在光學纖維的製造期間對光學纖維進行評價的方法

2023-10-09 00:37:44 1

專利名稱：在光學纖維的製造期間對光學纖維進行評價的方法
技術領域：
本發明一般涉及光學纖維並且涉及其製造。具體地，本發明涉及一種在光學纖維 的生產期間、尤其是在從預成型件拉伸纖維期間的光學纖維的評價方法。
背景技術：
光學纖維，尤其是旨在用於電信應用的那些光學纖維，需要具有良好的光學性質。 這些性質包括例如低的衰減和低的脈衝擴散。光學纖維應當具有的另一重要性質是充分高的抗張強度。抗張強度是光學纖維需 要擁有(至少在給定程度上)以便保證在光學纖維的安裝期間不發生光學纖維的損壞和破 裂的機械性質。為了保護光學纖維表面免受機械和化學損壞，在從纖維預成型件的拉伸過程期 間，光學纖維通常通過施加合成塗層到其上而被塗覆。然而，即使塗覆的纖維通常具有低的抗張強度，例如因為用於加熱預成型件的烤 爐中的顆粒或其它外來顆粒在纖維仍然處於烤爐室中時損壞纖維表面(例如，存在於烤爐 室中的雜質可在纖維表面上引起缺陷，該缺陷減小纖維強度)，或者由於拉伸過程工作情況 的重要變化(例如，冷卻情況的修改或纖維塗層施加步驟中發生的問題)。而且，從其拉伸 纖維的預成型件中已經存在的其它雜質可能是使纖維抗張強度特性變得更差的纖維缺陷 的原因。纖維的抗張強度實際上取決於這些缺陷的頻率和尺寸，這些缺陷的頻率和尺寸通 常在整個纖維長度上統計地分布。因此，需要評估光學纖維的抗張強度以保證在包括光學纖維的光纜的安裝期間保 證充分高的抗張強度值。在過去，纖維抗張強度的測試直接在線完成，典型地在光學纖維拉伸步驟的下遊 (特別地恰好在拉伸光學纖維卷繞到收集線軸上之前)。通過施加(使用合適的設備)到 正被拉伸的纖維適於引起應變的張力，整個拉伸纖維長度被在線測試，該應變模仿當纖維 放置在光纜中時(尤其是在纖維的安裝期間)纖維將經受的應力情況。應變值通常在光 學纖維的數據表中被指定，並且例如等於1%，雖然光學纖維在現場受到的具體纖維應變 可取決於具體應用；例如，對於海底光纜安裝，該應變可以高達2%。這種在線篩選在整個 拉伸纖維長度上被執行，因為它也執行總是在成品上被執行的質量檢查(即，對離開製造 過程的最終產品不設想另外的檢查)。在線篩選例如在美國專利No. 4148218、美國專利 No. 6892589和美國專利No. 4601208中被公開。缺陷的存在引起正被拉伸的纖維的破裂，該破裂容易被檢測到。然後，許多破裂消 極地影響纖維拉伸速率，並且使得拉伸過程相當不連續。另一問題在於，已經發現恰好在拉 伸之後的纖維比已經過去一定時間後有點更有抵抗性。因此，恰好在拉伸之後的纖維的在 線篩選(通過引起應變)實際上不去除所有缺陷。最近，在光學纖維製造設備廠，纖維受到所謂的「離線篩選測試」或「離線篩選」。 拉伸纖維從拉伸後收集線軸展開，在輥上被引導並且在其整個長度上加載有預定張力(適於引起纖維數據表中指定的纖維應變，例如用於應變的700MPa)；施加的力引起纖維與 缺陷對應地破裂，並且因此可消除絕大多數缺陷。施加的力的典型值是諸如在纖維上引起 應變。由於現代纖維製造廠保證的高純度，纖維中兩個連續的缺陷之間的典型平均距離 大於數十千米。離線篩選測試例如在美國專利No. 5076104中被公開。然而，離線纖維篩選步驟的主要缺點是，已經從其拉伸光學纖維的可能差質量的 開始預成型件(例如，由於外來顆粒存在於預成型件中或預成型件外表面上，或者由於在 預成型件的形成期間因為光學纖維的複雜且精密的拉伸步驟(例如，由於很小的直徑、很 高的速率、很高的豎直塔)引起的工作情況發生的變化)僅當在已經從那個預成型件獲得 的已製造的光學纖維上執行抗張強度測試步驟時才能被檢測。差質量的開始預成型件導致 在光學纖維的抗張強度測試步驟期間發生在拉伸光學纖維上的大量連續破裂。由於兩個連 續破裂之間的平均長度的顯著降低(有時甚至小於光學纖維的通常大約為5km的最小商業 跨距)是不可接受的，因此製造的光學纖維必須被丟棄。對於已經浪費昂貴的原材料(特 別對於光學纖維塗層)以及時間而沒有獲得任何結果的製造商來說，這清楚地表示很高的 成本。此外，在預成型件的差質量是由於製造過程的問題的情況下，由於離線執行測試 步驟(即，當已經製造完光學纖維時)並且因此在已經獲得光學纖維之後的一段時間，抗張 測試的消極結果當已經生產且拉伸多於一個預成型件時才能夠被確認，使得大量光學纖維 必須被丟棄。為了測試要從其拉伸光學纖維的預成型件，可以在光學上檢查預成型 件。「Applied Optics"，Vol. 18，No. 1，Jan. 1,1979, pp. 23-30 中出版的 H. Μ· Presby 等 人的論文"Optical Fiber Preform Diagnostics」中公開這些方法的例子。非破壞性測試 光學樣本的方法也已經在美國專利No. 4501492中被公開。然而，在拉伸過程之前施加在預成型件上的這些光學方法不考慮在預成型件拉伸 過程期間出現的纖維缺陷。根據引用的美國專利No. 4501492，甚至可以在該過程期間分析 纖維，但當然難以在高的速率下具有好的空間解析度。因此，預成型件的光學檢查不能揭示可能在用來獲得光學纖維的連續拉伸步驟期 間出現的缺陷。此外，在從預成型件拉升光學纖維時也在光學纖維上執行光學檢查的情況 下，這種方法遠遠不能有效檢測拉伸光學纖維中的可能缺陷，這是由於在用於現代光學纖 維製造過程的高速率下不能保證好的空間解析度。

發明內容
本申請人已經解決設計光學纖維評價方法的問題，只要考慮到纖維抗張強度，該 評價方法就不會或至少較少受到上述已知纖維篩選方法的問題的影響。具體地，本申請人 已經面對在光學纖維的拉伸期間檢查光學纖維的質量的問題，從而避免製造有缺陷的光學 纖維(有缺陷的光學纖維將不適於被商業化並且因此將必須被丟棄)並避免浪費原材料、 動力能源、人的時間和機器的時間。由於通常在離線篩選測試期間(獲得的光學纖維受到指定的張應力以便檢查其 質量)發現光學纖維是有缺陷的，時間和材料的浪費更加大。本申請人已經認識到，通過在光學纖維的拉伸的恰好第一階段預先測試獲得的光學纖維的恰好第一長度的抗張強度，能夠保證在光學纖維的製造過程期間良好質量(例 如，基本上沒有缺陷)的預成型件的使用以及正確使用過程參數的指定值，所述測試在光 學纖維製造過程期間被在線執行。具體地，本申請人已經認識到，通過在光學纖維的拉伸期間僅施加合適的張應力 (該張應力小於用於離線纖維篩選的張應力以便檢查已生產的光學纖維的質量)到拉伸光 學纖維的初始長度，光學纖維製造過程的質量和生產率有利地被提高。典型地，所述初始長 度取決於纖維破裂之間的統計距離；優選地，所述初始長度大約為10km。因此，如果光學纖 維通過測試，則可以假定要從那個預成型件生產的剩餘光學纖維(典型地，從預成型件獲 得數百千米拉伸纖維)也將通過該測試並且將基本上不從這種預成型件獲得廢品(即，具 有大的且不可接受的數量的連續破裂的有缺陷的光學纖維)。此外，本申請人也已經認識 到，如果光學纖維通過預先抗張強度測試(即，通過執行拉伸光學纖維的所述初始長度的 在線測試)，則拉伸過程的質量可以認為是滿意的並且在預成型件的拉伸期間在拉伸光學 纖維中不引入任何另外缺陷。本申請人已經發現，上述技術問題可以通過為光學纖維製造過程提供抗張強度測 試步驟被解決，根據該抗張強度測試步驟，預定張力被施加到拉伸光學纖維的恰好第一長 度，所述張力此後在從該預成型件獲得的剩餘光學纖維長度的拉伸期間被移除。由於本發明，由於施加到正被拉伸的纖維的張力基本上在光學纖維中的每一個缺 陷處在光學纖維中引起破裂並且由於有缺陷的預成型件和/或拉伸過程異態，具有低的機 械強度以及過程工作情況中的異態的預成型件將在預先抗張強度測試步驟期間被檢測出。 因此，通過在光學纖維製造過程的恰好初始階段檢查光學纖維的抗張強度，可以評價預成 型件質量和過程工作情況，使得由此引起的光學纖維應當擁有希望的抗張強度值，因此減 小過程廢料。根據本發明的一方面，提供一種光學纖維在其製造期間的評價方法，所述方法包 括在從纖維預成型件拉伸光學纖維的同時使預定初始長度的光學纖維受到預定第 一張應力；檢測所述初始長度的光學纖維中發生的纖維破裂的數量；如果檢測到的纖維破裂的數量超過預定第一閾值，則停止纖維拉伸過程；否則從光學纖維移除第一張應力並且繼續拉伸過程直到完成。該方法還可包括通過使整個已拉伸光學纖維受到預定的第二張應力而使已拉伸 光學纖維經受離線抗張強度測試。在所述停止纖維拉伸過程之後，可執行以下步驟清潔纖維拉伸塔；重新開始纖維拉伸過程；使預定的另外長度的光學纖維在正在被拉伸時受到預定的第一張應力；如果檢測到的纖維破裂的數量超過預定第二閾值，則再次停止纖維拉伸過程。該方法還可在所述再次停止纖維拉伸過程之後還包括纖維拉伸過程、丟棄纖維預 成型件。所述第一張應力特別地小於所述第二張應力。
具體地，所述第一張應力小於或等於所述第二張應力的60%。所述第一張應力可以在所述第二張應力的20%到50%之間。所述第一張應力可以被選擇成在從大約200克到大約1000克的範圍中，更優選地 從大約300克到大約600克。所述預定初始長度可以是至少大約10km。所述預定第一閾值可等於2或3。所述預定第二閾值可等於0。根據本發明的另一方面，提供一種光學纖維拉伸設備，該光學纖維拉伸設備包括 適於在光學纖維正在被拉伸時選擇性地施加預定的額外張應力到光學纖維的纖維張緊裝 置，所述纖維張緊裝置可用於施加所述額外張應力到已拉伸光學纖維的預定初始長度。該設備還可包括離線纖維篩選設備，該離線纖維篩選設備適於通過使整個已拉升 光學纖維受到預定的離線張應力而使拉伸光學纖維經受離線抗張強度測試。所述額外張應力可以小於所述離線張應力，具體地小於或等於所述離線張應力的 60%，並且更加具體地在所述離線張應力的20%到50%之間。所述額外張應力可以被選擇成在從大約200克到大約1000克的範圍中，更優選地 從大約300克到大約600克。所述預定初始長度可以是至少大約10km。所述纖維張緊裝置可包括在正在拉伸光學纖維時可選擇性地施加到光學纖維的 額外重物。額外重物可以安裝在可移動支架上，該可移動支架在升降裝置的作用下可豎向移 動。纖維張緊裝置可包括安裝在可豎向移動的滑架上的滑輪，該可豎向移動的滑架布 置成可由額外重物加載。


通過要結合附圖閱讀的僅以非限制性例子的方式提供的本發明的實施例的以下 詳細描述，本發明的這些和其它特徵和優點將變得清楚，其中圖1示意性地示出光學纖維拉伸設備；圖2示意性地示出根據本發明的實施例的裝置，該裝置適於用在圖1的光學纖維 拉伸設備中，用來施加抗張強度到正被拉伸的光學纖維；圖3A和3B示意性地示出處於兩種不同操作狀態的圖2的裝置；圖4是用於在線纖維篩選的根據本發明的實施例的方法的示意性流程圖；並且圖5A、5B和5C是報告在通過兩種拉伸過程獲得的三個不同的樣品長度的拉伸光 學纖維中觀察到的纖維破裂的概率的圖表。
具體實施例方式參考附圖，在圖1中示意性地示出一種用來拉伸光學纖維的總體表示為100的設 備。設備100典型地插在纖維拉制塔(圖中未示出)中。玻璃預成型件101被拉到熔爐(烤爐)102中以獲得光學玻璃纖維103。纖維103由牽引設備150拉下。纖維103的直徑由第一直徑測量裝置140測量。在偏離目標值(例 如，125 μ m)的情況下，第一直徑測量裝置140適於發送信號到牽引設備150，該牽引設備將 適當地改變其旋轉速度。纖維103當穿過冷卻管112時被冷卻到典型地低於50°C的溫度，並且纖維103隨 後穿過第一塗敷裝置121，該第一塗敷裝置適於將典型地以粘性樹脂的形式的第一層塗料 塗敷到纖維103上。然後，纖維103穿過包括一個或更多個UV(紫外)燈的固化裝置131，該固化裝置 引起形成第一塗層的樹脂完全或至少部分硬化(交聯)(硬化程度取決於UV功率和/或纖 維拉伸速度)。覆蓋有第一塗層的纖維103的直徑由第二直徑測量裝置141測量。該測量值可用 作反饋以控制冷卻管112的適當工作狀態，以便調節纖維103進入第一塗敷裝置121的染 料的溫度(纖維可以拖動的樹脂的量，即第一塗層的厚度，取決於染料幾何形狀且取決於 相對於樹脂的溫度的進入的纖維的溫度)。然後，纖維103穿過第二塗敷裝置122，該第二塗敷裝置施加例如也以粘性樹脂的 形式的第二層塗料。然後，纖維103穿過包括一個或更多個UV燈的第二固化裝置132，該第 二固化裝置引起形成第二塗層的樹脂完全或至少部分硬化(硬化程度也取決於UV功率和 /或纖維拉伸速度)。然後，覆蓋有第二塗層的纖維103的直徑由第三直徑測量裝置142測量。在牽引設備150中，纖維103被帶155擠壓並且部分地纏繞在輥151上。帶155 在三個輥152、153和154上穿過，以便具有指定張力並保證向下拉縴維103所必要的摩擦 力。根據本發明的實施例，在牽引裝置150之後，纖維張緊裝置160在線地插在拉伸塔 中的纖維拉伸設備100中並且它適於在纖維拉伸期間使纖維103受到額外張力。稍後將詳 細描述纖維張緊裝置160。在纖維張緊裝置160之後，本身已知的纖維卷繞裝置引起纖維103卷繞在線軸170 上。方塊180示意性地表示適於使整個已拉制的纖維受到預定張應力的常規離線纖 維篩選測試設備。圖2中詳細示出纖維張緊裝置160的根據本發明的實施例。應當指出，圖2中示 出的實施例對本發明不是限制性的，並且額外張力可以使用不同的纖維張緊裝置以其它方 式施加到纖維。纖維張緊裝置160包括三個滑輪或輥211、212和213。輥213位於輥211和212 之間的中間，並且它安裝在連接到兩個滑架231和232的杆220上，該兩個滑架可沿兩個豎 向引導件221和222自由運動。杆220可以裝載有另外的可變重物241。輥213、杆220、滑 架231和232和另外重物241的總重量此後將稱為「總重量」，並且在圖中用P表示。在操作中，光學纖維103在正在被拉伸時且在已經被塗敷後穿過三個輥211、212 和213。由於總重量P，纖維103受到等於P/2的張力。施加到纖維的總重量P的值單意 地對應於一定纖維應變，該纖維應變進一步取決於光學纖維的楊氏模量E並且取決於其直 徑；光學纖維通常由具有大約72Gpa的楊氏模量E的二氧化矽製成並且具有典型的直徑D
8=125 士 1 μ m，因此對應於施加的張力T = P/2的總重量P引起等於T除以纖維橫截面除以 楊氏模量 E 的應變T/((3. 14 * (D/2)2) *Ε)。在纖維拉伸過程期間，可以移除和/或改變重物241。在圖3Α和3Β中示意性地示出裝置300，該裝置300適於施加另外重物241到中心 輥213安裝在其上的杆220上或從該杆220移除該另外重物241 (為了清楚起見，在圖3Α 和3Β中不描繪出輥213)。具體地，在圖3Α中，裝置300被示出為處於第一(停用)工作狀態，其中另外重物 241不裝載在杆220上，而是通過細杆305由兩個例如氣動柱塞340和341支撐。在這種狀 態下，總重量P對應於輥213、杆220和滑架231和232的總重量，並且它相對較小，使得由 於這個重量而在纖維上引起基本上可以忽略的應變。在圖3Β中，裝置300被示出為處於第二(起用)工作狀態，其中，由於兩個氣動柱 塞340和341塌縮並且不支撐承載另外重物241的細杆305，重物241裝載在杆220上。另 外重物241的值使得在纖維上引起指定應變。在纖維拉伸期間用於纖維抗張強度性質的評價的根據本發明的實施例的纖維評 價方法可以是以下(參考圖4的示意性流程圖)。在纖維拉伸過程的開始(方塊405)，起用在線纖維篩選(方塊410)。起用用來施 加另外重物241的裝置300 (圖3Β中示出的狀態)，使得另外重物241被施加到正被拉伸的 纖維103。另外重物241的施加引起額外張力被施加到纖維，並且這種額外張力在纖維103 中引起指定應變。如果從預成型件可獲得的纖維的總長度的預定初始長度中發生的纖維破裂的數 量小於被認為是臨界的預定數量W (判定塊415，退出分支Y)，則停用在線纖維篩選(方塊 420)裝置300被停用並且處於圖3A中示出的狀態中，剩餘的預成型件按照常規被拉伸而 不施加到纖維額外張力(方塊425)。如果在拉伸纖維的預定初始長度中在在線篩選期間發生的纖維破裂的數量等於 或大於預定數量附(例如，一個、兩個或更多破裂發生)(判定塊415，退出分支N)，則拉 伸過程暫停，且從熔爐102的熱區域移除預成型件101。小心地清潔且控制拉伸塔(方塊 430)。然後，通過操作相同的預成型件101重新開始拉伸過程(方塊435)。優選地，在重新開始拉伸過程之後在線纖維篩選被保持起用(例如，裝置300被維 持在圖3B中示出的起用狀態中)(方塊440)，以便測試拉伸纖維的另外長度。所述另外長 度可能等於在先前步驟中被測試的拉伸纖維的初始長度。如果在拉伸纖維的所述另外的預定初始長度之後沒有另外的纖維破裂發生，或者 更通常地，觀察到的纖維破裂的數量小於第二預定數量N2 (判定塊445，退出分支Y)，則停 止在線纖維篩選(裝置300停用，如圖3A中所示)，並且常規地拉伸剩餘的預成型件(方塊 420 和 425)。然後，拉伸纖維經受常規離線篩選(方塊450)，例如，施加到拉伸纖維的整個長度 適於引起應變的張力。為了這個目的，拉伸纖維從收集線軸170展開，並且它在輥上被 引導且在其整個長度上加載有預定張力(適於引起纖維數據表中指定的纖維應變，例如用 於應變的700MPa)。離線篩選用作已拉伸纖維的質量檢查。通過離線篩選，消除可能的 纖維缺陷。
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如果替代地在重新開始拉伸過程之後在拉伸纖維的另外長度中出現一個或更多 個纖維破裂，更通常地數量等於或大於第二預定數量N2的纖維破裂(判定塊445，退出分支 N)，明確地停止拉伸過程，並且故障排除程序可被執行，旨在試圖識別纖維破裂源於熔爐、 預成型件的缺陷還是其它原因(方塊455)；故障排除程序可對應於通常在已知離線纖維篩 選方法期間在發生纖維破裂的情況下執行的故障排除程序。在在線纖維篩選測試期間施加到正被拉伸的纖維的額外張力，即當施加另外重物 241時的總重量P(即，輥213、杆220、滑架231和232和帶細杆305的另外重物241的總重 量)應當充分小以便避免太多光學纖維破裂發生，並且同時充分大以鑑別獲得的光學纖維 的按照機械觀點的質量(抗張強度)。總重量值P可以通過改變另外重物241的重量而改變。優選地，在預先在線篩選期間施加到已拉伸光學纖維的額外張力為通常在離線篩 選測試中施加到纖維的張力的至少50%。例如，施加到纖維的1000克的張力大約對應於纖 維中的應變，這模仿特別地在纖維的安裝期間當纖維放置在光纜中時纖維將經受的應 力情況。優選地，在在線篩選測試施加到已拉伸光學纖維的張力為大約350Mpa。如由本申請人進行的實驗試驗得出的，合適的總重量P可以是800克，那意味著大 約800克/2 = 400克的張力被施加到纖維；優選地，總重量P在從大約200克到大約2000 克的範圍。當不施加另外重物241時的總重量P(即，棍213、杆220、和滑架231和232的總 重量)可以例如小於200克，使得當在線篩選測試停用時在拉伸過程期間施加到纖維的張 力小於200克/2 = 100克。數量m和N2以及它們的和N = N1+N2設置在預先在線篩選測試期間拉伸光學纖 維的初始長度可經受的破裂數量的閾值以便被認為可接受。拉伸纖維的預定初始長度可以是例如大約10km。優選地，拉伸光學纖維的預定 初始長度從大約8km到大約40km。更優選地，拉伸光學纖維的預定初始長度從大約IOkm 到30km。更通常地，拉伸纖維的預定初始長度可被選擇作為避免不必要長的纖維部分受 到過大應力的希望和測試足夠長的纖維段以檢測可能的缺陷的希望之間的折衷。初始纖 維長度的值可以基於相繼纖維破裂之間的距離的統計分布的分析被確定。例如，纖維拉伸 過程可以由烤爐中或預成型件中的雜質引起的纖維破裂的泊松統計分布表徵，使得當纖維 受到引起纖維應變的離線篩選測試時(而如果在纖維中引起的應變增加，則破裂之間 的平均距離減小)，兩個連續的破裂之間的平均距離相對大，例如大於40km，可能達到大約 IOOkm(在文獻中已經報告了這個值，例如在國際電線和電纜討論會論文集1991的819-825 頁中公開的G. S. Glaesmann 的"Optical fiber failures probability predictions from long-length strength distributions」中)。因此可以預測在一定纖維長度中具有兩個 或三個獨立纖維破裂事件的概率例如，在IOkm拉伸纖維中具有一個破裂的概率是大約 20%，具有兩個破裂的概率是大約2%，並且具有三個破裂的概率是大約0. 2% ；因此，選擇 要經受在線篩選測試的拉伸纖維的初始長度等於10km，並且設置閾值N等於3是合理的，因 為在IOkm的拉伸纖維內具有三個纖維破裂的概率相當低。通過增加經受在線篩選測試的 拉伸纖維的初始長度，破裂概率增加；例如，考慮30km的拉伸纖維，具有三個破裂的概率是 大約30%，因此纖維破裂的數量的閾值N應當增加，例如增加到4或5。源於如差的拉伸設
10備設置、拉伸塔的不足的清潔、預成型件中的其它問題的其它原因的纖維破裂可具有較小 的平均距離，例如5km。圖5A、5B和5C中的圖表示出考慮5km(圖5A)、10km(圖5B)和30km(圖5C)的拉 伸纖維的跨度，對於兩種可能的纖維拉伸過程的具有一定數量的纖維破裂的R(在橫坐標 中)的概率Z (在縱坐標中)，該兩種可能的纖維拉伸過程的特徵在於1)當纖維經受 應變時大約40km的破裂之間的平均距離(好的過程，標記為A的曲線)；和2)當纖維經受 0.5%應變時大約4km的破裂之間的平均距離(差的過程，標記為B的曲線)。可以注意到， 對於IOkm的纖維長度(圖5B)，在差的過程中具有三個破裂的概率相對高(大約50%)，使 得三個破裂的數量適於區別好的纖維拉伸過程(曲線A)和差的過程(曲線B)，因為破裂概 率相差至少兩個數量級。如果被考慮的纖維長度較長，例如30km(圖5C)，則四個破裂的數 量適於區別好的纖維拉伸過程(曲線A)和差的過程(曲線B)，因為破裂概率相差至少兩個 數量級。相反，考慮較短的纖維長度，例如5km(圖5A)，三個纖維破裂的數量將仍然允許區 別好的過程與差的過程，但在5km長度的樣品中觀察到纖維破裂的概率將在差的過程中以 小於15%的值減小，因此導致不能用於檢測差的過程。本申請人執行作為已知離線纖維篩選方法的替代的上述方法。具體地，如上所述， 在拉伸纖維的第一個IOkm中，在起用在線纖維篩選的情況下，已經拉伸一個預成型件，並 且隨後，在保持在線纖維篩選總是停用的情況下，已經拉伸另一個預成型件。結果是，在拉 伸纖維的超過200000km的樣品上，由於在已知離線纖維篩選期間發生的破裂的纖維長度 損失，即靠近破裂或在兩個連續的破裂之間且短於最小商業長度的那些纖維部分，與停用 在線纖維篩選的情況(標準過程)相比，在起用在線纖維篩選的情況下減小大約30%。在 離線篩選中兩個破裂之間的平均長度已經增加25%。這些結果證明纖維生產成本的顯著減小。可以預想所述方法的數個改變。例如，施加到正被拉伸的纖維的額外張力可以是 在200克到1000克之間，更優選地在300克到600克之間。在起用設備300的情況下被 在線篩選的纖維的長度在Ikm和從預成型件拉伸的纖維的整個長度之間變化，更優選地在 5km 至Ij 15km 之間。典型地，在離線篩選測試施加到生產的(已拉伸的)光學纖維的張力為大約1000 克。優選地，根據本發明(在光學纖維的拉伸期間)施加到光學纖維的初始長度的張力小於 或等於在離線篩選測試施加到已拉伸光學纖維的張力的60%。更優選地，根據本發明(在 光學纖維的拉伸期間)施加到光學纖維的初始長度的張力是在離線篩選測試施加到已拉 伸光學纖維的張力的20%到50%之間。在已拉伸纖維的初始長度中可接受的纖維破裂的數量N，即破裂數量閾值，可以從 0到5的範圍內，優選地從1到5的範圍內。更通常地，這個閾值與受到額外張力的已拉伸 光學纖維的長度相關聯。優選地，用來決定在線篩選測試已經給出積極結果還是消極結果 的破裂數量閾值(當測試大約IOkm的已拉伸光學纖維的恰好第一長度時)是3。因此，在 已拉伸光學纖維的所述恰好第一長度中破裂數量大於等於3的情況下，丟棄預成型件。這 可能意味著當在初始纖維長度的拉伸期間發生2個破裂時纖維的拉伸過程停止，然後，在 從塔移除預成型件使得塔可以被清潔且可以檢查過程參數之後，在起用在線纖維篩選的情 況下重新開始拉伸過程以便測試拉伸纖維的另一長度，在發生一個另外的破裂的情況下，
11明確地停止拉伸過程且丟棄預成型件，使得在拉伸光學纖維的初始長度中已經發生總共3 個破裂(在第一拉伸期間的2個破裂和在第二拉伸期間在過程的重新開始的1個破裂)。上述方法引起正被拉伸的纖維受到取決於沿著拉伸纖維的位置的兩個不同的應 力狀態。實際上，第一預定長度的拉伸纖維(例如，拉伸纖維的總長度的初始5%)經受例 如對應於纖維在現場經歷的應變的大約0. 4%的額外應力。如果通過在線篩選測試，則在停 用在線纖維篩選的情況下拉伸整個預成型件。如果纖維張緊裝置160恰好在常規卷繞裝置 之前在線地布置在拉伸塔中，則第一預定長度的拉伸纖維將以等於總重量P的一半(例如， 400克)的張力卷繞在線軸170上。在展開裝運線軸上的纖維之後，將釋放這個張力。然 而，纖維受拉一些時間(例如，數個小時)的持久可以是有意義的。玻璃纖維的應力時效不 太有意義，因為在拉伸之後整個纖維受到以例如應變的離線篩選且總是保證其質量。此 外，根據被接受的纖維壽命模型(COST 218,Optical Materials Reliability and Testing 1791 (1992) 190)，通過使纖維經受例如1 %的應變而執行的纖維篩選等效於在0. 4 %的應 力水平下持續大約10000小時的纖維的持久。由纖維塗層的粘彈性性能可引起一些臨界狀態。實際上，當纖維在線軸上受 到400克的張力時纖維塗層被顯著擠壓，並且它可花費時間來完全恢復最初構造。在最 壞的情況下，應力甚至可產生纖維塗層的分層。由於這個原因，本申請人採用IEC Test 60793-1-53 「水浸」對比來自第一預定長度的拉伸纖維的纖維跨距的性能與剩餘的拉伸纖 維的纖維跨距的性能。該纖維長度在60°C下浸在水中30天，並且最後，測量到它們的以 1550nm的衰減。在使用常規塗料的1550nm衰減上沒有檢測到顯著變化，該常規塗料是例如 在美國專利No. 7085466中公開的那些塗料。根據本發明的方法能夠有效率地防止差的拉伸過程。差的拉伸過程是當在例如 應變下經受離線纖維篩選時具有連續破裂的相當大量(例如超過大約30% )的拉伸纖
維長度的拉伸過程。在例如在應變下的離線纖維篩選中引起數個破裂的預成型件在拉 伸過程的恰好開始在根據本發明的在線纖維篩選期間(即使經受小於的應變)也引起 破裂。這個事實使得提出的方法在減小浪費中有效。這裡已經參考本發明的實施例描述了本發明。所述實施例的數個改進型以及其它 實施例是可能的，都落在所附權利要求限定的保護範圍內。例如，用於施加額外張力到初始拉伸纖維長度上的在線纖維張緊裝置可以不同於 所述實施例，例如，它可以包括不同數量的輥，並且可以使用用來選擇性地施加額外重物P 的不同機構。
權利要求
一種在光學纖維的製造期間對光學纖維(103)進行評價的方法，所述方法包括在正從纖維預成型件(101)拉伸光學纖維的同時使預定初始長度的光學纖維受到預定的第一張應力(410)；檢測所述初始長度的光學纖維中發生的纖維破裂的數量(415)；如果檢測到的纖維破裂的數量超過預定第一閾值，則停止纖維拉伸過程(430)；否則從光學纖維移除所述第一張應力並且繼續纖維拉伸過程直到完成(420，425)。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括通過使整個已拉伸光學纖維受到預定的第二張應力而使已拉伸光學纖維經受離線抗 張強度測試(450)。
3.根據權利要求1或2所述的方法，在所述停止纖維拉伸過程之後還包括清潔纖維拉伸塔(430)；重新開始纖維拉伸過程(435)；使預定的另外長度的光學纖維在正在被拉伸時受到預定的第一張應力(440)；如果檢測到的纖維破裂的數量超過預定第二閾值(445)，則再次停止纖維拉伸過程 (455)。
4.根據權利要求3所述的方法，在所述再次停止纖維拉伸過程之後還包括丟棄所述纖 維預成型件。
5.根據前述權利要求中的任何一項所述的方法，其中所述第一張應力小於所述第二張 應力。
6 根據權利要求5所述的方法，其中所述第一張應力小於或等於所述第二張應力的 60%。
7.根據權利要求6所述的方法，其中所述第一張應力在所述第二張應力的20%到50% 之間。
8.根據前述權利要求中的任何一項所述的方法，其中所述第一張應力被選擇成在從大 約200克到大約1000克的範圍中，更優選地從大約300克到大約600克。
9.根據前述權利要求中的任何一項所述的方法，其中所述預定初始長度至少是大約 10km。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述預定第一閾值等於2或3。
11.根據從屬於權利要求3的權利要求10所述的方法，其中所述預定第二閾值等於0。
12.一種光學纖維拉伸設備(100)，該光學纖維拉伸設備包括纖維張緊裝置(160)，該 纖維張緊裝置適於在光學纖維正在被拉伸時選擇性地將預定的額外張應力施加到該光學 纖維，所述纖維張緊裝置能夠被操作以將所述額外張應力施加到預定初始長度的已拉伸光 學纖維。
13.根據權利要求12所述的設備，還包括離線纖維篩選設備，該離線纖維篩選設備適 於通過使整個已拉伸光學纖維受到預定的離線張應力而對該已拉伸光學纖維進行離線抗 張強度測試(450)。
14.根據權利要求12或13所述的設備，其中所述額外張應力小於所述離線張應力。
15.根據權利要求5所述的方法，其中所述第一張應力小於或等於所述離線張應力的 60%。
16.根據權利要求15所述的設備，其中所述額外張應力在所述離線張應力的20%到 50%之間。
17.根據權利要求12到16中的任何一項所述的設備，其中所述額外張應力被選擇成在 從大約200克到大約1000克的範圍中，更優選地從大約300克到大約600克。
18.根據權利要求12到17中的任何一項所述的設備，其中所述預定初始長度至少是大 約 10km。
19.根據權利要求12到18中的任何一項所述的設備，其中所述纖維張緊裝置包括在正 在拉伸所述光學纖維時可選擇性地施加到所述光學纖維的額外重物(241)。
20.根據權利要求19所述的設備，其中所述額外重物安裝在可移動支架(305)上，該可 移動支架在升降裝置(340，341)的作用下能豎向移動。
21.根據權利要求19或20所述的設備，其中所述纖維張緊裝置包括安裝在能豎向移動 的滑架(220，231，232)上的滑輪(213)，該能豎向移動的滑架布置成能夠由所述額外重物 加載。全文摘要
一種在光學纖維的製造期間對光學纖維(103)進行評價的方法，所述方法包括在從纖維預成型件(101)拉伸光學纖維的同時使預定初始長度的光學纖維受到預定第一張應力(410)；檢測所述初始長度的光學纖維中發生的纖維破裂的數量(415)；如果檢測到的纖維破裂的數量超過預定第一閾值，則停止纖維拉伸過程(430)；否則從光學纖維移除第一張應力並且繼續拉伸過程直到完成(420，425)。
文檔編號G01N3/08GK101918808SQ200780102217
公開日2010年12月15日 申請日期2007年12月14日 優先權日2007年12月14日
發明者A·馬佐提, G·特斯塔, M·維託洛, N·斯卡富羅, P·魯索 申請人:普睿司曼股份公司