SE517290C2 - Förfarande och anordning vid hopsvetsning av två ändar av optiska fibrer - Google Patents

Description

25 30 35 40 517 290 2 Sålunda återkopplas den elektriska effekten hos själva ljusbågskretsen vid svetsning av optiska fibrer. Den elektriska effekten mäts t ex som produkten av en spänning, vilken motsvarar ett medelvärde av den likriktade, tex helvågslikriktade, spärmingen, mellan svetselektroderna, och en ström, som på samma sätt motsvarar ett medelvärde av den likriktade, tex helvågslikriktade, strörnstyrkan i strömmen från den ena elektroden till den andra.

En första spänning kan då framställas, som är proportionell mot den momentana elektriska effekten utvecklad i ljusbågen vid svetsningen. Den äterkopplas till en styrkrets för styming av kretsar för alstrande av den höga spärmingen över elektrodema, så att effekten hålls väsentligen konstant under svetsningen. Härvid kan en andra spänning framställas, som är representativ för eller proportionell mot strömstyrkan genom svets- elektroderna, och en tredje spänning, som är representativ för eller proportionell mot spänningen över svetselektroderna. De andra och tredje spärmingarna multipliceras med varandra i en multiplicerande krets för alstrande av den första spänningen.

FIGURBESKRIVNING Uppfmningen skall nu beskrivas nämnare i anslutning till ej begränsande utförings- exempel i samband med de bifogade ritningarna, i vilka: - Fig. 1 visar allmänt och schematiskt sett i fibrernas längdriktning hopsvetsning av optis- ka fibrer i en ljusbåge, - Fig. 2a och 2b visar spänningspulser inmatade till en högspänningstrarisforrnator resp förloppet hos elektrodspänning som funktion av tiden vid svetsning av optiska fibrer, - Fig. 3 visar ett diagram över en elektriskt viktig storhet i elektrodspänningen som funk- tion det omgivande lufttrycket, - Fig. 4 visar ett diagram över dämpningen i skarvar mellan optiska fibrer åstadkomma vid konstant svetsström och varierande yttre lufttryck, - Fig. 5 visar ett kopplingsschema, delvis i blockform, för en elektrisk krets för att alstra en elektrisk ljusbâge för hopsvetsning av optiska fibrer och - Fig. 6 visar en alternativ utformning av ett avsnitt av kopplingsschemat i fig. 5.

BESKRIVNING Av FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I ñg. 1 visas schematiskt, sett från sidan, elektroder 1 anslutna till en spänning Usek, vilka används för svetsning av eller i vissa fall endast uppvärmning eller upphett- ning av en eller flera optiska fibrer 3 av kvarts, med hjälp av en ljusbåge 5 alstrad mellan elektrodemas 1 spetsar. Vid åstadkommande av ljusbågen 5 används i allmänhet växel- spärming, så att spänningen Usek typiskt varierar periodiskt. i Spänningen Usek erhålls normalt från högspänningslindningen i en transformator, på vilken en pulsformad spärming Umm påläggs på primärlindningen, se flg. 5 och den närmare beskrivningen i samband med denna. I fig. 2a visas ett diagram över de aktive- rande spänningspulserria Uprim som funktion av tiden och i ñg. 2b ett diagram över den därvid erhållna sekundärspänningen Usek över transfonnatorns sekundärlindning och mellan elektrodema 1. 20 25 30 35 40 517 290 3 Primärspänningen Uprim innefattar i det typiska fallet periodiskt återkommande likadant forrnade positiva och negativa fyrkantiga spärmingspulser, vars bredd (pulsvidds- modulering) ändras för att driva en olika stor ström mellan elektrodema 1 i ljusbågen 5 eller liktydigt därmed ändra effektutvecklingen i ljusbågen 5. Det är också tänkbart att utnyttja ändring av pulsemas höjd i stället (amplitudmodulering) för att driva en varierbar elektrisk ström (alstra varierande effekt i ljusbågen) mellan svetselektroderna. Frekvensen hos pulserna ligger typiskt i området 20 - 30 kHz.

På grund av de speciella fysikaliska förloppen i ljusbågen 5 får sekundärspänningen Usek, dvs spänningen över elektrodema 1, ett tämligen komplicerat uppförande, som visas som funktion av tiden i fig. 2b. Man kan iaktta, att vid tändning av ljusbågen uppträder först en större kort spänningspuls över elektroderna med storleken VT, tändspänníngen, varefter ett tidsavsnitt med nästan konstant, svagt avtagande spärming erhålls med en genomsnittlig spänning, som har storleken VB och benämns brinnspämiing. Denna bibe- hålls så länge spänningen mellan elektrodema 1 finns kvar med samma polaritet.

Vid växlingar i det yttre lufttrycket omkring ljusbågen 5 uppträder variationer i de elektriska karakteristiska egenskaperna hos ljusbågen. Ett exempel på detta visas i dia- grammet i fig. 3, där brinnspärmingen VB visas som funktion av det omgivande lufttryc- ket för en konstant elektrisk strömstyrka genom elektrodema och alltså i ljusbågen 5.

Såsom visas av kurvan i detta diagram, är brinnspänningen VB i huvudsak linjärt beroen- de av det yttre trycket.

De olika variationema i de elektriska förhållandena vid varierande lufttryck påver- kar de fysikaliska förhållandena i ljusbågen 5. Om sålunda en optimal svetsström inställs vid ett utgängsvärde för ett visst omgivande lufttryck, så att dämpningen i en med ljusbå- gen åstadkommen skarv mellan två optiska fibrer 3 vid denna svetsström och med detta lufttryck får en minimalt liten dämpning, kommer dämpningen att öka i en svetsskarv utförd med denna svetsström, när lufttrycket förändras. Detta âskådliggörs av diagrammet i fig. 4, där förlusten eller dämpningen i en fiberskarv är avsatt mot det omgivande luft- trycket för en konstant svetsström, som är inställd för att ge låg dämpning vid lufttrycket 950 mbar.

För att kompensera effekterna av varierande tryck har man tidigare anordnat driv- kretsama för ljusbågen, så att en väsentligen konstant svetsström erhålls. Detta ger emel- lertid inte alltid ett korrekt resultat med en bibehållen låg dämpning vid varierande tryck.

Det har visat sig, att om i stället den i ljusbågen utvecklade elektriska effekten hålls konstant vid utförande av fiberskarvar vid varierande lufttryck, kommer bättre stabilitet att erhållas med approximativt samma, fortsatt låga dämpning i skarvar utförda vid olika omgivande lufttryck, förutsatt på motsvarande sätt som ovan att den elektriska effekten har inställts for att ge en låg dämpning i fiberskarvar vid ett utgängsvärde på det omgi- vande lufttrycket.

En kretslösning för att hålla den i svetsljusbågen utvecklade elektriska effekten konstant visas i fig. 5 ingående i en elektrisk krets, som visas delvis i blockform och är 10 15 20 25 30 35 40 517 290 4 utformad för alstrande av den elektriska ljusbågen 5 för hopsvetsning av optiska fibrer 3.

Mellan anslutningsklämmorna 7 och 9 inmatas en likspänniiig. Denna spänning omhän- dertas av en pulsviddsmodulerande krets 11, som till primärlindningen 13 i en transfor- mator 15 avger en spärming Uprim innefattande pulser, se fig. 2a, vilkas bredd eller längd regleras, dvs pulsviddsmodulering används.

Såsom nämnts ovan, kan altemativt aniplitudmodulering användas, i vilket pulsemas höjd i prirnärspänningen Upñm i stället regleras.

I transforrnatorn 15 transforrneras spänningen Umm över primärlindningen 13 till en hög spänning Usek över sekundärlindningen 17. Over sekundärlindningen induceras prin- cipiellt en fyrkantvågsspänning av samma allmänna utseende som primärspäniiingen, se fig. 2a, vilken av ljusbågen styrs till sekundärspänningen Usek enligt fig. 2b. Sekundär- liiidningens 17 båda poler är anslutna till de två svetselektroderna 1, mellan vilka ljusbå- gen 5 bildas för uppvärmning och/eller svetsning av en optisk fiber 3 belägen mellan spetsama hos elektrodema 13.

Sekundärspänningen Usek är tämligen hög, typiskt i området 500 - 1000 V, och är inte lämplig för direkt utvärdering. Därför uttas en liten spänning, som är proportionell mot spänningen Usek över sekundärlindningen 17, vid mittanslutningen hos en spännings- delare innefattande två motstånd RI och R2, vilka med sina andra anslutningar är koppla- de till elektrodema 1 eller sekundärlindningens 17 ändanslutningar. Det andra av dessa motstånd, Rz, är med sin andra anslutning kopplad till jord. Den uttagna spänningen, alltså spärmingen över Rz, likriktas i en aktiv helvågslikriktare eller mätlikriktare 19, vilken är utformad att likrikta även små spänningssignaler och på konventionellt sätt kan uppbyggas t ex av en operationsförstärkare med en diod i återkopplingsslingan, och filtre- ras i ett lågpassfilter 21 för borttagande av alltför snabba spänningsvariationer såsom i första hand ripple från elektroniken men också pulserna erhållna vid tändning av ljusbå- gen mellan elektrodema, dvs pulsema med höjd lika med tändspäniiingen VT, se fig. 2b.

Den likriktade och filtrerade spänningen inmatas till ena polen hos en multiplicerande krets 23 i form av en glättad likspärming, som återspeglar medelnivån hos spänningspul- sema i sekundärspänningen U dvs i huvudsak brinnspänningen VB, som beror av det sek* omgivande lufttrycket.

En spänning proportionell mot den elektriska strömstyrkan genom sekundärlind- ningen 17 och genom svetselektrodema 1, dvs proportionell mot svetsströmmen, uttas på konventionellt sätt genom att ett motstånd R3 finns anordnat i serie i kretsen innefattande sekundärlindningen 17 och elektrodema 1 och genom att detta motstånd har sin ena ände ansluten till jord. Från den andra änden av detta motstånd R3, som också är ansluten till sekundärlindningens 17 ena ändanslutning, uttas spänningen via en ledning och behandlas på samma sätt som den ovan beskrivna uttagna spänningen, vilken representerar sekun- därspänningen. Således likriktas spänningen först av en aktiv helvâgslikriktande krets eller mätlikriktare 25 och filtreras av en filterkrets 27 av lågpasstyp. Den sålunda erhållna likriktade och filtrerade spänningen är proportionell mot svetsströmstyrkan och inmatas 5 10 20 25 30 35 40 517 290 5 till en andra ingångsanslutning hos den multiplicerande kretsen 23.

Den multiplicerande kretsen 23 är utformad att multiplicera de båda spänningar, som inmatas på dess ingångar och avger ett resultat på en tredje anslutningsledning, dess utgång, så att spänningen på denna utgångsledning är proportionell mot produkten av de båda inrnatade spänningarna och alltså allmänt är lika med produkten av dessa båda spän- ningar multiplicerad med en faktor K.

Produktspärmingen inmatas sedan till den ena anslutningen till en komparator 29, till vars andra ingång en referensspärming eller kontrollspärming Ulm-_ inmatas på något lämpligt, ej visat sätt, såsom i det enklaste tänkbara fallet från någon manuellt inställbar potentiometerkoppling (ej visad). Komparatom 29 avger på sin utgång en spänning, som är proportionell mot skillnaden mellan spänningen på dess båda ingångar. Signalen från komparatorn 29 avges till en styrkrets 31, vilken är anordnad att styra den pulsviddsmo- dulerande kretsen 11. Den senare kretsen tillförs sådana styrsignaler, att pulsbreddema anpassas, så att felsignalen på ingången till styrkretsen 31 blir så liten som möjligt.

På detta sätt återkopplas produkten av spänning och ström i sekundärkretsen, som innefattar ljusbågen, så att denna produkt hålls konstant. Produkten är proportionell mot den i sekundärkretsen av transforrnatorn 15 utvecklade elektriska effekten, dvs väsentli- gen den elektriska effekten utvecklad i ljusbågen 5. Genom återkopplingen och konstant- hållningen av en spänning proportionell mot effekten blir såsom nämnts ovan kretsen mindre känslig för variationer i det omgivande trycket och en låg dämpning bibehålls i fiberskarvar utförda vid växlande lufttryck.

I fig. 6 visas en altemativ, mer detaljerad kretslösning för ett avsnitt av kretsen enligt fig. 5. Utgången från multiplikationskretsen 23 är här ansluten till en omkopplare 33, som i normalläget leder utgångssignalen från den multiplicerande kretsen 23 vidare via ett motstånd R4 till den inverterande ingången hos en operationsförstärkare 35, vilken är kopplad som en förstärkare med förstärkningen kl given av kvoten R5/R4. R5 är ett motstånd, som är anslutet mellan samma inverterande ingång till operationsförstärkaren 35 och dess utgång. Till den ej inverterande ingången till operationsförstärkaren 35 inma- tas referensspänningen URefi. Denna erhålls från en processor 37, vilken används för styrning av hela svetsningsfórloppet med hjälp av här ej visade anordningar. Spännings- variationema på utgången från operationsförstärkaren 35 är proportionella, med den nämnda proportionalitetskonstanten kl, mot variationerna hos skillnaden mellan spän- ningarna på ingångarna till operationsförstärkaren 35.

Processorn 37 innehåller en D/A-omvandlare 39 för alstrande av den analoga signa- len URei och ett minne 41 med en tabell, där för varje svetstyp, bestämd av en lämplig svetsström I, motsvarande referensvärde URefi fmns lagrat. Referensvärdet URefi bestäm- mer med hjälp av den visade kopplingen effektutvecklingen i ljusbågen.

Utgången från operationsförstärkaren 35 är vidare ansluten till den inverterande ingångsanslutningen hos en komparator 43, vilken innefattas i styrkretsen 31 i fig. 5. Till den andra ingångsanslutningen till komparatorn 43, den ej inverterande ingången, inmatas 517 290 6 en andra referensspänning U'Ref_. Utgångssignalen från komparatorn 43 är proportionell mot skillnaden mellan spänningarna på dess ingångar och leds till den pulsviddsmodule- rande kretsen 11.

Vid omställning av omkopplaren 33 bortkopplas den multiplicerande kretsen 23 och i stället leds den spänning från lågpassfiltret 27, som representerar strömstyrkan i ljusbå- gen, direkt till den inverterande ingången hos komparatorn 43. Detta ger en reglering av enbart svetsströmmen, så att denna hålls konstant. En sådan reglering kan vara nödvändig att använda, när effektreglering inte fungerar, såsom tex när elektrodernas 1 spetsar är alltför dåliga.

Claims (4)

10 20 25 30 517 290 7 PATENTKRAV

1. Förfarande vid hopsvetsning av två ändar av optiska fibrer med hjälp av en elekt- risk ljusbåge alstrad mellan två elektroder, k ä n n e t e c k n a t av att en första spän- ning framställs, som är representativ för eller proportionell mot strömstyrkan genom svetselektroderna, och en andra spänning framställs, som är representativ för eller pro- portionell mot spänningen över svetselektroderna, varefter de första och andra spärming- arna multipliceras med varandra för att ge en tredje spänning, som är proportionell mot den momentana elektriska effekten vid svetsningen och som âterkopplas till en styrkrets för styrning av en elektrisk drivning för elektrodema, så att den elektriska effekten hålls väsentligen konstant under svetsningen.

2. Anordning för skarvning av två ändar av optiska fibrer genom svetsning med hjälp av en elektrisk ljusbåge alstrad mellan två elektroder, k ä n n e t e c k n a d av - en styrkrets för styrning av en elektrisk drivning för elektroderna, - första spärmingsfraniställande organ för att framställa en första spärming, som är repre- sentativ för eller proportionell mot den elektriska strömstyrkan genom svetselektroderna, - andra spärmingsframställande organ för att framställa en andra spänning, som är repre- sentativ för eller proportionell mot den elektriska spärmingen över svetselektroderna, - multiplicerande organ anslutna till de första och andra spärmingsframställande organen för att multiplicera de första och andra spärmingarna med varandra för att framställa en tredje spårming, som är proportionell mot den momentana elektriska effekten vid svets- ningen, och - en ledning från de multiplicerande organen för att återkoppla den tredje spänningen till styrkretsen, så att styrkretsen håller den elektriska effekten väsentligen konstant under svetsningen.

3. Anordning enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att de multiplicerande orga- nen innefattar en multiplicerande krets med två ingångar och en utgång, varvid ingångar- na är anslutna till de första och andra spänningsfrarnställande organen och på utgången avges en spänningssignal, som är proportionell mot produkten av de spänningar, vilka finns på ingångama, samt utgången är ansluten till en ingång till en komparator, varvid till en andra ingång till komparatorn går en ledning från ett organ för alstrande av en konstant referensspärming och utgången från komparatorn är ansluten till styrkretsen.

4. Anordning enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att organet för alstrande av en konstant referensspärming är anordnat att alstra olika konstanta referensspänningar beroende på den typ av optiska fibrer, som skall hopskarvas.