[发明专利]检测纤维张力的方法

说明书

本发明涉及光导纤维，特别涉及一种在拉伸该纤维时检测纤维张力的方法。

在制造光学玻璃纤维时，纤维是从已被加热到足够高的温度的玻璃预型件或拉伸坯料的端部拉制的。生产光导纤维的一个较重要的加工参数是纤维在拉伸过程中的张力，特别是纤维在热区域与第一涂层器之间的区域内的张力。该张力的大小影响纤维的最终特性，包括纤维的直径、最后的强度以及通过光应力效应影响它的光学特性。

从加工角度看，纤维的张力也影响拉伸工艺过程的总的稳定性和产量。过大的张力会导致热区域中的纤维的快速颈缩(形成细颈)和最终的断裂。如果不仔细加以控制，单是为了降低纤维张力而增长热区域的温度会引起拉伸共振和根部振荡，从而产生用通常的纤维直径监测设备很难控制的纤维直径的振荡变化。拉伸期间的纤维振动也对纤维涂层产生不利的影响。

纤维张力与拉伸纤维的预型件的根部的玻璃的粘度有关，且与纤维被拉制时的速度有关。由于玻璃的粘度是温度的函数，拉伸张力可通过调节熔炉的温度来控制。

熔炉本身的温度可利用象高温计或热电偶等常用温度检测技术加以测量和控制。然而，由于拉伸过程的热力学现象，该控制方法不能对根部温度提供充分的控制。根部上方的预型件部分起着减少根部温度的热沉(热潭)作用。如果熔炉的温度保持不变，根部将随着预型件尺寸的变小而变得较热。因此，当预型件在纤维拉制过程中体积(尺寸)变小时，恒定的炉温将导致拉伸张力的降低。

通过测量拉伸期间不同时间阶段下的拉伸张力，然后调整熔炉的温度以补偿预型件长度的减少，可以对拉伸张力进行控制。当预型件尺寸减小且热潭(沉)变小时，则降低熔炉的温度。

人们常通过测量在相对于纤维运动方向施加横向力而引起的纤维的变形来机械地检测纤维张力。专利申请号为GB2,179,339A的英国专利公开了一种三轮装置，该装置中的两个轮是加到纤维的一侧，第三个轮子则加到纤维的另一侧。第三个轮子相对最初的两个轮的位置用来量度纤维的张力。在该英国专利申请GB2,179,339A所提供的方法中，测量是在涂层设备下进行的，来自张力计的信号仅当不对纤维进行涂层时的最初准备阶段用来控制拉伸熔炉的温度。

上述三轮方法有许多缺点。它很难精确地将该装置与纤维对齐(对准)而不改变纤维的最初的路径。三个轮子与纤维的接触影响了在线纤维直径反馈回路从而降低了纤维拉伸的速度。又，当被三轮装置接触时，移动的纤维可能断裂。当涂层的纤维正被拉伸时，张力计最好能设置在熔炉的正下方。在该位置处的断裂，由于需要重新开始整个拉伸过程，所以能造成生产的损失。

专利号为4,692,615的美国专利公开了一种测量运动着的纤维的张力的非接触的方法和装置，它是通过检测纤维的运动、分析该运动以确定它的至少一个频率分量以及监测这样确定的频率分量或多个分量来监测纤维的张力的。该方法基于这样的事实，即拉伸时的光学纤维的振动特性与两端固定的张力状态下的绳的振动特性至少是一次近似地相对应的。纤维在根部和第一涂层施加器之间形成了一根拉伸的绳子。

拉伸的绳子的波方程是：

                

其中，F是加在纤维上的力，μ是纤维的线性密度，V是基本谐振频率，以及δ是纤维的悬浮长度。如果测得振动的基本谐振频率，那么上述力或张力的大小可以通过计算得出。但是，往往频率的最大峰值是由旋转的机器或其他周期性的振动源所引起的噪声，而不是由纤维基本振动频率产生的。

鉴于已有技术的以上情况，很明显，改进监测光学纤维在拉伸期间的张力的现有方法很有必要。本发明的目的正是提供这样一种改进的监测系统。

更具体地说，本发明的一个目的是提供一种能用在线的连续的方式来监测纤维张力的自动的、非接触的方法。本发明的另一个目的是提供一种用来监测热区域与第一涂层装置之间的光学纤维张力的改进的方法。本发明还有一个目的是提供一种即使纤维振动中包括由旋转机器或其他类似的振动而产生的成分，也能产生一精确的张力指示的非接触纤维张力监测方法。

为了实现前面所述的以及其它目的，本发明的某些方面提供了一种监测运动中的纤维张力的方法，它包括以下步骤：

(a)在垂直于纤维运动的方向检测纤维的运动；

(b)分析上述检测到的运动以确定它的许多频率分量，每一个频率分量有某一数值，这些分量中的一个构成最大值分量；

(c)将上述最大值分量的频率加倍，以便得到一双倍频率2(f_m1)；