NL1028655C2

NL1028655C2 - Werkwijze voor het bepalen van de fundamentele oscillatiefrequentie in een optische vezel, alsmede toepassing van een aldus gemeten trekkracht.

Info

Publication number: NL1028655C2
Application number: NL1028655A
Authority: NL
Inventors: Johannes Antoon Hartsuiker
Original assignee: Draka Comteq Bv
Priority date: 2005-03-30
Filing date: 2005-03-30
Publication date: 2006-10-03
Also published as: US7228245B2; CN100535621C; ATE518123T1; DK1707933T3; EP1707933A1; CN1847811A; US20060224270A1; EP1707933B1

Description

ft ,

Korte aanduiding: Werkwijze voor het bepalen van de fundamentele oscillatiefrequentie in een optische vezel, alsmede toepassing van een aldus gemeten trekkracht.

5 De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het bepalen van de fundamentele oscillatiefrequentie in een optische vezel tijdens het trekken daarvan uit een optische voorvorm, waarbij het trillen van de optische vezel loodrecht op de longitudinale as daarvan wordt gemeten ter vorming van een frequentiespectrum onder 10 toepassing van Fast Fourier Transformatie (FFT) waaruit de fundamentele oscillatiefrequentie wordt bepaald. Verder heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een bijzondere toepassing van een met een dergelijke werkwijze gemeten fundamentele oscillatiefrequentie, welke fundamentele oscillatiefrequentie kan worden omgezet in de trekkracht.

15 De in de aanhef genoemde werkwijze is op zich bekend uit het Amerikaanse octrooi schrift 4.692.615, waarbij de trekkracht in een vezel tijdens het trekproces wordt bepaald door de fundamentele oscillatiefrequentie door middel van Fast Fourier Transformatie te bepalen. Uit dit document is het bekend dat het vibratiegedrag van een 20 optische vezel tijdens het trekken overeenkomt met het vibratie of trillingsgedrag van een snaar onder spanning die aan beide uiteinden is gefixeerd. Volgens de daaruit bekende methode is gebleken dat de transverse beweging van een optische vezel tijdens het trekproces kan worden opgedeeld in een aantal harmonische partities en dat de frequentie 25 daarvan is gerelateerd aan de spanning in de vezel. Aldus wordt de harmonische analyse van de transverse vibratiebeweging van de optische vezel toegepast om de trekkracht te bepalen, waarbij voor een constante oventemperatuur de treksnelheid en de trekkracht onderling lineair met elkaar zijn verbonden. Derhalve werd de nauwkeurigheid van de 30 frequentiemethode voor het monitoren van de trekkracht verder verhoogd door het op de meetwaarden uitvoeren van een lineair regressiemodel.

1028655-

I J

2

Echter, de trekkracht die via een dergelijke methode wordt bepaald blijkt in de praktijk een grote spreiding te vertonen, waarbij tevens kan worden opgemerkt dat uit het aldus verkregen FFT spectrum de fundamentele oscillatiefrequentie niet nauwkeurig is te bepalen. Uit het Amerikaans 5 octrooi schrift 5.079.433 is ook een methode bekend voor het bepalen van de fundamentele oscillatiefrequentie onder toepassing van FFT, waarbij een extra controle op de tweede harmonische oscillatiefrequentie wordt toegepast. Een nadeel van een dergelijke tweede harmonische oscillatiefrequentie is dat deze in de praktijk een piekniveau heeft die 10 enige orders lager ligt dan de fundamentele oscillatiefrequentie en het bepalen hiervan in het frequentiespectrum moeilijk is.

Bij de fabricage van glasvezels voor tele- of datacommunicatie wordt een voorvorm onder verhitting ervan uitgetrokken tot een glasvezel met een diameter van 125 μιη. Bij deze fabricagestap 15 wordt de voorvorm langzaam in een oven ingevoerd, waarbij de voorvorm wordt verhit tot circa 2000 °C. In de oven smelt de voorvorm en wordt de voorvorm uitgetrokken tot een glasvezel, die aan de andere zijde de oven verlaat. De gevormde glasvezel wordt afgekoeld, van een beschermende coatinglaag voorzien en op een trommel gewikkeld. De trekkracht waarmee 20 de vezel uit de hete oven wordt getrokken is een belangrijke parameter, die onder meer bepalend is voor de sterkte en optische eigenschappen van de vezel.

Vóórdat de glasvezel is voorzien van een beschermende coatinglaag is deze erg kwetsbaar voor beschadigingen. Beschadigingen 25 verzwakken de glasvezel, waardoor deze kan breken, wat ongewenst is. Daarom wordt de ruimte waarin de onbeschermde glasvezel loopt stofarm gemaakt door middel van bekende cleanroom-technieken. Toch komt het voor dat alle optische vezels afkomstig uit één voorvorm, of grote delen van de optische vezel uit één voorvorm te zwak zijn voor verdere verwerking. 30 Microscopisch onderzoek van dergelijke optische vezel heeft laten zien dat dit vaak werd veroorzaakt door minuscule krasjes op t 028655- 3 de optische vezel. Men denkt dat dit komt doordat de onbeschermde optische vezel in de trektoren een component raakt, of glassplinter, of een glasvezeltje, wat bijvoorbeeld in een koelhuis zit. Ondanks voorzorgsmaatregelen zoals visuele inspectie of het reinigen van 5 koelhuizen met borstels voor het starten van het trekproces worden er af toe zwakke vezels geproduceerd.

Een doel van de onderhavige uitvinding is aldus het verschaffen van een werkwijze waarmee nauwkeurig de trekkracht van een optische vezel tijdens de productie hiervan kan worden bepaald.

10 Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze die informatie verschaft of de optische vezel tijdens het trekproces hiervan in aanraking komt met de in een trektoren toegepaste elementen.

I Een ander doel van de onderhavige uitvinding is het ! 15 verschaffen van een werkwijze die informatie verschaft over bepaalde procesomstandigheden zoals de temperatuur en/of de treksnelheid tijdens het trekken van de optische vezel.

De werkwijze zoals vermeld in de aanhef wordt gekenmerkt doordat de werkwijze de volgende stappen omvat: 20 i) het vaststellen van het frequentiespectrum, II) het mathematisch bewerken van een aantal spectra zoals bepaald in stap i) ter verkrijging van een samengesteld spectrum, III) het opnieuw vaststellen van het spectrum, iv) het uit het samengestelde spectrum verwijderen van 25 het oudste spectrum, v) het mathematisch bewerken van het spectrum volgens iv) en het spectrum verkregen volgens iii) ter verkrijging van het samengestelde spectrum, vi) het uit het samengestelde spectrum bepalen van de 30 fundamentele oscillatiefrequentie, en vii) het eventueel herhalen van stappen iii) - vi).

1028 6 55- 4

De onderhavige uitvinders hebben aldus een werkwijze ontwikkeld waardoor het mogelijk is gebleken om aan de hand van de "trillende snaar methode" een betrouwbare waarde van de fundamentele oscillatiefrequentie, of een daaraan gerelateerde parameter, te weten de 5 trekkracht in de optische vezel te bepalen terwijl deze optische vezel wordt vervaardigd. Over een weglengte L in een trektoren bezit de optische vezel een fundamentele oscillatie, die overeenkomt met de trekkracht volgens de relatie Τ=(2.1_.ΐ)2.μ (T = trekkracht, L = vrije lengte, f = oscillatie-frequentie, μ = de lineaire dichtheid van de 10 vezel). Aldus kan met behulp van het samengestelde spectrum de trekkracht nauwkeurig worden bepaald. Door uit het samengestelde spectrum steeds de oudste meting te verwijderen en deze aan te meten met een nieuwe meting van het op dat moment heersende frequentiespectrum, is een stabiele meting verkregen. Volgens de onderhavige werkwijze wordt het trillen of 15 het vibreren van de optische vezel loodrecht op de longitudinale as gemeten. Van deze trilling wordt een aantal, veel in de tijd gezien opeenvolgende, frequentiespectra vastgesteld met behulp van FFT-analyse.

Vervolgens wordt een aantal van deze frequentiespectra bij elkaar opgeteld of met elkaar vermenigvuldigd, waarbij het resultaat van deze 20 mathematische bewerking een contrastrijke piek in het frequentiespectrum is, waarvan de ligging volgens eenvoudige wijze is te bepalen. Deze contrastrijke piek, ook wel aangeduid als de fundamentele oscillatiefrequentie, wordt toegepast in de onderhavige uitvinding. De voor de genoemde mathematische bewerking toegepaste array dient continu 25 te worden aangevuld met een nieuw frequentiespectrum waarbij het oudste frequentiespectrum dient te worden verwijderd waardoor aldus een stabiele meetmethode ontstaat die continu kan worden toegepast tijdens het produceren van de optische vezels.

In een bijzondere uitvoeringsvorm is het gewenst dat het 30 samengestelde spectrum uit ten minste 5 afzonderlijke spectra is samengesteld, in het bijzonder dat het samengestelde spectra uit ten j 1028655- 5 hoogste 20 afzonderlijke spectra is samengesteld. Door het samengestelde spectrum uit ten minste 5 afzonderlijke spectra op te bouwen wordt een significante onderdrukking van de spreiding in de contrastrijke piek, in het bijzonder een trekkrachtmeting, verkregen. Indien een dergelijke 5 mathematische bewerking met meer dan 20 afzonderlijke spectra wordt uitgevoerd, is geen noemenswaardige verbetering van de spreiding waarneembaar. Daarnaast is het mogelijk dat de onderhavige werkwijze kan worden aangevuld door het middelen van een aantal opeenvolgende resultaten, waardoor de spreiding nog verder kan worden verlaagd.

10 De onderhavige uitvinders hebben gevonden dat, wanneer de optische vezel tijdens het trekproces ergens tegenaan loopt, dit zal leiden tot een afwezigheid van de fundamentele oscillatiefrequentie in de optische vezel in het gemeten frequentiebereik. Ook is gebleken dat het niet continu aanlopen van de optische vezel in de praktijk zal leiden tot 15 een sterk wisselend patroon van de fundamentele oscillatiefrequentie, welke oscillatiefrequentie zoals hiervoor beschreven kan worden bepaald.

De fundamentele oscillatiefrequentie kan tijdens het trekproces continu worden gevisualiseerd op een monitor, waarbij het daarnaast mogelijk is om met behulp van een computer en software de aan- of aanwezigheid van de 20 fundamentele oscillatiefrequentie waar te nemen waarbij een alarm (hoorbaar of zichtbaar) wordt gegenereerd indien de fundamentele i oscillatie afwezig is. Aldus kan bij een afwezigheid van de fundamentele oscillatiefrequentie een werknemer tijdens het trekproces de trektoren controleren op de vrije vezel loop en eventueel het trekproces stoppen, 25 indien gewenst. Derhalve is het mogelijk dat wordt voorkomen dat een optische vezel wordt geproduceerd die niet aan de vereiste specificaties voldoet.

De tijdens het trekken van een optische vezel uitgeoefende trekkracht is onder meer afhankelijk van de temperatuur in de oven en de 30 snelheid waarmee de vezel wordt uitgetrokken. In een oven met een hogere temperatuur zal het materiaal van de optische vezel zachter worden 1028655- ' » 6 waardoor aldus de trekkracht zal afnemen. Indien een hogere treksnelheid wordt toegepast, dan zal er meer trekkracht op de optische vezel worden uitgeoefend waardoor de trekkracht hoger wordt. Met de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding waarin volgens nauwkeurige wijze de 5 fundamentele oscillatiefrequentie wordt bepaald, is het derhalve mogelijk gebleken de temperatuur van de trekoven en/of de treksnelheid bij te sturen.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het regelen van de temperatuur in een trekoven in welke j 10 trekoven een optische voorvorm aan een uiteinde wordt verwarmd waarna uit het aldus verwarmde uiteinde een optische vezel wordt getrokken waarbij de fundamentele oscillatiefrequentie, of een daaraan gerelateerde parameter zoals de trekkracht, bepaald zoals hiervoor omschreven, wordt toegepast voor het regelen van de temperatuur van de trekoven.

15 De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het instellen van de treksnelheid van een optische vezel in een trektoren, waarbij in een trekoven een optische voorvorm aan een uiteinde wordt verwarmd waarna uit het aldus verwarmde uiteinde een optische vezel wordt getrokken waarbij de fundamentele 20 oscillatiefrequentie, of een daaraan gerelateerde parameter zoals de trekkracht, zoals bepaald in de onderhavige werkwijze, wordt toegepast voor het instellen van de treksnelheid.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het controleren van de vezel loop in de trektoren waarbij 25 in een trekoven een optische voorvorm aan aan uiteinde wordt verwarmd waarna uit het aldus verwarmde uiteinde een optische vezel wordt getrokken, waarbij de fundamentele oscillatiefrequentie, of een daaraan gerelateerde parameter zoals de trekkracht, zoals bepaald in de onderhavige werkwijze, wordt toegepast voor het controleren van de vrije 30 vezel loop in de trektoren.

De onderhavige uitvinding heeft verder betrekking op de i 1028655- 7 * .

bijzonder toepassing van de fundamentele oscillatiefrequentie, of een daaraan gerelateerde parameter zoals de trekkracht gemeten volgens de onderhavige werkwijze, zoals nader omschreven in de bijgevoegde conclusies.

5 De onderhavige uitvinding zal hierna aan de hand van een aantal voorbeelden worden toegelicht, waarbij echter dient te worden opgemerkt dat de onderhavige uitvinding in geen geval tot dergelijke bijzondere voorbeelden is beperkt.

Ter vergelijking dienend voorbeeld 10 Met behulp van een commercieel verkrijgbare diametersensor wordt de positie van de optische vezel in een trektoren gedurende een bepaalde tijd gemeten. In het bijzonder wordt in 5 tot 30 milliseconden een FFT spectrum bepaald uit 1024 samples. De sensor meet de positie van de vezel tussen de oven en de coater, waar de optische vezel wordt 15 voorzien van een beschermende coatinglaag. In de weglengte L tussen het punt waar de optische vezel uit de voorvorm wordt gevormd in de oven en het punt waar de optische vezel wordt voorzien van een beschermende coating bezit de vezel een fundamentele oscillatie, die overeenkomt met de trekkracht volgens de relatie Τ=(2.ί.ί)ζ.μ (T = trekkracht, L = vrije 20 lengte, f = oscillatiefrequentie, μ = de lineaire dichtheid van de vezel). Van deze gegevens (positie versus tijd) is met FFT een frequentiespectrum gemaakt, weergegeven in figuren 1 en 2.

In beide spectra van Figuren 1 en 2, welke figuren elk een verschillend tijdstip in het trekproces weergeven, is het moeilijk om de 25 exacte piek te bepalen die overeenkomt met de fundamentele oscillatie van de optische vezel. Door gebruik te maken van verschillende uitmiddelingstechnieken en de hierboven genoemde relatie voor de trekkracht is het mogelijk om onder stabiele productieomstandigheden een meting van de trekkracht te verkrijgen met slechts een standaarddeviatie 30 van ca. 30 %, welke waarde in de praktijk ontoelaatbaar is.

1028655- • ► 8

Voorbeeld (volgens de uitvinding)

Op dezelfde manier als in het ter vergelijking dienend voorbeeld wordt een frequentiespectrum van de optische vezel bepaald.

Echter, een aantal achtereenvolgende spectra wordt bewaard en met elkaar 5 vermenigvuldigd. Door 5 tot 10 spectra met elkaar te vermenigvuldigen ontstaat in een samengesteld spectrum, waarin een duidelijke piek waarneembaar is, zoals weergegeven in Figuur 3.

Door de spectra die met elkaar worden vermenigvuldigd gedurende het trekproces van de optische vezel aan te vullen met nieuwe 10 spectra en de oudste spectra te verwijderen ontstaat een continue meting tijdens het trekproces weergegeven middels een samengesteld spectrum volgens Figuur 3. Uit de ligging van de duidelijk waarneembare frequentiepiek van de vermenigvuldigde spectra kan de trekkracht met de gebruikelijke formule worden berekend. De aldus verkregen meting van de 15 trekkracht onder stabiele productieomstandigheden heeft een standaarddeviatie van ca. 10 %, welke waarde wezenlijk lager is dan de ! waarde zoals verkregen in het ter vergelijking dienende voorbeeld.

Door de aldus verkregen trekkrachtwaarden een aantal maal te middelen wordt een verdere verlaging van de spreiding verkregen. Bij 20 10 maal middelen wordt een verdere reductie in de spreiding verkregen tot onder 5%.

1028655-

Claims

1. Werkwijze voor het bepalen van de fundamentele oscillatiefrequentie in een optische vezel tijdens het trekken daarvan 5 uit een optische voorvorm, waarbij het trillen van de optische vezel loodrecht op de longitudinale as daarvan wordt gemeten ter vorming van een frequentiespectrum onder toepassing van Fast Fourier Transformatie (FFT) waaruit de fundamentele oscillatiefrequentie wordt bepaald, met het kenmerk, dat de werkwijze de volgende stappen omvat: 10 i) het vaststellen van het frequentiespectrum, ii) het mathematisch bewerken van een aantal spectra zoals bepaald in stap i) ter verkrijging van een samengesteld spectrum, iii) het opnieuw vaststellen van het spectrum, iv) het uit het samengestelde spectrum verwijderen van 15 het oudste spectrum, v) het mathematisch bewerken van het spectrum volgens iv) en het spectrum verkregen volgens iii) ter verkrijging van het samengestelde spectrum, vi) het uit het samengestelde spectrum bepalen van de 20 fundamentele oscillatiefrequentie, vii) het herhalen van stappen iii)-vi).

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het mathematisch bewerken zoals toegepast in stap ii) en stap v) het optellen of vermenigvuldigen van spectra omvat.

3. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het samengestelde spectrum uit ten minste 5 afzonderlijke spectra is samengesteld.

4. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het samengestelde spectra uit ten 30 hoogste 20 afzonderlijke spectra is samengesteld.

5. Werkwijze volgens een of meer van de voorafgaande '1028655- 4 m conclusies, met het kenmerk, dat uit de fundamentele oscillatiefrequentie de trekkracht wordt bepaald.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de trekkracht volgens de relatie Τ=(2.ί.ί)2.μ (T = trekkracht, L = vrije 5 lengte, f = oscillatie-frequentie, μ = de lineaire dichtheid van de vezel) wordt bepaald.

7. Werkwijze voor het regelen van de temperatuur in een trekoven, in welke trekoven een optische voorvorm aan een uiteinde wordt verwarmd waarna uit het aldus verwarmde uiteinde een optische vezel wordt 10 getrokken, met het kenmerk, dat de fundamentele oscillatiefrequentie zoals bepaald volgens een werkwijze als omschreven in een of meer van de conclusies 1-4 wordt toegepast voor het regelen van de temperatuur van de trekoven.

8. Werkwijze voor het instellen van de treksnelheid van een 15 optische vezel in een trektoren, waarbij in een trekoven een optische voorvorm aan een uiteinde wordt, verwarmd waarna uit het aldus verwarmde uiteinde een optische vezel wordt getrokken, met het kenmerk, dat de fundamentele oscillatiefrequentie zoals bepaald in een of meer van de conclusies 1-4 wordt toegepast voor het instellen van de treksnelheid.

9. Werkwijze voor het controleren van de vrije vezelloop in een trektoren, waarbij in een trekoven een optische voorvorm aan één uiteinde wordt verwarmd waarna uit het aldus verwarmde uiteinde een optische vezel wordt getrokken, met het kenmerk, dat de fundamentele oscillatiefrequentie zoals bepaald in een of meer van de conclusies 1-4 25 wordt toegepast voor het controleren van de vrije vezelloop in de trektoren.

10. Toepassing van de fundamentele oscillatiefrequentie gemeten volgens een werkwijze als omschreven in een of meer van de conclusies 1-4 voor het regelen van de temperatuur van een trekoven, in welke trekoven 30 uit een verwarmd uiteinde van een optische voorvorm een optische vezel wordt getrokken. 1028655- r ^

11. Toepassing van de fundamentele oscillatiefrequentie gemeten volgens een werkwijze als omschreven in een of meer van de conclusies 1-4 voor het instellen van de treksnelheid van een optische vezel in een trektoren, waarbij een optische voorvorm aan een uiteinde hiervan in een 5 trekoven wordt verwarmd waarna uit het aldus verwarmde uiteinde een optische vezel wordt getrokken.

12. Toepassing van de trekkracht gemeten volgens een werkwijze als omschreven in een of meer van de conclusies 1-4 voor het controleren van de vezelloop in een trektoren, in welke trektoren in een trekoven een 10 optische voorvorm aan één uiteinde wordt verwarmd waarna uit het aldus verwarmde uiteinde een optische vezel wordt getrokken.

13. Toepassing van de trekkracht gemeten volgens een werkwijze als omschreven in een of meer van de conclusies 5-6 voor het regelen van de temperatuur van een trekoven, in welke trekoven uit een verwarmd 15 uiteinde van een optische voorvorm een optische vezel wordt getrokken.

14. Toepassing van de fundamentele oscillatiefrequentie gemeten volgens een werkwijze als omschreven in een of meer van de conclusies 5-6 voor het instellen van de treksnelheid van een optische vezel in een trektoren, waarbij een optische voorvorm aan een uiteinde hiervan in een 20 trekoven wordt verwarmd waarna uit het aldus verwarmde uiteinde een optische vezel wordt getrokken.

15. Toepassing van de trekkracht gemeten volgens een werkwijze als omschreven in een of meer van de conclusies 5-6 voor het controleren van de vezel loop in een trektoren, in welke trektoren in een trekoven een 25 optische voorvorm aan één uiteinde wordt verwarmd waarna uit het aldus verwarmde uiteinde een optische vezel wordt getrokken. 1028655-