專利名稱：一種檢測光纖的裝置及方法
一種檢測光纖的裝置及方法本發(fā)明涉及光纖檢測裝置和檢測方法的技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種檢測光纖的裝置及方法。光纖是一種連續(xù)生產(chǎn)的線性產(chǎn)品Linear Product光纖的一般構(gòu)造含有纖芯，包層和涂覆層。光纖一般由超高純氣體合成的純石英組成。包層一般是摻雜的純石英，也由高純度的光學(xué)高分子材料組成，涂覆層一般是高分子材料，具有機(jī)械保護(hù)等物化性能，有時(shí)外部還裹有塑膠或金屬組成的保護(hù)材料也稱“護(hù)套”。包層的光學(xué)折射率必須低于光芯的折射率，否則，光不能在纖芯與包層的界面通過全反射在光纖中有效傳播，或者說光纖的損耗會(huì)太大而失去使用價(jià)值。除了折射率之外，還有其他影響光纖傳輸率透射率的因素。一般來說每卷光纖長度有幾百米到幾千米不等。光纖芯徑截面一般很小，多根光纖挨個(gè)橫排才有 I毫米。硬樹脂包層石英光纖是一種大芯徑石英光纖，它的結(jié)構(gòu)為石英纖芯；光學(xué)硬樹脂包層。光纖纖芯直徑一般不小于200微米,光纖包層的厚度為10微米左右。由于包層材料不是石英而是高分子材料，在纖芯拉絲中高分子材料通過涂覆工藝形成包層，包層的光學(xué)質(zhì)量及其和石英纖芯的結(jié)合度受許多因素影響，例如高分子材料的粘度，涂覆工藝及涂覆溫度等。包層的質(zhì)量影響著光纖的性能，由于生產(chǎn)工藝往往不總是非常理想，在高分子材料準(zhǔn)備中難免引入氣泡，導(dǎo)致包層中帶有氣泡；有時(shí)光纖涂覆工藝中，生產(chǎn)環(huán)境中飄浮在空氣里的塵粒等顆粒雜質(zhì)進(jìn)入包層，這些瑕疵氣泡或雜質(zhì)顆粒可以出現(xiàn)在包層和纖芯接合面(界面)上，但大多遠(yuǎn)離界面。在許多情況下，這種瑕疵氣泡和塵粒雜質(zhì)不是球形而是扁平細(xì)長形狀的，長度或在幾個(gè)微米到幾百微米不等，當(dāng)此種瑕疵氣泡和顆粒數(shù)量和尺寸越大、越靠近纖芯和包層界面時(shí)，光纖的傳輸率下降就越大，產(chǎn)品質(zhì)量下降就越厲害，導(dǎo)致不合格產(chǎn)品出現(xiàn)。光纖之所以成為光纖就是依靠纖芯和包層形成的全反射條件。顯而易見，當(dāng)瑕疵在纖芯和包層界面時(shí)，光纖的全反射條件遭到破壞，光纖傳輸率急劇下降；當(dāng)瑕疵在包層中但離纖芯/包層界面有一定距離時(shí)，光纖的全反射條件仍舊成立，按照幾何光學(xué)，光纖傳輸率不會(huì)受到影響，但事實(shí)并非如此，傳輸率下降，損耗增加，甚至在離界面幾十個(gè)波長之外的瑕疵都對傳輸率有負(fù)面影響，這是因?yàn)閹缀喂鈱W(xué)不再準(zhǔn)確，代之的是量子力學(xué)和波動(dòng)光學(xué)。依據(jù)波動(dòng)光學(xué)，并非所有光的能量在纖芯中，一部分會(huì)在包層中傳播，因而在遠(yuǎn)離界面的包層中的瑕疵會(huì)散射在光纖中傳播的光，部分散射光離開光纖，被探測到。導(dǎo)致局部能量密度增加，引起材料溫度升高。帶有這種瑕疵的不合格光纖在傳能應(yīng)用中有較大的使用隱患，瑕疵會(huì)散射光纖中傳播的光學(xué)能量，如傳播能量較大時(shí)或者光纖連續(xù)使用時(shí)，瑕疵點(diǎn)或附近會(huì)積累能量發(fā)熱，導(dǎo)致包層或涂覆層燒焦最終光纖失效。在激光微創(chuàng)手術(shù)等應(yīng)用中，就有可能出現(xiàn)醫(yī)療事故。因此有必要找到帶有此類瑕疵的光纖，并確定瑕疵的位置，去除瑕疵，避免事故。在實(shí)際中，一般通過測量光纖的傳輸率來尋找?guī)в羞@種瑕疵的光纖，測量大芯徑光纖的傳輸率一般需要至少 100米長度的光纖,傳輸率方法對在纖芯包層界面上的瑕疵有效，但是在包層中瑕疵遠(yuǎn)離界面的情況效果很差。這種方法有如下缺點(diǎn)1.傳輸率方法只能確認(rèn)可能有導(dǎo)致傳輸率下降的瑕疵，不能確定帶有瑕疵的確切位置，結(jié)果整卷光纖或近百米的光纖報(bào)廢；2. —般標(biāo)準(zhǔn)硬樹脂單包層石英光纖有2000米，為了確定瑕疵的確切位置，減少報(bào)廢長度，必須多次把光纖切成幾段，結(jié)果增加了測量時(shí)間，最后的光纖長度變得過短，企業(yè)只能減價(jià)處理，降低了企業(yè)效益；3.雖然能檢測到纖芯包層界面上的瑕疵，但對遠(yuǎn)離纖芯和包層界面的瑕疵不靈敏，不能檢測到離開纖芯包層界面的在包層中的瑕疵，對光纖的應(yīng)用造成隱患。本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在檢測精度不理想、檢測造成間接成本高的缺陷，提供一種精確檢測光纖的裝置和方法。 為實(shí)現(xiàn)上述目的設(shè)計(jì)一種檢測光纖的裝置，包括等待檢測的光纖I、等待收卷光纖的卷筒2、光纖導(dǎo)輪3、4、探測裝置5、著色槍6和光源9，其特征在于等待檢測的光纖I與等待收卷光纖的卷筒2之間設(shè)有兩個(gè)光纖導(dǎo)輪3、4，光纖I 一端穿過光纖導(dǎo)輪3、4連接卷筒
2,光纖I另一端連接光源9,兩個(gè)光纖導(dǎo)輪3、4內(nèi)部一側(cè)設(shè)有若干遮光板,若干個(gè)遮光板構(gòu)成一個(gè)與外界光源隔離的空腔，空腔內(nèi)設(shè)有探測裝置5和著色槍6。所述的探測裝置5采用人眼或光探測器。所述的光源9采用紅色半導(dǎo)體激光器。本發(fā)明還包括一種檢測光纖的方法，光纖包括纖芯、包層和涂覆層，其特征在于點(diǎn)亮光源9,依據(jù)波動(dòng)光學(xué),并非所有光的能量在纖芯中，一部分光會(huì)在包層中傳播，因而在遠(yuǎn)離界面的包層中的瑕疵會(huì)散射在光纖中傳播的光，部分散射光離開光纖，被探測裝置5探測到，著色槍在光纖上相應(yīng)位置做好含有瑕疵的標(biāo)記。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果本發(fā)明設(shè)計(jì)的方法配合裝置能非常精確地確定諸如起氣泡或塵粒等瑕疵的位置。位置精度可確認(rèn)到+/-20厘米或更高，氣泡或雜質(zhì)顆粒等瑕疵的有效直徑不小于 10微米。本發(fā)明能同時(shí)檢測到在纖芯包層界面上或遠(yuǎn)離界面的瑕疵。本發(fā)明適用范圍廣，不僅適合硬樹脂包層石英光纖，也合適包層較厚的軟樹脂包層石英光纖和其它光纖。圖I是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖中I.被測光纖卷盤2.光纖收卷盤3和4為光纖導(dǎo)輪組合5.光探測器或人眼6.著色槍或筆7和8為卷盤固定軸9.激光器光源10.光纖11.散射點(diǎn)結(jié)合附圖
對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，本發(fā)明所用裝置的結(jié)構(gòu)和對本專業(yè)的人來說是非常清楚的。本發(fā)明的裝置和結(jié)構(gòu)包括但不限于下述實(shí)施例。實(shí)施例
按照附圖在實(shí)驗(yàn)室搭建裝置，光纖導(dǎo)輪半徑為10毫米，光纖線卷I和2是標(biāo)準(zhǔn)的直徑為6英寸的塑料線卷，線卷盤I松松地套在線卷固定軸8上，線卷2固定在軸7，軸7通過齒輪調(diào)速器由人工轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)100-5000rpm。所用光源為 3毫瓦的普通紅色660nm 二極管激光器9,激光器從Amazon. Com網(wǎng)站采購的最普通的紅色半導(dǎo)體激光器并帶有帶有鑰匙圈價(jià)格5美元。激光對準(zhǔn)被測光纖線卷的光纖內(nèi)端頭并射入光纖纖芯中，激光器9通過連接頭固定到光纖上并粘在線卷卷盤上。檢測時(shí)，右邊是等待檢測的一卷光纖1，左邊是等待收卷光纖的空卷筒2，手動(dòng)或馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)空卷筒2牽引著光纖，中間有兩組光纖導(dǎo)輪3和4，兩組光纖導(dǎo)輪之間有探測裝置
5和著色槍6，探測裝置和著色槍安放在與外界其它光源隔離的環(huán)境中，探測裝置可以是人眼也可以是光探測器如光伏二極管，采用了 Thorlabs’ DET36光探測器，一卷待檢光纖I有兩端，外面一端手工卷入空卷筒以備光纖牽引，另外一端連接上光源9，光源為價(jià)格極其低 廉的體積極小的紅色半導(dǎo)體激光器。點(diǎn)亮激光光源，人工轉(zhuǎn)動(dòng)軸7，牽引光纖，檢測在卷I上的所有光纖，光纖包層中的瑕疵遇上光會(huì)閃射少量光，當(dāng)探測裝置記錄到閃光時(shí)，操作員按動(dòng)著色槍在光纖上相應(yīng)地做好含有瑕疵位置的標(biāo)記。我們檢測了 3卷2000米長的200微米芯徑的硬樹脂包層光纖，觀察到5個(gè)瑕疵。在放大50X的實(shí)驗(yàn)室通用顯微鏡下觀察含有瑕疵的光纖，瑕疵都比較靠近光纖纖芯和包層的界面，最小的瑕疵為扁平狀尺寸為 10微米(長)、10微米(寬)、小于5微米(厚)。光纖上的著色標(biāo)記離開瑕疵的距離都在10厘米左右。我們檢測了 2卷500米長的200微米芯徑的硅樹脂包層光纖，觀察到4個(gè)瑕疵。在放大40X的實(shí)驗(yàn)室通用顯微鏡下觀察含有瑕疵的光纖，2個(gè)瑕疵比較靠近光纖纖芯和包層的界面，其中有2個(gè)瑕疵離開纖芯包層界面 30微米，瑕疵尺寸約為20微米。光纖上的著色標(biāo)記離開瑕疵的距離都在10厘米左右?？梢姡景l(fā)明設(shè)計(jì)的方法配合裝置能非常精確地確定瑕疵位置。
權(quán)利要求
1.一種檢測光纖的裝置，包括等待檢測的光纖(I)、等待收卷光纖的卷筒(2)、光纖導(dǎo)輪(3、4)、探測裝置(5)、著色槍(6)和光源(9)，其特征在于等待檢測的光纖(I)與等待收卷光纖的卷筒(2)之間設(shè)有兩個(gè)光纖導(dǎo)輪(3、4)，光纖(I) 一端穿過光纖導(dǎo)輪(3、4)連接卷筒(2)，光纖(I)另一端連接光源(9)，兩個(gè)光纖導(dǎo)輪(3、4)內(nèi)部一側(cè)設(shè)有若干遮光板，若干個(gè)遮光板構(gòu)成一個(gè)與外界光源隔離的空腔，空腔內(nèi)設(shè)有探測裝置(5)和著色槍(6)。
2.如權(quán)利要求I所述的一種檢測光纖的裝置，其特征在于所述的探測裝置(5)采用人眼或光探測器。
3.如權(quán)利要求I所述的一種檢測光纖的裝置，其特征在于所述的光源(9)采用紅色半導(dǎo)體激光器。
4.一種檢測光纖的方法，光纖包括纖芯、包層和涂覆層，其特征在于點(diǎn)亮光源(9)，依據(jù)波動(dòng)光學(xué)，并非所有光的能量在纖芯中，一部分光會(huì)在包層中傳播，因而在遠(yuǎn)離界面的包層中的瑕疵會(huì)散射在光纖中傳播的光，部分散射光離開光纖，被探測裝置(5)探測到，著色槍在光纖上相應(yīng)位置做好含有瑕疵的標(biāo)記。
全文摘要
本發(fā)明涉及光纖檢測裝置和檢測方法的技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種檢測光纖的裝置及方法，等待檢測的光纖與等待收卷光纖的卷筒之間設(shè)有兩個(gè)光纖導(dǎo)輪，光纖一端穿過光纖導(dǎo)輪、連接卷筒，光纖另一端連接光源，兩個(gè)光纖導(dǎo)輪、內(nèi)部一側(cè)設(shè)有若干遮光板，若干個(gè)遮光板構(gòu)成一個(gè)與外界光源隔離的空腔，空腔內(nèi)設(shè)有探測裝置和著色槍。點(diǎn)亮光源，在遠(yuǎn)離界面的包層中的瑕疵會(huì)散射在光纖中傳播的光，探測裝置探測到后著色槍在光纖上相應(yīng)位置做好含有瑕疵的標(biāo)記，本發(fā)明能非常精確地確定諸如起氣泡或塵粒等瑕疵的位置。位置精度可確認(rèn)到+/-20厘米或更高，氣泡或雜質(zhì)顆粒等瑕疵的有效直徑不小于～10微米。本發(fā)明能同時(shí)檢測到在纖芯包層界面上或遠(yuǎn)離界面的瑕疵。
文檔編號(hào)G01N21/88GK102706884SQ20121014252
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者周志翔 申請人:江蘇光迅達(dá)光纖科技有限公司