FI109490B - Kuituoptinen venymäilmaisin sekä sen valmistus - Google Patents

Kuituoptinen venymäilmaisin sekä sen valmistus Download PDF

Info

Publication number
FI109490B
FI109490B FI963625A FI963625A FI109490B FI 109490 B FI109490 B FI 109490B FI 963625 A FI963625 A FI 963625A FI 963625 A FI963625 A FI 963625A FI 109490 B FI109490 B FI 109490B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
fiber
diameters
deflection
optical
core
Prior art date
Application number
FI963625A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI963625A0 (fi
FI963625A (fi
Inventor
Georges Borak
Martin Carl Johan Kull
Original Assignee
Ericsson Telefon Ab L M
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ericsson Telefon Ab L M filed Critical Ericsson Telefon Ab L M
Publication of FI963625A0 publication Critical patent/FI963625A0/fi
Publication of FI963625A publication Critical patent/FI963625A/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI109490B publication Critical patent/FI109490B/fi

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00—Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/10—Non-chemical treatment
    • C03B37/14—Re-forming fibres or filaments, i.e. changing their shape
    • C03B37/15—Re-forming fibres or filaments, i.e. changing their shape with heat application, e.g. for making optical fibres
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/18—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
    • G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
    • G01L1/243—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using means for applying force perpendicular to the fibre axis
    • G01L1/245—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using means for applying force perpendicular to the fibre axis using microbending
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/255—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding
    • G02B6/2552—Splicing of light guides, e.g. by fusion or bonding reshaping or reforming of light guides for coupling using thermal heating, e.g. tapering, forming of a lens on light guide ends
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24—Coupling light guides
    • G02B6/26—Optical coupling means
    • G02B6/28—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals
    • G02B6/2804—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers
    • G02B6/2821—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals
    • G02B6/2835—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals formed or shaped by thermal treatment, e.g. couplers
    • G02B2006/2839—Optical coupling means having data bus means, i.e. plural waveguides interconnected and providing an inherently bidirectional system by mixing and splitting signals forming multipart couplers without wavelength selective elements, e.g. "T" couplers, star couplers using lateral coupling between contiguous fibres to split or combine optical signals formed or shaped by thermal treatment, e.g. couplers fabricated from double or twin core fibres
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
    • G02B6/02071—Mechanically induced gratings, e.g. having microbends

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Mechanical Coupling Of Light Guides (AREA)

Description

! 109490
Kuituoptinen venymäilmaisin sekä sen valmistus Fiberoptisk töjningsavkännare samt framställning därav
Esillä olevan keksinnön kohteena ovat kuituoptiset venymäilmai-simet ja erityisesti niiden valmistus.
Erilaisten mekaanisten suureiden optisiin ilmaisimiin liittyy ilmeisenä etuna se, että ne ovat epäherkkiä sähköisille häiriöille. Optisiin komponentteihin ja erityisesti erilaisiin optisiin kuituihin perustuvia venymän (jännityksen) ilmaisimia tai antureita (engl. strain sensors or gauges) voidaan näin ollen käyttää mitä erilaisimmissa ympäristöissä toteutettavissa mittauksissa. Tällaisilla ilmaisimilla voidaan myös mitata sekundäärisiä mekaanisia suureita kuten paine, lämpötila, täyttötaso sekä muita samanlaisia suureita. Lisäksi sopivasti toteutetun optisen kuidun käsittävän venymäilmaisimen tapauksessa signaali voidaan siirtää mittauspaikasta valvontayksikköön itse tämän optisen kuidun osan välityksellä, jolloin herkkyys häiriöille pienenee verrattuna sähköiseen signaalin siirtoon.
109490 2 villa harjanteilla" 39, minkä jälkeen levyt painetaan vastakkain siten, että syntyy pysyviä mikrotaipumia. Kuitumateriaalina käytetään edullisesti optista laatua olevaa muovia, mutta käyttökelpoisia ovat myös optista laatua olevat kaupalliset lasikuidut tai muut tavanomaiset kuidut.
Esillä olevan keksinnön tavoitteena on saada aikaan yksinkertaiset menetelmät, esimerkiksi tavanomaisia laitteistoja käyttäen, kuituoptisten venymäilmaisimien ja -antureiden tuottamiseksi kaupallisesti saatavista optisista kuiduista.
Keksinnön toisena tavoitteena on saada aikaan kuituoptiset venymäilmaisimet ja -anturit, jotka voidaan valmistaa yksinkertaisella tavalla ja standardilaitteita käyttäen kaupallisesti saatavista optisista kuiduista.
Nämä tavoitteet saavutetaan esillä olevalla keksinnöllä, jonka tunnusomaiset piirteet esitetään liitteenä olevissa patenttivaatimuksissa .
Pysyvien mikrotaipumien aikaansaamiseksi optiseen kuituun, - jota on tarkoitus käyttää venymäilmaisimena, tämä optinen ' : kuitu kiinnitetään ensin jäykästi kuidunjatkamiskoneen kahteen : : : kiinnitysvälineeseen, jotka eivät ole kohdakkain toisiinsa : nähden, minkä jälkeen kuitua kuumennetaan paikallisesti sen , ,·. eräällä poikkipinnalla kuituhitsauskonessa tuotetulla sähkökaa- ·;·. rella tai laserilla, jolloin kuidun kuumennettuun kohtaan syntyy pysyvä mikrotaipuma. Kiinnitysvälineet voidaan myös , siirtää kuumentamisen aikana asemaan, jossa ne eivät ole koh- ;;; dakkain, jolloin kiinnitysvälineet ovat siis alunperin kohdak- ’·’ * käin. Menetelmässä mikrotaipuman saamiseksi optisen, pituus- : suuntaisen ontelon käsittävän kuidun ytimeen tämä pituussuun- Γ”: täinen reikä suljetaan kuumentamalla kuitua paikallisesti, jol loin tämä ontelon suljettu tila saa aikaan muutoksia taiteker- • * » ‘ toimeen sekä useimmissa tapauksissa mikrotaipuman ytimeen.
tiili i | Yleisesti, valmistetulla optisella kuidulla olevat, kuidussa j 109490 3 etenevän valon siirto-ominaisuudet vaihtelevat kuidun erilaisten jännitystilojen mukaan. Niinpä kuidussa voi olla alue, jossa syntyy taitekertoimen paikallinen häiriö tai paikallinen muuttuminen kuituytimen vieressä, kun kuituun kohdistetaan mekaanista rasitusta, erityisesti vetorasitusta tai puristavaa rasitusta tai taivutusrasitusta. Tämä alue voi edullisessa tapauksessa käsittää kuidun ytimessä olevan mikrotaipuman. Tällaisen alueen valmistuksessa kuitua kuumennetaan paikallisesti pienestä alueesta, jonka suuruus kuidun pituussuunnassa vastaa korkeintaan muutamaa kuidun halkaisijaa, esimerkiksi vähemmän kuin 5 kuidun halkaisijaa yksinkertaisten, kvartsila-sia olevien optisten standardikuitujen tapauksessa.
Kuidun paikalliseen kuumentamiseen voidaan käyttää tavanomaisen optisten kuitujen hitsauslaitteen tuottamaa sähkökaarta tai vaihtoehtoisesti lasersädettä, jonka teho on riittävän suuri. Tällöin alue, johon sähkökaari tai vastaavasti lasersäde kohdistetaan, on koko kuidun paksuinen ja se ulottuu täydellisesti kuidun ympäri ja kuidun sisään. Edelleen, tämän kuumennetun alueen kummllakin puolella sijaitsevia kuidun osia siirretään toistensa suhteen poikittaisessa suunnassa, eli ; : suunnassa, joka on olennaisesti kohtisuora kuidun pituussuun- ,taa vastaan. Tällä tavalla kuituytimeen saadaan S-muotoinen :: mikrotaipuma.
Vaihtoehtoisesti optista, pituussuuntaisen ontelon käsittävää kuitua voidaan kuumentaa paikallisesti, jolloin kuidun ontelo romahtaa ja kuituytimen viereen syntyy mekaanisia jännityksiä.
. Ne aiheuttavat muutoksia kuumennetun alueen ja viereisten alueiden taitekertoimeen, mikä vaikuttaa siirto-ominaisuuk-·. siin.
! : Keksintöä kuvataan nyt yksityiskohtaisemmin sitä rajoittamat- ;.\ tornien suoritusmuotojen avulla ja liitteenä oleviin piirustuk siin viitaten, joissa piirustuksissa:
Kuviot la ja Ib esittävät kaavamaisesti mikrotaipumien vai- 109490 4 mistusta tavanomaisella automaattisella kuitujen hitsausko-neella,
Kuvio 2 esittää kaavamaisesti tavanomaiseen optiseen kuituun saatua mikrotaipumaa,
Kuvio 3 esittää kaavamaisesti kaksoisytimet käsittävään optiseen kuituun saatua mikrotaipumaa,
Kuvio 4 esittää kaavamaisesti, kuinka pituussuuntaisen ontelon käsittävään kuituun voidaan saada mikrotaipuma,
Kuvio 5 esittää kaavamaisesti pituussuuntaisen ontelon käsittävää kuitua, jonka ytimeen on saatu aikaan mikrotaipuma,
Kuvio 6 esittää kaavamaisesti substraattiin, jonka venymä on tarkoitus mitata, kiinnitettyä optista venymäilmaisinta,
Kuvio 7 esittää kaavamaisesti mikrotaipumia käsittävää optista kuitua, jota käytetään tämän saman kuitupalan avulla kahdessa eri esineessä esiintyvien venymien ilmaisemiseen.
Kuvio la esittää kaavamaisesti, sivulta tai päältä katsoen, : tavanomaisen kuitujen jatkamiskoneen 1 keskiosia. Kone käsit- tää levyt tai kiinnitysvälineet 2, jotka on kiinnitetty pidät-i .·. timiin 3, joita voidaan siirtää mekanismien ja käyttövälinei- ·;·, den, joita ei ole esitetty, avulla yleensä kolmessa koordinaat- ! * tisuunnassa toistensa suhteen. Koneeseen kuuluvat lisäksi jän nitelähteeseen, jota ei ole esitetty, liitetyt elektrodit 5, | sähkökaaren 6 tuottamiseksi elektrodien 5 kärkien väliin. Tämä ! '·’ sähkökaari 6 kulkeen kiinnitysvälineiden 2 keskellä sijaitse- | * | van alueen läpi, tavallisesti kahden toisiinsa hitsattavan I * optisen kuidun pään kuumentamiseksi.
• · Venymäilmaisimen valmistamiseksi vain yksi tavanomainen opti- I t I > nen kuitu 7, esimerkiksi kvartsilasia oleva kuitu, sijoitetaan kahteen kiinnitysvälineeseen 2 siten, että kuitu sijaitsee 109490 5 kiinnitysvälineiden 2 välisessä tilassa ja se kulkee elektrodien 5 kärkien välissä olevan alueen läpi, jossa alueessa sähkökaari 6 tuotetaan. Tavanomaiseen tapaan kiinnityövälineissä 2 on numerolla 8 merkityt ohjausurat optisia kuituja varten, jotka optiset kuidut on tarkoitus sulattaa yhteen tai joita on vain tarkoitus kuumentaa, ja nämä ohjausurat voivat sijaita tarkastelun kohteena olevan menetelmän alussa toisiaan vastapäätä ja keskenään kohdakkain siten, että optinen kuitu 7 kulkee yhdestä kiinnitysvälineestä toiseen olennaisesti taipumatta. Tämän jälkeen elektrodien 5 kärkien väliin tuotetaan sähkökaari 6, joka kuumentaa alueen kiinnitysvälineiden 2 päätypintojen tai etusivujen välissä keskellä sijaitsevasta optisesta kuidusta 7. Tämä alue on melko paikallinen kuidun pituussuunnassa tarkasteltaessa, ja sen koko voi vastata esimerkiksi korkeintaan noin 5 kuidun halkaisijaa yksinkertaisten standardikuitujen tapauksessa. Kuumentaminen tapahtuu koko kuidun 7 ympäri, sen tunkeutuessa nopeasti kuidun 7 sisäosiin.
Kun kuumentaminen on riittävää siten, että optisen kuidun 7 lasi paikallisesti kuumennetussa alueessa on sopivan pehmeätä tai puolittain sulanutta, niin pidättimiä 3 siirretään matkan : d verran sivuttain toistensa suhteen, jolloin myös kiinnitys- ’·/·· välineet 2 siirtyvät tämän saman matkan d verran sivuttain : : : toisiinsa nähden. Koska kuidun 7 kuumentamattomat vapaat osat ovat jäykkiä ja koska kuumennettu alue on pehmeä, niin siirtä-i minen tuottaa optiseen kuituun S-tyyppisen taipuman, kuten ku- viosta 2 nähdään kaavamaisesti. Sen jälkeen, kun kuitua on kuumennettu ja pidättimiä 3 on siirretty toistensa suhteen, virran syöttö elektrodehin 5 lopetetaan, jolloin sähkökaari 6 katoaa. Optiseen kuituun 7 on nyt saatu aikaan pysyvä taipuma, joka on kuviossa 2 esitettyä tyyppiä.
i" : Tämän valmistusmenetelmän edullinen vaihtoehto on esitetty kuviossa Ib. Tässä menetelmässä ohjausuria 8 ja kiinnitysväli-neitä 2 on alunperin siirretty toisiinsa nähden etäisyyden d verran asemasta, jossa ne olisivat kohdakkain, minkä jälkeen optinen kuitu 7 sijoitetaan ohjausuriin 8 siten, että se ulot- β 109490
O
tuu yhdestä kiinnitysvälineestä 2 toiseen kiinnitysvälinee-seen. Tällöin kuitu taipuu vähän kiinnitysvälineiden 2 pääty-pintojen välisessä alueessa. Sitten sopivan suuruinen sähkö-jännite aiheutetaan elektrodeihin 5 sähkökaaren aikaansaamiseksi edellä kuvatulla tavalla. Tällöin kuidun 7 alue kuumenee paikallisesti samoin kuin edellä ja se muuttuu pehmeäksi ja muovautuvaksi. Optisen kuidun 7 kuumentamattoman alueen kimmoisuudesta johtuen kuumennetun alueen 4 ja kiinnitysvälineiden 2 päätypintojen välissä sijaitsevat kuituosat 10 suoristuvat ja asettuvat samalle suoralle vastaavassa kiinnitysväli-neessä 2 olevan viereisen kuidunosan kanssa, jolloin kuumennetun alueen 4 materiaali taipuu samaan S-muotoon, jota kuvio 2 esittää.
Kuvion 2 esittämän, optiseen kuituun 7 tuotetun mikrotaipuman tunnusomaisena piirteenä on se, että taipuma koostuu kahdesta kaaresta tai kaareutuvasta lohkosta, jotka muodostavat yhdessä S-kirjaimen kaltaisen muodon, jolloin kuumennetun alueen ulkopuolella olleet kuidun 7 osat ovat keskenään olennaisesti yhdensuuntaiset, mutta ne ovat siirtyneet sivuttain toisiinsa nähden noin etäisyyden d verran. Kuidun 7 ytimellä 9 ja kuitu-;; kuoren 11 pinnalla on olennaisesti sama profiili. Kuvion 2 : ·,: mukaisia mikrotaipumia tuotettaessa kuitua kuumennetaan, kuten edellä on kuvattu, alueessa, jonka pituus kuidun pituussuun-nassa vastaa kuidun 7 kuoren muutamaa halkaisijaa, tämän pituuden ollessa esimerkiksi suurempi kuin kuidun halkaisija ja pienempi kuin noin 5 kuidun halkaisijaa. Optisen kuidun yhden-suuntaissiirtymän d suuruus vastaa korkeintaan yhtä tai muutamaa kuidun halkaisijaa, sen ollessa esimerkiksi pienempi kuin kolme kertaa kuidun halkaisija, edullisessa tapauksessa vähem-‘ män kuin 1 kuidun halkaisija, alueella 0,5-1 kuidun halkaisi- :T: ja.
i ’ :
Kaksoisytimen käsittävässä optisessa kuidussa on kaksi yhden-* *‘ suuntaista ydintä, jotka sijaitsevat lähellä toisiaan,· ja jotka ovat saman kuoren sisällä. Mikäli ytimillä on sama geometria ja mikäli ne sijaitsevat vierekkäin, niin valoa voi- 109490 7 daan kytkeä näiden kahden ytimen välille. Tällaista kuitua voidaan taivuttaa samalla tavalla kuin kuviossa 2 esitetty kuitu ja se on esitetty kuviossa 3. Tässä tapauksessa taipuma tehdään sopivaan suuntaan kahden kuituytimen 9' läpi kulkevan tason suhteen. Taipuma voidaan tehdä edullisesti siten, että tämän taivuttamisen jälkeen kuituytimet 9' sijaitsevat samassa tasossa. Tällöin näiden kahden ytimen optiset ominaisuudet muuttuvat ja valon kytkeminen näiden kahden ytimen välille muuttuu.
Edellä kuvattua menetelmää mikrotaipuman tuottamiseksi optiseen kuituun voidaan soveltaa myös muihin kuituihin, esimerkiksi pituussuuntaisen ontelon käsittävään kuituun 7'. Tällainen kuitu on esitetty kaavamaisesti kuviossa 5 ja se käsittää kuidun kuoren 11 sisällä pituussuuntaisesti ulottuvan ontelon 13, joka on yhdensuuntainen kuidun ytimen 9 kanssa. Kuviossa 4 kaavamaisesti esitettyä laitetta voidaan myös käyttää mikro-taipuman muodostamiseksi tähän ontelokuituun 7'. Tässä laitteessa hiilidioksidilaser tuottaa valonsäteen 17, jonka tehtävänä on kuumentaa paikallisesti optista, pituussuuntaisen ontelon käsittävää kuitua 7'. Kun kuidun 7' kuoren sisällä, : ontelon 17 ympärillä oleva materiaali kuumenee paikallisesti, . ontelo romahtaa, jolloin ontelo ei säily kuumennetun alueen ! ; osassa. Kun materiaali romahtaa, kuidun 7' kuoreen 11 ei synny .·.·. näkyvää taipumaa, vaan sen sijaan kuituytimeen 9 muodostuu » · ( ,·, mikrotaipuma, jota on merkitty numerolla 17 kuviossa 5. Yti- ” messä oleva mikrotaipuma on sangen pieni ja ytimen yhdensuun- taissiirtymä vastaa murto-osaa kuituytimen säteestä, yhdensuun-taissiirtymän ollessa suuruudeltaan tyypillisesti 0,1 kertaa ytimen halkaisija optisen standardikuidun tapauksessa, jossa ’·’ ‘ kuidussa ytimen halkaisija on noin 10 μπι, ja yleensä esimer- kiksi korkeintaan 0,3 kertaa ytimen halkaisija. Kuidun vas-taava paikallinen kuumentaminen, joka aiheuttaa tällöin kuumennetun alueen läpi kulkevan pituussuuntaisen ontelon 13 vastaa-' ·’ van romahtamisen tai umpeutumisen, voidaan myös toteuttaa kuviossa 1 esitettyä tyyppiä olevassa tavallisessa hitsausko- 109490 8 neessa, ilman pidättimien 3 tai kiinnitysvälineiden 2 yhdensuuntaista siirtämistä.
Kun edellä kuvattujen kuitujen 7, 7', joihin kuituihin tai ainakin kuidun ytimeen 9 on muodostettu mikrotaipumia, pituuteen aiheutetaan muutoksia eli kun niihin aiheutuu venymä, niin tällöin sekä ytimen että kuoren geometrinen tila muuttuu esimerkiksi siten, että mikrotaipuma suoristuu, jolloin myös ytimen 9 ja kuoren 11 taitekertoimen jakautuminen muuttuvat. Kun optiseen kuituun, jossa on kuvion 3 mukaisia mikrotaipumia käsittävä kaksoisydin, aiheutuu venymä, niin tällöin esimerkiksi taipuma voi suoristua, jolloin vetorasituksen ja puristusrasituksen välinen suhde pienenee, minkä seurauksena valon kytkeytyminen näiden kahden ytimen välillä muuttuu.
Pituussuuntaisen ontelon käsittävän kuidun tapauksessa tämän ontelon romahtaminen tai umpeutuminen kuvioiden 4 ja 5 mukaisesti voi ääritapauksessa tapahtua siten, ettei kuituytimeen 9 saada näkyvää taipumaa. Tällöinkin, tähän ontelokuituun kohdistuvan jännityksen seurauksena taitekertoimet voivat muuttua kuidun ytimen 9 viereisessä alueessa ja tämä ilmiö voidaan todeta.
Kuvio 6 esittää kaavamaisella tavalla optisen kuidun 7 käyttä-·.·. mistä substraatissa tai kantajassa 19 esiintyvän venymän mit- I taamiseen. Edellä kuvatulla tavalla käsitellyn kuidun 7 kappa- le, jossa on esimerkiksi lukuisia mikrotaipumia 20, muovataan ja kiinnitetään jäykästi kantajaan 19 muovimateriaalia olevalla liimakerroksella 21, esimerkiksi lämmön vaikutuksesta kovet-'!·* tuvalla liimalla kuten epoksiliimalla. Tätä liimaa levitet- • t ♦ V : täessä tulisi pitää huolta siitä, että kuidun 7 ja substraatin 19 pinnan välinen kerros on mahdollisimman ohut ja jäykkä kantajassa esiintyvien venymien suoraksi siirtämiseksi kuituun. Optisen kuidun 7 päät on liitetty sopiviin ilmaiseviin ; ·’ välineisiin. Kuvatussa tapauksessa käytetään laitetta valon ..tl ' ‘ siirtymisen mittaamiseksi, ja tämä laite voi käsittää valon lähteen 23 ja valon ilmaisimen 25. Valoa, jolla on sopiva 109490 9 aallonpituus, johdetaan valonlähteestä 23 kuidun 7 läpi ja valoilmaisin 25 mittaa siirtyneen valon. Kun kuviossa 6 esitetyllä tavalla useita mikrotaipumia sijoitetaan lähelle toisiaan, esimerkiksi noin 1 mm:n välein, niin herkkyys saadaan paremmaksi, kun tähän näitä mikrotaipumia käsittävään alueeseen aiheutuu venymä.
Myös muunlaisia ilmaisumenetelmiä voidaan käyttää. Eräs tällainen järjestely on esitetty kuviossa 7, missä kuidun 7', jonka ytimessä on mikrotaipumia 20, kaksi aluetta on kiinnitetty kahteen erilliseen kantajaan 13'. Tässä tapauksessa kumpikin alue on kiinnitetty vastaavaan kantajaansa liimakokkareel-la tai jollakin muulla kiinnitysvälineellä 26 mikrotaipuman 20 käsittävän alueen molemmin puolin siten, että tämä mikrotaipuman käsittävä alue on vapaa ja irti substraatista. Kuidun yksi pää on liitetty OTDR-instrumenttiin 27, joka toimii sekä valon lähettäjänä että vastaanottajana. Vastaanottava osa kykenee ilmaisemaan vastaanotetun valon suuruuden ja erottamaan optisen kuidun 7' eri pisteistä ja erityisesti kahdesta mikro-taipumasta 20 takaisin hajaantuneen valon. Tällä tavalla voidaan määrittää kummassakin kahdessa substraatissa 19' ja 19" : : : esiintyvä venymä.
• * i : : r : :

Claims (12)

1. Menetelmä optisen kuidun valmistamiseksi, jossa optisessa kuidussa valonsiirto-ominaisuudet vaihtelevat kuidun erilaisten venymätilojen mukaan, ja jossa kuidussa on erityisesti alue, jossa syntyy taitekertoimen paikallinen häiriö tai paikallinen muuttuminen kuituytimen vieressä, kun tähän alueeseen kohdistetaan mekaanista rasitusta, erityisesti vetorasitusta tai puristavaa rasitusta tai taivutusrasitusta, erityisesti mikrotaipuman käsittävä alue, tunnettu siitä, että kuitua kuumennetaan paikallisesti pienestä alueesta, jonka ulottuvuus kuidun pituussuunnassa vastaa korkeintaan muutamaa kuidun halkaisijaa, tämän ulottuvuuden ollessa erityisesti vähemmän kuin 5 kuidun halkaisijaa.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paikallinen kuumentaminen tässä alueessa tapahtuu koko kuidun paksuudelta ja koko kuidun ympäri.
3. Jomman kumman patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paikallisessa kuumennuksessa S-muotoisen taipuman muodostamiseksi kuumennetun alueen kummal- ! lakin puolella olevia kuidun osia siirretään toistensa suhteen suunnassa, joka on olennaisesti kohtisuora kuidun pituussuuntaa vastaan.
4. Menetelmä optisen kuidun valmistamiseksi, jossa optisessa : kuidussa valonsiirto-ominaisuudet vaihtelevat kuidun erilais ten venymätilojen mukaan, tunnettu siitä, että : .· - valmistetaan optinen, pituussuuntaisen ontelon käsittävä ; ; kuitu, jonka ontelo ulottuu kuidun kuoressa kuidun pituussuun nassa eräällä etäisyydellä kuituytimestä, - tätä ontelokuitua kuumennetaan paikallisesti pienestä alueesta, jonka ulottuvuus kuidun pituussuunnassa vastaa korkein-: taan muutamaa kuidun halkaisijaa, tämän ulottuvuuden ollessa ; erityisesti vähemmän kuin 5 kuidun halkaisijaa. X1 109490
5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuumentaminen tapahtuu sähkökaaren avulla.
6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuumentaminen tapahtuu valonsäteellä, jonka intensiteetti on suuri, ja joka saadaan erityisesti laserista.
7. Ilmaisimena käytettävä optinen kuitu, tunnettu siitä, että kuidun ydin käsittää S-muotoisen taipuman, jossa taipuman vieressä sijaitsevien kuidun osien yhdensuuntaissiir-tymä on korkeintaan kuidun muutaman halkaisijan suuruinen, tämän siirtymän ollessa erityisesti pienempi kuin kaksi kuidun halkaisijaa, kuidun pituussuuntaa vastaan kohtisuorassa suunnassa tarkastellen.
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen optinen kuitu, tunnet -t u siitä, että se käsittää kaksi ydintä, joihin kumpaankin kahteen ytimeen on saatu aikaan taipuma.
: 9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen optinen kuitu, tunnet - ; t u siitä, että nämä kaksi ydintä ja erityisesti niihin kuu- , ,·. luvat, taipuman käsittävät alueet sijaitsevat olennaisesti sa- ,'**t massa tasossa. t · » t · «
10. Ilmaisimena käytettävä optinen kuitu, tunnettu i:: siitä, että kuidun ytimeen on saatu aikaan taipuma, jonka muoto vastaa poikkeamaa taipuman vieressä olevan kuituytimen olennaiselta suoralta jatkeelta, tämän poikkeaman korkeuden V : ollessa korkeintaan puolet ytimen säteestä ja sen pituuden j·. ollessa korkeintaan 5 kuoren halkaisijaa, erityisesti korkein- ···, taan kaksi kuoren halkaisijaa.
: 11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen optinen kuitu, t u n - "·’ n e t t u siitä, että kuitu on pituussuuntaisen ontelon kä- 109490 12 sittävä kuitu ja että kuituun kuuluva pituussuuntainen ontelo on suljettu ytimessä olevan taipuman vieressä.
10 109490
12. Ilmaisimena käytettävä optinen kuitu, jossa on kuidun ytimen kanssa yhdensuuntaisena ulottuva pituussuuntainen ontelo, tunnettu siitä, että kuidun pituussuuntainen ontelo on suljettu kuidun pituussuunnassa sellaisen matkan verran, joka matka vastaa korkeintaan 5 kuoren halkaisijaa, ja joka vastaa erityisesti korkeintaan kahta kuoren halkaisijaa. • > • > 4 < I ‘ t ' » 13 109490
FI963625A 1994-03-15 1996-09-13 Kuituoptinen venymäilmaisin sekä sen valmistus FI109490B (fi)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9400873A SE502553C2 (sv) 1994-03-15 1994-03-15 Optisk fiber för sensorändamål och sätt att framställa den optiska fibern
SE9400873 1994-03-15
PCT/SE1995/000265 WO1995025258A1 (en) 1994-03-15 1995-03-15 Fiber optical strain sensor and the manufacture thereof
SE9500265 1995-03-15

Publications (3)

Publication Number Publication Date
FI963625A0 FI963625A0 (fi) 1996-09-13
FI963625A FI963625A (fi) 1996-09-13
FI109490B true FI109490B (fi) 2002-08-15

Family

ID=20393287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI963625A FI109490B (fi) 1994-03-15 1996-09-13 Kuituoptinen venymäilmaisin sekä sen valmistus

Country Status (9)

Country Link
US (1) US6003340A (fi)
EP (1) EP0750734B1 (fi)
JP (1) JP3187840B2 (fi)
CN (1) CN1060266C (fi)
AU (1) AU2089595A (fi)
DE (1) DE69527051D1 (fi)
FI (1) FI109490B (fi)
SE (1) SE502553C2 (fi)
WO (1) WO1995025258A1 (fi)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100342191B1 (ko) 1999-03-11 2002-06-27 윤종용 미소굴곡에 의한 광섬유 격자 제작장치 및 그 방법
WO2002033464A1 (en) * 2000-10-18 2002-04-25 Amherst Holding Co. Low reflection optical fiber terminators
EP1249692A1 (fr) * 2001-04-12 2002-10-16 Fos Sàrl Dispositif à fibre optique pour la mesure de contraintes
US20030121289A1 (en) * 2002-01-02 2003-07-03 Benda John A. Long period fiber Bragg gratings written with alternate side IR laser illumination
US7184625B2 (en) * 2003-02-11 2007-02-27 Luxtera, Inc Optical waveguide grating coupler incorporating reflective optical elements and anti-reflection elements
CA2424820C (en) * 2003-04-08 2010-06-22 Institut National D'optique Prismatic reflection optical waveguide device
GB0500305D0 (en) 2005-01-08 2005-02-16 Dunlop Aerospace Ltd Electrically actuated aircraft brakes
WO2007077419A1 (en) * 2006-01-05 2007-07-12 University Of Southampton Optical fibre with angled core
US9770862B2 (en) 2008-09-10 2017-09-26 Kyton, Llc Method of making adhesion between an optical waveguide structure and thermoplastic polymers
EP2350715A4 (en) * 2008-09-10 2012-03-14 Lake Shore Cryotronics Inc COMPACT FIBER OPTIC SENSORS AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR
US9138948B2 (en) * 2008-09-10 2015-09-22 Kyton, Llc Suspended and compact fiber optic sensors
US8655117B2 (en) 2011-03-11 2014-02-18 University of Maribor Optical fiber sensors having long active lengths, systems, and methods
US8655123B2 (en) 2011-03-11 2014-02-18 University of Maribor In-line optical fiber devices, optical systems, and methods
US10602965B2 (en) 2013-09-17 2020-03-31 Medibotics Wearable deformable conductive sensors for human motion capture including trans-joint pitch, yaw, and roll
US10716510B2 (en) 2013-09-17 2020-07-21 Medibotics Smart clothing with converging/diverging bend or stretch sensors for measuring body motion or configuration
US10321873B2 (en) 2013-09-17 2019-06-18 Medibotics Llc Smart clothing for ambulatory human motion capture
US9588582B2 (en) 2013-09-17 2017-03-07 Medibotics Llc Motion recognition clothing (TM) with two different sets of tubes spanning a body joint
US9582072B2 (en) 2013-09-17 2017-02-28 Medibotics Llc Motion recognition clothing [TM] with flexible electromagnetic, light, or sonic energy pathways
CN103558663A (zh) * 2013-11-09 2014-02-05 哈尔滨工业大学 S形光子晶体光纤锥传感器及其制备方法
JP6268977B2 (ja) * 2013-11-25 2018-01-31 住友電気工業株式会社 屈曲光ファイバの製造方法
JP6417710B2 (ja) * 2014-05-20 2018-11-07 住友電気工業株式会社 屈曲光ファイバ製造方法
CN107123477B (zh) * 2017-05-17 2020-11-03 北京恒润生工程科技有限公司 基于光纤微弯设计的既有铁路贯通地线防盗系统
EP3717944A4 (en) 2017-11-29 2021-08-11 Cornell University WAVE GUIDE AND ITS SENSOR
CN111141432B (zh) * 2019-12-24 2021-08-10 中天科技光纤有限公司 光纤压力传感器及其测试方法
CN114894225B (zh) * 2022-07-13 2022-09-30 安徽省国盛量子科技有限公司 基于光纤微弯技术的分布式光纤传感器及制作方法

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2687673A (en) * 1949-04-04 1954-08-31 Boone Philip Textile material having oriented fibers
US3779729A (en) * 1962-03-08 1973-12-18 Bendix Corp Method of forming composite fiber bundle
US3977855A (en) * 1971-06-11 1976-08-31 American Optical Corporation Method of making fiber optic device
US4208363A (en) * 1972-11-28 1980-06-17 Izon Corporation Method of making a plurality of adjacent light pipe elements
GB1404375A (en) * 1973-02-26 1975-08-28 Rank Organisation Ltd Display devices
US4028081A (en) * 1975-12-11 1977-06-07 Bell Telephone Laboratories, Incorporated Method for manufacturing helical optical fiber
JPS5727211A (en) * 1980-07-28 1982-02-13 Fujitsu Ltd Fiber mode scrambler
JPS5950004A (ja) * 1982-09-14 1984-03-22 Nippon Peroxide Co Ltd 着色過酸化水素溶液
CH660801A5 (fr) * 1984-12-14 1987-06-15 Maillefer Sa Procede de fabrication d'un element de cablage a fibre optique, installation pour la mise en oeuvre du procede et element de cablage obtenu par ce procede.
US4763272A (en) * 1987-03-29 1988-08-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Automated and computer controlled precision method of fused elongated optical fiber coupler fabrication
US4808204A (en) * 1987-06-25 1989-02-28 Polysoft Systems Corp. Method and apparatus for producing bends in optical fibers
US4820321A (en) * 1987-08-13 1989-04-11 American Telephone And Telegraph Company Method and apparatus for fabricating an expanded beam cylindrically terminated optical fiber taper
JPH01173834A (ja) * 1987-12-28 1989-07-10 Mitsubishi Cable Ind Ltd 液体検知センサの製造方法
US5163988A (en) * 1990-04-03 1992-11-17 Fujikura Ltd. Method of preventing twisting of a fushion-spliced, tube-removed fiber portion in the process of encasing the fiber portion in a casing
DE4013831A1 (de) * 1990-04-30 1991-10-31 Fibronix Sensoren Gmbh Lichtleiterverzweiger und seine herstellung
US5132529A (en) * 1990-08-23 1992-07-21 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fiber-optic strain gauge with attached ends and unattached microbend section
FR2683053B1 (fr) * 1991-10-29 1994-10-07 Thomson Csf Fibre optique et procede de fabrication.
US5411566A (en) * 1994-06-08 1995-05-02 At&T Corp. Optical fiber spatial mode converter using periodic core deformation
US5694497A (en) * 1995-06-19 1997-12-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Intrinsically self deforming fiber optic microbend pressure and strain sensor
US5694512A (en) * 1996-07-09 1997-12-02 Framatome Connectors Canada Inc. Compact tunable wavelength independent all-fiber optical attenuator and method of making same

Also Published As

Publication number Publication date
CN1060266C (zh) 2001-01-03
CN1143999A (zh) 1997-02-26
JP3187840B2 (ja) 2001-07-16
EP0750734B1 (en) 2002-06-12
JPH09510542A (ja) 1997-10-21
WO1995025258A1 (en) 1995-09-21
DE69527051D1 (de) 2002-07-18
FI963625A0 (fi) 1996-09-13
EP0750734A1 (en) 1997-01-02
US6003340A (en) 1999-12-21
FI963625A (fi) 1996-09-13
AU2089595A (en) 1995-10-03
SE9400873D0 (sv) 1994-03-15
SE9400873L (sv) 1995-09-16
SE502553C2 (sv) 1995-11-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI109490B (fi) Kuituoptinen venymäilmaisin sekä sen valmistus
FI71842B (fi) Fiberoptisk spaenningssensor
US5818982A (en) Fiber optic sensor based upon buckling of a freely suspended length of fiber
EP0649007B1 (en) Optical fiber for sensors and method for preparation of an optical fiber
WO2015163963A2 (en) Multicore optical fiber apparatus, methods, and applications
EP1114296B1 (en) Fiberoptic coupler-sensor and a measurement method
JP2019522791A (ja) ファイバブラッググレーティングセンサを用いた変位測定装置及びその感度並びに耐久性調節方法
Budnicki et al. All-fiber vector bending sensor based on a multicore fiber with asymmetric air-hole structure
He et al. Bend sensor based on Mach-Zehnder interferometer using single-mode fiber with helical structure
US20080205815A1 (en) Micro fiber optical sensor
Luo et al. Modal interferometer based on a C-shaped ultrathin fiber taper for high-sensitivity refractive index measurement
CN112833928B (zh) 级联宏弯曲和交替单模-多模光纤结构温度折射率传感器
CN210375164U (zh) 一种基于模间干涉的错位干涉传感器
US4555175A (en) Measuring compression of cabled optical fibers
Sabrina et al. Macrobending loss analysis of singlemode-multimode-singlemode (sms) optical fiber structures on variation of macro bend and multimode
JP2009063356A (ja) 光ファイバセンサケーブル
CN117073866B (zh) 一种基于七芯光纤和蝴蝶结型的温度传感器及制备方法
KR20190108982A (ko) 온도 및 스트레인의 동시 측정을 위한 광섬유 복합 공진 구조체
Zhao et al. Directional bend sensing based on high birefringence dual-core photonic crystal fiber
CN111766663B (zh) 光纤尾端反射消除方法
KR100339978B1 (ko) 광변형센서
Musa et al. Fiber Mach-Zehnder interferometer based on double cladding fiber for high curvature measurement
KR102548444B1 (ko) 장주기 광섬유 격자 기반 이중 클래딩 광섬유 마하젠더 간섭계 및 이를 이용한 스트레인에 무관한 굽힘 및 온도 동시 측정장치 및 방법
Ouyang et al. Simultaneous measurement of temperature and bend by using an eccentric core fiber Bragg grating cascaded with a Fabry-Perot cavity
Arif et al. Effect of Single-Mode and Hetero-core Macrobend Fiber Optics

Legal Events

Date Code Title Description
MA Patent expired