JPH09241032A - 非接触ファイバ張力監視を行う光ファイバ生産装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は非接触ファイバ張力監視を行う光フ
ァイバ生産装置を提供する。 【解決手段】 進行波ウェーブレット変換プロセッサは
ファイバ横方向位置プロセッサ信号に応答して、進行波
ウェーブレット変換プロセッサ信号をもたらす。タイム
オブフライトファイバ張力プロセッサは進行波変換プロ
セッサ信号に応答し、さらに、ファイバ延伸速度信号に
応答して、進行波タイムオブフライト解析を使用して移
動ファイバのファイバ張力を示すタイムオブフライトフ
ァイバ張力プロセッサ信号をもたらす。光ファイバ生産
装置は、特に高速度においてファイバが移動しているこ
とを正確に表す、ファイバ運動の物理的記述を使用して
非接触ファイバ張力監視を行う。非接触ファイバ張力監
視は高いファイバ速度においてきわめて正確である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は移動ファイバの非接
触張力監視を行う光ファイバ製造装置に関し、詳細にい
えば、進行波（traveling wave）タイムオブフライト
（time-of-flight）解析を使用した移動光ファイバの非
接触張力監視に関する。

【０００２】

【従来の技術】ある種のファイバ、ヤーン（yarn）、リ
ボンおよびベルトの製造中に、たとえば、延伸すること
によって張力を印加して、ファイバ、ヤーン、リボンお
よびベルトを作成することが必要となる。移動ファイバ
に接触することなく、このファイバの張力を測定し、監
視する多くのさまざまな方法が当分野で周知である。従
来技術で周知の四つの技法を以下で簡単に説明する。

【０００３】空気噴流を使用して、振動を生起させ、定
常波の共振周波数を解析して非接触監視を行うさまざま
な特許が知られている。たとえば、米国特許第５１１３
７０６号公報、同第４４４５３２２号公報および同第４
３７６３６８号公報はヤーンをその調和周波数で振動さ
せる空気噴流と、張力を決定するために調和周波数を測
定する赤外線光検出器とを使用することを含んでいる。
詳細にいえば、空気の定常流が特にヤーン片をその調和
周波数で振動させ、振動ヤーンの調和周波数を判定し、
定常波解析に確立されている方法を使用してその調和周
波数をヤーンの張力と関連づける。

【０００４】米国特許第５０７９４３３号公報および同
第４６９２６１５号公報は定常波の固有振動の共振周波
数を解析する方法を教示している。これらの特許が必要
とするのはファイバの固有振動だけであり、ファイバの
運動にさらに作用したり、あるいはファイバを付加的な
近接した装置と接触させる可能性のある方法を何ら使用
していない。

【０００５】さらに、米国特許第５３１６５６２号公報
および同第５２２８８９３号公報は、光ファイバの共振
周波数と特に合致するように周波数が変調された一連の
空気「パフ」（puff）を使用している。空気パフの周波
数が調和周波数に合致していることを示す最大偏差を、
検出器におけるファイバのｘ−ｙ運動が達成した場合、
空気パフの周波数はファイバの調和周波数であると見な
され、米国特許第５１１３７０８号公報、同第４４４５
３２２号公報および同第４３７６３６８号公報の手法に
おけるようにして、張力が導かれる。詳細にいえば、米
国特許第５３１６５６２号公報および同第５２２８８９
３号公報は空気噴流を使用して、特に固定格子素子（st
ationary grid element）を振動させ、上述したよう
に、共振周波数から張力を導いている。

【０００６】米国特許第５２３３２００号公報は上述の
方法とは異なるオフセット方法を教示しており、この方
法は既知の断面および速度の定常空気流を使用して、光
ファイバの経路を具体的にいえば直線路から偏向させ、
光ファイバの法線軸からの偏差の大きさから張力を導く
ものであり、ファイバの振動特性をまったく使用してい
ない。

【０００７】米国特許第５３５９９０４号公報および同
第４８３３９２８号公報は、張力下のファイバに音響イ
ンパルスによって、媒体中の速度を測定できる波のパル
スを誘起させる、非接触測定方法を教示している。特定
の光ファイバの用途において、与えられる音響パルスの
速度はファイバの運動方向と一致した方向と、逆の方向
とにある二つの離隔した場所でパルスを感知した時間の
遅れを測定し、二つの値の平均値を伝搬速度として使用
して（これにより、ファイバの速度の影響を排除する）
決定される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】米国特許第５１１３７
０８号公報、同第４４４５３２２号公報、同第４３７６
３６８号公報、同第５０７９４３３号公報および同第４
６９２６１５号公報に記載の定常波を使用する方法に共
有の欠点は、延伸運動でのファイバの逆伝搬波ではな
く、定常波としてのファイバ横方向運動の処理（「振動
固定ストリング（vibrating fixed string）」手法）で
ある。この単純化した想定は延伸速度とともに単調に増
加するファイバ張力の推定について、顕著で予測可能な
不確かさを生じさせる。一般に、延伸速度が高い方が経
済的に有利であり、またファイバ延伸張力が、得られる
製品の品質と収量に影響を及ぼす重要なプロセスパラメ
ータであるため、すべての速度、特に高速度で正確であ
る非接触法を用いるのがきわめて有利である。さらに、
これらの非接触測定方法はスパン（span）が増加する
と、調和周波数が低下し、かつ亜音速（sub-sonic）の
背景およびビルディング振動（building vibration）と
混同される可能性がある点でも複雑なものとなる。スパ
ンの増大が必要とされるのは通常、光ファイバの製造時
における高延伸速度においてである。

【０００９】米国特許第５１１３７０８号公報、同第４
４４５３２２号公報、同第４３７６３６８号公報、同第
５２３３２００号公報、同第５３５９９０４号公報およ
び同第４８３３９２８号公報に記載の方法が共有してい
る共通の欠点は、これらがすべてが流れまたは音響イン
パルスによるガス圧の手段を使用して、フィラメントに
合成ｘ−ｙ運動を誘起することを必要としていることで
ある。本質的に、これらの方法は機械的手段を利用する
従来の「接触」方法とは異なり、ファイバに作用する局
部ガスを使用している点で、純粋な意味での「非接触」
ではない。これとは対照的に、光ファイバの生産に最適
な条件では、強度上の理由から真の非接触が強く望まれ
ることが一般に知られている（素材ファイバはコーティ
ングされておらず、混入粒子、あるいは音響スピーカま
たはガス噴流装置との偶発的な接触のいずれかによって
きわめて損傷を受けやすい）。また、光ファイバに保護
コーティングを一様かつ同心的にコーティングすること
を目的とする粘性液体コーティング装置に、光ファイバ
を直ちに通す場合、ファイバがコーティング装置に進入
するときのファイバの横方向運動を最小限とすることが
有利である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は進行波ウェーブ
レット（wavelet）変換プロセッサと、タイムオブフラ
イトファイバ張力プロセッサとを備えた、非接触ファイ
バ張力監視を行う光ファイバ生産装置を提供する。

【００１１】本発明の光ファイバ生産装置において、進
行波ウェーブレット変換プロセッサは移動ファイバに沿
って一方向に伝搬する進行波、および移動ファイバに沿
って逆方向に伝搬する進行波の反射に関する情報を表す
ファイバ横方向位置プロセッサ信号に応答し、移動ファ
イバの横方向の動きの結果として得られるウェーブレッ
トを表す進行波ウェーブレット変換信号をもたらす。

【００１２】タイムオブフライトファイバ張力プロセッ
サは進行波ウェーブレット変換信号に応答し、移動ファ
イバのファイバ張力を示すタイムオブフライト張力プロ
セッサ信号を、進行波タイムオブフライト解析を使用し
てもたらす。

【００１３】上述の従来技術の特許に記載されている方
法ときわめて異なる、本発明の重要な特徴の一つは、フ
ァイバが移動している、特に移動ファイバを伝搬する進
行波のタイムオブフライトに影響を及ぼす高速度で移動
していることを正確に表すファイバの運動の物理的記述
を使用して非接触ファイバ張力監視を、光ファイバ生産
装置が行うことである。

【００１４】従来技術の特許に記載されている方法を凌
駕する本発明の重要な利点の一つは、非接触ファイバ張
力監視が高ファイバ速度においてもきわめて正確なまま
であることである。

【００１５】本発明の他の目的は、一部は自明であり、
一部は以下の説明から明らかとなろう。

【００１６】したがって、本発明は構成、素子の組合
せ、および以下に記載する構成で例示される部品の配列
に関する特徴、ならびに特許請求の範囲に示される本発
明の範囲を備えている。

【００１７】本発明の本質をより完全に理解するために
は、縮尺通りではない添付図面に関連して行う以下の詳
細な説明を参照されたい。

【００１８】

【発明の実施の形態】総論 一般に、光ファイバケーブルの製造中に、光ガラスファ
イバを延伸すると、波の伝搬を考慮する際に線形で、等
方性で、非弾性で、等密度の媒体に近いものとなる。そ
れ故、一次波動方程式を変数分離によって解き、定形外
乱の伝搬に関する数学的に追跡可能な記述を得ることが
できる。従来技術の特許におけるように従来の固定境界
条件を適用すると、ストレッチストリング（stretched
string）のいわゆる共振周波数に対するなじみのある関
係が作成される。これらの方法は線形密度（単位長さあ
たりの質量）と観察した共振周波数がわかれば、張力を
予測する。上述のこの解析がストリングの小さい横方向
変位に適用されるのは、大きな変位がストリングにかな
りの応力を及ぼし、長手方向弾性波を生じるからであ
る。横方向の現象と長手方向の現象を結合すると、かな
り複雑な数学的公式が作成される。共振周波数関係の解
釈は、用語自体が撞着した（oxymoronic）ものではある
が、一般に定常波として知られている口語的な概念によ
って左右される。「定常」波とは、実際には、ぶつかっ
たときある程度まで構造的に互いに干渉する二つまたは
それ以上の対向して伝搬する波の結果である。波とは常
に、従来技術の特許および本明細書で数学的に記述した
とおり、伝搬現象である。

【００１９】次に、ある種の外乱が延伸軸に垂直な平面
で測定可能な運動をもたらす、非ゼロ延伸速度で延伸す
る際のファイバを検討しなければならない。外乱（波）
はしたがって、外乱（波）が境界（コーティング塗布装
置など）にぶつかるまで、ファイバの軸に沿って伝搬す
る。このような境界が外乱を完全に放散させない場合に
は、外乱エネルギーのある程度は反射され、他の境界
（プリフォームルート（preform root）など）にぶつか
るまで、逆方向に伝搬し、伝搬プロセスが継続する。

【００２０】しかしながら、波反射境界に関してファイ
バが並進しているものであるから、波からみた境界は伝
搬軸に沿った運動におけるものと考えられる。換言すれ
ば、伝搬距離はファイバ並進方向では短く、ファイバの
並進と逆の方向では長い外乱と考えられる。あるいは、
並進位置センサ（translational position sensor）な
どの固定観察者の基準フレームにおいては、移動ファイ
バの軸方向に一致してセンサを通過する同じパルスが観
察される時間は、ファイバの移動方向と逆方向に移動す
る反射波に対するものよりも短くなる。この概念を波動
方程式の境界条件に数学的に導入した場合、線形密度、
伝搬期間（従来の共振周波数と混同してはならない）、
および延伸速度の関数としてファイバ張力を予測する解
が得られる。実際には、延伸時のファイバの横方向振動
特性は、延伸速度と波の伝搬速度の間の関係によって左
右されるものであり、これが本発明と従来技術の特許と
の重要な違いである。

【００２１】以下の検討において、「波」という用語は
古典物理学的な意味、すなわち伝搬現象と解釈されるも
のとし、いわゆる静的な現象である「定常波」と混同し
てはならないものとする。

【００２２】発明の詳細な説明 図１は光ファイバを生産する光ファイバ生産装置１０を
示しており、光ファイバＦを延伸するプリフォームルー
ト１４を加熱する延伸炉１２を含んでいる。ファイバは
ファイバ直径／ゲージ読取り部１３、ファイバ冷却装置
１７、第一コーティング塗布部１８、第一硬化照射器２
０、第二ファイバコーティング装置２２、第二硬化照射
器２４を通して延伸され、ファイバ引っ張りホィール２
６の周囲を通り、ファイバ巻取りシステム２７に巻き取
られる。ファイバ直径／ゲージ読取り部１３はファイバ
直径／ゲージ読取り信号１３ａをもたらす。延伸速度コ
ントローラ２８はファイバ直径／ゲージ読取り信号１３
ａに応答し、ファイバ延伸速度制御信号２８ａとファイ
バ延伸速度信号２８ｂをもたらす。ファイバ引っ張りサ
ーボ駆動システム２５はファイバ延伸速度制御信号２８
ａに応答して、ファイバ引っ張りホィール２６の速度を
調節する。延伸炉１２、ファイバ直径／ゲージ読取り部
１３、ファイバ冷却装置１７、第一コーティング塗布部
１８、第一硬化照射器２０、第二ファイバコーティング
装置２２、第二硬化照射器２４、ファイバ引っ張りサー
ボ駆動システム２５、ファイバ引っ張りホィール２６、
ファイバ巻取りシステム２７および延伸速度コントロー
ラ２８はすべて当分野で周知のものであり、本発明の範
囲はこれらの何らかの実施形態に限定されるものではな
い。

【００２３】非接触ファイバ張力監視システム 光ファイバ生産装置１０は非接触ファイバ張力監視の新
規で有用な態様を特徴としており、ファイバ横方向位置
センサ３０、ファイバ横方向位置プロセッサ３２および
進行波ウェーブレット変換およびタイムオブフライトフ
ァイバ張力プロセッサ４０を含んでいる。進行波ウェー
ブレット変換およびタイムオブフライトファイバ張力監
視プロセッサ４０は本発明の主要な焦点となるものであ
る。

【００２４】ファイバ横方向位置センサ３０ ファイバ横方向位置センサ３０は移動ファイバＦの横方
向位置を感知して、ファイバ横方向位置センサ信号３０
ａをもたらす。ファイバ横方向位置センサ３０は通常、
延伸炉１２と第一コーティング装置１８の間に配置され
ている。ファイバ横方向位置センサ３０は移動ファイバ
Ｆのベクトル運動が導かれるように、二本の直交軸で動
作する。移動ファイバＦが高速度でファイバ延伸装置１
０によって延伸されるので、通常発生する外乱が移動フ
ァイバに導入され、したがって、移動ファイバがファイ
バの延伸軸に関して横方向に振動させられ、移動ファイ
バＦを上下に伝搬する様々な進行波をもたらす。ファイ
バＦを一方向へ伝搬する各進行波は反射され、ファイバ
Ｆを逆方向に伝搬される。ファイバ横方向位置センサ３
０は当分野で周知のものであり、通常フォトダイオード
のアレイである。しかしながら、本発明の範囲はその特
定なタイプ、光ファイバ位置検出装置の数、あるいは移
動ファイバＦに関するその位置のいずれにも限定される
ものではない。

【００２５】ファイバ横方向位置プロセッサ３２ ファイバ横方向位置プロセッサ３２はファイバ横方向位
置センサ信号３０ａに応答して、ファイバ横方向位置プ
ロセッサ信号３２ａをもたらす。この信号は移動ファイ
バＦに沿って一方向へ伝搬する進行波、および移動ファ
イバＦに沿って逆方向へ伝搬する進行波の反射に関する
情報を含んでいる。この装置はファイバ横方向位置セン
サ３０からファイバイメージ信号を取得し、イメージ信
号を処理して、ファイバ横方向位置を二本の直交軸で正
確に決定されるようにし、次いで、このようにして決定
された、メモリ（図示せず）に記憶されているファイバ
位置記録を使用して移動ファイバＦの運動ベクトルを計
算する。本発明の範囲はファイバ横方向位置プロセッサ
３２の何らかの特定の実施形態に限定されるものではな
い。

【００２６】図２は時間の関数としての、ミリメートル
で表した感知された進行波の振幅のグラフである。図２
はファイバの延伸方向と逆方向とでファイバ横方向位置
センサ３０を通過したときに、外乱エネルギーが保存さ
れるように、伝搬および反射が理想的に行われる単流外
乱（unipolar disturbance）を伝搬するファイバの一つ
の軸における横方向位置の理想化された図である。これ
は提案した概念に関する説明のみを目的とした理想化さ
れた図であって、実際のファイバ処理で得られる信号を
代表するものではない。

【００２７】進行波ウェーブレット変換およびタイムオ
ブフライトファイバ張力プロセッサ４０ 図２に示すように、進行波ウェーブレット変換およびタ
イムオブフライトファイバ張力プロセッサ４０はファイ
バ横方向位置プロセッサ信号３２ａに応答し、さらに、
ファイバ延伸速度信号２８ｂに応答し、進行波タイムオ
ブフライト解析を使用して、移動ファイバＦのファイバ
張力を示す進行波ウェーブレット変換およびタイムオブ
フライトファイバ張力プロセッサ信号４２ａをもたら
す。図２および図３に示すように、進行波ウェーブレッ
ト変換およびタイムオブフライトファイバ張力プロセッ
サ４０は進行波ウェーブレット変換プロセッサ４１とタ
イムオブフライトファイバ張力プロセッサ４２とを含ん
でおり、これら両者については以下で詳細に検討する。

【００２８】作動時に、進行波ウェーブレット変換プロ
セッサ４１が対応するウェーブレット変換信号に合致す
ると、タイムオブフライトファイバ張力プロセッサ４２
は交互方向におけるこれらのインパルスの伝搬時間の差
を決定し、これは波伝搬速度に変換される。進行波伝搬
速度とファイバＦの材料特性がわかると、ファイバの張
力を周知の方法で決定できる。

【００２９】進行波ウェーブレット変換プロセッサ４１ 詳細にいえば、進行波ウェーブレット変換プロセッサ４
１はファイバ横方向位置プロセッサ信号３２ａに応答
し、移動ファイバＦにおける進行波のウェーブレット変
換を示す進行波ウェーブレット変換信号４１ａをもたら
す。

【００３０】図３に示した実施の形態において、進行波
ウェーブレット変換プロセッサ４１はサンプリングクロ
ック信号４１０ａをもたらすサンプリングクロック４１
０を含んでいる。このようなサンプリングクロックは当
分野で周知である。アナログディジタル変換器４１１は
サンプリングクロック信号４１０ａに応答して、アナロ
グの感知進行波信号のディジタルの感知進行波信号への
変換を示すアナログディジタル変換器感知進行波信号４
１１ａをもたらす。このようなアナログディジタル変換
器は当分野で周知である。ファーストイン／ファースト
アウト（first-in/first-out）バッファ４１２はサンプ
リングクロック信号４１０ａに応答し、さらに、アナロ
グディジタル変換器感知進行波信号４１１ａに応答し
て、ファーストイン／ファーストアウト（ＦＩＦＯ）ベ
ースで読み取られたｎビット×１サンプル（n-bit-by-l
-sample）のファーストイン／ファーストアウトバッフ
ァ信号を示すｎビット×１サンプルのファーストイン／
ファーストアウトバッファ信号４１２ａをもたらす。サ
ンプリングクロック分周回路４１３はサンプリングクロ
ック信号４１０ａに応答し、これを係数ｋで分周し、分
周されたサンプリングクロック信号を示すサンプリング
クロック分周器信号４１３ａをもたらす。このようなサ
ンプリングクロック分周回路は当分野で周知である。個
別（discrete）ウェーブレット変換プロセッサ４１４は
ｎビット×１サンプルファーストイン／ファーストアウ
トバッファ信号４１２ａに応答し、さらに、サンプリン
グクロック分周器信号４１３ａに応答して、移動ファイ
バに沿って一方向に伝搬する進行波と、移動ファイバに
沿って逆方向に伝搬する進行波の反射とのｐサンプル×
ｑスケール×ｎビット（p-sample-by-q-scale-by-n-bi
t）の個別ウェーブレット変換を示すｐサンプル×ｑス
ケール×ｎビット個別ウェーブレット変換プロセッサ信
号４１４ａをもたらす。ウェーブレットベース最適化プ
ロセッサ４１５はｐサンプル×ｑスケール×ｎビット個
別ウェーブレット変換プロセッサ信号４１４ａに応答し
て、最適化されたｐサンプル×ｑスケール×ｎビット個
別ウェーブレット変換プロセッサ信号を示すｐサンプル
×ｑスケール×ｎビットウェーブレットベース最適化プ
ロセッサ信号４１５ａをもたらす。「ウェーブレットベ
ース最適化」という用語は一様にサンプルされた信号の
ウェーブレット解析を伴う条件付けおよび選択操作を包
括的に記述したものであり、ウェーブレット解析の数学
的処理は当分野において周知である。信号再構築（reco
nsturction）プロセッサ４１６はｐサンプル×ｑスケー
ル×ｎビットウェーブレットベース最適化信号４１５ａ
に応答し、最適化されたｐサンプル×ｑスケール×ｎビ
ット個別ウェーブレット変換プロセッサ信号の再構築を
示す再構築プロセッサ信号の形態の進行波ウェーブレッ
ト変換プロセッサ信号４１ａをもたらす。個別ウェーブ
レット変換プロセッサ４１４、ウェーブレットベース最
適化プロセッサ４１５および再構築プロセッサ４１６
は、全部が当分野で周知のマイクロプロセッサ、読取り
専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡ
Ｍ）、およびこれらの構成要素を接続するデータおよび
アドレスバスを含む標準的なマイクロプロセッサアーキ
テクチャを使用するマイクロプロセッサソフトウェアと
して実現されている。このようなプロセッサに関するウ
ェーブレット解析の数学的処理は当分野で周知である。
本発明の範囲は、ハードウェア、ソフトウェア、または
これらの組合せを使用して実現されるサンプリングクロ
ック４１０、アナログディジタル変換器４１１、ファー
ストイン／ファーストアウトバッファ４１２、サンプリ
ングクロック分周回路４１３、個別ウェーブレット変換
プロセッサ４１４、ウェーブレットベース最適化回路４
１５、および再構築回路４１６の何らかの特定の実施形
態に限定されるものではない。

【００３１】図３に示した実施の形態において、個別ウ
ェーブレット変換プロセッサ４１４はウェーブレット変
換を使用して、外乱とこれに関連した反射との重なりの
波形を最適化し、タイムオブフライトともいわれる伝搬
期間が外乱および関連する反射の両方を正確に判定する
ようにする。

【００３２】図５に示した他の実施の形態において、進
行波ウェーブレット変換プロセッサ４１は、図３に示し
たウェーブレット法で使用されている個別ウェーブレッ
ト変換プロセッサ４１４、ウェーブレットベース最適化
回路４１５、および再構築回路４１６の代わりに、カル
マンフィルタネットワーク（Kalman filter network）
４１７を含んでいる。カルマンフィルタネットワーク４
１７は極性変化（ゼロ交差(zero-crossings)）の閾値を
表す信号特性を正確にモデル化し、進行波とその反射の
伝搬期間を決定することを可能とする。図示のように、
カルマンフィルタネットワーク４１７はｎビット×１サ
ンプルファーストイン／ファーストアウトバッファ信号
４１２ａおよびサンプリングクロック分周信号４１３ａ
に応答して、カルマンフィルタネットワーク信号の形態
での進行波ウェーブレット変換プロセッサ信号４１ａを
もたらす。このようなカルマンフィルタネットワーク４
１７は当分野で周知のものであり、本発明の範囲はその
特定の実施形態に限定されるものではない。

【００３３】また、本発明の範囲は何らかの特定のウェ
ーブレット変換、何らかの特定の最適化フィルタ法、あ
るいは本明細書に記載したファイバ横方向運動信号の伝
搬期間情報内容を正確に保存する何らかの信号処理法法
に限定されるものでもない。

【００３４】本明細書に記載したウェーブレット解析手
法が洗練されているのは、ファイバの横方向運動信号に
固有な非対称性を効果的に表せるところにあり、この非
対称性は「静止」観察者、すなわちファイバ横方向位置
センサ３０に関して異なる速度で伝搬する反射された外
乱の重なりによって生じるものである。信号解析の目標
は横方向運動信号のゼロ交差を正確に推定し、予測した
非対称期間を正しく特定するところにある。伝搬期間情
報も同様に、カルマンフィルタを含むが、明示的にこれ
に限定されるものではない整合または適応フィルタリン
グ技法によって導くことができる。すべての場合におけ
る目的は、適切に条件づけた横方向振動信号からそれぞ
れの波伝搬期間を正確に予測することである。

【００３５】タイムオブフライトファイバ張力プロセッ
サ４２ 図３に示すように、タイムオブフライトファイバ張力プ
ロセッサ４２は進行波ウェーブレット変換プロセッサ信
号４１ａに応答し、さらに、ファイバ延伸速度信号２８
ｂに応答して、進行波ウェーブレット変換およびタイム
オブフライトファイバ張力プロセッサ信号４２ａをもた
らす。

【００３６】タイムオブフライトファイバ張力プロセッ
サ４２は非対称ゼロ交差フィルタ４２０を含んでおり、
このフィルタは進行波変換プロセッサ信号４１ａに応答
して、進行波変換プロセッサ信号４１ａのフィルタされ
た非対称ゼロ交差を示す非対称ゼロ交差フィルタ信号４
２０ａをもたらす。定グループ遅延フィルタ４２１はフ
ァイバ延伸速度信号２８ｂに応答して、定グループ遅延
フィルタを示す定グループ遅延フィルタ信号４２１ａを
もたらす。タイムオブフライト推定プロセッサ４２２は
非対称ゼロ交差フィルタ信号４２０ａに応答し、さら
に、定グループ遅延フィルタ信号４２１ａに応答して、
移動ファイバに沿って一方向に伝搬する進行波と、移動
ファイバに沿って逆方向に伝搬する進行波の反射のタイ
ムオブフライトの推定を示すタイムオブフライト推定プ
ロセッサ信号４２２ａをもたらす。参照番号４２３で示
される測定スパン長定数は、典型的なファイバ延伸シス
テムを組み立て、構成してから決定される測定定数を示
すスパン長定数信号４２３として与えられる。スパン長
定数信号４２３ａはファイバの有界スパン長、典型的に
はプリフォームルートから、ファイバが第一コーティン
グ塗布装置１８内のコーティング液に接触する点まで測
定した距離を示している。伝搬速度速度計算プロセッサ
４２４はタイムオブフライト推定プロセッサ信号４２２
ａに応答し、さらに、スパン長定数信号４２３ａに応答
して、移動ファイバに沿って一方向に伝搬する進行波
と、移動ファイバに沿って逆方向に伝搬する反射進行波
の伝搬速度を示す伝搬速度計算プロセッサ信号４２４ａ
をもたらす。ファイバ特性定数は４２５で示されてお
り、延伸されているファイバの少なくとも一つのファイ
バ特性定数を示すファイバ特性定数信号４２５ａとして
与えられる。これはファイバの単位長さ当たり質量（線
形密度ともいう）であると見なされ、既知の一様な直径
を取る公称値が使用される。ファイバ張力計算プロセッ
サ４２６は伝搬速度計算プロセッサ信号４２４ａに応答
し、さらに、ファイバ特性定数信号４２５ａに応答し
て、タイムオブフライトファイバ張力プロセッサ信号４
２ａをもたらす。たとえば、非対称ゼロ交差フィルタ４
２０、タイムオブフライト推定プロセッサ４２２、伝搬
速度計算プロセッサ４２４およびファイバ張力計算プロ
セッサ４２６は、全部が当分野で周知のマイクロプロセ
ッサ、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセス
メモリ（ＲＡＭ）、およびこれらの構成要素を接続する
データおよびアドレスバスを含む標準的なマイクロプロ
セッサアーキテクチャを使用するマイクロプロセッサソ
フトウェアとして実現できる。このようなプロセッサに
関するウェーブレット解析の数学的処理は当分野で周知
である。本発明の範囲は、ハードウェア、ソフトウェ
ア、またはこれらの任意の組合せを使用してすべてが実
施できる非対称ゼロ交差フィルタ４２０、定グループ遅
延フィルタ４２１、タイムオブフライト推定器４２２、
伝搬速度計算プロセッサ４２４、ファイバ張力計算プロ
セッサ４２６の特定のタイプの実施形態に限定されるも
のではない。

【００３７】図５に示した実施の形態において、タイム
オブフライトファイバ張力プロセッサ４２はカルマンフ
ィルタネットワーク信号の形態の進行波ウェーブレット
変換プロセッサ信号４１ａに応答し、さらに、ファイバ
延伸速度信号２８ｂに応答して、図３に示した実施の形
態に関して上述したものと同様な態様で、進行波ウェー
ブレット変換およびタイムオブフライトファイバ張力プ
ロセッサ信号４２ａをもたらす。

【００３８】ファイバ張力読取りおよびコントローラ４
３ 光ファイバ生産装置１０はファイバ張力読取りおよびコ
ントローラ４３も含んでおり、これはタイムオブフライ
トファイバ張力プロセッサ信号４２ａに応答して、ファ
イバの張力とその可視的な読みに関するコントローラ情
報を示すファイバ張力コントローラ信号４３ａをもたら
す。ファイバ張力読取りおよびコントローラ４３は当分
野で周知である。本発明の範囲はハードウェア、ソフト
ウェア、またはこれらの何らかの組合せを使用して実現
できるファイバ張力読取りおよびコントローラ４３の何
らかの特定の実施形態に限定されるものではない。

【００３９】制御可能延伸炉電源１１ 光ファイバ生産装置１０はファイバ張力コントローラ信
号４３ａに応答して、延伸炉を制御する制御可能延伸炉
電源１１も含んでいる。制御可能延伸炉電源１１は当分
野で周知である。

【００４０】図４のファイバ延伸張力のグラフに関する
検討 図４は米国特許第４６９２６１５号公報が教示している
従来の「定常波」法と、本発明が教示する「進行波」法
の両方によって推定されたファイバ延伸張力を、両方の
場合に同じファイバ横方向運動信号を使用して比較した
グラフである。このグラフは中容量の延伸装置によって
典型的なモノモード（monomode）遠隔通信光ファイバを
延伸する際に存在している条件について計算した延伸速
度の関数として、「定常波」張力推定器の典型的な誤差
挙動を示す。

【００４１】考えられるリアルタイムの用途 本発明は移動ベルトまたはフィラメントの張力の任意の
リアルタイム非接触測定に適用できる。光ファイバの延
伸または巻付け、ヤーン、テキスタイル（textile）ま
たはワイヤの延伸または巻付け、ポリマファイバの延
伸、リボンの製造または巻付け、カーボンファイバの製
造または巻付け、リアルタイムのベルト（ウェブ）の張
力監視などがある。

【００４２】それ故、上述の目的および上記の説明から
明らかとなったことが、効率的に達成されることがわか
る。また、本発明の範囲から逸脱することなく上記の構
成にいくつかの変更を行えるのであるから、上記の説明
に含まれている、あるいは添付図面に示されているすべ
ての事項は例示と解釈されるものであり、限定的な意味
で解釈されるものではない。

【００４３】首記の特許請求の範囲が本明細書記載の本
発明の包括的あるいは特定の特徴のすべて、ならびに文
言の問題として特許請求の範囲に属するといわれる本発
明の範囲についての声明のすべて対象としているもので
あることを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光ファイバ生産装置１０のブロック図
である。

【図２】秒で表した時間の関数として、感知された進行
波の振幅をミリメートルで表したグラフである。

【図３】本発明の進行波ウェーブレット変換およびタイ
ムオブフライトプロセッサ４０の実施の形態を示す図で
ある。

【図４】メートル／秒で表した延伸速度とグラムで表し
たファイバ張力のグラフである。

【図５】進行波ウェーブレット変換およびタイムオブフ
ライトプロセッサ４０がカルマンフィルタネットワーク
を有している、本発明の他の実施の形態を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０ 光ファイバ生産装置 １２ 延伸炉 １３ ファイバ直径／ゲージ読取り部 １４ プリフォームルート １７ ファイバ冷却装置 １８ 第一コーティング塗布部 ２０ 第一硬化照射器 ２２ 第二ファイバコーティング装置 ２４ 第二硬化照射器 ２５ ファイバ引っ張りサーボ駆動システム ２６ ファイバ引っ張りホィール ２７ ファイバ巻取りシステム ２８ 延伸速度コントローラ ３０ ファイバ横方向位置センサ ３２ ファイバ横方向位置プロセッサ ４０ 進行波ウェーブレット変換およびタイムオブフラ
イトファイバ張力プロセッサ ４１ 進行波ウェーブレット変換プロセッサ ４２ タイムオブフライトファイバ張力プロセッサ Ｆ 光ファイバ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 非接触ファイバ張力監視を行う光ファイ
   バ生産装置において、 移動ファイバに沿って一方向に伝搬する進行波、および
   移動ファイバに沿って逆方向に伝搬する進行波の反射に
   関する情報を表すファイバ横方向位置プロセッサ信号に
   応答して、進行波ウェーブレット変換プロセッサ信号を
   もたらす進行波ウェーブレット変換プロセッサと、 進行波ウェーブレット変換プロセッサ信号に応答し、さ
   らにファイバ延伸速度信号に応答して、進行波タイムオ
   ブフライト解析を使用して、移動ファイバのファイバ張
   力を示すタイムオブフライト張力プロセッサ信号をもた
   らすタイムオブフライトファイバ張力プロセッサとを備
   えた光ファイバ生産装置。
2. 【請求項２】 進行波ウェーブレット変換プロセッサが
   ウェーブレット変換を使用して、外乱とこれに関連した
   反射との重なりの波形を最適化し、進行波の伝搬期間が
   外乱および関連する反射の両方を決定する個別ウェーブ
   レット変換プロセッサを含んでいる請求項１に記載の光
   ファイバ生産装置。
3. 【請求項３】 進行波ウェーブレット変換プロセッサが
   サンプリングクロック信号をもたらすサンプリングクロ
   ックと、 前記サンプリングクロック信号に応答して、前記アナロ
   グディジタル変換器感知進行波信号をもたらすアナログ
   ディジタル変換器と、 前記サンプリングクロック信号に応答し、さらに、前記
   アナログディジタル変換器感知進行波信号に応答して、
   ファーストイン／ファーストアウトバッファ信号をもた
   らすファーストイン／ファーストアウトバッファと、 前記サンプリングクロック信号に応答して、サンプリン
   グクロック分周信号をもたらすサンプリングクロック分
   周回路と、 前記ファーストイン／ファーストアウトバッファ信号に
   応答し、さらに、前記サンプリングクロック分周信号に
   応答して、個別ウェーブレット変換プロセッサ信号をも
   たらす個別ウェーブレット変換プロセッサと、 前記個別ウェーブレット変換プロセッサ信号に応答し
   て、ウェーブレットベース最適化プロセッサ信号をもた
   らすウェーブレットベース最適化プロセッサと、 前記ウェーブレットベース最適化プロセッサ信号に応答
   して、再構築プロセッサ信号の形態で進行波ウェーブレ
   ット変換プロセッサ信号をもたらす再構築プロセッサと
   をさらに含んでいる請求項１に記載の光ファイバ生産装
   置。
4. 【請求項４】 タイムオブフライトファイバ張力プロセ
   ッサが移動ファイバに沿って一方向に伝搬する進行波
   と、移動ファイバに沿って逆方向に伝搬する進行波の反
   射のタイムオブフライトを決定するタイムオブフライト
   推定プロセッサと、 移動ファイバに沿って一方向に伝搬する進行波と、移動
   ファイバに沿って逆方向に伝搬する進行波の反射の伝搬
   速度を決定する伝搬速度計算プロセッサとをさらに含ん
   でいる請求項１に記載の光ファイバ生産装置。
5. 【請求項５】 タイムオブフライトファイバ張力プロセ
   ッサが進行波変換プロセッサ信号に応答して、非対称ゼ
   ロ交差フィルタ信号をもたらす非対称ゼロ交差フィルタ
   と、 ファイバ延伸速度信号に応答して、定グループ遅延フィ
   ルタ信号をもたらす定グループ遅延フィルタと、 前記非対称ゼロ交差フィルタ信号に応答し、さらに、前
   記定グループ遅延フィルタ信号に応答して、タイムオブ
   フライト推定プロセッサ信号をもたらすタイムオブフラ
   イト推定プロセッサと、 前記タイムオブフライト推定プロセッサ信号に応答し、
   さらに、スパン長定数を示すスパン長定数信号に応答し
   て、伝搬速度計算プロセッサ信号の形態でタイムオブフ
   ライト進行波伝搬速度プロセッサ信号をもたらす伝搬速
   度計算プロセッサと、 ファイバ張力計算、読取り、およびコントローラプロセ
   ッサ信号に応答し、さらに、少なくとも一つのファイバ
   特性を示すファイバ特性信号に応答して、延伸されるフ
   ァイバのファイバ張力を示すファイバ張力計算プロセッ
   サ信号をもたらすファイバ張力計算プロセッサとをさら
   に含んでいる請求項１に記載の光ファイバ生産装置。
6. 【請求項６】 タイムオブフライトファイバ張力プロセ
   ッサ信号に応答して、ファイバ張力読取りおよびコント
   ローラ信号をもたらすファイバ張力読取りおよびコント
   ローラをさらに含んでいる請求項１に記載の光ファイバ
   生産装置。
7. 【請求項７】 ファイバ張力計算信号に応答して、延伸
   炉を制御する制御可能延伸炉電源をさらに含んでいる請
   求項５に記載の光ファイバ生産装置。
8. 【請求項８】 移動ファイバに沿って一方向に伝搬する
   進行波と移動ファイバに沿って逆方向に伝搬する進行波
   の反射の横方向運動に応答して、ファイバ横方向位置セ
   ンサ信号をもたらすファイバ横方向位置センサをさらに
   含んでいる請求項１に記載の光ファイバ生産装置。
9. 【請求項９】 ファイバ横方向位置センサ信号に応答し
   て、ファイバ横方向位置プロセッサ信号をもたらすファ
   イバ横方向位置プロセッサをさらに含んでいる請求項８
   に記載の光ファイバ生産装置。
10. 【請求項１０】 進行波ウェーブレット変換プロセッサ
    が極性変化（ゼロ交差）の閾値を表す信号特性をモデル
    化し、進行波の伝搬期間の決定を可能とするカルマンフ
    ィルタネットワークを含んでいる請求項１に記載の光フ
    ァイバ生産装置。
11. 【請求項１１】 進行波ウェーブレット変換プロセッサ
    がサンプリングクロック信号をもたらすサンプリングク
    ロックと、 前記サンプリングクロック信号に応答して、アナログデ
    ィジタル変換器感知進行波信号をもたらすアナログディ
    ジタル変換器と、 前記サンプリングクロック信号に応答し、さらに、前記
    アナログディジタル変換器感知進行波信号に応答して、
    ファーストイン／ファーストアウトバッファ信号をもた
    らすファーストイン／ファーストアウトバッファと、 前記サンプリングクロック信号に応答して、サンプリン
    グクロック分周信号をもたらすサンプリングクロック分
    周回路と、 前記ファーストイン／ファーストアウトバッファ信号に
    応答し、さらに、前記サンプリングクロック分周信号に
    応答して、カルマンフィルタネットワーク信号の形態で
    進行波ウェーブレット変換プロセッサ信号をもたらすカ
    ルマンフィルタネットワークとをさらに含んでいる請求
    項１に記載の光ファイバ生産装置。