置来清洁光纤的套箍(ferrule)端部表面的方法。套箍端部表面可以得到有效地清洁，无论其是暴露的或是安装在套箍连接器(比如插头或隔板)中的以用于与另一光纤或光电子装置互连。

在光纤网络中，光纤股线(其通常具有大约8微米的直径)通过将股线包裹在防护套(未示出)中以形成线缆并将两个线缆的端部对接在一起连接。为此，单根光纤股线10a、10b和10c的端部(图1A、图1B和图1C)通常被从护套剥离并被结合和封装在棒状陶瓷套箍12a、12b和12c的中心。该套箍为光纤股线的暴露端面的精抛光提供了增大的表面积。套箍端面14a、14b和14c被抛光成平坦的(图1A)、略微凸形的(图1B)，或者成角度为大约8°(图1C)，以在连接到另一光纤时减少反射光。然后，这些套箍被安装到各种类型的连接器壳体中，例如连接器16(图2)，该连接器经由联接器或隔板18与类似的装置(例如连接器16’(图3))精确地互连，以确保对接的光纤股线的精确对准。为了清洁，图3的组件被拆卸以暴露套箍端面从而用于清洁，同时该组件仍然连接到其关联的联接器或隔板18的相关半部。

图4示出了光纤线缆19的端部，其包括具有外部保护套或鞘套22的光纤股线20，其端部部分被剥离，并且股线20的剥离部分封装在具有端面24a的套箍24中。套箍24在其端面24a上固着有透镜26，该透镜可以是球形或近似球形的构造，以使套箍24成为扩展光束(“EB”)套箍。透镜26通常是准直透镜，尽管其也可以是成像透镜。在任何情况下，透镜26被布置成和与其相关联的光纤股线20的端部成光学透射关系。

图5示出了一对光纤线缆19、19’，每个线缆都具有相应的EB套箍24、24’，其相应的透镜26、26’通过连接器28、28’相互光学地连接。连接器28、28’可以通过任何适当的方式相互连接，比如机械紧固件或联接器。连接器28和28’各自都被配置为彼此分离，从而允许断开的套箍端面24、24a’以及和其相关联的透镜26、26’的检查和清洁。

图6示出了图5中的连接器中的一个，即连接器28，其与相关联的连接器28’断开，并因此准备进行清洁。

比如如上所述的线缆连接的清洁度是保持峰值信号通信性能的关键因素，但是这种线缆连接在光纤的邻接端面处极易受到污染。因此，在光纤端部相互连接之前，和/或其在正常使用期间被污染之后，清洁端部表面是至关重要的。

2.现有技术

已知利用往复式锥形针阀的常规本领域的空气刷将产生下文讨论的康达效应。众所周知，康达效应在形成空气刷的喷射形式中发挥重要作用。

2007年6月19日授予S.Lytle(“Lytle”)等人的美国专利7,232,262公开了一种用于清洁包含在接口装置中的光纤端面的清洁设备。该设备通过将加压流体输送管的喷嘴末端部署在直径大于加压流体输送管的溶剂输送管内，而利用加压流体(比如空气或氮气)来输送溶剂(比如烃类和萜烯混合物)。Lytle的装置被插入连接器200中。例如，参见Lytle的图2和第9列第41-50行和第9列第58行至第10列第3行。在第11列、第6-22行，从排放端口(即喷嘴末端114)到光纤端面202(图2)的距离优选大约为0.02至0.20英寸，例如为0.05英寸，然而Lytle指出“其它距离也适用于本发明”。从第11列的第15行开始，Lytle指出，如果喷嘴末端离光纤端面太近，则增加的背压降低清洁的效率，而如果喷嘴末端离光纤端面太远，则气体/溶剂射流的能量被耗散，从而降低清洁效率。

2004年11月23日授予G.J.Gerhard(“Gerhard”)的美国专利6,821,025在图2中公开了一种装置，该装置包括加压气体/清洁溶剂排放端口或喷嘴114，其与光纤端面202以类似于Lytle中所述的方式间隔开。该构造包含在清洁组件100中(Gerhard的图1和第5列第23行等)被设计成插入保持光纤连接器214和216的隔板适配器的母输入端204和206。Gerhard的图4示出了另一个实施例，其中清洁溶剂/加压气体输送系统与光纤端面402成一定角度布置，并包括抽吸管304和显微镜500。参见第10列第26行等的描述。

Lytle和Gerhard的专利公开了在不与光纤端面发生物理接触的情况下对光纤端面的清洁，但确实需要将喷嘴构造插入连接器中或与光纤连接器相关联的其它结构中。其他专利公开了接触清洁，其中拭子或布与端面为物理接触。例如，2008年7月22日授予J.S.Tourigny的美国专利7,401,374和2017年10月24日授予J.S.Tourigny的美国专利9,798,093(其均转让给本申请的受让人)公开了手动操作的拭子状清洁装置以用于清洁设置在连接器、联接器或隔板插座内的光纤端面。专利9,798,093公开了一种适于清洁扩展光束光纤的清洁拭子。2012年1月3日授予K.Fujiwara的美国专利8,087,118公开了一种有时被称为“点击器”的接触式清洁工具。清洁工具1(图1)利用“清洁主体”，即一条清洁布，将其从供应卷筒30分配在头部构件23上方，随后分配到收起卷筒31。头部构件23被插入到光学适配器70的连接器插入端口71中(参见第13列，第1-6行和图7-9)，并且清洁头部被旋转，以通过与清洁主体(布片)直接接触来清洁光纤端面，该清洁头部根据需要被推进以提供新的清洁布。在这种装置中推进清洁布是机械地完成的，并产生咔嗒声，因此将这种类型的装置称为“点击器”。

许多专利公开涉及用于清洁光纤端面的装置和方法。以下是几个示例。2006年12月12日授予G.J.Gerhard(“Gerhard II”)的美国专利7,147,490公开了一种光纤端面清洁设备，该设备被设计成进入接口装置的壳体，并提供用于清洁的压缩空气和溶剂，以及用于去除残留溶剂的真空管线。Gerhard II讨论了残留溶剂滞留在壳体的斜面或其他缝隙中，回流到刚清洁过的端面上并污染该端面的问题。在清洁循环结束时施加的真空可能无法将残留的溶剂从这些缝隙中吸出，并且因此Gerhard II提供了额外的结构(可伸缩挡板)，以试图首先防止溶剂进入这些缝隙。例如，见Gerhard II的第12列第48行至第13列第2行。

K.M.Hill等人的于2021年4月8日公开的美国专利公开2021/0101167A1公开了一种用于清洁光纤端面的压缩气体罐系统，其包括必须插入光纤的壳体中的接口管250(图2)。2009年7月28日授予S.Lytle等人的美国专利7,566,176示出了类似的构造。

以下专利公开总体上公开了喷射装置。2004年8月17日授予J.Haruch等人的美国专利6,776,360公开了一种枪状喷射装置，其包括可往复移动的阀针以控制喷射，例如第3列第52-67行所描述的。2007年7月19日公开的专利公开US2007/0164130A1(“Jackson”)讨论了在复合喷射装置中利用康达效应来转移在装置的外部表面上的润滑剂，以用于在喷嘴出口处使湍流与推进剂流体(例如压缩空气)混合。例如，参见Jackson的段落[0008]和[0030]，以及图2。

发明内容

本发明利用已知的康达效应的现象来产生压缩空气(或其它适当的气体)和雾化溶剂的精确流动，该流动顺应光纤端面的对准表面和周围区域，以清洁并干燥对准表面和周围区域。康达效应是一种已知的现象并且在流体的自由射流出现在表面附近时发生：射流倾向于将其自身“附接”在表面上并沿着表面流动，该表面将在下文更全面地描述。与现有技术的清洁装置和方法相比，本发明能够对光纤端面进行非接触式清洁，无论端面是包含在适配器的凹部内，还是暴露在外(即没有封闭在适配器内)。非接触式清洁通过如下所述将清洁装置的喷嘴出口与被清洁端面间隔开特定的距离来实现，并且不需要将清洁装置的任何部分引入适配器的凹部中。这是通过利用康达效应使携带有雾化溶剂的空气射流以及随后的仅干燥的空气射流被引导到待清洁的连接器端面表面上来实现的。本发明的清洁装置和方法特别地适用于光纤套箍端面的非接触式清洁，该端面用于在需要连接/断开能力的情况下配合光纤。

本发明的清洁装置包括具有分配喷嘴的壳体，该分配喷嘴适用于输送狭窄的加压气体射流或柱，并雾化在狭窄的加压气体柱内的溶剂，例如空气、二氧化碳、氮气或其它适当的气体。壳体被定位成选择性地将狭窄的加压气体柱以及加压气体和狭窄的雾化溶剂柱引导到光纤端面或扩展光束透镜上，以去除端面上的污染物，无论该端面是否包含在适配器内。一种用于清洁光纤端面的方法，其包括以下步骤：使用通过利用康达效应产生的低压区域来建立并引导从喷嘴朝向端面并与该端面接触的分配的狭窄的加压气体柱。该方法还包括借助于由康达效应在气体柱中建立的低压区域将溶剂注入加压气体中。低压区域将溶剂雾化成液滴，该液滴在狭窄射柱中与加压气体混合，以提供光纤端面的非接触式清洁。本发明的方法还包括使用康达效应在溶剂流量停止后输送加压气体的柱，例如空气，以干燥端面。

根据本发明，使用一种包括针阀喷嘴的设备，该设备被配置为在加压气体的射流或柱中引起康达效应并且选择性地混合雾化的液体溶剂和加压气体的柱。

尽管在本发明的实践中可以使用任何适当的溶剂组合物，但是发明人已经开发了一些在本发明的实践中特别有用的特定溶剂配方。除非另有具体说明，否则本文在此公开的溶剂配方中组分的量以组分的重量百分比(“wt％”)给出，并且表示组分的重量占组分的总重量的百分比。

具体地，根据本发明的一个方面提供了一种用清洁装置清洁光纤的端面的方法，该清洁装置包括具有喷嘴出口的喷嘴，在喷嘴出口内布置有针塞，该针塞通过喷嘴出口在向外流动的方向上具有递减的横截面。针塞终止于面向喷嘴的外部的尖端。该方法包括以下步骤。使压缩气体流过针塞通过喷嘴并且流过喷嘴出口，针塞和喷嘴出口被配置为形成从喷嘴出口排出的喷射气体射流，喷射气体射流形成相对于环境大气压的减压区域，围绕喷射射流的减压区域。将喷嘴出口与此类端面对准，并将针塞的尖端定位在距此类端面大约0.25英寸至大约0.75英寸(0.64至1.91cm)处。将喷嘴出口的上游的液体溶剂引入压缩气体中，从而使溶剂在喷射气体射流中雾化。将包含雾化溶剂的喷射气体射流冲击到此类端面上长达清洁时间段。随后，停止将溶剂引入到压缩气体中，并将得到的干燥气体射流冲击到此类端面上长达干燥时间段，以通过由减压区域加速的蒸发来除去溶剂，而不在此类端面上或邻近该端面施加真空。

本发明的其他方面包括单独或以任何合适的组合的一个或更多个以下方面。清洁时间段可以为从大约0.5到大约2秒，干燥时间段可以为从大约1到大约4秒；液体溶剂可以具有在25℃和一个大气压下的大约20至大约25kPa的蒸汽压力、大约18至大约44的考立丁醇值(Kauri Butanol value)，并且跟据ASTM D-56闭杯闪点测试为不易燃的；引入气体射流中的液体溶剂可以包含(a)83wt％的氢氟醚，其包含55至90wt％的甲基九氟异丁基醚和10至45wt％的甲基九氟丁基醚，(b)10wt％的氢氟醚，其包括90wt％的Z-异构体和10wt％的E-异构体，以及(c)7wt％的庚烷，并且该溶剂可以包含少于10ppm的非挥发性残留物和少于100ppm的水分。

在本发明的另一方面，引入气体射流中的液体溶剂可以包含60wt％的1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷、34.9wt％的1-氯-2,3,3-三氟丙-1-烯、5.0wt％的丙酮、0.10wt％的硝基甲烷，该溶剂包含少于10ppm的非挥发性残留物和少于100ppm的水分。

本发明的又一方面提供了喷嘴出口，该喷嘴出口可以包括气体出口和单独的溶剂出口，并且针塞可以布置在溶剂出口内，该方法进一步包括：将针塞移动到打开位置和关闭位置之间，该打开位置打开溶剂出口，以将溶剂分配到喷射气体射流中，并且该关闭位置停止将溶剂分配到喷射气体射流中；以及将针塞移动到打开位置中以启动清洁时间段，并将针塞移动到关闭位置中以终止清洁时间段并启动干燥时间段。

本发明的其他方面包括单独或以任何适当的组合的以下一个或更多个方面。压缩气体可以选自空气、氮气和二氧化碳；流过针塞的喷射气体射流的速度足以赋予康达效应，从而生成减压区域。

附图说明

图1A是根据现有技术的具有光纤的端部的套箍端部的剖视图，其中具有平坦端部表面；

图1B是根据现有技术的具有光纤的端部的套箍端部的剖视图，其中具有凸形端部表面；

图1C是根据现有技术的具有光纤的端部的套箍端部的剖视图，其中具有成角度的端部表面；

图2是根据现有技术的配备有套箍端部的连接器配件的立体视图；

图3是根据现有技术的具有光纤的两个套箍端部的局部剖视图，其中套箍端部用于联接以互连光纤；

图4是根据现有技术的具有光纤的端部的套箍端部的示意性剖视图，其中具有扩展光束端部表面；

图5是根据现有技术的具有扩展光束光纤的两个套箍端部的示意性剖视图，其中套箍端部用于联接以互连光纤；

图6是图5的套箍连接器中的一个的示意性剖视图；

图7A是作用在空气或其它气体的射流上的环境空气压力的示意图；

图7B是图7A的空气射流穿过曲线或弯曲结构的表面的示意图；

图8是本发明的实施例的喷嘴的示意性剖视图；

图9是本发明的实施例的喷嘴的示意性剖视图，该喷嘴被定位成清洁暴露的光纤端面，即没有被封闭在连接器内的光纤端面；

图10是与图9相对应的示意性剖视图，但是喷嘴定位成清洁封闭在连接器内的光纤端面；

图10A是沿着图10的线A-A截取的立体视图；以及

图11-1至图11-5B是放大80倍的光纤端面的照片，其示出了用本发明的方法和装置清洁之前和之后端面的污染。

具体实施方式

在光纤网络中，直径大约为8微米的单模玻璃光纤股线通过将股线包裹在防护套中以形成线缆并将两个线缆端部对接在一起来连接。为了做到这一点，单根光纤股线的两个端接端部通常被从护套剥离，并被结合和封装在棒状套箍的中心。该套箍为光纤股线的暴露端面的精抛光提供了增大的表面积。套箍通常由陶瓷制成，但也可以由金属或塑料制成。该套箍通常符合标准尺寸，最常见地具有直径为1.25毫米(“mm”)、1.6mm、2.0mm或2.5mm的端面。由于和背反射相关的信号问题，现在很少使用平坦的抛光端面。为了确保两个连接器在配合时的良好物理接触，单模连接器的最常见端面几何形状被抛光成凸形曲线。在现代光纤网络中，套箍端面被抛光成任意凸形物理接触成品面(“PC成品面(PC Finish)”)，其中端面被抛光成略微弯曲的凸形或球形轮廓，曲率的最小和最大值由Telecordia GR-326(最常用的供应商中性技术规范和标准集合)被定义为半径在7mm和22mm之间，或者不太常见地被定义为成角度为8°的轮廓(APC成品面)。当两个连接器端面配合时，两种轮廓都能确保光纤股线的玻璃对玻璃的希望的物理接触。这种物理接触减少了由于菲涅尔(Fresnel)反射以及在连接处的返回光反射造成的光源分离损失。该套箍被安装到各种类型的连接器适配器壳体中，其结合内套筒以精确地与类似装置互连，例如经由联接器或隔板的连接器，以确保对接的光纤股线的精确对准。

线缆连接的清洁度是保持峰值信号通信性能的关键因素。配合的连接器在光纤的每个邻接端面处都极易地受到微量的污染。具体地，两根光纤之间的联结处的光传输能力可以被光纤的抛光端部表面上微小的污染沉积物显著地削弱。这种微小污染的来源包括烟尘、灰尘、污垢、湿气和其他环境污染，包括油、盐和颗粒，其在连接器制造和组装、线缆安装或现场服务工作期间通过与技术人员的皮肤接触而转移。微小颗粒或微小油雾形式的少量污染将显著地增加对接连接的光衰减。随着波分复用(WDM)技术的使用增加了网络流量，对洁净光纤端面的需求也越来越重要。此外，随着光纤通信系统中对信号传输带宽需求的增加，由于驱动光纤信号的激光功率的增加，光纤端面的清洁度变得越来越重要。当高功率激光撞击光纤端面上微小的污染块时，该污染块可能会燃烧，在光纤端面上留下烟灰或燃烧痕迹，这可能显著地降低通过连接的信号传输。

因此，在光纤端部相互配合之前，和/或它们在正常使用期间被污染之后，清洁连接器端部表面是至关重要的。

在单模光纤中，玻璃纤芯直径仅为8微米，并且在不放大的情况下不可能对套箍端面进行有意义地检测。已经设计了特殊的显微镜以便在在配合前对端面进行视觉检测并确认微小污染物的去除。大多数检测镜将端面放大200倍至400倍，检测图像显示在小的影像屏幕上。为了最小化操作者在确定光纤端面清洁度时的错误，当按照工业标准(比如IEC61300-3-35)进行检测时，检测镜通常采用软件以使用通过/失败结果来确认清洁度。现代的显示镜也能够保存清洁的连接器的图像的数字档案，以记录大量单个连接器的成功清洁结果。

加压气体/溶剂清洁装置(比如在上述现有技术中描述的装置)其用于清洁安装在适配器壳体的凹部中的光纤端面，并需要将喷嘴插入适配器中，并因此必须具有唯一的尺寸以清洁任何1.25mm、1.6mm、2.0mm或2.50mm的连接器。不太可能使用现有技术的为2.5mm的连接器设计的清洁器来清洁1.25mm的连接器，反之亦然。因此，作为日常工作的一部分，使用现有技术的清洁器来清洁连接器的现场技术人员必须配备有各种尺寸的清洁器来清洁特定尺寸和类型的连接器。此外，将喷嘴必要地插入适配器中需要物理接触，这增加了清洁装置将油或灰尘污染引入或重新分布到光纤端面上的风险。

目前存在具有纤芯直径为50或60.5微米的多模光纤连接器、多光纤推进(MPO)连接器(其可理想地适用于同时配合带状连接器的8根、12根或24根光纤)，以及具有类似清洁挑战的各种其他光纤连接器配置。尽管本文讨论了单模光纤连接器，但是本文描述的康达效应清洁方法非常适合于清洁光纤连接器的所有类型和配置，并且提供了与本文描述的单模连接器相同的优点。

在讨论本发明的特定实施例之前，对康达效应的解释是有用的。康达效应是以罗马尼亚工程师和数学家亨利康达(Henri)的名字命名的。康达指出流体的射流的趋势从孔口中喷出以沿着邻近表面(无论是平坦还是弯曲表面)流动并从其周围携带流体，从而沿着流体的射流形成较低压力的区域。康达效应可以参照众所周知的伯努利(Bernoulli)原理来理解，即快速运动的空气射流比邻近的静止或慢速运动的空气具有更低的压力。飞机机翼在其顶部表面是弯曲的，因此空气沿机翼的顶部表面的速度必须比沿机翼的底部表面的行进的更快，从而减小作用在顶部表面上的压力。在机翼的底部表面上产生的较高压力产生了使飞机能够飞行的“升力”。参考图7A和图7B解释了康达效应。从孔口O排出的空气或其它气体的射流G以高于周围环境大气的速度移动，该环境大气可以是静止的。因此，根据伯努利原理，射流G具有比环境大气的压力Pa更低的压力Pg。在图7A中，环境大气的压力(例如大气压力)由箭头Pa表示，并且可以看出其作用在射流G的整个外圆周上。相反，如图7B所示，如果射流G邻近结构T的表面S排放，则结构T阻碍环境空气压力Pa作用在射流G的一侧上，因此未被阻碍的环境压力Pa迫使射流G与表面S接触。即使表面S如图7B所示弯曲或折曲，环境压力Pa也迫使射流G遵循表面S的轮廓。康达原理被应用于各种领域，比如机翼(空气动力学)、气体燃烧器火炬头和薄膜吹塑。本发明利用康达效应使流体的清洁和干燥射流指向、粘附并遵循套箍端面和任何周围封闭结构的轮廓，而不使清洁装置与待清洁的结构接触。为了达到康达效应，必须注意精确地对准射流并使射流喷出的喷嘴与待清洁的表面保持适当的距离。

在图8、图9和图10中，为了简化附图，省略了用于控制气体和溶剂的流量以及操作针阀的常用控制。这种控制在本领域中是众所周知的，并且其本身不构成本发明的一部分。

根据本发明的实施例的清洁装置100(图8)包括壳体102，在该壳体的一端处具有分配喷嘴104。分配喷嘴104具有两个孔口，一个孔口106a位于气体通道106的排放端部处，并且另一个孔口108a位于溶剂通道108的排放端部处。溶剂孔口108a位于喷嘴104的中心并且可借助于位于中心的、可移动的、对称形状的针塞110关闭，该针塞具有光滑的侧壁，该侧壁倾斜到针塞的末端的尖锐点处。针塞110通常定位成使得溶剂孔口108a处于关闭位置(未示出)。第二外部气体孔口106a靠近溶剂孔口108a并与其同心。如图10A所示，孔口106a和108a的横截面都是圆形的。

针塞110布置在溶剂通道108的出口处，并且(如图8、图9和图10所示为向左地)是可移动的以关闭溶剂通道108，并且(如图8、图9和图10所示向右)是可移动的以打开溶剂通道108。针塞110的这种移动由图8中的双向箭头V表示，并且可以看出，溶剂流动的量由针塞110的位置以及在全开和全闭之间的开口的任意选定程度进行调节。

来自压缩空气源112的干燥、过滤的压缩空气的流束流经管线114，并穿过空气外孔口106a，并且平行于针塞110的倾斜侧壁。移动的压缩空气依附在针塞110的尖锐点的倾斜形状上，该尖锐点突出到溶剂孔口108a之外，这提供了康达效应，从而造成了低压区域，该区域源自针塞110的尖锐点，并且在图8、图9和图10中由边缘射流柱118的未编号的虚线表示。低压区域围绕射流柱118，并且在某种程度上呈喇叭形。该低压引起气流速度的集中，并将气流形状控制成狭窄的射流柱118，该射流柱在距离针塞110的尖锐末端0.25英寸至0.75英寸，即在0.635厘米(“cm”)至1.905cm之间的距离d处保持高度集中。这允许集中射流柱118以将其聚焦在暴露的光纤端面上以用于进行清洁，而不需要物理接触，比如用清洁布摩擦端面。图9示出了被低压区域包裹的射流柱118，其冲击在光纤公连接器(即插头113)的光纤端面120上。

清洁期间分配喷嘴104与光纤端面的间隔使得集中的清洁射流柱118能够清洁和干燥凹陷在适配器壳体122(图10)中的光纤端面(母连接器)。相同的清洁喷嘴还能够清洁未安装在适配器中的端面，即具有光纤端面120的光纤公连接器113(图9)。具体地，图9示出了光纤公连接器113，其具有由射流柱118清洁的光纤端面120，清洁装置100和连接器113之间没有物理接触。如图10所示，集中的射流柱118也可以被引导穿过适配器壳体122的开口端部，并且到达安装在适配器壳体的凹陷范围内的光纤端面124上。适配器壳体122内的对准套筒115接收公连接器113。无论端面位于何处，都不需要与端面124物理接触，也不需要将清洁装置100或其任何部分插入适配器壳体122中。接触适配器壳体并支撑清洁装置的固定装置可以用于在清洁循环期间保持清洁装置相对于适配器壳体的精确定位。

康达效应可以在气体(例如空气)和液体中产生。因此，可以将高纯度、快速干燥的溶剂清洁剂立即注入现有的气流柱中。这是通过打开可移动针塞110从而通过管线119从溶剂源116引入溶剂并引出内部溶剂孔口108a实现的。形成射流柱118(图8、图9和图10)的低压区域由康达效应产生，并使得溶剂在射流柱118内立即雾化成高速薄雾的液滴。气流和雾化溶剂液滴结合以产生包含雾化薄雾的高速射流柱118，该薄雾产生可以被引导到光纤端面上以用于非接触式清洁的机械流体清洁作用。当通过将针塞110移动到其关闭位置(如图8、图9和图10所示向左地)来切断溶剂流量时，射流柱118是干燥的并用于引起残留溶剂蒸发。由康达效应引起的射流柱118内的减压促进了溶剂的蒸发，并且消除了许多现有技术装置所要求的施加真空以去除残留溶剂的需求。

图8至图10的清洁装置分配喷嘴104是本发明的喷嘴的一个实施例，当该喷嘴与光纤端面适当地间隔时将通过适当地组合加压气体和溶剂流束来产生所需的康达效应流束。可以对所示的分配喷嘴设计进行变型，这也将提供类似的康达效应。

使用康达诱导的低压气流柱的测试表明，使用5至10秒的持续清洁过程，可以在光纤端面的整个区域内的微小尺寸的灰尘、油或灰尘和油残留物的组合具有卓越的清洁效果，如下所示。

示例1

a.)分配喷嘴被定位在距光纤端面0.25英寸至0.75英寸(0.6335cm至1.905cm)之间，其中空气/溶剂清洁射流的中心对准抛光光纤端面的顶点(或中心)。由于端面的套箍直径可以小到1.25毫米(“mm”)，并且端面也可以凹陷在适配器壳体中，因此喷嘴被安装成在清洁循环期间喷嘴和清洁射流没有移动或移动最小的情况下保持清洁射流的适当对准。

b.)清洁过程启动于压缩空气流的一秒斜升，该空气流由喷嘴分配，以建立离开对称形状的可移动针的末端的康达效应低压气流，从而确保高压空气的恒定集中的气流射流。

c.)通过将针移动到打开位置，可以对离开对称形状的针的末端并进入由康达效应气流建立的低压区域的溶剂实现1到2秒的定时注射。低压使得溶剂在集中的气流柱内立即雾化成微小液滴的高速薄雾。在1到2秒的定时注射中分配的溶剂总量大约为24至55微升。

d.)1到2秒后，通过将针移动到关闭位置来停止将溶剂注射到气流中，同时集中的气流柱持续最后3到5秒，从而将端面和周围区域暴露于高速康达效应气流中，以快速地挥发被分配的雾化溶剂并干燥端面和周围区域。

示例2

为了减少清洁循环时间，测试表明，以下定时循环提供了有效的清洁，同时将总清洁循环时间减少了1秒。清洁过程如下。

a.)定位分配喷嘴(比如图8、图9和图10中的喷嘴104)，使得当清洁循环开始时，从喷嘴孔口发出的射流被引导到连接器端面上。

b.)启动压缩空气流，并且同时将针塞移动到打开位置，以从喷嘴分配溶剂，从而建立从对称形状的可移动的针的末端注入溶剂的高压空气的康达效应气流。溶剂通过由康达效应气流建立的低压区域在集中的气流中瞬间雾化成微小液滴的高速薄雾。

c.)1秒后，针塞移动到关闭位置，从而停止溶剂的流量进入气流中。在1秒定时注射中分配的溶剂的总量大约为10到20微升。

d.)当针处于关闭位置时，集中的高压气流持续额外的2.5秒，使端面和周围区域暴露于高速康达效应气流，从而快速地挥发雾化的溶剂并干燥端面和周围区域。

e.)3.5秒后，清洁循环完成。

尽管任何压缩气体(比如氮气或二氧化碳)都可以在这种应用中起作用，但是示例1和2中描述的清洁测试使用了由小型便携式压缩机生成的过滤的干燥压缩空气，该压缩机以17PSIG的压力和8.5升每分钟的气流体积输送空气。

本文举例说明的压缩空气供应规格示出了一种实现理想的康达效应清洁过程的方法。康达效应气流的特性由分配喷嘴和针的几何形状、表面条件以及气压和气流体积的变化来控制。应该理解的是，可以使用其它喷嘴设计、空气压力和气流体积，并且根据需要进行调整，以获得康达效应。

在这种清洁方法中使用的高纯度溶剂被选择为对所有组分具有快速干燥速率。合适的配方如下，每种组分的存在量以溶剂的总重量的重量百分比(“wt％”)表示。

示例3

60wt％--1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷(CAS13171-18-1)

34.9wt％--1-氯-2,3,3-三氟丙-1-烯(CAS1263679-68-0和1263679-71-5)

05.0wt％--丙酮CAS 67-64-1

00.1wt％--硝基甲烷CAS 75-52-5

沸点：52℃(126°F)

NVR：<10ppm

水分含量：<100ppm

蒸汽压力(计算)：33.7kPa

比重：1.33g/ml

易燃性：跟据ASTM-D56闭杯闪点(Closed Cup Flash Point)测试为不易燃上述溶剂配方用于本文所述的测试中。然而，当使用康达效应清洁工艺时，具有相似物理特性的替代化学物质也会产生相似的结果。

溶剂具有静电耗散特性，其消除了现有的端面摩擦电荷，或由包含在清洁期间去除的灰尘微粒的加压气流可能产生的静电荷的积聚。使用型号为300B的ACL静电定位仪表(Staticide Electrostatic Locatormeter)已证明在清洁前充电4，000-5，000伏的表面在完成上述清洁循环时会降至零伏。

由于本发明的清洁方法不涉及与端面的任何擦拭或摩擦接触，因此通过清洁无法在光纤端面上产生摩擦电荷。此外，使用具有静电耗散特性的溶剂有助于避免由于其他原因产生摩擦电荷，因为溶剂化物耗散了此类电荷。本发明的清洁过程因此消除了可能已经存在于插头、端面和相关连接器部件上的摩擦电荷。在插头从适配器壳体插入和拔出以进行检查或清洁期间，插头组件的移动可能产生摩擦电荷。通过消除穿过整个端面和直接相关区域的静电荷，这种清洁过程消除了连接器插头配合后静电诱发的灰尘颗粒迁移的可能性。

由于分配喷嘴被定位成距离光纤端面0.25英寸至0.75英寸(0.635cm至1.905cm)的位置(图10)，因此喷嘴不必定制尺寸以配合特定的端面尺寸。这意味着一种尺寸的清洁喷嘴可以清洁从1.25mm到2.5mm的大范围尺寸的连接器，以及通常使用的其他形式和尺寸的连接器。应当注意，从出口喷嘴到端面的特定距离是从针塞110的末端到端面测量的，如图8、图9和图10中的距离d所示。

由于清洁喷嘴在清洁期间与光纤端面间隔开，因此本发明的清洁过程清洁端面的100％，而与抛光、曲率或端面几何形状无关。这种100％清洁防止了端面直径的外部区域上污染的存在，该污染可以通过检测镜软件指标，但是随后会通过迁移到在适配器中配对的两个对接光纤的顶点来阻碍信号。

对于公和母连接器，微量的端面污染物被集中的清洁射流柱带离端面并远离连接器；在清洁循环的干燥阶段，该污染物被气流无害地带走和/或随着溶剂蒸发而挥发。

在示例1的较慢清洁循环中分配的雾化溶剂液滴的量为24至55微升，而在示例2的较快清洁循环中仅使用10微升。清洁过程中使用的少量溶剂作为干燥过程的一部分会迅速地挥发；清洁后邻近表面上不存在液体以流回到端面上。此外，没有溶剂从清洁的端面适配器泄漏到邻近的连接器、泄漏到其它适配器壳体或泄漏到位于连接器适配器组件近侧的通信/电子设备。插头和端面被干燥、清洁，并且在清洁后准备好可以立即投入使用。

如上所述，行业内更广泛使用的接触式清洁装置在行业内通常被称为“点击器”。使用这种现有技术的点击器作为比较清洁性能的基准，下文的示例4展示了将康达效应清洁的结果与基准“点击器”清洁结果进行比较的清洁试验的结果。下表中所列的清洁测试结果是在1.25mm，LC(“朗讯连接器”)型连接器上进行的，由于其端面直径较小，因此该连接器被认为是最难清洁的连接器。Lucent连接器是由Lucent技术公司首次开发的1.25mm连接器的光纤行业名称。

示例4

由于行业缺乏标准化的清洁测试方法，下文记录的测试是在受控的实验室条件下进行的，使用的方法由MicroCare Critical Cleaning Laboratory,New Britain,Connecticut创建，该实验室由申请人的关联公司维持。使用具有FMA-LC适配器配件的Viavi，FVDi-2080检测显微镜对清洁结果进行检测。使用跟据IEC-61300-3-35，Ed 2.0编程的Viavi Fiber ChekPRO软件确定结果；单模光纤超抛光连接器(SM UPC)为通过/失败。

测试技术。

1.清洁、检测并确认对象1.25LC端面完全干净，在视觉上和使用检测镜软件确认端面“通过”结果，而没有污染或划痕。

2.用亚利桑那州道路尘(Arizona Road Dust)污染已知的清洁的1.25LC端面，以复制微粒污染物，或用人造皮脂(Artificial Sebum)污染以复制跟据ASTM D4265-14配制的人类皮肤油。开发了实施污染物的方法，为每个端面测试提供每种污染物类型的一致实施，以在清洁试验之前最大限度地减少端面上污染物的数量和密度方面的变量。

3.清洁方法测试：

a.品牌的/>#MCC-CCU125，每次清洁尝试一次完全致动。

b.IBC品牌的清洁剂H125#12910，每次清洁尝试一次完全致动。

c.康达效应，依据每次清洁尝试一个6秒的循环，光纤端面固定在分配喷嘴(图9中的104)的中心上，距离清洁喷嘴0.25英寸(图9中的距离d是0.25英寸)。应当注意的是，本文其它地方描述的用3.5秒清洁循环获得的清洁结果类似于在示例4的6秒清洁循环中获得的结果。

4.第一次清洁尝试后，使用检测镜软件进行检测，以确定“通过/失败”结果。如果第一次尝试为“通过”，则无需额外清洁。如果为“失败”，则在同一端面上重复清洁并用镜检测。每次单独试验总共不超过三(3)次清洁尝试。

5.如果三(3)次尝试后清洁结果为“失败”，则将其计入“平均清洁次数”列，并注明失败原因。

6.对于每个软件在端面上确定的“通过”结果，对检测镜影像显示进行了可视化检查，以通过软件确认在以下哪种条件下端面是“通过”的：

a.端面通过了每个软件允许值，但端面的边缘未完全清洁。

b.端面出现划痕或其他线性缺陷。

c.端面通过了每个软件并且影像屏幕的可视化检查显示端面是“完全清洁”的，没有可见的残留物。完全清洁表示端面至外部边缘的所有污染物均已清除。

7.每种清洁方法进行10次试验，结果见表1。

表1

1.25mm公端面

清洁数据

清洁结果；检测镜图像

图11-1至图11-5B是1.25mm LC型连接器端面的放大80倍的照片。依据上文详述的方法对这些端面进行清洁和测试。

图11-1

清洁端面，无污染物或缺陷。在适配器壳体中进行对接的互连之前，这是连接器清洁度的理想端面条件。这是每个连接器在上述每次清洁试验之前的状态。

图11-2A

在用CCU125点击器清洁之前的具有亚利桑那州道路尘的端面。

图11-2B

在用CCU125清洁之后的具有亚利桑那州道路尘的端面。通过了每个检测镜软件。注意端面的顶点(中心)是清洁的，但是，微粒存在和浓度在离顶点最远的区域增加。

图11-3A

用康达效应清洁之前的具有亚利桑那州道路尘的端面。

图11-3B

用康达效应清洁之后的具有亚利桑那州道路尘的端面。通过了每个检测软件，无残留灰尘污染物。完全清洁。

图11-4A

用CCU125点击器清洁之前的具有皮脂油的端面。

图11-4B

用CCU125点击器清洁之后的具有皮脂油的端面。通过了每个检测软件，但仅清洁了连接器的顶点区域。连接器的外部边缘保持未清洁，因为端面的凸形曲率阻止了端面与点击器清洁末端的完全接触。

图11-5A

用康达效应清洁之前的具有皮脂油的端面。

图11-5B

用康达效应清洁之后的具有皮脂油的端面。通过了每个检测软件并且整个端面被清洁至端面上的外部边缘。

示例5

一种特别有用的溶剂具有以下组成。

83wt％的HFE-7100：氢氟醚，其包括：

55至90wt％的异丁基异构体：CAS#163702-08-7，甲基九氟异丁基醚

10至45wt％的丁基异构体：CAS#163702-07-6，甲基九氟丁基醚10wt％AsahiAS300氢氟醚，其包括：

90wt％的Z异构体：CAS#1263679-68-0

10wt％的E异构体：CAS#1263679-71-5

7wt％的庚烷：CAS#142-82-5

这种溶剂的物理特性如下。

沸点：56℃(132°F)；其在分馏期间记录。沸点表示流体干燥的速度。

非挥发性残留物(“NVR”)：其小于10ppm，经由ASTM D2109收集。

这是非常重要的，由于溶剂需要始终保持高纯度，因为我们去除的污染物是微小的。如果NVR高于10PPM，则存在将微小污染物添加到待清洁区域的风险。水分含量低于100ppm；经由ASTM D3401用卡尔费休(Karl Fischer)滴定仪收集。

蒸汽压力(计算)：24.7kPa。(该蒸汽压力是使用在25℃下的三种组分的摩尔分数和蒸汽压力计算的)

测试表明，理想的蒸汽压力大约为24.7kPa，例如大约为25kPa。这对溶剂蒸发的速度起到一定作用。

如果清洁流体的蒸汽压力比大约25kPa低20％以上，则流体蒸发较慢，意味着清洁后的干燥时间将过长。

缓慢干燥的溶剂在清洁后将迁移返回到端面上，可能将污染物带回到端面上。

缓慢干燥的溶剂也可能迁移到邻近被清洁的连接器的连接器上。当连接器密集地安装在机架中并且紧邻其他连接器时，这是有风险的。

如果蒸汽压力比大约25kPa高20％以上，则这将导致溶剂干燥得过快，也就是说，溶剂在高速康达气流中蒸发得过快，从而导致溶剂的量不足以正确地清洁连接器端面。

比重：1.39g/ml；其在25℃时用比重计测量。1.39是相对于水而言的。

具有更高的比重使溶剂的密度越大，并且能够通过浮力将微小的污染物从表面浮起。例如，橡木(一种相对致密的木材)的比重为0.75，这意味着橡木灰尘/颗粒以及类似的建筑灰尘很容易漂浮在这种溶剂中。在短时间和少量溶剂用于清洁端面上的更少量的微小污染物时，相对较重的溶剂有利于清洁。

上述属性对于在本发明的实践中使用的溶剂是有用的。

示例6

进行了一项测试以证明康达效应气流对溶剂干燥时间的影响。稳态空气供应通过分配装置输送清洁、干燥的气流，该分配装置竖直地定位在下文描述的测试固定装置的器皿的中心的上方。交替使用两种不同的分配装置以相同的压力和速度输送气流，以干燥10微升的溶剂。这两种输送气流的方法的唯一区别在于，在一组测试中，空气直接从常规注射套管的孔口流到溶剂上，而在另一组测试中，空气从结合了针阀的孔口流到溶剂上，以建立康达效应气流。如图8、图9和图10所示，针被定位在孔口中，但是只有干燥空气流动。

测试详情

该测试使用固定装置将空气输送装置竖直地定位在浅柱形杯的底部定心的器皿状凹陷上方0.250英寸(0.635cm)处，该浅柱形杯的外径为0.585英寸(1.486cm)，内径为0.511英寸(1.298cm)，从而提供厚度为0.074英寸(0.188cm)、高度为0.197英寸(0.500cm)的周向壁。形成在杯的底部的器皿的外径为0.289英寸(0.734cm)，并且深度为0.028英寸(0.071cm)。

然后使用下文描述的飞世尔(Fisherbrand)精密定量单注射器将10微升(“μL”)的示例5的溶剂放入该器皿中。在溶剂蒸发测试中使用了以下设备。为了输送气流以干燥器皿中的溶剂，我们使用了具有用于非康达气流的常规圆形套管的注射器，以及具有以如图8、图9和图10所示的方式设置的针阀的常规的艺术性的空气刷，以提供康达气流。为了减少尽可能多的变量，注射器套管孔口(用于气流)的尺寸大小为尽可能接近空气刷中的气流孔口的尺寸。注射器孔口的直径为0.0095平方英寸，并且空气刷孔口的直径为0.0041平方英寸。常规套管的较大直径使其比空气刷具有一些优势。从注射器分配的空气速度被控制，使其与从空气刷出来的空气速度相匹配，为4.5米每秒(“m/s”)。

用于确认气流的仪表是空气科学-空气速度控制仪表。用于分配10微升的溶剂的装置是飞世尔单注射泵模型78-0100L。测试时间的环境温度在测试的一天为65°F(18.3℃)，在测试的另一天为73°F(23.9℃)，因此在较温暖的一天蒸发时间较短，但两天的相对蒸发率相同。

将精确剂量的10μL的溶剂沉积在器皿中，然后打开压缩机，通过输送装置将空气垂直于溶剂的表面直接吹到溶剂上。总干燥时间(所有10μL的溶剂的蒸发)是两种方法在注射器和空气刷的至少20个测试循环中测量的时间的平均值。结果如下：

表2

总的来说，时差是显著的。上述的表2示出康达效应气流对器皿中的10μL溶剂的干燥速度平均比来自注射器的空气快大约3秒，比非康达效应气流快大约37％。该测试证明，康达效应气流建立了显著提高溶剂的干燥时间的条件(定向气流和低压区域)。

根据本发明，溶剂通过康达效应在气流中雾化，这与使用未雾化溶剂的段塞相比，其进一步加快了干燥时间。康达效应在实现清洁循环中起着重要作用，在实践中清洁循环的总持续时间仅为大约3.5秒。清洁循环包括约一秒钟的压缩空气(或其它适当的气体)的输送，随后切断溶剂流量，以提供大约2.5秒的干燥空气或其它气体。短的清洁循环时间是非常重要的。光纤线缆连接器可以包括许多单独的光纤端面，例如，多达800个公连接器，其在机柜中连接到800个母连接器。因此，多达1600个端面需要清洁。即使每个端面节省几秒钟，也能节省大量时间。

已经针对本发明的特定实施例详细描述了本发明，但是这些特定实施例不旨在被解释为对本发明的范围的限制。

Claims (8)

1.一种用清洁装置清洁光纤的端面的方法，所述清洁装置包括具有喷嘴出口的喷嘴，在所述喷嘴出口内布置有针塞，所述针塞的横截面在通过喷嘴向外流动的方向上减小并终止于面向喷嘴的外部的尖端，所述方法包括：

使压缩气体流过针塞通过喷嘴并通过喷嘴出口，所述针塞和喷嘴出口被配置为形成从喷嘴出口排出的喷射气体射流，所述喷射气体射流形成相对于环境压力的减压区域，所述减压区域围绕所述喷射射流；

将所述喷嘴出口与此类端面对准，并将所述针塞的尖端定位在距此类端面大约0.25英寸至大约0.75英寸(0.64至1.91cm)处；

将所述喷嘴出口的上游的液体溶剂引入压缩气体中，由此所述溶剂在省略的所述气体射流中雾化，

使包含雾化溶剂的喷射气体射流冲击到此类端面上长达清洁时间段；并且

停止将所述溶剂引入到压缩气体中，并使产生的干燥气体射流冲击到此类端面上长达干燥时间段，以通过由减压区域加速的蒸发来去除溶剂，而不在此类端面上或在此类端面附近施加真空。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述清洁时间段为大约0.5至大约2秒，并且所述干燥时间段为大约1至大约4秒。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述液体溶剂具有在25℃和一个大气压下从大约20至大约30kPa的蒸汽压力，从大约18至大约44的考立丁醇值，并且依据ASTMD-56闭杯闪点测试为不易燃的。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中引入气体射流的液体溶剂可以包括：

(a)83wt％的氢氟醚，其包括：55至90wt％的甲基九氟异丁基醚和10至45wt％的甲基九氟丁基醚；

(b)10wt％的氢氟醚，其包括：90wt％的Z-异构体和10wt％的E-异构体；以及

(c)7wt％的庚烷，

所述溶剂包含少于10ppm的非挥发性残留物和少于100ppm的水分。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中引入气体射流的液体溶剂包含60wt％的1,1,1,3,3,3-六氟-2-甲氧基丙烷、34.9wt％的1-氯-2,3,3-三氟丙-1-烯、5.0wt％的丙酮和0.10wt％的硝基甲烷，所述溶剂包含少于10ppm的非挥发性残留物和少于100ppm的水分。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述喷嘴出口包括气体出口和单独的溶剂出口，并且所述针塞布置在溶剂出口内，所述方法还包括：在打开位置和关闭位置之间移动所述针塞，所述打开位置打开溶剂出口以将溶剂分配到喷射气体射流中，并且所述关闭位置停止将溶剂分配到喷射气体射流中；以及将所述针塞移动到打开位置中以启动清洁时间段，以及将所述针塞移动到关闭位置中以终止清洁时间段并启动干燥时间段。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述压缩气体选自由空气、氮气和二氧化碳组成的集合。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中流过针塞的所述喷射气体射流的速度足以引起康达效应以生成所述减压区域。