DE69408367T2

DE69408367T2 - Verfahren und Vorrichtung für die mechanische Prüfung von optischen Fasern

Info

Publication number: DE69408367T2
Application number: DE1994608367
Authority: DE
Inventors: Torbjoern Svensson
Original assignee: Telia AB
Current assignee: Telia Co AB
Priority date: 1993-06-02
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 2014-05-14
Also published as: SE9301883L; EP0627617A2; SE9301883D0; EP0627617A3; EP0627617B1; DE69408367D1; ES2112508T3; SE501049C2

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bzw. Anspruch 3.
Die optische Faser ist aus Glas oder irgendeinem anderen Material hergestellt, das die Übertragung von Licht erlaubt. Die Fasern sind für Verwendung bei der Fernmeldetechnik und Datenübertragung bestimmt. Das Untersuchen betrifft die Bestimmung, wie leicht die Faser mechanisch ermüdet, was die Betriebslebensdauer der Faser bestimmt.
Die Erfindung ist für Benutzung in Verbindung mit der Typenuntersuchung von optischen Fasern, mit Forschungszielen, bei Untersuchungen in unterschiedlichen Umgebungen usw. bestimmt.

STAND DER TECHNIK

Beim Untersuchen der Alterungscharakteristiken von Fasern ist es bisher bekannt, die Fasern in verschiedenen Formen von Zugversuchen anzuordnen. Eine Anzahl von Fasern mit gewählter Belastung wird in einem Testmuster angeordnet. Man erlaubt es nachher der Faser, in der belasteten Stellung zu bleiben, bis ein Brechen der Faser auftritt. Um eine statistische Auswahl zu erhalten, werden eine große Anzahl von Tests mit derselben Belastung in einer Meßvorrichtung angeordnet. Die Anordnung wird z. B. in einer zugversuchsmaschine oder dergleichen realisiert. Die Ausrüstung, die bei diesen Untersuchungen verwendet wird, ist verhältnismäßig teuer und/oder hat großen Platzbedarf und bleibt belegt, während die Meßreihe durchgeführt wird. Beim Durchführen einer Meßreihe muß eine große Anzahl von Untersuchungsvorgängen vorgenommen werden.
In US-Patent 4 940 891 ist ein System offenbart, das die Stärke der optischen Fasern automatisch mißt, indem eine Rei he von Brüchen in einer optischen Faser eingeleitet wird, die von einer Zuführungsrolle zugeführt wird. Die Faser wird bis zum Bruch in einem automatisch verschiebbaren Klauenmechanismus gespannt, und die Faser wird weiterbefördert, und die Messung wird wiederholt. Eine Computersteuereinrichtung be wegt die Faser weiter, zeichnet die Daten auf und überwacht die Klauenmechanismus-Bruchparameter, so daß die Stärkeverteilung einer Länge von optischen Fasern auf zuverlässige Weise bestimmt wird.
Patent EP 361 962 und SU 1 357 713 zeigen Einrichtungen in Form eines Kegels, der spiralförmige Ausnehmungen aufweisen. Die Faser wird einer allmählich erhöhten Verformung ausgesetzt, woraufhin die Detektion von Licht stattfindet, das aus der Faser entweicht.

NACHWEIS DER ERFINDUNG

TECHNISCHES PROBLEM

Es besteht eine Notwendigkeit, in einfacher Weise die Betriebslebensdauer einer Faser zu berechnen. Um dies zu tun, ist es wünschenswert, eine große Anzahl von Meßergebnissen darzubieten, die auf einer kleinen Anzahl von Untersuchen beruht. Es besteht daher eine Notwendigkeit, eine große Anzahl von Brüchen der Faser in einer einzigen Untersuchung zu erzeugen. Es soll hierbei möglich sein, die Beziehung des Bruchs zur Zugbelastung zu bestimmen, der die Faser ausgesetzt ist. Es ist weiter wünschenswert, beim statischen Untersuchen von Fasern von unterschiedlichen Untersuchungsmustern signifikante Resultate zu erhalten.
Es ist weiter wünschenswert, daß die Untersuchung an einer großen Anzahl von unterschiedlichen Proben zur gleichen Zeit durchgeführt werden kann und daß diese unter sich unterschiedliche Fasertypen beinhalten können. Es ist weiter wünschenswert, eine Faser unterschiedlichen Belastungen bei einer einzigen Untersuchung auszusetzen und Meßergebnisse zu erhalten, die relevant sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Lösung des beschriebenen Problems.

DIE LÖSUNG

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gemäß den kennzeichnenden Teilen der Ansprüche 1 bzw. 3 gelöst.
Die Faser, die für auf Licht beruhender Nachrichtenübertragung verwendet wird, wird zu einer Anzahl von Windungen gebogen. Jede Windung hat einen vorbestimmten Durchmesser oder ist innerhalb gewisser maximaler und minimaler Durchmesser eingeordnet. Die Wahl des Durchmessers hängt vom Durchmesser der Faser, den Stärkeeigenschaften usw. ab. Die Windungen, in denen die Fasern angeordnet sind, sind fest. Die Faser, die auf diese Weise so fixiert ist, wird in dieser Stellung für eine gewisse Zeitdauer gehalten. Während dieser Zeitdauer wird die Faser einer statischen Belastung ausgesetzt. Indem eine zweckmäßige Auswahl von maximalen und minimalen Durchmessern für die Windungen ausgewählt wird, kann die Untersuchung zu geeigneten Untersuchungszeiten gesteuert werden, die vorhergesagt werden können.
Während dieser Zeitdauer treten Brüche der Faser auf. Diese Brüche treten zu unterschiedlichen Zeiten auf. Die Zeit, wann der Bruch auftrat, wird für jeden Bruch registriert. Die Untersuchung wird für eine vorbestimmte Zeitperiode durchgeführt, bis eine vorbestimmte Anzahl von Brüchen registriert worden ist.
Eine Meßreihe wird erhalten, die Information bietet, wann ein Bruch aufgetreten ist. Die erhaltene Meßreihe wird benutzt, um die Ermüdungscharakteristiken der Faser zu bestimmen. Z. B. kann der Spannungskorrosionskoeffizient, n, bestimmt werden von
n = N/ (ln(R) Δk/Δln(ts)), wobei
N die Anzahl von Windungen bezeichnet, mit denen die Faser angeordnet ist,
R die Beziehung zwischen dem Radius der maximalen und minimalen Windungen bezeichnet,
Δk/Δln(ts) die Änderungsrate der Meßdaten bezeichnet,
k die Seriennummer für einen speziellen Bruch bezeichnet und ts die Zeit des Auftretens des entsprechenden Bruchs ist.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung für die Realisierung des Verfahrens. Die Vorrichtung weist ein Element auf, auf dem eine Faser in einer Anzahl von Windungen aufgewickelt wird, wobei die Windungen kreisförmig oder wenigstens teilweise kreisförmig sind. Um kreisförmige oder teilweise kreisförmige Windungen zu erhalten, ist das Element zylindrisch oder mit einer Oberfläche versehen, die teilweise zylindrisch ist. Die zylindrische Oberfläche kann auch konisch sein, wobei sie vorbestimmte maximale und minimale Durchmesser hat. Die Durchmesser werden im Hinblick auf den Durchmesser und die Stärkecharakteristiken der Faser bestimmt. Wenn die Faser am Element angebracht ist, wird die Faser in dieser Stellung für eine gewisse Zeitdauer fixiert.
Das Element, um das die Faser in einer Reihe von Windungen herumgewickelt worden ist, wird anschließend freigegeben oder kann an seinem Ort verbleiben, bis die Messung durchgeführt wird. In dem Falle, daß die Windungen um ein deformierbares zylindrisches Element angepaßt worden sind oder daß das Element entfernt worden ist, nachdem die Faser um das Element herumgewickelt worden ist, ist es möglich, durch mechanische Wirkung zu bewirken, daß die Windungen in der Faser die Windungen zwischen einem maximalen und einem minimalen Durchmesser annehmen.
Ein Detektionselement registriert das Auftreten von Brüchen an der Faser und die Zeit des fraglichen Ereignisses. Diese Information wird zu einem Computerelement übertragen, das aufgrund angesammelter Daten die Alterungscharakteristiken der Faser berechnet.

VORTEILE

Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, daß teure Ausrüstung nicht während der Untersuchungszeitdauer besetzt wird. Zusätzlich brauchen keine Einrichtungen benutzt werden, um die Fasern einer Zugbelastung auszusetzen.
Die Faser um eine Vorrichtung zu wickeln ist einfach und erfordert keine besonderen Kräfte. Einer einzigen Faser kann es darüber hinaus ermöglicht werden, eine Vielzahl von Brüchen zu erzielen, während vorbekannte Verfahren nur eine Belastung erlaubten, bis ein Bruch in der Faser auftritt.
Die Tatsache, daß die Erfindung einfach zu verwenden ist, führt zu niedrigen Kosten in jeder Reihe von Untersuchungen.

BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Es zeigen:
Fig. 1 eine Faser, die einer Anzahl von Windungen angeordnet ist;
Fig. 2 ein Element von konischem Aufbau;
Fig. 3 ein Element mit einer teilweise kreisförmigen Oberfläche;
Fig. 4 ein Element von zylindrischem Aufbau; und
Fig. 5 die Dehnungs- und Schrumpfungskräfte in einer gekrümmten Faser.

BEVORZUGTE AUSFÜHRUNG

Das erfindungsgemäße Konzept wird unten unter Bezugnahme auf die Figuren und Bezeichnungsweisen beschrieben.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Faser, die einer statischen Belastung für eine gewisse Zeitdauer ausgesetzt wird. Um die Belastung zu erzielen, wird die Faser in einer Reihe von Windungen gewickelt. Jeder Windung wird dabei ein Durchmesser gegeben, der durch den Durchmesser und die Stärkeeigenschaften der Faser bestimmt ist. Eine Faser von kleinem Durchmesser wird mehr gebogen als eine Faser von großem Durchmesser.
Das gewünschte Biegen wird mit Hilfe eines Elementes bewirkt, das der Faser einen definierten Krümmungsdurchmesser gibt. Der Durchmesser ist auf einen maximalen und einen minimalen Wert definiert. In einer ersten Ausführungsform wird die Faser um ein konisches Element gemäß Fig. 2 gewickelt. Eine zweite Ausführungsform ist in Fig. 3 gezeigt, bei der die Faser um ein Element gewickelt wird, das eine teilweise kreisförmige Oberfläche hat. Zusätzlich ist beispielhaft in Fig. 4 eine Ausführungsform gezeigt, in der die Faser um eine kreisförmige Oberfläche gewickelt wird. Um unterschiedliche Durchmesser der unterschiedlichen Windungen zu erhalten, wird im letzteren Fall die Faser vom Element gelöst. Nach dem Lösen wird die Faser einer mechanischen Wirkung ausgesetzt, die bewirkt, daß die Windungen der Faser unterschiedliche Durchmesser annehmen, die zwischen einem maximalen Wert und einem minimalen Wert liegen. Die Faser wird danach in einer Anzahl von Windungen gemäß Fig. 1 angeordnet. Bei allen dargestellten Ausführungsformen ist die Faser fixiert, so daß ein Brechen einer Windung andere Windungen nicht beeinflussen kann.
In einer Abwandlung der Ausführungsform mit einem zylindrischen Element ist dieses aus deformierbaren Material hergestellt. In diesem Falle kann die Faser auf dem Element verbleiben. Die Faser und das Element werden danach der mechanischen Wirkung ausgesetzt, woraufhin die gewünschten maximalen und minimalen Durchmesser der Windungen der Faser erhalten werden. In diesem Fall kann Material, das seine ursprüngliche Form zurückgewinnt, verwendet werden, wenn die mechanische Wirkung während der ganzen Dauer der Untersuchung wirksam bleiben kann. Es ist auch möglich, verformbares Material zu verwenden, das sich nicht in seine ursprüngliche Form zurückverwandelt. In diesem Falle wird das Element mechanischer Wirkung für die Zeit ausgesetzt, die für das Element erforderlich ist, um seine gewünschte Form anzunehmen.
Aufgrund der Tatsache, daß die Faser in einer Anzahl von Windungen angeordnet ist, deren Durchmesser in Beziehung zum Durchmesser der Faser steht, wird die Faser einer statischen Belastung ausgesetzt. Die Faser wird teilweise einer Zugspannung A, teilweise einer Schrumpfungs- oder Kontraktionskraft B ausgesetzt. Während der Dauer der Untersuchung treten an der Faser Brüche auf. Diese Brüche treten zu unterschiedlichen Zeiten auf. Während der Untersuchung ist es erforder lich, daß eine gewisse Anzahl von Brüchen in der Faser auftritt. Beruhend auf den bekannten Charakteristiken und Abmessungen der Faser wird eine Abschätzung der Zeit gemacht, während der die Faser der Untersuchung ausgesetzt werden muß. Alternativ muß eine vorbestimmte Anzahl von Brüchen an der Faser aufgetreten sein, bevor die Untersuchung beendet wird. Die Erfindung erlaubt es, daß die Faser bekannten Kräften ausgesetzt wird, ohne daß irgendwelche Gewichte, Spannungseinrichtungen usw. benutzt werden.
Während der Zeit, bei der die Faser den Untersuchungen ausgesetzt ist, registriert ein Detektionselement, wann Brüche an der Faser auftreten. Die Information wird zu einem Rechnerelement übertragen, das die Information verarbeitet. Das Rechnerelement berechnet aufgrund der empfangenen Information z. B. den Spannungskorrosionskoeffizienten n der Faser. n wird erhalten durch
n = N/ (ln(R) Δk/Δln(ts)), wobei
N die Anzahl von Windungen bezeichnet,
R die Beziehung zwischen dem Radius der maximalen und der minimalen Windung bezeichnet,
Δk/Δln(ts) die Deklination der Meßdaten bei linearer Einstellung, wobei
k die Seriennnummer für einen Bruch und
ts die Zeit des entsprechenden Bruchs bezeichnet.
Aufgrund der Tatsache, daß n bestimmt worden ist, sind die Alterungscharakteristiken der Faser bestimmt. Die Betriebslebensdauer der Faser wird davon unter Verwendung von Verfahren bestimmt, die an sich bekannt sind und Fachleuten innerhalb des Fasertechnikgebiets bekannt sind.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt, sondern kann innerhalb des Bereichs der nachfolgenden Ansprüche 1 bis 7 abgewandelt werden.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der Alterungscharakteristiken einer Faser, wobei die Faser in einer Anzahl von Windungen gekrümmt wird, deren Durchmesser zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert liegen und in diesem Zustand fixiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftreten einer Reihe von Brüchen in der Faser, die von statischer Belastung resultieren, in einem Detektionselement und auch die Zeit des Auftretens der Brüche registriert wird, welche registrierte Information in dem Detektionselement zu einem Rechnerelement übertragen wird, das aufgrund dieser Information den Spannungskorrosionskoeffizienten n der Faser unter Verwendung der folgenden Formel berechnet:

n = N/ (ln(R) Δk/Δln(ts))

wobei

N die Anzahl von Windungen bezeichnet,

R die Beziehung zwischen dem Radius der maximalen und minimale Windung bezeichnet

Δk/Δln(ts) die Änderungsrate der Meßdaten bezeichnet, wobei

k die Seriennummer für einen Bruch und

ts die Zeit des Auftretens des entsprechenden Bruchs bezeichnet, wobei der Spannungskorrosionskoeffizient n die Alterungscharakteristiken der Faser definiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Windungen durch den Durchmesser und die Stärkecharakteristiken der Faser bestimmt wird.

3. Vorrichtung, die ein Element aufweist, das wenigstens eine teilweise kreisförmige Oberfläche aufweist, deren Durchmesser durch den Durchmesser und die Stärkecharakteristiken einer Faser bestimmt ist, zum Bestimmen der Betriebslebensdauer der Faser, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser am Element über die wenigstens teilweise kreisförmige Oberfläche in einer Anzahl von Windungen während einer gewissen Zeitdauer angebracht wird, während der ein Detektionselement das Auftreten einer Reihe von Brüchen in der Faser und die Zeit des Auftretens jedes Bruchs registriert, wobei die Information über die Anzahl von Brüchen und die Zeit der Brüche von dem Detektionselement zu einem Rechnerelement übertragen wird, das den Spannungskorrosionskoeffizienten n der Faser unter Verwendung der folgenden Formel berechnet:

n = N/ (ln(R) Δk/Δln(ts))

worin

N die Anzahl von Windungen bezeichnet,

R die Beziehung zwischen dem Radius der maximalen und minimalen Windung bezeichnet,

Δk/Δln(ts) die Änderungsrate der Meßdaten bezeichnet, wobei

k die Seriennummer für einen Bruch und

ts die Zeit des Auftretens des entsprechenden Bruches bezeichnet, wobei der Spannungskorrosionskoeffizient n die Alterungscharakteristiken der Faser definiert, und daß der maximale und der minimale Durchmesser der teilweise kreisförmigen Oberfläche im Hinblick auf den Durchmesser und die bekannten Stärkeeigenschaften der untersuchten Faser bestimmt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Element konisch ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Faser an einem Element in einer oder mehreren Windungen angebracht wird, wobei die Detektion von Faserbrüchen z. B. akustisch, mechanisch oder optisch unter Verwendung eines Detektionselements realisiert wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Element zylindrisch ist und die Faser, nachdem sie um das Element herumgewickelt worden ist, entweder gelöst wird oder, falls der Zylinder aus verformbarem Material hergestellt ist, auf dem Zylinder sitzen bleibt, woraufhin anschließend die unterschiedlichen Windungen der Faser mit Hilfe einer mechanischen Wirkung dazu gebracht werden, unterschiedliche Durchmesser anzunehmen, die bis zu einem maximalen und einem minimalen Wert begrenzt sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Krümmungsdurchmesser der Faser um die kreisförmige Oberfläche die Last anzeigt, der die Faser ausgesetzt ist.