SE518464C2 - Förfarande och anordning för att framställa en optisk dämpare - Google Patents

Description

518 464 2 dämpelement med optisk dämpning eller förlust nära överensstämmande ett förutbestämt eller önskat värde.

Det är ett ytterligare syfte med uppfinningen att anvisa en anordning för att svetsa ihop två optiska fibrer för frarnställning av ett optiskt dämpelement med dämpning nära överens- s stämmande med ett önskat värde.

Allmänt framställs sålunda en optisk dämpare ur optiska fibrer. På konventionellt sätt placeras ändområden av två optiska fibrer med en förskjutning i tvärled i förhållande till varandra och med sina ändytor intill varandra. Därefter uppvärrns området intill ändytorna för att bringa ändarna att smälta ihop med varandra och uppvärmningen fortsätts sedan ytterliga- 1o re. Uppvärmningen avbryts och till sist får det hopsmälta och uppvärmda området svalna. För att uppnå ett önskat värde på förlusten i den färdiga dämpande skarven avbryts den ytterligare uppvännningen vid en optisk förlust, som överstiger den önskade förlusten med ett beräknat värde. Detta värde erhålls ur mätningar av förlusten för denna skarv gjorda i realtid under den fortsatta uppvärmningen eller gjorda för en tidigare utförd skarv mellan likadana fibrer 15 med samma förskjutning från början. Speciellt kan minst ett och företrädesvis två temporära avbrott göras under och av den ytterligare uppvärmningen och förlusten mätas vid början och vid slutet av ett sådant avbrott. Dessa förlustvärden används vid beräkningen av det värde på förlusten, när uppvärmningen definitivt skall avslutas.

Ett värde fastställs sålunda för den förlust, som skarven eller svetsen skall uppnå vid zo den fortsatta uppvärmningen för att uppvärnmingen då helt skall avbrytas. Uppvärnmingen avbryts vid en tidpunkt något före uppnåendet av den önskade förlusten i den heta skarven.

När skarven sedan får svalna, är framställningen av dämparen fullbordad och då får skarven en optisk förlust, som nära överensstämmer med den önskade.

Fördelen med att göra dämpare med demia typ av realtidsstyming av svetslågan är bl a zs att någon modell som kräver kunskap om t ex förskjutningen i sidled och fibrernas modfälts- diameter inte behöver användas, eftersom man har direkt tillgång till information om förlus- ten.

FIGURBESKRIVNING Uppfmningen skall nu beskrivas som ett ej begränsande utföringsexempel med hänvis- ao ning till de bifogade ritningarna, i vilka: - Fig. 1 är en schematisk bild av en automatisk anordning för svetsa ihop optiska fibrer, - Fig. 2 är ett diagram över förlust som funktion av tiden vid framställning av en optisk dämpare enligt känd teknik för en svets med begynnelseförskjutning och förlängd uppvärrn- ning, och as - Fig. 3 är ett diagram liknande fig. 2 vid framställning av en optisk dämpare med i huvudsak samma förfarande som i fig. 3 men med två avbrott under den förlängda uppvärmningen.

FÖREDRAGEN UTFÖRINGSFORM I fig. 1 visas en schematisk bild av en fibersvetsningsapparat 1 för hopsvetsning av två fibrer 31, 3, med samtidig mätning av transmissionen genom svetsen. Den högra fibem 3, är 518 464 3 vid sin bortre ände ansluten till en ljuskälla 5, som sänder ljus in i fibern. Den vänstra fibern 31 är vid sin bortre ände ansluten till en ljusdetektor i form av en effektmätare 7.

Fibrema 31, 31 har sina ändområden belägna mellan spetsarna hos elektroder 9, mellan vilka en elektrisk urladdning åstadkoms för upphettning av flbems ände, varvid den elektriska s urladdningens intensitet bestäms av styrkan hos den elektriska strömmen mellan elektrodema 9. Fibrerna hålls fast av hållare 11, som är förflyttningsbara i tre vinkelräta koordinatriktning- ar, både i en riktning parallell med fibremas längdriktning och i två riktningar vinkelräta mot denna riktning. Hållarna 11 manövreras sålunda längs lämpliga mekaniska stymingar, ej vi- sade, med hjälp av styrmotorer 13. Elektriska ledningar till ljuskällan 5, elektrodema 9 och to motorerna 13 går från en elektronisk kretsmodul 15 och från drivkretsar 16, 17 och 19 i demia. Effektmätaren 7 är förbunden med ett mätgränsnitt 20 i kretsmodulen 15. En videoka- mera 21 kan kontinuerligt uppta bilder av svetsstället, dvs det ornråde där fibrerna 31 och 3r möts. Den är via en elektrisk ledning förbunden med ett videogränssnitt 23 i den elektroniska kretsmodulen 15, varifrån en lämplig bildsignal avges till en bildbehandlande och bildanalyse- 1s rande enhet 25. Bilder av svetsstället, som med fördel innefattar bilder tagna samtidigt i två mot varandra vinkelräta riktningar, kan visas på en bildskärm 26 ansluten till enheten 25.

De olika stegen vid uppvärmning och svetsning styrs av en styrkrets 27, t ex i form av en lämplig rnikroprocessor eller dator eller kombination av processor och dator, som också är i förbindelse med den bildbehandlande och bildanalyserande enheten 25. Styrkretsen 27 ger zo signaler för utförande av de olika stegen vid svetsning och är ansluten till elektrodema, moto- rerna och kameran via motsvarande drivkretsar/ gränssnitt. Den styr sålunda förflyttningen av fiberändarria i förhållande till varandra genom aktivering av motorerna 13 i lämpliga förflytt- ningsriktningar och förser bildbehandlings- och bildanalyseringsenheten 25 med signal att påbörja en analys av upptagna bilder. Vidare styr reglerkretsen 25 den tidpunkt, när en upp- zs värmning eller svetsning skall börja, genom att förse elektrodema 9 med lämplig elektrisk spänning, och styr den tidsperiod, under vilken denna spänning skall anbringas. Styrkretsen ger också signal till ljuskällan för att aktivera denna att utsända ljus i fibern 3l. Den mottager information om uppmätta effektvärden från effektmätaren 7.

Genom att anbringa de närliggande, av hållarna 11 fasthållna ändområdena av fibrema so 31, 31 med från början en förutbestämd förskjutning mellan sina längsgående axlar eller mel- lan kärnorna i fibrerna och därefter utföra en styrd svetsning med efterföljande förlängd uppvärmning kan en fiberoptisk dämpare framställas, jämför den ovan nämnda patentansök- ningen WO 95/24665 motsvarande U.S. patent 5,638,476, ovan nämnt U.S. patent 5,897 ,803 och den europeiska patentansökningen 0594996. as De från effektmätaren 7 erhållna värdena på den mottagna ljuseffekten kan lätt ornräk- nas till en optisk förlust i skarven mellan fibrerna 31, 31 förutsatt att den från ljuskällan 5 i ñbem 31 injicerade ljuseffekten är känd. Under hela den efterföljande förlängda uppvärrn- ningen efter själva svetsningssteget kan sålunda den optiska förlusten bestämmas. I diagram- met i fig. 2 visas sålunda den uppmätta förlusten i en skarv med en begynnelseförskjutning 518 464 4 mellan kärnorna/rnantlarna som funktion av tiden under en förlängd svetsningsperiod med konstant elektrisk ström i ljusbågen. Ljusbågen mellan elektroderna 9 har stängts av, när det av effektmätaren 7 avlästa värdet för första gången har underskridit 22,5 dB. I diagrammet syns tydligt, hur förlusten efter avstängningen hastigt sjunker med ca 2 dB. s Vid prov har flera sådana avstängningar gjorts vid uppvärmning av en skarv med be- gynnelseförskjutning med samma strömstyrka i ljusbågen, se diagrammet i fig. 3, som visar i princip samma uppvärmningsförlopp som diagrammet i fig. 2 men med två extra avstäng- ningar av ljusbågen. Samma strömstyrka har använts under alla de perioder, när ljusbågen är aktiverad efter den första inledande hopsvetsningen av ñberändarna. Det visar sig, att de 10 åstadkomna "hoppen" eller "stegen" i kurvan beror på den aktuella optiska förlusten i skar- ven, dvs den förlust som råder, just när ljusbågen avstängs.

Förskjutningens värde under den förlängda uppvärmningen avtar exponentiellt med tiden, under förutsättning att viskositet, ytspänning och ñberdiameter är konstanta, se ovan nämnda patentansökningar/patent och hänvisningar till andra skrifter givna i dessa. Detta 15 gäller troligen gäller ännu bättre, om temperaturen eller strömmen också är konstant. Enligt Butt-Joint-teorin, vilken är en bra modell, om förskjutningen i sidled i skarven är stor, är förlusten i dB en kvadratisk funktion av förskjutningen och därmed borde också förlusten också avta exponentiellt med tiden. Storleken hos hoppen skulle därför också kunna vara exponentiellt avtagande med uppvärmningstiden. Förhållandena under uppvärmningstiden zo beror dock på använd svetsström, elektrodernas tillstånd, etc. och är ofta inte särskilt repeter- bara.

Det är därför bättre att betrakta den momentana förlusten i skarven under det förlängda uppvärrnningsförloppet och anta att storleken av hoppen är en funktion av denna förlust eller likvärdigt av dämpningen eller transmissionen i skarven. Det visar sig, att i många fall en zs linjär modell, som förutsätter att storleken hos hoppen är linjärt beroende av såsom propor- tionell mot den momentana förlusten i skarven, kan användas med god noggrannhet. En sådan modell skulle i princip möjligen kunna betraktas som likvärdig med ett exponentiellt beroende av tiden.

Den linjära modellen ges allmänt av formeln, jämför fig. 3: ao AL=kL+m (1) där AL är stegets eller hoppets storlek, L är förlusten vid stegets början och k och m är konstanter. De kan bestämmas ur experimentellt bestämda mätvärden. För bestämningen krävs mätningar vid lika många avbrott som konstanter eller parametrar i modellen, dvs i detta fall två avbrott. För det i fig. 3 visade fallet kan storleken av steget ALl för förlusten as L1 och av steget AL2 för förlusten L2 uppmätas, varur värden på k och l beräknas.

I den linjära modellen enligt ovan förekommer två konstanter, k och 1, som behöver bestämmas. Om emellertid endera av konstanterna k och l kan antas ha ett i förväg känt 518 464 5 värde, erfordras endast bestämning av den andra konstanten. En bestämning av endast en konstant kräver endast mätning av förlusten vid ett enda avbrott. Även andra modeller är tänkbara, som utnyttjar en lämpligt vald funktionsskara, ur vilken en speciellt vald funktion utväljs genom mätningar vid ett eller flera avbrott i realtid. En sådan funktionsskara skulle s kunna innefatta lämpligt valda exponentialfunktioner.

Det värde L* på den i realtid uppmätta förlusten, vid vilken ljusbågen skall avstängas för att slutresultatet skall bli den önskade förlusten Ldes, kan för den linjära modellen enligt ovan beräknas ur: L* + AL* = Ldes (2) 1o där AL* är storleken av det hopp, som fås när uppvärmningen avbryts vid förlusten L*. Ur (1) och (2) erhålls L* = (Ldes - m)/(1 + k) De små cirklarna i diagrammet i fig. 3 representerar de tidpunkter, vid vilken ljusbågen har stängts av resp. satts igång. Den tid, som ljusbågen är avstängd, bör ha en längd av 1,5 15 till 3,0 s för att skarvförlusten skall hinna anta ett stabilt värde.

Sammanfattningsvis kan således, genom att på samma sätt som vid upptagande av dia- grammet i fig. 3 avbryta ljusbågen två gånger före uppnåendet av den önskade förlusten, konstanterna k och m i den linjära modellen bestämmas och härur L*. Detta kan göras i realtid för att framställa en dämpare med önskad dämpning, så att när L* avbryts ljusbågen 20 slutgiltigt.

Ett flertal prov har gjorts och inställningsvärden och erhållen förlust framgår av tabell 1. Här är ström2 värdet på den strömstyrka, som används under själva hopsvetsningen och som också används under den förlängda uppvärmningen för erhållande av den önskade för- lusten i skarven i flera fall, vilket anges av att ström3 är lika med noll. I andra fall används zs en lägre strömstyrka efter själva hopskarvningen under den förlängda uppvärmningen för erhållande av den önskade förlusten i skarven, vilken strömstyrka anges av ström3 när denna storhet är skild från noll. Den inledande förskjutningen kan vara inställd, så att den ger unge- får dubbel förlust järnfört med den önskade, dvs lika med ungefär Z-Ldes. Tabell 1 visar, att i många fall erhålls färdiga dämpare med dämpningsvärden mycket nära de önskade värdena. ao Vid förfarandet i realtid utförs följande steg: 1. Placera fibrernas ändytor alldeles intill varandra med fibrernas längdriktningar parallella med varandra. 2. Inrikta fibrerna i tvärled med en förskjutning i sidled, som om fibrerna svetsades med derma förskjutning skulle ge en förlust, vilken är mycket större än den önskade, exempelvis as väsentligen lika med dubbla den önskade, dvs Z-Ldes. 518 464 6 3. För i längdriktningen frbrernas ändytor mot varandra med visst s k överlapp, dvs så att fiberändarna trycks något mot varandra. 4. Starta ljusbågen med stor svetsström och genomför svetsningen under kort tidsperiod. 5. Minska, om så önskas, strömstyrkan genom ljusbågen till lägre konstant värde och mät s hela tiden förlusten i skarven. 6. Avbryt och starta ljusbågen minst en gång och helst två gånger. Varje avbrott måste ha tillräcklig tidslängd för att dämpningen vid slutet av avbrottet skall ha uppnått ett konstant värde, dvs så att svetsstället har hunnit svalna tillräckligt. Uppta värdena på förlusten vid början och slutet av varje avbrott. Ett första avbrott kan göras, när förlusten exempelvis w minskat till ett värde överstigande den önskade förlusten med ca 70 - 80 % såsom omkring 70 %, dvs ungefär vid förlusten lfl-Ldes. Ur mätningarna av förlust direkt före och efter vid detta avbrott beräknas ALI. Om ett ytterligare avbrott skall göras, kan det göras, när för- lusten i skarven ungefär uppmäts till två gånger detta värde, dvs vid förlusten Ldes + 2AL1.

Ur uppmätta förlustvärden beräknas den förlust L*, vid vilken den fortsatta uppvärmningen is med hjälp av ljusbågen skall avbrytas. 7. Avbryt ljusbågen, när förlusten L* uppnås. 8. Låt de hopsvetsade fibrerna svalna.

För att styra dessa steg innehåller processorn 27 olika moduler. En modul 31 tar hand om positionering av fiberändama och mottar för detta information från enheten 25 och fram- zo ställer signaler för överföring till ställmotorema 13. En annan modul 33 styr strömmen ge- nom elektroderna och innefattar submoduler 35 - 39 med bestämning av ström för svetsning, av ström för den fortsatta uppvärmningen resp. av tider för avbrott under den fortsatta upp- värrnningen. En tredje modul 4l beräknar den aktuella förlusten i skarven utgående från signalen från effektmätaren 7. En fjärde modul 43 använder de beräknade förlustvärdena och 25 innefattar submoduler 45 - 49, i vilka åtminstone vissa av de beräknade förlustvärdena lagras, parametrarna k och l beräknas och stoppvärdet L* för förlusten beräknas.

Om frbrernas inriktning från början är noggrant bestämd, kan bestämningen av L* göras för en första frberskarv och dämpningselement, varefter samma värde på L* används för en serie dämpare framställda ur fibrer av samma typ med samma initialförskjutning. Emellertid so kan härvid inte alltid samma goda noggrannhet hos de framställda dämpelementens förlust erhållas på grund av uppvärrnningsförhållandena vid skarvning inte är repeterbara. Vid det föredragna förfarandet med en realtidsmätning och realtidsstyrning inverkar inte dessa för- hållanden, eftersom en bestämning av L* görs för varje skarv beroende på mätningar under den förlängda uppvärrnningsperioden.

Claims (12)

518 464 7 PATENTKRAV

1. Förfarande för att framställa en optisk dämpare ur optiska fibrer, varvid ändområden av två optiska fibrer placeras med en förskjutning i tvärled och med sina ändytor intill var- andra, området intill ändytorna uppvärrns för att bringa ändarna att smälta ihop med varandra s och uppvärmningen därefter fortsätts, tills väsentligen en önskad optisk förlust erhålls i det hopsmälta området, varefter till sist det hopsmälta området får svalna, k ä n n e t e c k n a t av att uppvärmningen avbryts vid en optisk förlust, som överstiger den önskade förlusten med ett värde beräknat ur mätningar av förlusten för demia skarv eller för en skarv mellan lika- dana fibrer med samma förskjutning från början. io

2. Förfarande enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att mätningarna utförs genom att tillfälligt avbryta den fortsatta uppvärmningen under minst en tidsperiod innan uppvärmningen slutgiltigt avbryts och mäta förlusten vid denna minst en tidsperiod.

3. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att mätningarna utförs vid minst två avbrott av den fortsatta uppvärmningen. 15

4. Förfarande enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att mätningarna utförs genom att förlusten mäts vid början av och vid slutet av det minst ett avbrottet.

5. Förfarande enligt krav l, k ä n n e t e c k n at av att resultatet av mätningarna används för att bestämma minst en parameter eller konstant, som karakteriserar en individuell funktion i en funktionsskara. zo

6. Förfarande enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t av att ftmktionsskaran innefattar linjära funktioner, som karakteriseras av två konstanter.

7. Anordning för att framställa en optisk dämpare med en önskad optisk förlust ur optiska fibrer innefattande - hällar- och inriktningsorgan för att fasthålla och förflytta två ändområden av optiska fibrer, zs - uppvärrnningsorgan för att uppvärrna området intill fibrernas ändytor i ändområdena, - förlustrnätningsorgan för att mäta optisk förlust för ljus som fortplantas från det ena ändom- rådet till det andra, och - styrorgan förbundna med hållar- och inriktningsorganen, uppvärmningsorganen och förlust- rnätningsorganen och anordnade att först styra hållar- och inriktningsorganen till att placera so ändomrâdena med en förskjutning i tvärled och med dessas ändytor intill varandra, att däref- ter styra uppvärrrmingsorganen för att bringa områden av fibrerna vid ändytorna att smälta ihop med varandra och att därefter fortsätta uppvännningen, att under den fortsatta uppvänn- ningen från förlustmätningsorganen mottaga uppmätta värden på den optiska förlusten och att styra uppvärrnningsorganen att avbryta den fortsatta uppvärmningen beroende av de uppmätta as värdena på optiska förlusten, k ä n n e t e c k n a d av att styrorganen är anordnade att styra uppvärmningsorganen att avbryta den fortsatta uppvärmningen när den optiska förlusten upp- mätt av förlustmätningsorganen överstiger den önskade förlusten med ett värde beräknat ur tidigare mätningar av den optiska förlusten för denna skarv eller för en skarv mellan likadana ñbrer med samma förskjutning från början. 518 464 8

8. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att styrorganen är anordnade att styra uppvärmningsorganen att tillfälligt avbryta den fortsatta uppvärmningen under minst en tidsperiod innan den fortsatta uppvärmningen slutgiltigt avbryts.

9. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att styrorganen är anordnade att s tillfälligt avbryta den fortsatta uppvärmningen under minst två skilda tidsperioder.

10. Anordning enligt krav 8, k ä n n e t e c k n a d av att styrorganen är anordnade att som de tidigare mätningarna använda värden på den optiska förlusten vid början av och vid slutet av den minst en tidsperioden.

11. Anordning enligt krav 7, k ä n n e t e c k n a d av att styrorganen innefattar be- 10 räkningsorgan, som tillförs de upprnätta värdena och som är anordnade att använda värdena för att bestämma minst en parameter eller konstant, som karakteriserar en individuell funktion i en funktionsskara.

12. Anordning enligt krav 11, k ä n n e t e c k n a d av att beräkningsorganen är an- ordnade att som funktionsskaran använda linjära funktioner karakteriserade av två konstanter.