KR970000904B1 - 연신된 물품상의 코팅 두께를 측정 및 조절하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

연산된 물품상의 코팅 두께를 측정 및 조절하기 위한 방법 및 장치

제1도는 예비 성형물로부터 광섬유를 드로잉하는 배치와 드로잉 작업 및 코팅 공정을 측정 및 조절하는 장치의 개략도.

제2도는 중합 피복되지 않은 광섬유의 일부 도시도.

제3도는 전도성 탄소 코팅된 광섬유의 일부 도시도.

제4도는 광섬유상의 전도성 탄소 코팅 두께를 측정하기 위한 장치의 개략도.

제5도는 짧은 회로 종결에서 형성되는 입사 전자파와 그 반사 전자파의 벡터의 사시도.

제6도는 광섬유에서 측정한 상이한 측정에 있어서의 출력 에너지 대 주파수를 나타내는 일련의 곡선.

제7, 8, 9, 11, 13, 15 및 16도는 광섬유상의 전도성 코팅 두께를 측정하기 위한 다른 장치의 개략도.

제10도는 양호한 코팅된 섬유에 있어서의 전달된 파워 손실대 콘덕턴스 또는 두께 특성 그래프.

제12도는 제11도의 장치로부터 취한 단면도.

제14도는 제13도의 장치로부터 취한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 섬유 24 : 예비 성형물

25 : 로 28 : 프로세서

30 : 가열기 34 : 챔버

35 : 공동 40 : 램프

49 : 리일 53 : 커넥터

130, 132 : 슬롯 144 : 유전체

150 : 공진기 172 : 코일

본 발명의 광섬유와 같은 연신된 물품의 코팅 방법 및 장치에 관한 것이다.

광섬유의 성능 특성은 주위 요소에 의해 저하될 수 있다. 예를 들어 실리카 섬유의 표면이 물과 상호 작용하면 표면이 변화하여 섬유 강도가 저하될 수 있다. 또한 일정기간이 경과하면 수소가 광섬유 내부로 확산되어, 광섬유에 의해 운반되는 신호에서의 광학적 손실을 증가시킨다.

상기와 같은 상호 작용을 방지하기 위해서는, 해가되는 주위 요소들이 섬유와 상호 작용하지 못하도록 섬유에 코팅이 적용될 수 있다. 상기와 같은 코팅은 이상적으로 검유와 주위 사이에서 침투 불가능한 밀봉된 장벽으로서 작용한다. 섬유 표면상에 얇은 탄소막을 형성하기 위해, 에프. 브이.디마르셀로 등이 출원한 미국 특허출원 제098253호에 기재되어 있는 바와 같이 예를 들면 아세틸렌과 같은 유리 전구체 가스를 포함하는 적합한 탄소의 분해를 유도하므로써 안정된 주위 조건하에 섬유의 실리카 피복 외표면에 탄소 코팅과 같은 코팅이 적용된다. 최적의 결과를 위해서, 탄소 코팅은 특정 두께에서 두께의 오자가 거의없이 적용되어야 한다. 코팅이 너무 얇으면, 물과 수소같은 바람직하지 않은 주위 요소들의 침투를 충분히 제한하지 못한다. 반면에 너무 두꺼우면, 섬유가 고인장력을 받을때 탄소 코팅에서 형성될 수 있는 미세 균열에 의해 섬유 강도가 감소될 수 있다.

그러므로 섬유에 적용되는 코팅의 두께를 측정 및 조절하기 위한 유력한 방법에 대한 필요성이 제기되었다. 그 방법은 섬유의 연속 제조가 가능해야 하며, 광섬유와의 일체의 직접적인 접촉을 회피해야 한다. 연속드로잉 공정에 있어서의 어떤 중단도 허용될 수 없다. 피복되지 않은 광섬유와의 물리적 접촉은 표면을 손상시키고 섬유의 인장 강도를 감소시킬 수 있다. 그러나 종래 기술에서, 코팅의 두께는 정적인 비실시간 처리 도량형학 즉, 전기회로내 저항의 직류 측정에 기초한 계산 또는 전자 현미경 검사에 의해 측정되어 왔다. 상기의 종래 방법은 드로잉 공정의 중단 및 비피복 광섬유와의 물리적 접촉중 하나를 필요로 하거나 또는 둘다 필요로 한다.

본 발명에 따르면, 청구범위 제1항에서 정의되는 방법이 제공된다. 본 발명의 몇몇 실시예는 광섬유와 같은 연신된 물품을 코팅시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은, 이동하는 광섬유상에 코팅을 침착시키는 단계와, 광섬유상에 침착되는 코팅의 두께를 동력학적으로 조절하기 위해 비접촉 전자기장에 의해 상기 코팅의 유효 무선 주파수 콘덕턴스를 측정하는 단계를 포함한다.

제조 방법의 특징은 절연체상의 전도성 코팅 즉 광섬유상의 탄소 두께 측정에 대한 방법이다. 코팅의 두께 측정은 후술하는 단계를 포함한다. 무선 주파수 전자기장은 입력 신호에 의해 확립된다. 코팅된 절연체는 전자기장이 유용한 출력 신호를 생성하기에 충분히 강한 위치에서, 여기된 전자기장을 통과하여 이동된다. 절연체상의 코팅은 전기장 또는 그 구성 성분에 대해 전도성 코팅과의 그 상호 작용이 입력에서 출력까지의 전달 손실을 증가시키도록 실시된다. 출력 신호는 출력 신호가 검출될 수 있는 지점에서 전자기장으로부터 추출된다. 상기의 지점은 섬유 위치로부터 이격되어 왔다. 추출은 전기장 탐침 또는 자기장 탐침에 의해 수행될 수 있다. 전도성 코팅의 유효 무선 주파수 콘덕턴스는, 예정된 기준에 대한 출력 신호의 변화로부터 결정된다. 코팅의 두께는 콘덕턴스 데이타로부터 결정된다.

실시예의 방법에 의해 하기 장점들이 수행된다. 코팅된 절연체는 일체의 물리적 접촉없이 측정 장치를 통과하여 연속 이동한다. 제조 공정의 어떤 중단도 발행하지 않는다. 두께의 결정으로부터, 소요 두께의 오차를 유지시키도록 코팅 공정을 동력학적으로 조절하기 위한 신호가 발생된다.

본원에 기술되는 일반적인 원리는 광범한 무선 주파수 영역, 통상 10MHz로부터 150GHz까지의 영역에 걸쳐 적용될 수 있으며, 선정된 주파수 범위와 양립할 수 있는 주파수 범위와 설비를 적절히 선정하므로써 광범한 코팅 현상에 적용될 수 있다.

제1도에서 예비 성형물(24)은 코어보다 굴절 지수가 낮은 피복부에 의해 둘러싸이는 저손실 광코어를 갖는 광섬유를 형성한 예정된 소량의 불순물이 포함된 실리카 글래스를 포함할 수도 있다.

로(25)는 적어도 예비 성형물(24)의 하단을 둘러싸며 상기 단부를 그 용융 및 연화 온도까지 가열시킨다. 섬유(20)는 예정된 직경의 섬유(20)를 생산하는 것으로 공지된 속도에서 예비 성형물(24)의 단부로부터 드로잉된다. 일반적으로 섬유는 조절된 일정 온도 및 속도에서 예비 성형물로부터 드로잉된다. 동일 직경의 섬유 제조를 위해서는 드로잉 온도 및 속도의 기타 조합도 사용 가능하다.

드로잉 과정중에, 섬유(20)는 섬유의 직경을 나타내는 신호를 리이드(27)상에서 도출해내는 직경 게이지(26)를 통과하여 이동한다. 상기 신호는 이동되어 검출, 분석 및 피이드백 프로세서(28)에 입력된다. 프로세서(28)에 의해 산출되는 조절 신호는 로(25)의 온도를 제어하기 위하여 리이드(29)에 의해 운송된다.

그 이후 섬유(20)는 선택적 가열기(30)를 지나고, 섬유(20)의 온도를 모니터하며 필요하다면 섬유(20)내의 나머지 열을 보충하기 위한 고온계 또는 온도계(31)를 통과하여 이동한다. 온도계(31)에 의해 측정된 온도는 가열기(30)의 온도를 조절하기 위해 리이드(33)에 신호를 형성하는 프로세서(28)에 리이드(32)를 통하여 적용된다. 길이방향 변화가능한 또는 신축가능한 챔버(34)에서는 질소, 아르곤, 또는 헬륨과 같은 불활성기체와 염소와 함께 아세틸렌 전계 기체의 양호한 혼합체가, 아세틸렌 전계 기체의 분해를 유도하고 섬유의 주위에 전도성 탄소 코팅을 균일하게 침착시키기 위해, 섬유(20)의 고온 이동 표면에 적용된다. 염소는 자유수소를 얻기 위한 수단으로서 사용된다. 챔버(34)의 길이는 리이드(60)를 거쳐 프로세서(28)로 전달된다. 코팅 침착 공정은 일반적으로 안정된 조절된 주위 상태에서 발생한다. 섬유가 어떤 장치와도 접촉하지 않고 이동하는 동안, 양호한 전도성 탄소 코팅의 두께는 전달 시스템에서의 섬유의 조립, 설치 또는, 사용중에 광섬유(20)를 물 또는 수소와의 일체의 접촉으로부터 효과적으로 밀봉시키기 위해 엄격한 오차 이내로 연속 조정된다. 동시에, 섬유 강도를 만족할 만한 수준으로 유지시키기 위해, 과도한 코팅 두께로 인한 인장 하중하에서 균열에 대한 코팅의 취약성이 제한된다.

제2도에는 중앙 코어(22)와 피복부(24)를 포함하는 노출된 광섬유(20)가 도시되어 있다. 제2도에는 도시 되어있지 않지만, 노출된 광섬유에 대한 코어 및 단일 피복층보다 많은 층이 존재할 수도 있다.

제3도에는 점으로 도시된 얇은 탄소층(27)으로 코팅된 광섬유(20)가 도시되어 있다.

제1도의 이동하는 섬유(20)에 탄소 코팅이 적용된 후, 코팅된 섬유는 계속 이동하여 탄소 코팅의 두께를 측정하기 위한 무선 주파수 공명 공동을 통과한다. 무선 주파수는 가청 주파수와 초저주파 사이에 중재하는 전자기파 주파수이다. 마이크로파 주파수 범위내의 공동은 구성 성분의 크기와 가용성 때문에 성공적으로 사용되었다. 마이크로파는 파장이 통상 30cm 이하인 파장이 매우 짧은 전자기파이다. 공명하는 공진 주파수 공동(35)으로부터 나와서 섬유(20)는 계속 이동하여, 섬유(20)의 표면을 불의의 접촉으로 인한 미래의 기계적 손상으로부터 보호하도록 섬유(20)를 피복시키기 위해 중합 고체로 변형되는 자외선 치료가능한 액체 물질로 충진된 하나 이상의 용기(46)를 통과한다. 중합 고체로의 변형은 자외선을 적용시키는 한 세트의 램프(47)에 의해 제조된다. 일단 섬유(20)에 피복이 형성되면, 이는 취급의 용이와 보관을 위해 섬유가 전달시스템에 설치될 때까지 캡스턴(48)에 대해 권선되어 리일(49)상에서 권선된다. 캡스턴(48)과 섬유의 속도는 리이드(61)를 거쳐 프로세서(28)로 보내진다.

두개의 양호한 서브 시스템이 상기 광섬유 드러잉 작업을 조절한다. 직경 게이지(26)를 포함하는 제1조절시스템은 광 챔버에서 이루어진 측정에 의해 섬유의 직경을 결정하고, 프로세서(28)내에서의 분석에 의해 상기 측정을 아날로그 조절 신호로 변환시킨다. 상기의 섬유 직경 조절 신호는 섬유 직경이 에정된 오차이내로 유지되도록, 로의 온도를 조절하기 위해 리이드(29)에 의해 로(25)로 적용되고, 드로잉 속도를 조절하기 위해 리이드(29)에 의해 캡스턴 구동 조절부(55)로 적용된다. 로의 작동과 드로잉 속도에 의한 섬유 직경 조절은, 에스. 이. 밀러 등이 편집하고 아카데믹 출판사가 1979년에 펴낸 그 명칭이 광섬유 전기 통신학인 책의 263내지 298페이지에 상세히 기재되어 있다.

다른 조절 시스템이, 이동 광섬유의 표면에 적용되는 탄소 코팅의 두께를 피복되지 않은 섬유와 물리적으로 접촉하지 않으면서 측정 및 조절한다. 탄소 코팅의 두께를 측정하고 연속적으로 조절하기 위한 상기 방법은 하기의 매개 변수들 즉 섬유 온도, 아세틸렌 가스 압력, 섬유가 아세틸렌에 노출되는 시간, 또는 아세틸렌 가스의 농축중의 하나 이상의 매개변수에 영향을 끼치며, 추후 설명되는 본 발명의 새로운 방법의 한예이다. 챔버(34)내의 압력은 리이드(62)에 의해 프로세서(28)로 전달된다. 압력을 변화시키기 위한 조절 신호는 프로세서(28)로부터 리이드(56)를 거쳐 압력 조절기(57)로 보내진다. 아세틸렌 가스의 농축 지수는 리이드(63)에 의해 챔버(34)로부터 프로세서(28)로 전달된다. 가스 혼합체로 변화시키기 위한 조절 신호는 프로세서(28)로부터 리이드(64)를 거쳐 가스 공급 밸브(65, 66, 67)로 전달된다. 상기 가스는 분기관(68)에서 혼합되어 압력 조절기(57)와 공급 라인(40)을 통해 가스 챔버(34)로 인도된다. 가스는 배기 기구(45)에 의해 가스 챔버(34)를 떠난다. 공동(35)은 자외선 광처리 가능한 피복 공급 용기(46)를 앞서는 것으로 도시되어 있으나, 공동(35)은 용기(46)와 램프 세트(47)이후에 위치될 수 있다.

제4도에는, 공명 공동(35)의 상세한 사시도가 도시되어 있다. 제4도는 마이크로파 주파수 범위에서의 작동을 위한 양호한 공명 공동을 도시한다. 제4도에는 중공의 장방형 마이크로파 도파부(waveguide section)(37)가 도시되어 있는데, 이는 작동 주파수에서의 가이드 파장의 절반에 해당하는 길이를 갖는다. 도파부의 각 단부는 전도 플레이트(38, 39)중 하나에 의해 짧아진다. 고정되거나 스위핑된 주파수 신호 발생기(41)에 의해 생성되는 마이크로파 주파수 입력 신호는 동축선(42), 커넥터(43) 및 단락(shirting) 플레이트(38)를 통과하는 개구를 통과하여 지면으로의 중앙 전도체의 루우프(44)에 연결된다. 상기의 자기 입력 루우프는 적용된 입력신호에 대응하여 공진 전자기장을 여기시키기 위해 공명 공동의 내부에 위치한다. 입력 신호의 파워 레벨은 1밀리와트에서 100밀리와트까지중의 일부의 범위내일 수 있다.

제4도에서 채택된 기준에 의하면, 화살표 배열은 공진에서의 공명 공동내 전기장 벡터를 나타낸다. 상기의 전기장 벡터는 연속적으로 변화하는 전기장의 순간 상태를 나타낸다. 입력으로부터 종방향으로의 전기장 크기는, 입력 단락 플레이트(38)에서의 0으로부터 공동의 중앙에서의 최대 크기까지 증가하는, 정재파를 나타낸다. 공동의 바닥부를 따라 축상에 도시되는 바와 같이, 입력 단란 플레이트(38)와 출력 단락 플레이트(39)사이에는 절반의 가이드 파장 λg/2을 구별짓는 스케일이 도시되어 있다. 전기장의 크기는 출력 단락 플레이트(39)에서 제로까지 감소된다. 도파부(37)의 길이가 작동 주파수에서 절반의 가이드 파장으로서 도시되어 있더라도, 기타 다수의 절반의 가이드 파장이 사용될 수 있다.

공동의 중앙 단면에서의 정재파에 대한 전기장을 나타내는 두개의 교차 평면이 도시되어 있다. 상기 전기장은 공동의 중앙 또는 근처에서 최대치를 가지며, 도파부의 양 사이드에서 그 크기가 제로까지 감소한다.

코팅된 광섬유는 도파부의 상부 및 바닥부 벽내에 절단된 개구를 통과하여 이동한다. 상기의 개구는 광섬유가 그것을 통과하여 쉽게 체결되고 도파 구조체와 물리적 접촉하지 않은채 이동하도록 상호 대향 위치한다. 전기장이 유용한 신호를 제공하기에 충분한 강도를 가지며 섬유 코팅 작업중에 이동 섬유상에서 편리한 측정을 하기 위해 개구를 가로질러 충분히 균일한 곳에, 개구가 배치된다.

제4도에는 도시되어 있지 않지만, 전기장과 함께 존재하는 자기장이 존재한다. 상기 자기장은 전기장의 방향에 대해 직각 방향이다. 전기장과 함께 자기장은 여기 입력신호에 응답하여 공명 공동내에 전자기장을 구성한다.

출력 신호는 전기장 탐침이나 자기장 탐침중 어느 하나에 의해 공명 공동으로부터 발췌될 수 있다. 어느 경우에나 탐침은 필드 강도가 유용한 출력 신호를 생성하기에 충분한 적절한 필드와 상호 작용하도록 위치된다.

제4도의 예로서, 출력 단락 플레이트(39)를 통과하여 공동 내부로 삽입되는 출력 자기장 루우프(50)에 의해 출력 신호가 공동으로부터 추출되는 것을 고려해 본다. 상기의 출력 커플링 루우프는 예를 들면 동축 커넥터(53)의 중앙 전도체를 출력 단락 플레이트(39)로 구부림으로써 형성된다. 동축선(2)은 출력 신호를 출력 커플링루우프(50)와 커넥터(53)로부터 검출, 분석 및 피이드백 프로세서(28)로 전달한다.

에너지 삽입 또는 입력, 커플링 루우프(44) 및 에너지 추출 또는 출력, 커플링 루우프(50)가 최적의 자기장 강도를 위해 위치된 자기장 탐침으로서 도시됨에도, 이는 최거 전기장을 위해 적절히 위치된 압력 및 출력 전기장 탐침에 의해 대치될 수도 있다. 동축의 탐침 설치에 대한 대안으로서, 기타의 도파 전달 매체가 단락 플레이트(38, 39)내의 적절한 구멍을 통해 커플링시키므로써 커넥터(43, 53)와 대치될 수 있다.

제5에서는, 제4도의 단락 플레이트(39)에서의 전자기 에너지를 나타내는 벡터 그래프가 도시되어 있다. x, y, z의 세 3차원축의 원점 왼쪽에는 입사 전자기파에 대한 입사 전기장 벡터(Ei), 입사 자기장 벡터(Hi) 및 속도 벡터(γi)가 존재한다. 전기장 벡터는 양의 수직 방향을 향하고 자기장 벡터는 3차원 축상에서 수평임을 유의해야 한다. 수평축의 원점에 위치하는 출력 단락 플레이트(39)에 입사파가 도달하면, 반사파가 생성된다. 짧은 회로가 존재하므로, 유효 전압은 제로이고 반사 전기장(Er)은 그 크기는 입사 전기장(Ei)의 크기와 동일하다.

동일 위치에서, 입사 자기장(Hi) 또한 반사된다. 반사 자기장(Hr)에 있어서의 극성은 입자 자기장(Hi)과 동일하나 크기는 출력 단락 플레이트(39)로 인해 두배이다. 또한 반사된 속도 벡터(γr)는 입사 속도 벡터(γi)와 방향이 반대이다.

제4도의 양호한 입력 및 출력 자기 커플링 루우프(44, 50)는 출력 커플링 루우프(50)에서 유용한 신호를 생성하기 위해 충분히 자기장 세기를 갖는 지점에서 또는 최대 자기장 지점부근에서 공명 공동으로 에너지를 커플링시키고 그로부터 에너지를 추출한다.

제1도 및 제4도의 양호한 검출, 분석 및 피이드백 프로세서(28)는 다양한 기능을 수행한다. 상기의 기능은(1) 공명공동(35)에 대한 주파수 특성 곡선에 대한 출력 신호 파워를 생성하고, (2) 주파수 특성 곡선에 대한 출력 신호 파워를 참고 특성 곡선과 비교하며, (3) 출력 신호 특성과 참고 특성 곡선사이의 차이점을 결정하고, (4) 아세틸렌 전계가스의 부분압 흐름을 변화시키기 위해 상기의 차이점과 관련된 조절 신호를 리이드(58)에 의해 제1도의 조절 소자(57)로 보내며, (5) 섬유가 아세틸렌 챔버로 들어갈 때 섬유 온도를 조절하기 위해 리이드(54)에 의해 드로잉 작업의 속도를 변화시키고, (6) 아세티렌에의 노출 시간을 조절하기 위해 리이드(58)에 의해 챔버(34) 길이를 변화시키며, (7) 리이드(33)에 의해 섬유의 온도와 섬유상의 코팅 온도를 변화시키는 것이다. 상기 언급된 코팅 공정의 매개변수는 이동하는 섬유상에 탄소 코팅이 침착되는 속도를 변화시키기 위해 조절된다.

제6도에는 제4도의 공동(35)의 상이한 세가지 공명 상태에서의 출력 에너지 대 주파수 응답 곡선이 도시되어 있다. 제6도에서, 폭이좁은 스파이크 형상의 응답 곡선(76)은 피복되지 않은 광섬유(20)가 그 내부에 삽입된 공동(35)이나 빈 공동(35)에 있어서의 주파수 대 출력 신호 에너지를 나타낸다. 광섬유(20)가 실리카내에서 기본적으로 부전도성으로 조립되므로, 섬유는 전기 절연체 또는 부전도체이며, 빈 구동 응답 곡선에 거의 영향을 끼치지 못한다. 응답 곡선(76)은 조절 목적을 위한 유용한 참고가 된다.

다른 두개의 응답 곡선(78, 80)은 제4도의 광섬유(20)에 침착된 탄소 코팅의 두께에 대한 소요의 상부 및 하부 제한 곡선을 나타낸다. 탄소가 전도성이고 상기 코팅이 공동내의 전기장과 거의 정렬되어 있으므로, 상기의 필드는 섬유상의 전도성 탄소 코팅을 따라 축방향으로 전류를 유도한다. 전도성은 코팅 재료의 단위큐브의 일면과 큐브의 대향면 사이에서 단위 퍼텐셜 차이가 유지될때 전자의 면에서 후자의 면으로의 전류에 비례하는 수치이다. 탄소 코팅은 전도체이므로 전류를 운송할 수 있다. 상기와 같은 전류는 적용되는 전기장의 주파수에서 방향이 바뀌고 섬유(20) 주위에 자기장을 형성한다. 이러한 작용은 공동내의 전자기장을 변형시키고 파워를 분산시키거나 흡수한다. 그결과, 주파수 곡선에 대한 출력 에너지는 크기가 감소하고, 폭이 좁은 빈 공동 응답 곡선(76)와 형상에서 넓어지며, 공진 주파수는 변화한다. 연속적인 곡선군이 도출된다. 그러나 단지 세개의 곡선만이 도시되어 있다. 최종 응답 곡선을 소요의 콘덕턴스 범위에 대해 보정하고 탄소 두께를 보정하므로써, 출력 응답 곡선(78, 80) 및 기타 곡선은 탄소 코팅이 광섬유(20)에 침착될때 그 두께를 측정하기 위하여 곡선(76)과 관련하여 계속적으로 유용하다. 일반적으로 콘덕턴스는 직류에서 적용된 전동력(저항의 역)에 대한 코팅에 의해 운반된 전류의 비이다. 소요 목적을 위해 유효 무선 주파수 콘덕턴스를 측정한다.

검출, 분석 및 피이드백 프로세서(28)는 섬유 드로잉 작업중에 출력 에너지 대 주파수 데이타를 계속적으로 분석한다. 크기 및 주파수의 수치를 기준 곡선의 그것과 비교하므로써 프로세서(28)는 공동의 품질 계수(Q)와 코팅 콘덕턴스를 결정한다. 상기와 같은 콘덕턴스 결정 또는 측정은 두께 데이타로 용이하게 전환가능하고 두께 데이타가 소요 한계내에 존재하는지 여부의 결정으로 용이하게 전환될 수 있다. 상기 과정의 결과, 프로세서(28)는 코팅 공정을 조절하기 위해 피이드백되었을 때 섬유 온도, 전계 가스 농도, 섬유 노출 시간 또는 전계 가스 압력과 같은 공정 매개변수를 하나 이상 조절하므로써 탄소 코팅 두께를 소요 한계이내에 유지시키는 신호를 발생시킨다.

제7도에는 공명공동(90)의 다른 형상이 도시되어 있다. 제7도의 검출, 분석 및 피이드백 프로세서의 설치와 작용은 공동의 둥근 원통 형상을 제외하고 제4도의 장치와 유사하다. 탄소로 코팅된 광섬유(20)는 코팅이 공동내의 여기된 전기장과 정렬되도록 통로내의 공동(90)을 통과하여 이동한다. 섬유(20)에 있어서, 공동(90)내의 입구 및 출구 개구는 검출가능한 출력 신호를 생성하기에 충분한 전기장 강도의 위치부근에 위치한다. 탄소의 두께는 상술한 바와 같이 피이드백 조절에 의해 조절된다.

제8도에는 이동하는 광섬유상의 탄소 코팅 두께를 결정하는 다른 실시예가 도시되어 있다. 제8도에는 상호 커플링부(115)를 갖는 두개의 둥근 원통형 공동(110, 112)이 있다. 신호 공급원(41)이 라인(42)과 입력 커플링 루우프(44)를 통해 교류 신호를 공동(110)에 적용시키면, 그 내부에 전자기장이 확립된다. 제1공동(110)내 전자기장으로부터의 에너지는 커플링부(115)를 통해 제2공동(112)으로 커플링된다. 제2공동으로부터, 출력 신호 에너지는 출력 커플링 루프(50)내부로 커플링되고 검출, 분석 및 피이드백 프로세서(28)로 전달된다.

탄소 코팅된 광섬유(20)는 입구 개구를 통해 제2공동(112), 커플링부(115) 및 제1공동(110)을 지나 출구개구 바깥으로 이동한다. 탄소 코팅의 두께는 상기 기술된 방법과 동일한 방법에 의해 결정된다. 두께는, 제1도에 도시된 바와 같이 탄소 침착 작업을 조절하는 조절 신호를 결정하는 프로세서(28)에 의해 측정된다.

제9도에는 도파부(135)에서 종방향 슬롯(130, 132)을 통해 이동하는 탄소 코팅된 광섬유가 도시되어 있다. 도파부는 전파되는 전자기장과 함께 공급원(41) 및 라인(42)으로부터 여기된다. 슬롯(130, 132)은 도파부의 대향하는 넓은면의 중앙선에서 절단된다. 상기 슬롯은 섬유가 슬롯 경계와 절대 접촉하지 않도록 합당하게 가능한한 좁아야 한다.

이용가능한 부품 및 상기 부품의 크기의 편의를 위해 WR90 도파부와 10.5GHz에서 진동하는 클라이스트론이 설치를 위해 선택된다. 수정 다이오드는 도파부(135)의 출구 단부에서 검출기를 위해 사용된다. 클라이스트론과 검출기를 도파부에 연결시키기 위해 매칭부가 사용된다. 100마이크로와트 이하의 낮은 입사 파워 레벨에서, 검출기의 출력 전류는 도파부내의 전기장의 제곱에 비례한다. 상기 출력 전류는 그러므로 출력 파워에 비례한다. 상술한 특정 아이템과 매개 변수는 예에 의해 언급된다. 다른 크기, 주파수 및 파워 레벨 또한 사용될 수 있다.

상기 언급된 바와같이, 제9도에서의 클라아스트론에 의해 적용된 입력 신호는 도파부내에 전달되는 전자기장을 생성한다. 설치가 완벽하게 배치되는 드문 경우에 시간 평균된 수직 전기장의 크기는 피복된 섬유가 없는 경우 도파부(135)의 전체축을 따라 일정하다. 그 경우 섬유의 종방향 위치는 중요하지 않다. 설치가 매치되지 않는 보다 발생하기 쉬운 경우에는 정재파가 존재하므로 도파부(135)에는 적어도 부분 공진 상태가 존재한다. 매치되지 않은 설치에서는 보다 큰 파워가 전도성 코팅에 의해 흡수되는, 전기장 강도가 보다 큰 위치가 있다. 도파부내의 스크류 및 아이리스(iris)를 회전시키므로써 고의의 미스매치가 생성될 수 있다. 상기의 잘못 매치된 경우, 섬유의 최소 종방향 필드 구배에 대응하는 전기장 최대와 일치하는 종방향 위치에 신중히 위치된다.

전도성 탄소 코팅된 광섬유(20)가 도파부를 통해 이동할 때, 전도성 코팅은 섬유의 축과 평행한 전기장 구성 성분과 상호 작용할 것이다. 전달된 파워는 탄소 코팅내의 교류를 생성하므로써 감소된다. 파워 손실량은 섬유상 탄소 코팅의 콘덕턴스 기능이다. 균일한 외경이 광섬유에 있어서, 탄소 코팅의 콘덕턴스는 변수인 탄소 코팅 두께와 탄소의 전도성에 의존한다.

따라서 탄소 코팅의 일정치 않은 두께에 의존하므로써 검출 및 분석 프로세서(28)는 주어진 주파수에서 특정의 일정 입력 신호 신호 파워에 대한 변화가능한 전달 손실을 측정할 것이다.

제10도는 탄소 코팅의 몇몇 실제예의 콘덕턴스 또는 두께에 대한 전달된 파워 손실의 측정(134, 136, 137, 138, 139)결과를 도시한다.

제11도에는 유전체(144)에 의해 분리된 중앙 전도체(142)와 외부 실린더 전도체(141)를 갖는 동축 전달라인(140)이 도시되어 있다. 상기 동축 전달 라인(140)이 교류 신호 공급원(41)에 의해 여기될 때, 그 길이를 따라 전자기장이 확립된다. 검출, 분석 및 피이드백 프로세서(28)는 동축 전달 라인(140)부의 원위 단부에서 출력 신호의 크기를 결정한다. 동축 전달 라인(140)의 선정된 직경을 따라서는 동축 전달 라인을 통과하여 완전히 관통된 구멍(146)이 있다. 측정될 광섬유(20)는 섬유 드로잉 작업도중 구멍(146)을 통과하여 이동한다.

여기된 전자기장이 제12도의 단면도에 도시된 바와 같이 반경방향 전기장을 확립하기 때문에, 제11도 및 제12도에 도시된 바와 같이 섬유(20)상의 코팅과 다소 평행한 방향의 상기 전기장의 구성 성분이 존재한다. 전도성 탄소 코팅은 반경방향 전기장의 구성 성분에 이해 유도되는 교류를 갖게될 것이다. 그러므로 탄소 코팅된 섬유에 의해 파워가 흡수되거나 분산되며, 출력 신호 파워의 최종 감소는 검출, 분석 및 피이드백 프로세서(28)에 의해 측정된다.

제13도에는 광섬유(20)상의 탄소 코팅 두께를 측정하고 조절하기 위한 동축 공진기 장치(150)가 도시되어 있다. 외부 동축 전도체(151)와 중앙 전도체(152)는 유전체(154)에 의해 분리되어 있다. 단락 플레이트(155, 156)는 동축 공진기(150)의 각 단부에 부착된다. 중앙 구멍(157)은 제14도에 도시된 바와 같이 전체 전달라인을 통과하여 중앙 전도체(152)의 중앙축을 따라 절단된다. 제13도의 동축 공진기(150)는 유전체(154)내의 화살표로 도시되는 전자기장을 생성하기 위해 교류 신호(41)의 공급원에 의해 여기된다.

섬유(20)의 축과 정렬된 전기장 부분은 섬유의 드로잉 작업중에, 이동하는 섬유상의 전도성 탄소 코팅에서 교류를 유도한다. 검출, 분석 및 피이드백 프로세서(20)는 탄소 코팅의 두께를 측정하며, 탄소 침착 공정을 조절하는 신호를 생성한다.

제15도에서 측정 장치(170), 공기와 같은 유전체(174)에 의해 챔버로부터 보통 분리되어 있으며 일단부(173)에서만 전도성 챔버(171)에 부착되어 있는 전도성 코일(172)과 전도성 챔버(171)를 포함한다. 코일(172)은 초전도체 재료로부터 조립될 수 있다. 입력 커플링 루우프(176)를 사용하여 공급원(41)로부터의 무선주파수 신호로 코일(172)을 여기시키므로써, 전자기장의 코일(172)을 따라 내부에 확립된다. 상기 측정장치(170)를 적절히 설계하므로써, 교류 전기장 구성 성분은, 중앙축을 따르는 방향의 화살표에 의해 도시된 바와 같이 코일(172)의 중앙축을 따라서 강하다. 탄소 코팅된 섬유(20)는 전기장을 통과하여 이동하여 그것으로부터 파워를 흡수한다. 검출된 파워는 출력 커플링 루우프(177)에 의해 공진기로부터 추출된다. 전기적 커플링은 입력 및 출력 자기 커플링 루우프로 대치될 수 있다. 전달 응답은 탄소 코팅은 콘덕턴스와 관련된다. 검출, 분석 및 피이드백 프로세서(28)는 전도성 탄소 코팅의 두께를 결정하고, 탄소 침착 공정을 조절하기 위한 신호를 발전시킨다.

제16도에서 측정 장치(180)는 섬유 주변의 전도성 코팅과 공명 공동 동작사이에 중요한 상호 작용을 허용하도록 광섬유(20)의 표면에서 충분한 크기의 원주 전기장을 발전시키기 위해 밀리미터 파장대에서 작동하는 원형의 전기적 TE 모드 공명 공동(181)을 포함한다. 여기서 TE 모드 작동을 보증해 보면, 윌름슈르스트가 저술한 전자 스핀 공진 분광계라는 제목의 책 199 내지 204 페이지에 기술된 것과 같은 파운드 안정기를 사용하는 기술, 안정한 파워 공급을 사용하는 기술, 도파관의 찌그러짐을 최소로 하는 기계적인 형상을 사용하는 기술, 만곡부상에서 소량의 위상 이동 이상은 생성하지 않는 동축 케이블 부분을 사용하는 기술, 낮은 열팽창 도파부를 사용하는 기술, 최소 길이의 마이크로파 통로를 이용하는 기술 및, 하나는 참고용이고 하나는 출력에 대한 피복된 섬유의 효과를 측정하기 위한 두개의 동등한 도파 센서 시스템을 포함하는 통상의 공급원에 이해 공급되는 2아암 시스템을 사용하는 기술과 같은 여러가지 기술이 사용되어 왔다. 상기 기술의 사용 여부는 요구되는 민감도와 테스트 환경에 있어서의 주위 변화의 엄격함에 달려있다.

전술된 2포트 장치는 모두 동일한 기능을 수행하기 위해 반시계 또한 순환기를 사용하는 단일 포트 유사물을 갖는다.

광섬유에 침착된 코팅 두께의 동력학적 조절은 하기의 4가지 매개변수 즉 (1) 전계 가스 챔버로 들어가는 섬유의 온도, (2) 침착될 탄소 원자를 포함하는 아세틸렌 가스의, 전계 가스 챔버에서의 농도, (3) 전계 가스 챔버에서의 아세틸렌 가스 챔버 및, (4) 뜨거운 섬유의 상기 챔버내 아세틸렌 가스에의 노출시간중 하나 이상을 감지하고 조절하므로써 성취한다. 정밀한 분석을 하면, (1) 전계 가스 챔버의 원통형 벽(183)은 에스. 이. 밀러에게 허여된 미합중국 특허 제2,848,696호에 기재된 바와 같이, 원주벽 전류 흐름을 선호하며 축방향 벽 전류 흐름에 대해 차별적인 비등방성의 전도체가 될 수 있다. 보다 높은 치수의 다른 원형 전기 모드 또한 공동에서 사용될 수 있다.

TE₁모드를 효과적으로 발진시키고 검출하며 다른 불필요한 모드에 대해 차별화하기 위해, 작은 도파 커플링 구멍(184)의 형태의 위상이 거꾸로된 자기 탐침이 도파 공동의 짧은 회로 단부 플레이트(185, 186)내부로 도입된다. 상기 예에서의 역위상 배치는 혼성물 접합점과 도파부(188)의 차등부(△)내부로 마이크로파 공급원(41)을 공급하고, 공동으로부터 도파부(189)와 기타 혼성물을 거쳐 출력 신호를 추출하므로써 설명된다. 합계부(Σ)는 종결 소자(187)에 의해 종결된다.

논의된 종래의 예에서와 마찬가지로, 공명 공동 동작은 제6도에 도시된 것이다. 출력 에너지는 광섬유(20)상의 코팅 두께를 측정하고 조절하는 검출, 분석 및 피이드백 프로세서(28)로 차등부(△)와 리이드(52)를 통과하여 거플링된다.

주위 변화에 의해 야기되는 바람직하지 않은 결과를 최소화하기 위해서, 안정 조절된 주위내에서 섬유 드로잉 공정과 코팅 공정을 수행하는 기술, 제9도에서 제시된 전자기장 측정을 전달하기 위해 매우 안정한 진동차를 온도 조절된 주위에서 사용하는 기술, 뉴욕 플레늄 출판사에서 출판된 티. 에이치. 위치를 이동시키고, (2) 전계 가스 챔버의 길이를 변화시키며, (3) 가스 혼합체를 변화시키고, (4) 섬유 드로잉 속도를 변화시키거나, (5) 로의 온도를 변경시키는, 다른 장치는 제조 방법의 상기 네가지 매개변수를 기본적으로 하나이상 변경시킨다.

그러므로 이동하는 광섬유에 침착된 얇은 탄소 코팅의 두께를 측정하고 동력학으로 조절하기 위한 방법이 기술되어 왔다. 상기의 측정 및 조절 방법을 수행하기 위한 장치중 어느것도 제조 과정중에 섬유 또는 코팅과 물리적으로 접촉하지 않는다. 기술된 방법 모두와, 그 관점이 명백한 기타의 방법은 첨부되는 청구범위에 의해 커버될 것으로 생각된다.

Claims (13)

1. 이동하는 연신된 절연성 재료에 전도성 코팅을 침착시키고 상기 전도성 코팅의 두께를 결정하는 단계를 포함하는, 연신된 절연성 재료의 전도성 코팅 방법으로서, a) 상기 절연체를 관통시키기 위해 양단부에 개구를 갖는 도파관이나 전기 공동에 무선 주파수 범위가 10MHz 내지 150GHz 범위인 진동 주파수를 갖는 전자기장을 형성하는 단계와, b) 전도성 코팅된 연신된 절연체를 상기 개구를 통해 전자기장에 의해 그리고 상기 공동이나 도파관의 벽과의 일체의 물리적인 접촉없이 이동시켜 전자기장을 통과하게 하는 단계와, c) 전자기장의 변화에 반응하여 전도성 코팅의 두께를 나타내는 신호를 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연신된 절연성 재료의 코팅 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 도파관에 전자기장을 형성하기 위해 입력 신호를 적용하는 단계와, 빈 도파관내의 전자기장으로부터 에너지 샘플을 추출하는 단계와, 코팅이 전자기장과 정렬하는 상태에서 코팅된 연신 절연체를 도파관을 통해 이동시키는 단계와, 코팅체가 도파관을 통해 이동하는 상태에서 도파관내 전자기장으로부터 에너지 샘플을 추출하는 단계와, 코팅의 두께를 결정하기 위해 상기 이동하는 전도성 코팅된 절연체를 갖는 도파관으로부터의 에너지 샘플을 빈 도파관으로부터의 에너지 샘플과 비교하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 빈 도파관은 전도성 코팅되지 않은 절연체를 포함하며, 상기 비교 단계는 코팅된 그리고 코팅되지 않은 절연체에 대한 에너지 샘플의 비교를 포함하는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
4. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 전자기장은 장방형 도파관 섹션의 대향 단부상에서 말단부를 매치시키므로써 형성되며, 상기 개구는 도파관의 대향하는 넓은 벽에 있는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
5. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 도파관 섹션은 개구를 갖는 벽에 수직하게 배치된 각각의 벽에 의해 종결되는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
6. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 전자기장은 양단부에서 단락된 장방향 도파관의 절반 안내 파장 섹션에서 형성되며 상기 개구는 도파관의 대향하는 넓은 벽에 있는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
7. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 전자기장은 코팅된 섬유를 전자기장을 통해 연속적으로 이동시키기 위해 원형의 상부 및 하부 단락 플레이트를 통한 개구에 의해 원통형의 공진 공동내의 형성되는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
8. 제1항, 제2항, 또는 제3항에 있어서, 상기 전자기장은 코팅된 섬유를 전자기장을 통해 연속적으로 이동시키기 위해, 양단부에서 단락되고 그 중심축을 따라 단부대 단부 개루를 갖는 동축의 공동내의 반경 방향모드 및 종방향 모드로 형성되는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
9. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 전자기장은 코팅된 섬유를 전자기장을 통해 연속적으로 이동시키기 위해 동축 라인에 반경 방향 모드로 형성되는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
10. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 전자기장은 코팅된 섬유가 전자기장내에서 연속으로 이동할 때 통과하는 나선형 코일에 형성되는 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
11. 제1항, 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 절연체는 코어와 피복체를 갖는 광섬유이고 상기 코팅물은 주로 광섬유를 밀봉시키는 탄소로 구성되며, 상기 광섬유는 광섬유 에비성형체의 단부 부분을 가열하고 이 가열된 부분으로부터 재료를 드로잉하여 가늘고 긴 이동 광섬유로 만들어내므로써 제조되며, 상기 코팅은 기체상 탄소 함유 혼합물이 광섬유내의 열에 반응하여 분해되는 주로 기본 탄소로 구성되는 코팅이 광섬유를 효과적으로 밀봉시키기에 충분히 두껍고 탄소 코팅의 섬유 강도를 저하시킬 수 있는 균열 경향을 방지하기에 충분히 얇은 두께로 광섬유의 표면에 침착되는 조건하에 이동 광섬유를 상기 기체상 탄소 함유 혼합물에 노출시키고, 이동하는 광섬유상에 침착되는 탄소 코팅의 두께에 따라 전기적 상태량을 부분적으로 비접촉 측정하고 탄소 코팅의 전기 전도성 측정에 사용되는 무선 주파수 회로의 전기적 특성을 측정하며, 측정된 전기적 특성에 반응하여, 이동 광섬유에 침착되는 탄소 코팅의 두께를 제어하기 위해 매개변수들, 즉 (a) 이동 광섬유의 온도, (b) 탄소 함유 혼합물의 농도, (c) 탄소 함유 혼합물의 압력, (d) 광섬유가 탄소함유 혼합물에 노출되는 기간중 적어도 하나의 매개변수를 변화시키므로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 코팅방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 전기적 특성은 무선 주파수 회로의 특성 인자(Q) 또는 무선 주파수 회로로부터의 출력 에너지인 것을 특징으로 하는 코팅 방법.
13. 제1항 또는 제12항에 있어서, 상기 진동 주파수는 10.5GHz인 것을 특징으로 하는 코팅 방법.

Images