FR2600425A1 - OPTICAL FIBER OPTIC LIGHT DRIVER AT HIGH TEMPERATURES IN ITS FRONT SURFACE AREA AND METHOD OF MANUFACTURING SAME - Google Patents
OPTICAL FIBER OPTIC LIGHT DRIVER AT HIGH TEMPERATURES IN ITS FRONT SURFACE AREA AND METHOD OF MANUFACTURING SAME Download PDFInfo
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Abstract
CONDUCTEUR DE LUMIERE A FIBRES OPTIQUES RESISTANT AUX TEMPERATURES ELEVEES DANS SA ZONE DE SURFACE FRONTALE ET PROCEDE POUR SA FABRICATION. L'OBJET DE L'INVENTION EST CARACTERISE PAR LE FAIT QUE, AUSSI BIEN LE SEGMENT DE TUBE DE VERRE QUE LE FAISCEAU DE FIBRES CONDUCTRICES DE LA LUMIERE SONT CONSTITUES EN VERRE RESISTANT AUX TEMPERATURES ELEVEES ET QUE LE SEGMENT DE TUBE EST COULE SUR LE FAISCEAU DE FIBRES CONDUCTRICES DE LA LUMIERE SUR UNE LONGUEUR DEFINIE DE TELLE MANIERE QUE LES ESPACES VIDES ENTRE LES DIFFERENTES FIBRES CONDUCTRICES DE LA LUMIERE ETOU ENTRE LES FIBRES CONDUCTRICES DE LA LUMIERE ET LE SEGMENT DE TUBE SONT REMPLIS, AU MOINS PARTIELLEMENT PAR LE MATERIAU DU SEGMENT DU TUBE DE VERRE ETOU PAR LE MATERIAU DES GAINES DE FIBRES CONDUCTRICES DE LA LUMIERE.OPTICAL FIBER LIGHT CONDUCTOR RESISTANT TO HIGH TEMPERATURES IN ITS FRONT SURFACE ZONE AND PROCESS FOR ITS MANUFACTURING. THE OBJECT OF THE INVENTION IS CHARACTERIZED BY THE FACT THAT BOTH THE GLASS TUBE SEGMENT AND THE BEAM OF LIGHT-CONDUCTING FIBERS ARE MADE OF GLASS RESISTANT TO HIGH TEMPERATURES AND THAT THE SEGMENT OF TUBE IS CAST ON THE BEAM OF LIGHT CONDUCTING FIBERS OVER A LENGTH DEFINED SO THAT THE GAPS BETWEEN THE VARIOUS LIGHT CONDUCTING FIBERS AND OR BETWEEN THE LIGHT CONDUCTING FIBERS AND THE TUBE SEGMENT ARE FILLED BY AT LEAST PARTIAL MATERIAL GLASS TUBE CAUGHT BY THE MATERIAL OF THE LIGHT CONDUCTING FIBER SHEATHS.
Description
CONDUCTEUR DE LUMIERE A FIBRES OPTIQUES RESISTANT AUXOPTICALLY RESISTANT OPTICAL FIBER LIGHT DRIVER
TEMPERATURES ELEVEES DANS SA ZONE DE SURFACE FRONTALE ET PROCEDE POUR SA FABRICATION HIGH TEMPERATURES IN ITS FRONT SURFACE AREA AND PROCESS FOR MANUFACTURING THE SAME
L'invention concerne un conducteur de lumière à fibres optiques résistant aux températures élevées dans sa 15 zone de surfafe frontale, ladite zone de surface frontale étant constituée par une extrémité d'un faisceau de fibres conductrices de la lumière et par un segment de tube de verre emmanché sur cette extrémité,ladite surface frontale The invention relates to a high-temperature-resistant fiber optic light conductor in its front-end zone, said front-surface area consisting of one end of a light-conducting fiber bundle and a tube segment of glass fitted on this end, said front surface
étant polie.being polite.
Des conducteurs de lumière et des sondes en fibres optiques sont utilisés pour transmettre des signaux optiques dans de nombreux domaines de la technique. Des conducteurs de lumière résistant aux températures, souples, à fibres optiques, sont utilisés entre autres sur 25 des pyromètres, lors du traitement des signaux de mesure dans des espaces soumis à des températures élevées et pour la transmission de la lumière provenant de sources lumineuses puissantes. L'utilisation de conducteurs de lumière souples, à fibres optiques, sest limitée jusqu'à 30 maintenant à des températures inférieures à 300 C, car la préparation des extrémités n'admettaient pas de Light conductors and fiber optic probes are used to transmit optical signals in many areas of the art. Temperature-resistant, flexible, fiber-optic light conductors are used inter alia on pyrometers, for processing measurement signals in high temperature spaces and for transmitting light from strong light sources. . The use of flexible fiber optic light conductors has been limited to temperatures of less than 300 ° C since the preparation of the ends did not allow for
températures plus élevées.higher temperatures.
Par le GB 15 56 046 et la DE-OS 26 30 730, il est connu de fixer par fusion chaque extrémité d'un faisceau 35 de fibres conductrices de la lumière à l'intérieur d'une douille en utilisant un matériau fusible. Toutefois, dans ce cas, le matériau de fusion ne sert qu'à centrer et accoupler les câbles conducteurs de lumière destinés à des systèmes de transmission optoélectroniques. On n'a pas tenté d'adapter les conducteurs de lumière à un cas From GB 15 56 046 and German Offenlegungsschrift 26 30 730, it is known to fuse each end of a light-conducting fiber bundle 35 within a socket using a fusible material. However, in this case, the melting material serves only to center and couple the light conducting cables for optoelectronic transmission systems. We did not try to adapt the light conductors to a case
d'utilisation à des températures élevées. of use at high temperatures.
Par le DE-PS 32 47 500, il est connu de rendre les conducteurs de lumière résistant aux températures élevées par l'emploi de matériaux appropriés. Les matériaux utilisés ont, dans ce cas, été choisis de telle sorte que l'ensemble du système constitué par la douille, le matériau de fusion et les fibres optiques soit placé sous pression dans la totalité du domaine des températures entrant en ligne de compte. Ceci est obtenu en choisissant 15 les matériaux de telle sorte qu'ils possèdent un coefficient de dilatation diminuant linéairement de By DE-PS 32 47 500, it is known to make light conductors resistant to high temperatures by the use of suitable materials. The materials used were, in this case, chosen so that the entire system consisting of the sleeve, the melting material and the optical fibers is placed under pressure in the entire range of temperatures involved. This is achieved by choosing the materials such that they have a linearly decreasing coefficient of expansion of
l'extérieur vers l'intérieur.outside inwards.
En raison des températures élevées impliquées, on utilise de préférence pour la douille des matériaux 20 résistant à la corrosion, par exemple des aciers au chrome-nickel hautement alliés. Etant donné l'importante dilatation thermique de ces aciers et l'intégration par fusion qui se produit entre l'estampe et le matériau fondu, des efforts de tractions axiaux se produisent à 25 l'intérieur du système intégré par fusion qui peuvent conduire à la formation de fissures, c'est-à-dire à la destruction du conducteur de lumières Il a également été proposé de procéder à la préparation des extrémités de faisceaux de fibres conductrices de la lumière en rassemblant des fibres en une douille et en encollant des différentes fibres au Because of the high temperatures involved, corrosion resistant materials, for example, high-alloy chromium-nickel steels, are preferably used for the bushing. Due to the large thermal expansion of these steels and the melt integration that occurs between the stamp and the molten material, axial tensile forces occur within the integrated melt system which can lead to formation of cracks, ie destruction of the light conductor It has also been proposed to proceed with the preparation of the ends of light-conducting fiber bundles by gathering fibers into a socket and gluing different fibers at
moyen d'un adhésif approprié.by means of a suitable adhesive.
Selon le mode de préparation de l'extrémité des fibres conductrices de la lumière, cette dernière peut 35 être exposée à différentes températures maximales. Les extrémités de faisceaux de fibres conductrices de la lumière réunies par encollage peuvent être exposées à une température maximale de 150 C, les extrémités préparées par fusion pouvant être exposées à une température maximale de 300 C. L'objet de l'invention est de mettre au point un nouveau conducteur de lumière à fibres optiques résistant aux hautes températures dans sa zone de surface frontale, ladite zone de surface frontale étant constituée par une 10 extrémité d'un faisceau de fibres conductrices de la lumière et un segment de tube de verre intégré à cette Depending on the mode of preparation of the end of the light-conducting fibers, the latter may be exposed to different maximum temperatures. The ends of bundles of light-conducting fibers joined together by sizing can be exposed to a maximum temperature of 150 ° C., the ends prepared by melting being exposed to a maximum temperature of 300 ° C. The object of the invention is to provide at the point of a novel high temperature resistant fiber optic light conductor in its front surface area, said front surface area consisting of one end of a light-conducting fiber bundle and an integrated glass tube segment at this
extrémité par fusion, cette surface frontale étant polie. fusion end, this front surface being polished.
Le nouveau conducteur de lumière devra être The new light conductor will have to be
constitué de telle sorte qu'il puisse être utilisé à des 15 températures allant jusqu'à 550 C. so constituted that it can be used at temperatures up to 550 C.
En outre, un procédé pour la fabrication de ce In addition, a method for manufacturing this
conducteur de lumière est proposé. light conductor is proposed.
Selon l'invention, ce problème est résolu par un conducteur de lumière, caractérisé par le fait que, aussi 20 bien le segment de tube de verre que le faisceau de fibres conductrices de la lumière sont constitués en un verre résistant aux hautes températures et que le segment de tube est emmanché sur le faisceau de fibres conductrices de la lumière sur une longueur définie de telle sorte que 25 les espaces vides qui subsistent entre les différentes fibres conductrices de la lumière et/ou entre les fibres conductrices de la lumière et le segment de tube de verre soient remplis au moins partiellement par le matériau du According to the invention, this problem is solved by a light conductor, characterized in that both the glass tube segment and the light conducting fiber bundle are made of high temperature resistant glass and that the tube segment is fitted on the light-conducting fiber bundle over a defined length so that the voids remaining between the different light-conducting fibers and / or between the light-conducting fibers and the of glass tube are filled at least partially with the material of the
segment de tube de verre et/ou par le matériau de la gaine 30 des fibres conductrices de la lumière. glass tube segment and / or by the material of the sheath 30 of the light-conducting fibers.
Le procédé conforme à l'invention est caractérisé par le fait que l'on dispose un faisceau de fibres conductrices de la lumière résistant aux températures élevées dans un segment de tube en verre résistant aux 35 températures élevées et que l'on emmanche de segment de The process according to the invention is characterized in that a high temperature resistant light conducting fiber bundle is arranged in a high temperature resistant glass tube segment and
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tube, sur une longueur définie, sur le faisceau en chauffant et en exerçant une pression sur le tube, la température de chauffage étant choisie de telle sorte que les espaces vides entre les différentes fibres conductrices de la lumière et/ou les espaces vides entre les fibres conductrices de la lumière et le segment de tube se remplissent au moins partiellement de matériau du segment de tube de verre et/ou de matériau de la gaine des a tube, over a defined length, on the beam by heating and exerting pressure on the tube, the heating temperature being chosen so that the voids between the different light-conducting fibers and / or the empty spaces between them light-conducting fibers and the tube segment are at least partially filled with material of the glass tube segment and / or sheath material of the
fibres conductrices de la lumière, la surface frontale 10 étant ensuite polie. light-conducting fibers, the front surface 10 being then polished.
Différents modes de réalisation préférés de Various preferred embodiments of
l'invention font l'objet des sous-revendications. the invention are the subject of the subclaims.
L'emmanchement du segment du tube de verre sur le faisceau de fibres conductrices de la lumière dans la zone 15 de surface frontale peut s'effectuer de différentes manières. Dans le cas le plus simple, la fixation réalisée par l'emmanchement s'effectue sous le seul effet de la pression superficielle produite par la compression du The fitting of the segment of the glass tube to the light-conducting fiber bundle in the front surface area can be effected in different ways. In the simplest case, the fastening carried out by the fitting takes place under the sole effect of the superficial pressure produced by the compression of the
segment de tube.tube segment.
Il est également possible de réaliser l'emmanchement du segment de tube de verre sur le faisceau de fibres conductrices de la lumière par l'établissement d'une différence de pression entre la paroi extérieure du segment du tube de verre et la paroi intérieur de ce segment, la pression dans l'espace extérieur du tube de verre étant supérieure à celle qui règne dans l'espace intérieur; ceci peut &tre obtenu, par exemple, par application d'un vide dans l'espace intérieur du segment It is also possible to fit the glass tube segment onto the light-conducting fiber bundle by establishing a pressure difference between the outer wall of the glass tube segment and the inner wall of the glass tube segment. segment, the pressure in the outer space of the glass tube being greater than that in the interior space; this can be achieved, for example, by applying a vacuum in the interior space of the segment
du tube de verre.glass tube.
On peut également réaliser la fixation par emmanchement du segment du tube de verre sur le faisceau de fibres conductrices de la lumière en exerçant une pression mécanique venant de l'extérieur sur le segment de It is also possible to attach the glass tube segment to the light-conducting fiber bundle by exerting mechanical pressure from outside on the segment of the tube.
tube à traiter.tube to be treated.
Pour réaliser l'opération d'emmanchement et le To carry out the fitting operation and the
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chauffage du segment de tube et des fibres disposées à l'intérieur de celui-ci nécessaire pour réaliser l'intégration par fusion des fibres conductrices de la lumière, il est possible de chauffer le segment de tube de l'extérieur au moyen d'un brûleur, par exemple un brûleur H20, ou un four, par exemple un four chauffé par des résistances. Selon une autre variante de réalisation de heating the tube segment and the fibers disposed therein necessary for effecting the fusion integration of the light-conducting fibers, it is possible to heat the tube segment from the outside by means of a burner, for example a burner H20, or an oven, for example a furnace heated by resistors. According to another variant embodiment of
l'invention, le chauffage du segment du tube de verre 10 s'effectue par l'effet d'un rayonnement à micro-onde. the invention, the heating of the segment of the glass tube 10 is effected by the effect of a microwave radiation.
Pour réaliser l'emmanchement sous pression et pour l'agglomération par fusion des fibres entre elles ainsi qu'avec le segment de tube de verre, il est nécessaire d'appliquer une température se situant dans la zone de In order to press fit and to agglomerate the fibers together and with the glass tube segment, it is necessary to apply a temperature in the
ramollissement du segment du tube de verre et du matériau constituant la gaine des fibres. softening of the segment of the glass tube and the material constituting the fiber sheath.
En choisissant de manière appropriée cette température et la durée de chauffe, on peut obtenir la By choosing this temperature and the heating time appropriately, we can obtain the
fusion partielle ou totale des fibres conductrices de la 20 lumière dans leur zone de surface frontale. partial or total melting of the light conducting fibers in their frontal surface area.
Les fibres conductrices de la lumière utilisées conformément à l'invention sont constituées en verre de quartz et/ou en verre de quartz dopé, et le segment de The light-conducting fibers used in accordance with the invention are made of quartz glass and / or doped quartz glass, and the
tube de verre emmanché sur ces fibres conductrices de la 25 lumière est constitué également en verre de quartz et/ou en verre de quartz dopé. The glass tube fitted on these light-conducting fibers is also made of quartz glass and / or doped quartz glass.
Un autre mode de réalisation prévoit que les matériaux constituant les fibres conductrices de la lumière soient des verres à plusieurs composants résistant s 30 aux hautes températures; dans ce dernier cas, on utilise également, pour le segment de tube de verre, un verre à Another embodiment provides that the materials constituting the light-conducting fibers are multi-component glasses resistant to high temperatures; in the latter case, for the glass tube segment, a glass is also used.
plusieurs composants.several components.
Dans le mode de réalisation habituel du procédé In the usual embodiment of the method
conforme à l'invention, le segment de tube de verre est 35 emmanché sur une extrémité du faisceau des fibres. according to the invention, the glass tube segment is fitted on one end of the bundle of fibers.
Une variante de la présente invention, particulièrement intéressante du point de vue économique, prévoit que l'emmanchement du segment de tube de verre s'effectue approximativement au centre entre les deux extrémités du faisceau de fibres. Le segment de tube de verre emmanché est ensuite séparé approximativement en son milieu, perpendiculairement & l'axe du faisceau, A variant of the present invention, which is particularly advantageous from an economic point of view, provides for the fitting of the glass tube segment to take place approximately at the center between the two ends of the bundle of fibers. The fitted glass tube segment is then separated approximately at its center, perpendicularly to the axis of the beam,
produisant ainsi deux conducteurs de lumière conformes à l'invention, qui résistent aux hautes températures dans 10 leur zone de surface frontale. thus producing two light conductors according to the invention which are resistant to high temperatures in their frontal surface area.
Des modes de réalisation de l'invention seront expliqués plus en détail ci-après en référence au dessin annexé. Sur ce dessin: la figure 1 représente une coupe longitudinale du conducteur de lumière conforme à l'invention à proximité de l'extrémité fixée; la figure 2 représente une coupe transversale du conducteur de lumière conforme à l'invention dans la zone 20 de surface frontale; a) avant l'emmanchement du segment tubulaire b) après l'emmanchement du segment tubulaire avec fusion partielle Embodiments of the invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawing. In this drawing: Figure 1 shows a longitudinal section of the light conductor according to the invention near the fixed end; Figure 2 shows a cross-section of the light conductor according to the invention in the front surface area; a) before the fitting of the tubular segment b) after fitting of the tubular segment with partial fusion
c) après l'emmanchement du segment tubulaire avec 25 fusion totale. c) after the fitting of the tubular segment with total fusion.
La figure 1 représente l'extrémité du conducteur de -lumière conforme à l'invention dans l'environnement de l'extrémité fixée, les différentes fibres du faisceau 1 étant intégrées par fusion dans le segment tubulaire 4, à 30 l'intérieur de la zone 2, cette intégration par fusion étant réciproque entre les fibres et avec le segment tubulaire 4. La surface frontale 5 du faisceau de fibres conductrices de la lumière fixées 1 a été polie. Dans la FIG. 1 shows the end of the light conductor according to the invention in the environment of the fixed end, the different fibers of the beam 1 being merged into the tubular segment 4, inside the zone 2, this fusion integration being reciprocal between the fibers and with the tubular segment 4. The front surface 5 of the fixed light-conducting fiber bundle 1 has been polished. In the
zone de transmission 3, les fibres ne sont plus fixées en 35 totalité. transmission zone 3, the fibers are no longer fixed in whole.
La figure 2a représente une coupe transversale (schématique) du conducteur de lumière conforme à l'invention dans la zone de surface frontale, avant l'emmanchement du segment tubulaire. Les différentes fibres du faisceau 1, constituées respectivement d'un noyau 7 et d'une gaine 6, sont disposées à l'intérieur du segment tubulaire 4 et leurs gaines se touchent ou s'avoisinent de très près sur leur surface extérieure en direction longitudinale et les fibres situées sur le pourtour extérieur du faisceau se trouvent en face de la paroi interne du segment de tube en verre 4. Le repère 8 désigne les espaces vides s'étendant en direction longitudinale entre les différentes fibres conductrices de Figure 2a shows a cross section (schematic) of the light conductor according to the invention in the frontal surface area, before the fitting of the tubular segment. The different fibers of the bundle 1, consisting respectively of a core 7 and a sheath 6, are disposed inside the tubular segment 4 and their sheaths touch or are very close to their outer surface in the longitudinal direction. and the fibers located on the outer periphery of the bundle are in front of the inner wall of the glass tube segment 4. The mark 8 designates the voids extending longitudinally between the different conductive fibers of the tube.
la lumière et entre ces fibres et le segment de tube de 15 verre. light and between these fibers and the glass tube segment.
Sur la figure 2b est représentée une coupe transversale (schématique) du conducteur de lumière conforme à l'invention dans sa zone de surface frontale, après emmanchement du segment tubulaire, avec intégration 20 partielle par fusion. Lors de cette intégration partielle par fusion, les fibres conductrices sont agglomérées entre elles avec les fibres respectivement les plus proches et les fibres se trouvant sur le pourtour extérieur du faisceau sont intégrées par fusion à la paroi interne du 25 segment de tube de verre aux points de fusion 9 sur toute la longueur dudit segment tubulaire. Les points de fusion correspondent approximativement à la position dans laquelle les fibres étaient en contact, ou s'avoisinaient, In Figure 2b is shown a cross section (schematic) of the light conductor according to the invention in its frontal surface area, after fitting of the tubular segment, with partial integration by fusion. In this partial melting integration, the conductive fibers are bonded together with the closest fibers and the fibers on the outer periphery of the bundle are merged into the inner wall of the glass tube segment at the points. melting 9 over the entire length of said tubular segment. The melting points correspond approximately to the position in which the fibers were in contact, or were neighboring,
avant cette fusion.before this merger.
La figure 2c montre une coupe transversale du conducteur de lumière conforme à l'invention après emmanchement du segment de tube de verre avec intégration complète par fusion. Par cette intégration complète par fusion, les espaces vides 8 subsistant entre les différentes fibres et entre les fibres et le segment de Figure 2c shows a cross section of the light conductor according to the invention after fitting the glass tube segment with complete integration by fusion. By this complete integration by fusion, the empty spaces 8 remaining between the different fibers and between the fibers and the segment of
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tube de verre sont entièrement remplis par le matériau des gaines 6 des fibres ainsi que par le matériau du glass tube are fully filled by the material of the sheaths 6 of the fibers as well as by the material of the
segment du tube de verre 4.segment of the glass tube 4.
Par l'opération d'emmanchement et l'intégration complète par fusion, la surface transversale du conducteur de lumière conforme à l'invention diminue d'environ 15 % par rapport à la surface transversale de la disposition By the fitting operation and the complete fusion integration, the transverse surface of the light conductor according to the invention decreases by about 15% with respect to the transverse surface of the arrangement.
représentée sur la figure 2a.shown in Figure 2a.
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