Устройство контроля диаметра световодов и оптических волокон

 

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и предназначено для измерения диаметра прозрачных химических волокон и одножильных световодов. Целью изобретения является повышение точности контроля. С помощью осветительной системы, состоящей из лазера 1, светоделителя 2, второго зеркала 7 и двух фокусирующих линз 3 и 8, обеспечивается освещение растра 4 на двух диаметрально противоположных участках сходящимися пучками. На растре 4 падающие пучки дифрагируют с образованием ряда порядков На обоих участках растра для образования интерференционных картин ИКь ИК2 и ИКз используются 0-й и два первых порядка дифракции. Все три 1/IK приводятся в движение за счет вращения радиального растра 4, поэтому скорости их перемещения одинаковы . Изначально должно выполняться условие , что у . а фотоприемники разносятся в пространстве на величину шага (или несколько шагов m Нэ) эталонной ИК при этом соблюдается условие . Изменение радиуса гк контролируемого ОСк приведет к изменению шага Нк интерференционной полосы. Поэтому нарушится условие и фотоприемники 11, 12 и 15,16 зафиксируют приращение фазы отношению к Нэ, что позволяет определить диаметр контролируемого световода . 1 ил. J /4 Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 В 11/10

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ОСА (21) 4862383/28 (22) 27.08.90 (46) 15.10.92. Бюл. N 38 (71) Институт электроники АН БССР (72) В.Н,Ильин и А,cD, Рубцов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1649257, кл. 6 01 В 11/10, 1990. (54) УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ДИАМЕТРА

СВЕТОВОДОВ И ОПТИЧЕСКИХ ВОЛОКОН (57) Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и предназначено для измерения диаметра прозрачных химических волокон и одножильных световодов.

Целью изобретения является повышение точности контроля. С помощью осветительной системы, состоящей из лазера 1, светоделителя 2, второго зеркала 7 и двух фокусирующих линз 3 и 8, обеспечивается освещение растра 4 на двух диаметрально противоположных участках сходящимися пучками. На растре 4 падающие пучки диф,,5U, 1168962 Al рагируют с образованием ряда порядков.

На обоих участках растра для образования интерференционных картин ИК1, ИКг и ИКЗ используются 0-й и два первых порядка дифракции. Все три ИК приводятся вдвижение за счет вращения радиального растра 4, поэтому скорости их перемещения одинаковы. Изначально должно выполняться условие, что Q=P=p, а фотоприемники разносятся в пространстве на величину шага(или несколько шагов m Нэ) эталонной ИК, при этом соблюдается условие НЗ--Н», Изменение радиуса r» контролируемого ОС» приведет к изменению шага Н» интерференционной полосы, Поэтому нарушится условие Нэ=Н» и фотоприемники 11, 12 и 15,16 зафиксируют приращение фазы

+. Ар по отношению к Нз, что позволяет определить диаметр контролируемого световода. 1 ил.

:.Т 14

1768962

Изобретение относится K контрольноизмерительной технике и предназначено для измерения диаметра прозрачных оптических волокон и одножильных световодов с одно- и двухоболочечной структурой, Наиболее близким техническим решением является устройство для контроля световодов и оптических волокон, содержа1цее лазер и расположенные по ходу излучения колли 18TQp и радиальный растр. оптический клин, установленныи по ходу пучка, соответствующего одноименному из дифракционных максимумов, зеркало, установленное по ходу пучка, соо.ветствующего другому одноигленному дифракционному максимуму, светоделитель со светоделительной гранью, размещенный по ходу пучка, саответс гв> ощего нулевому порядку дифракции и ориентированного так, что нормаль к его светоделительной грани составляет угол 45 к направлению излучения, эГалонный световод, размещенный в мес18

ПЕрЕМЕ ЕНИЯ ПУЧКОВ, ОтражЕННь1Х OT СВЕТОделителя и зеркала и две пары фотоприемников, установленных по ходу излучения первая за контролируемым световодом, вторая — за эталонным свеговодом.

К недостBTKQM устройства следует отнес i1 влияние ia результат контроля погрешносч(=.l1,13Г0товления растра, Б IBcTIIQOги, неплоскостности поверхностей стеклянного дискB (клин), или, 1то то >ке, HpравномерHooI толщины стекла диска, на который нанесена растровая popu>!,à. При освещен пи колли Mи рован H ûì пуч j!QM последнее приводит к Doçj-!1êHOB8Hèêj параэитной интерферен,ии. аналогичной, ;,àê в тонкQé

",лиi100бразнoй пластине. !!елью изобретения является повышение точности контроля.

Постав",Bíная цель до Гигается тем, ч! 0 . устройство, содержащее лазер и расположенный по ходу излучения радиальный растр с дорожкой штриxOB, установленный

ПО ХОДУ ПУчха, СООТВ8ТСТВУЮЩ8Г0 ОДНОМУ ИЗ дифракциоHных максимумов радиального растра. оптический клин, установленный по ходу пучка, соответствующего другому одноигленному дифракционному максимуму, зеркала, эталон IQA световод, держатель контролируемогQ световода, светоделиT8ëü. первую пару фотоприемников, размещеннуlo по ходу излучения за держателем контролируемого световода, и вторую пару фотоприемников, раэмещенну1о по ходу излучения за э алонным световодом, допол нительно снабжено первой и второй фокусиру:ощими линзами. установленными между лазером и радиальным растром с диaMeTpQм противоположных сторон относи5

3,";

4Г

50 тельно дорожки штрихов на фокусном расстоянии от поверхности растра, BTQpblM u третьим зеркалами, вторым оптическим клином и третьей парой фотоприемников, светоделитель установлен между лазером и первой фокусирующей линзой, второе зеркало размещено по ходу отраженного от светоделителя пучка перед второй фокусирующей линзой, третье зеркало и второй оптический клин установлены по оптической оси второй фокусирующей линзы за радиальным растром в направлениях, соответствующих одноименным порядкам дифракции, эталонный световод расположен в месте пересечения пучков. отраженных от первого и третьег0 зеркал, держатель световодя ориентирован так, iTQ его ось проходит через точки пересечения пучков от первого клина и нулевого порядка дифракции !и пучков от второго клина и Hóë8BQãо порядка дифракции, а третья пара фотоприемников установлена по ходу излучения за держателем ко: тролируемого световода в месте пересечения пучков от второго клина и нулевого порядка дифракции.

На чертеже изобра>кено устройство контроля диаметра световодов и оптических волокон.

Устройство содер>кит оптически связанные лазер 1, светоделитель 2, перву:0 фокусирующую линзу 3, радиальный растр 4, B одноименнь х порядках которого размешены первое зеркало 5 и первый оптический клин 6, В отраженном 0Т светоделителя 2 пучке последовательно размещены: вторсе зеркало 7 под уlnQ!: 45 к пучку, вторая фокусирующгя линза 8 так>ке на фокусном расстоянии от радиального растра 4, за которым на пути одноименных порядков разM8LU8Íbi Tp8Tb8 зеркалQ 9 и BTQpOI оптический клин 10. Первая пара 11 и 12 фотоприемников размещен:. за световодом

ОСк в плоскости изобРажениЯ интсРфеРенционнои картины ИК1, вторая пара 13 и 11 фотоприемников — за зтало;Hb!M световодом ОС, в плоскости изображения ИКэ, и третья пара 15 и 16 фотоприемников — за контролируемьм ОСк на втором участке в плоскости изображения интерференционной картины ИК2, Устройство г>аботает следующим обра30м.

С QQMQwbþ осветительной системы, состоящей из лазера I, светоделителя 2, второго зеркала 7 и двух фокусиру:ощих линз 3 и 8, обеспечивается освещение растра 4 на двух диаметрально прогивоположных участках сходящимися пучками. На растре 4 падающие пучки дифрагируют с образованием ряда порядков. На обоих участках рас1768962

55 тра для образования интерференционных картин ИК1, ИК2 и ИКз используются 0-й и два первых порядка дифракции. Первый контрольный канал образуется парой пучков 0 -ого и +1 -ого порядков дифракции.

1 1

+1 -й порядок корректируется по направле1 нию первым оптическим клином 6 и под углом (восходится с 0 -ым порядком на кон1 тролируемом объекте ОС» с образованием интерференционной картины ИК1, Последняя считывается первой парой фотоприемников 11 и 12.

Второй контрольный канал образуется другой парой пучков 0 -ого И +1 -ого поряд2 г ков дифракции, +1 -й порядок корректиру2ется по направлению вторым оптическим клином 10 и под углом сходится с 0 -ым

2, порядком на втором участке контролируемого объекта ОС» с образованием интерференционной картины ИК2, которая счи гывается третьей парой фотоприемников 15 и 16. Второй участок на ОСк отстоит от первого на расстоянии L=H»V2/Ч1, (1) где Н» — шаг интерференционных полос от

ОС,, V2 — скорость перемещения объекта

ОС», v! — скорость перемещения интерфеоенционных полос.

-1 -й порядок дифракции на первом участке падает на первое зеркало 5 и корректируется в направлении эталонного объекта

0C.;. -1 -! порядок дифракции на втором

2, iecT»: na eT Ha третье зеркало 9 и корректируе1ся также B направлении эталонного обьекта ОС, под углом 1 к пучку - 1-ого

1 порядка. Указанные пучки интерферируют с образованием эталонной интерференционной картины ИК . Последняя считывается второй парой фотоприемников 13 и 14.

Все три ИК приводятся в движение за счет вращения радиального растра 4, поэтому -корости их перемещения одинаковы.

Изначально должно выполняться условие, что а = j5 = у, а фотоприемники разносятся в пространстве на величину шага (или несколько шагов m Нэ) эталонной ИК, при

-этом соблюдается условие НЭ=Н». Изменение радиуса Rконтро,лируемого ОС приведет к изменению шага Н, интерференционной полосы. Поэтому нарушится Нэ=Н» и фотоприемники 11, 12 и 15, 16 зафиксируют приращение фазы "- Лр по отношению к Н>. которому присвоено значение 360 .

С учетом того. что - Ap =360 (Нз-Н»)/Н» окончательно получаем

Ло г, =r,(1+: — ).

Например, на первом участке Лр =+1 и при гэ=500 мкм, г»=501,39 мкм, а на втором

A!/I =-1 и тогда r»=498,61 мкм в прототипе размер усреднился бы для этих двух участков, т.е.r» ср = (г» + г2»)/2=500 мкм.

В предлагаемом устройстве за счет соблюдения условия (1) длительность фотоимпульса (пропорционального Н,) определяется по началу интерференционной полосы на первом участке и концу интерференционной полосы на втором участке, Для реализации устройства применялись лазер ЛГН-302, радиальный растр диаметром 80 мм и шагом штрихов 10 мкм, светоделительный кубик 10Х10Х10 мм с приблизительно равным коэффициентом пропускания и отражения, оптические клинья с углом преломления пучков, равным углу дифракции первого порядка, зеркала с внешним отражающим покрытием, фокусирующие линзы с фокусным расстоянием

1и 80 мм и фотоприемники типа ФД-256, Последние были подключены к усилителям, выполненным на микросхемах серии

К157УД2 со стандартным включением, Таким образом, при фокусировании оптического излучения на растр в несколько раз снижается контрастность паразитных интерференционных полос, которые практически не воспринимаются фотоприемниками. При этом существенно повышается отношение сигнал/шум рабочего интерференционного сигнала, а погрешности измерения уменьшились на 7-8,. Организация второго измерительного канала с соблюдением изложенного выше условия обеспечила сокращение базы измерения (участка объекта, на котором усредняется результат измерения) B несколько раз, что также повысило точность и достоверность контроля.

Устройство контроля диаметра световодов и оптических волокон может найти широкое применение в производстве волоконно-оптических элел1ентов, преимущеcTBeHHQ в системах управления технологическими процессами их вытяжки.

Формула изобретения

Устройство контроля диаметра световодов и оптических волокон, содержаьцее лазер и расположенный по ходу излучения радиальный растр с дорожкой штрихов, ycTBновленный по ходу пучка, соответствующего одному из дифракционных максимумов радиального растра, оптический клин, установленное по ходу пучка, соответствующего другому одноименному дифракционному максимуму, зеркало. эта1768962

30

40

Составитель В. Ильин

Техред M,Ìîðãåíòàë Корректор П. Гереши

Редактор Н. Соколова

Заказ 3638 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 лонный световод, держатель контролируемого световода, светоделитель, первую пару фотоприемников, размещенную по ходу излучения за держателем контролируемого световода. и вторую пару фотоприемников, размещенную по ходу излучения за эталонным световодом, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности контроля, оно снабжено первой и второй фокусирующими линзами, установленными между лазером и радиальным растром с диаметрально противоположных сторон относительно дорожки штрихов на фокусном расстоянии от поверхности растра, вторым и третьим зеркалами, вторым оптическим клином и третьей парой фотоприемников, светоделитель установлен между лазером и первой фокусирующей линзой, второе зеркало размещено по ходу отраженного от светоделителя пучка перед второй фокусирующей линзой, третье зеркало и второй оптический клин установлены на оптической оси второй фокусирующей

5 линзы за радиальным растром в направлениях соответственно одноименных порядков дифракции растра, эталонный световод расположен в месте пересечения пучков, отраженных от первого и третьего зеркал, де10 ржатель контролируемого световода ориентирован так, что его ось проходит через точки пересечения пучков от первого клина и нулевого порядка дифракции и пучков от второго клина и нулевого порядка

15 дифракции. а третья пара фотоприемников установлена по ходу излучения за держателем контролируемого световода в месте пересечения пучков от второго клина и нулевого порядка дифракции.