NO892515L - Spole for optisk fiber, samt fremgangsmaate for aa fylle spolen. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for å vikle optisk fiber på en spole, og mer spesielt en fremgangsmåte for å vikle optisk fiber på en spole som tillater fritt avløp av fiberen fra spolen uten å danne klumper eller knuter, og som minimaliserer effekten på det optiske signal som passerer gjennom fiberen.

Det er utviklet eller er under utvikling et antall våpen og kommunikasjonssystemer som benytter en optisk fiber for toveis samband mellom to eller flere bevegelige legemer eller mellom et bevegelig legeme og en fast stasjon. Eksempler på slike anvendelser omfatter samband mellom fly, mellom et fly og et skip, og mellom et prosjektil så som en rakett eller bombekastergranat og en kontrollstasjon ved utskytningsstedet. Bruk av optiske fibere for slik kommunikasjon umuliggjør elektromagnetisk forstyrrelse og avlytting.

Optiske fibere har imidlertid visse ulemper som ikke finnes i andre former for kommunikasjon. Optiske fibere er skjøre og lett utsatt for brekkasje, mens et vaier-kommunikasjonssystem er sterkere. Foruten brekkasje, kan kommunikasjon ved optiske fibere bli degradert på grunn av små sprekker eller bøyer i fiberen, generert ved bøying eller andre påkjenninger på fiberen. Slik skade på en optisk fiber ikke bare reduserer fiberens holdbarhet over lengre tid, men den forårsaker også

tap av signalstyrke og innhold.

Typisk anvendelse av optisk fiber omfatter pakking av en kontinuerlig lengde av optisk fiber på en spole inne i et missil med en ende av fiberen festet til en operasjonsanordning i missilet, og festing av den andre enden av fiberen til en styrings- eller kommunikasjonsstasjon på utskytningsstedet. Etter avfyring av missilet strømmer fiberet fra spolen inne i missilet, og tillater toveis forbindelse med missilet under dets flukt.

Problemet er å frembringe en pålitelig og kompakt anordning for å pakke den optiske fiber på spolen på en slik måte at den minimaliserer påkjenning på fiberen, for å unngå uheldige virkninger på kommunikasjons-virkningen, og som tillater pålitelig utlegg av fiberen under missilets flukt.

Konvensjonelle fremgangsmåter for å vikle optiske fibere på en spole omfatter translasjon og rotasjon av spolen mens fiberen påføres. Ved slutten av et fiberlag blir translasjons-retningen reversert, mens viklingsretningen er den samme, og det neste lag blir lagt på. Dette resulterer i at stigningen mellom lagene blir reversert. For hver omdreining krysser fiberen to omdreininger i laget under, som vist skjematisk på figur 1 som viser en konvensjonell spole 5 med tilstøtende fiberlag 6, 7. Det øvre laget 7 krysser over det nedre laget 6 ved stedene merket 8 på hver side av spolen, hvor bare en side er synlig på figur 1.

Når optisk fiber blir viklet på denne måten, blir det en liten bøy eller mikrobøy ved hvert krysspunkt. Kompresjonspåkjenningen i glassfiberet i mikrobøyene bidrar betydelig til optisk dempning i en viklet spole. Påfølgende lag av fibere øker kompresjonspåkjenningen i hver mikrobøy, og øker optisk dempning proporsjonalt. Lengden av fiberen og rekkevidden for missilet begrenses av den optiske dempning i fiberen mellom den optiske sender og mottaker, og begrenser således avstanden mellom stasj oner.

Det punkt hvor laget som blir viklet krysser over laget under det, er en funksjon av viklings-strekk, viklingsvinkel og fibrenes overflatefriksjon. Strekket kan styres innenfor små toleranser, men de andre to faktorene ikke lett kan styres.

For å følge viklingsvinkelen kreves det komplisert og kostbart elektronisk utstyr. Viklingsprosessen må justeres for å ta i betraktning endringer i viklingsvinkelen. En endring i viklingsvinkelen er det samme som en endring i stigningen, slik at når stigningen endres, blir mellomrommet mellom tilstøtende fibere ujevnt. Virkningen av ujevne mellomrom er kumulativ, og etter at flere lag er viklet, oppstår det gap i viklingen. Disse gapene forårsaker at fibere fra et lag blander seg sammen med fibere i laget under, og resulterer i dårlig pålitelighet når fibrene blir trukket av spolen under transport mellom stasjoner. Denne sammenblanding av fiberviklinger kalles "slump".

For at krysningene skal skje jevnt, må viklingsvinkelen endres og overflatefriksjonen på fibrene må overvinnes. Siden overflatefriksjonen er et resultat av fremstillingsprosessen, vil friksjonsfaktoren endres for hvert produksjonsparti. Det er vanskelig å oppdage denne endringen under viklingsprosessen. Alle disse faktorene virker sammen til å gjøre viklingsprosessen komplisert. Denne kompleksiteten fører til at prosessen blir arbeidsintensiv, og reduserer påliteligheten. Det største bidrag til denne kompleksiteten er nødvendigheten for å krysse lagene under.

Forsøk er gjort på å frembringe en spole viklet med flere lag av optiske fibere med kryssende fibere. I den fremgangsmåten som er vist i US patent 3,586,563 til Fukami m fl. er viklingsretningen reversert etter fullføringen av hvert separat lag, slik at fibrene folder seg tilbake på seg selv og danner en sløyfe nær kanten på laget. Skjønt denne fremgangsmåten tjener til å redusere optisk dempning forårsaket av kryssende fibere, vil de frittstående sløyfer forårsake hekting når fibrene blir trukket av spolen med høy hastighet under bruk. De frittstående sløyfene ligger vanligvis i et plan i rett vinkel med spolens overflate, og strekker seg radielt i en høyde som er større enn lagtykkelsen, siden det er nødvendig med en ikke-null sløyferadius. Sløyfene skaper således vanskeligheter i den viklede fiberoverflate som kan fange eller hekte fibrene fra et overliggende lag når det blir trukket av.

Den foreliggende oppfinnelse frembringer fortrinnsvis en fremgangmåte og et apparat for å vikle en kontinuerlig lengde av optisk fiber på en spole i flere lag, uten krysninger og uten frittstående sløyfer, for bruk i et bevegelig eller utskutt missil. Viklingsmetoden minimaliserer påkjenninger på fiberen, mens den tillater fritt utløp av fiberen fra missilen uten hekting.

I samsvar med oppfinnelsens formål som utformet og beskrevet her, omfatter fremgangsmåten for å fremstille en spole fylt med en kontinuerlig tråd av kompaktviklet optisk fiber anordnet i flere lag hvor den fylte spole er uten kryssende fibere mellom de enkelte lag, følgende trinn: fremstilling og montering på en viklemaskin av en spole med en første aksiell ende, en andre aksiell ende og en snu-post nær hver ende; vikling av et første lag av optisk fiber i en første retning rundt spolen, med start fra den første aksielle ende og fortsettelse i en første aksiell retning til den andre aksielle ende, hvor det første viklingstrinn omfatter aksiell kontakt mellom tilstøtende omdreininger av optiske fibere; anbringelse av en løkke av fibere rundt snuposten nær den andre aksielle ende slik at det dannes en sløyfe-ende; vikling av et annet lag av optisk fiber i en annen, reversert viklingsretning rundt spolen i en annen, reversert fyllingsretning fra den andre aksielle enden til den første aksielle ende, hvor det andre viklingstrinn omfatter aksiell kontakt mellom tilstøtende omdreininger av optiske fibere; anbringelse av en løkke av optisk fiber rundt snuposten nær den første aksielle ende, slik at det dannes en andre sløyfe-ende, hvor begge sløyfene ligger i hovedsak flate mot periferioverflaten; gjentagelse av de ovennevnte trinn med vikling, snuing med løkke, reversvikling og ny snuing til spolen er fylt til ønsket nivå; og fjerning av den kompakt fylte spole fra viklingsmaskinen.

Den foretrukne utførelse av fremgangsmåten omfatter også fjerning av snupostene fra den fylte spolen for å frigjøre sløyfe-endene, og påføring av et klebemiddel til de frie sløyfe-endene.

Videre, ifølge den foreliggende oppfinnelse som utført og beskrevet her, spolen for å holde flere lag av en kontinuerlig tråd av optiske fibere omfatter fortrinnsvis en sylindrisk del med den motsatte aksielle ender, og et par fiber-snuposter avtagbart festet til den sylindriske delen, en nær hver aksiell ende.

Ifølge ett annet aspekt ved den foreliggende oppfinnelse,

er det anordnet en spole fylt med en kontinuerlig tråd av optiske fibere, som omfatter en sylindrisk spoledel med en perifer overflate og motsatte aksielle ender; et antall lag av optiske fibere viklet rundt spoledelen og plassert mellom de motsatte endene, der lagene består av en kontinuerlig tråd av optiske fibere med tilstøtende omdreininger av fibertråd i hvert lag ligger i aksiell kontakt med hverandre, og hvor lagene er uten kryssende fibere; og første og andre antall av fibertråd-sløyfer nær de respektive aksielle ender, hvor hver av sløyfene ligger i hovedsak flate mot spoleformdelens perifere overflate.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et perspektivriss av en konvensjonell spole viklet med optiske fibere ved bruk av en konvensjonell fremgangsmåte; og Fig. 2 viser et perspektivriss av en spole konstruert ifølge den foreliggende oppfinnelsen, og viklet med optiske fibere med bruk av fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse

Det henvises først til figur 2, som viser en spole 10 laget i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Spolen 10 tenkes avtagbart montert som en spindel 12 av en viklingsmaskin (vist med brutte linjer) for å fylles med en kontinuerlig tråd av optiske fibere 14 fra en fiberkilde (ikke vist). Fibertråden 14 er vist båret med viklingsmaskinens arm 16.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse består spolen for å holde flere lag av en kontinuerlig tråd av optiske fibere en sylindrisk del med motsatte aksielle ender og et par fiber-snuposter avtagbart festet til sylinderdelen, en post nær hver av de aksielle ender. Som forklart her og avbildet på figur 2, omfatter spolen 10 en hul sylindrisk del 20 med motsatte aksielle ender 22 og 24. Spolen 10 kan bli utført slik at den passer på spindelen 12 på forskjellige måter, så som ved not og fjær eller kiler (ikke vist). Spolen 10 omfatter også et par poster 26 (bare en er vist for klarhets skyld). En post nær hver av de aksielle ender 22, 24. Posten 26 danner en akse for å snu de optiske fibertrådene for å reversere viklingsretningen i spole-fyllingsmåten som skal beskrives nedenfor.

Snuposten 26 er fortrinnsvis i hovedsak i rett vinkel med den perifere overflate 26 på spolens sylindriske del 10. Spolen 26 bør også ha en minimums radius 3 0 som er stor nok til å hindre uakseptabel klemming av de optiske fibere 14 med resulterende degradering av signalene under bruk. Posten 26 kan også være skrånende, som vist på figur 2, hvor den gir økende radius med større avstand fra den perifere overflate 28, for bedre å holde stillingen for de resulterende sløyfene av optiske fibere, så som sløyfen 34 vist på figur 2.

Det er også å foretrekke at posten 26 kan fjernes fra sylinderdelen 20 etter at spolen 10 er fylt. Den tiltenkte bruk for den fylte spolen 10 omfatter anvendelser som krever fritt avløp av fibere som nevnt ovenfor, og permanente poster ville hindre eller umuliggjøre slik bruk. Som utført her har postene 26 en gjenget del 36 for å passe sammen med et gjenget hull (ikke vist) i den sylindriske delen 20. Andre konstruksjoner for avtagbare poster ville være åpenbare for en person som er kjent med denne teknikken, omfattende poster som kan brytes av. Slike avbrytbare poster ville ha kostnadsmessige fordeler, men kon-struksjonen måtte da være utført slik at det ikke ble ujevne kanter eller andre hindringer mot fritt avløp av fibertråden.

En slik konstruksjon med avbrytbare poster ville bety at postene ikke kunne brukes igjen, og de er derfor ikke så fordelaktige som en post som kan monteres eller fjernes etter valg.

Fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives i henhold til den utførelsen som er vist på figur 2.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse omfatter fremgangsmåten

for å produsere en spole fylt med en kontinuerlig tråd av kompaktviklet optisk fiber anordnet i flere lag hvor den fylte spole er uten kryssende fibere mellom de individuelle lag, trinnene med å fremstille og montere på en viklingsmaskin en spole med en første aksiell ende, en andre aksiell ende og et par snuposter, en plassert nær hver aksielle ende, og også trinnet med å vikle et første lag av optisk fiber i en første retning rundt spolen, med start ved den første aksielle ende, fortsettelse i en aksiell fyllingsretning frem til den andre aksielle ende. Det første viklingstrinn omfatter dessuten plassering av tilstøtende omdreininger av fiber i aksiell kontakt med hverandre.

Som utført her blir spolen 10 med posten 26 ført over og festet på spindelen 12, og den løse enden 14a på den optiske fibertråden festes til den sylindriske delen 20, for eksempel ved å føre den rundt posten (ikke vist) nær den aksielle ende 22. Deretter vikles et første lag 38 av optisk fiber mot klokkeretningen (pil 40A) rundt spolens sylindriske del 20. Som vist på figur 2 blir det individuelle omdreininger av optisk fiber i laget 37 anbrakt i kontakt med hverandre i fyllingsretningen 42A for å unngå mellomrom mellom omdreiningene og for å maksimalisere viklings-tettheten på spolen 10. Man kan tenke seg at viklingsmaskinen er av en type der spindelen 12 er roterbar rundt aksen

18, og også bevegelig i translasjon langs aksen 18, mens viklingsmaskinens arm 16 holdes fast. Viklingsmaskinens arm 16 kan imidlertid rotere mens spindelens 20 beveger seg i translasjon eller vice versa, eller viklingsmaskinens arm 16 kan bevege seg både i rotasjon og translasjon mens spindelen 12 holdes stille, som en fagmann på området vil forstå.

Videre, ifølge den foreliggende oppfinnelse, omfatter fremgangsmåten med ikke-kryssende lag de trinn at de optiske fiber legges i en løkke rundt snuposten nær den andre aksielle ende, og at et annet lag av optisk fiber vikles i den andre vikle-retning rundt spolen i en andre aksiell fyllingsretning fra den andre aksielle ende til den første aksielle ende. Den andre viklingsretningen er motsatt den første viklingsretningen, og det andre viklingstrinn omfatter anbringelse av tilstøtende omdreininger av fiber i det andre laget i aksiell kontakt med hverandre.

Som utført her blir fiberen 14 ført rundt posten 26 som er plassert nær den aksielle ende 24, for å danne en sløyfe 34, og både rotasjonsretningen og translasjonsretningen for spindelen 12 blir reversert for å vikle et annet lag 44 av optisk fiber 14. Det er viktig at snuposten 26 tjener til å orientere hver av sløyfene 34 slik at det ligger i hovedsak flate mot den perifere overflate 28. Siden tykkelsen av den resulterende sløyfe i radiell retning er i det vesentlige tykkelsen av fibertråden 14, skapes det ingen ruhet som ville forårsake hekting under anvendelser med fritt avløp. Det er også klart fra figur 2 at de indivicuelle omdreininger i laget 44 viklet i klokkeretningen 40B fortrinnsvis kan hvile i åpningene 46 som er utformet ved tilstøtende omdreininger i det første laget 38. De individuelle omdreininger i det andre lag 44 er også i aksiell kontakt i retningen 42B for å oppnå maksimum fiber-tetthet og å frembringe ikke-kryssende forhold.

Videre omfatter fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse de videre trinn med å snu det optiske fiberet rundt snuposten nær den første aksielle ende og gjenta viklingen, snuingen og reversvikling-trinnet i sekvens til spolen er full til ønsket nivå, fulgt av trinnet med fjerning av den fylte spole fra viklingsmaskinen. Som tidligere nevnt er det foretrukket at it posten 26 blir fjernet etter fullført viklingsoperasjon, som ved å skru ut en utførelse av posten 26 som er vist på tegningen.

I den utstrekning gjenbrukbare poster blir benyttet, ville det første trinn med å forberede spolen 10 omfatte montering av den avtagbare post 26.

For tiden er det dessuten foretrukket at et klebemiddel 48 så som (handelsnavn) Norland Optical Adhesive blir påført de frie sløyfene 34 for å holde dem i flat orientering og stilling før bruk. Alternativt kan hele den fulle spolen 10 inkludert sløyfene 34 bli dekket med klebemiddelet, og trinnet med påføring med klebemiddel kan utføres før eller etter fjerning av spolen fra spindelen 12.

Den viste fremgangsmåte, kalt "ikke kryssende vikling" eliminerer behovet for krysninger, og reduserer derved både kompleksiteten av viklingsprosessen og signaldempningen som er et resultat av krysninger. Som nevnt ovenfor omfatter vikling ved denne fremgangsmåte fortrinnsvis rotasjon og translasjon av spolen 10 med konstant hastighet, bestemt av den ønskede viklings-stigning. Snuposter så som posten 26 er anordnet på hver ende av spolen 10. Når et lag er ferdig, blir fiberen ført rundt posten 26 nær enden på spolen hvor viklingen er slutt, og spolens rotasjon og translasjon blir reversert. Dette resulterer i at det neste lag blir påført med samme stigning som laget under. Krysningene er eliminert, og fiber-påføringsvinkelen holdes konstant.

Som en følge av det ovenstående, omgår denne viklingsmåten de problemene som er møtt i tidligere kjent teknikk for å frembringe "ikke kryssende vikling". Eliminering av krysningene reduserer optisk dempning og øker den tillatte avstand mellom sender- og mottaker-stasjoner. Viklingsmåten er ikke sårbar for endringer i fiberens friksjon, og viklings-stigningen er jevn på grunn av fravær av krysninger. Videre kan viklingen bli utført hurtigere og mer gjentagbart på grunn av den konstante viklingsvinkel.

Det vil være åpenbart for fagfolk på dette område at forskjellige modifikasjoner og variasjoner kan utføres på spolen og "ikke-kryssende vikling"-fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse uten å avvike fra oppfinnelsens ånd og omfang, og slike modifikasjoner og variasjoner ansees for å ligge innenfor omfanget av de følgende krav.

Claims (13)

1. Fremgangsmåte for å produsere en spole fylt med en kontinuerlig tråd av kompakt viklet optisk fiber anordnet i flere lag, hvor den fylte spolen er fri for kryssende fibre mellom de individuelle lag, karakterisert ved de følgende trinn: a) fremstilling og montering på en viklemaskin av en spole med en perifer overflate, en første aksiell ende, en andre aksiell ende og et par snuposter, og en snupost er plassert på hver aksiell ende; b) vikling av et første lag av optisk fiber i en første retning rundt spolen, med start ved den første aksielle ende og fortsettelse i en første aksiell fyllingsretning med avslutning ved den andre aksielle ende, der det første viklingstrinn omfatter anbringelse av aksielt tilstøtende omdreininger av optiske fibere i kontakt med hverandre; c) føring av den optiske fiber i en sløyfe rundt snuposten nær den andre aksielle ende for å danne en sløyfe-ende; d) vikling av et annet lag av optisk fiber i en andre, reversert viklingsretning rundt spolen i en andre, reversert aksiell fyllingsretning fra den andre aksielle ende til den første aksielle ende, der det andre viklingstrinn omfatter det trinn å anbringe aksielt tilstøtende omdreininger av optiske fibere i kontakt med hverandre; e) føring av den optiske fiber i en løkke rundt snuposten nær den første aksielle ende for å danne en annen sløyfe-ende, slik at begge sløyfe-endene blir orientert i hovedsak flatt på den nevnte perifere overflate; f) gjentagelse av trinnene b) til e) i sekvens til spolen er fylt til ønsket nivå; og g) fjerning av den kompakt fylte spole fra viklingsmaskinen.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at viklingstrinnene b) og d) omfatter trinnene med å rotere spolen i en retning som er motsatt av de respektive viklingsretninger.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at viklingstrinnene også omfatter trinnet med å bevege spolen i translasjon i en aksiell retning som er motsatt de respektive aksielle fyllingsretninger, samtidig med de respektive rotasjonstrinn.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at den omfatter det videre trinn med å fjerne snu-postene fra den fylte spolen for å frigjøre sløyfe-endene, hvor de frigjorte sløyfe-endene fortsatt blir orientert i hovedsak flatt på spolens perifere overflate.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at den omfatter det videre trinn med å påføre klebemiddel for å holde orienteringen og posisjonen til de frigjorte sløyfeendene.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1 til krav 5, karakterisert ved at snupostene er selektivt festbare til og fjernbare fra spolen, og ved at forberedelses-trinnet omfatter festing av snupostene til spolen, og at trinnet med fjerning av spolen omfatter avtagning av snupostene.

7. Spole for å holde flere lag av en kontinuerlig tråd av optiske fibere, karakterisert ved at den omfatter: en sylindrisk del med motsatte aksielle ender og en perifer overflate; og et par av fiber-snuposter avtagbart festet til den nevnte sylindriske del, en nær hver av de aksielle ender.

8. Spole ifølge krav 7, karakterisert ved at hver av de nevnte avtagbare poster er orientert i hovedsak i rett vinkel med den perifere overflate på den nevnte sylindriske del.

9. Spole fylt med en kontinuerlig tråd av optisk fiber, karakterisert ved at den omfatter: en sylindrisk, spoledel med en perifer overflate med en perifer overflate og motsatte aksielle ender; et antall lag av optiske fibere viklet på den nevnte spoledelen og plassert mellom de nevnte motsatte ender, der lagene består av en kontinuerlig tråd av optisk fiber med tilstøtende omdreininger av optisk fiber i hvert lag i aksiell kontakt med hverandre, og hvor lagene er uten kryssende fibere, og et første og andre antall fibertråd-sløyfer nær de respektive aksielle ender, der hver av sløyfene ligger i hovedsak flat mot den nevnte perifere overflate.

10. Fylt spole ifølge krav 9, karakterisert ved at den videre omfatter et par snuposter festet til spoledelen, en i nærheten av hver av de aksielle ender, hvor de respektive antall sløyfer på hver av de aksielle ender ligger rundt de respektive poster.

11. Fylt spole ifølge krav 9 eller krav 10, karakterisert ved at de nevnte sløyfene blir holdt på plass med et klebemiddel.

12. Fylt spole ifølge krav 9 eller krav 10, karakterisert ved at lagene og sløyfene blir holdt på plass med et klebemiddel.

13. Fylt spole ifølge krav 9 til krav 12, karakterisert ved at fibertråd-omdreiningene i et gitt lag ligger i de respektive spor formet av de til-støtende fibertråd-omdreininger i radielt tilstøtende lag.