熔合温度的校准制造技术

本发明专利技术涉及一种用于在光纤接合中精确校准熔合温度的方法。在直接电弧再定中心技术的辅助下，接合两根光纤，然后利用后熔合过程连续加热。在这个过程中，依据有效的熔合电流自动确定熔合温度，这通过实时监测包层直径减小与熔合时间的相关性来完成。与模型计算比较，由电极状态和操作环境例如高度、温度和湿度的变化引起的熔合温度的改变量可以导出。为了恢复各种熔合过程中的最佳熔合温度，自动调用这些校准结果来补偿熔合电流。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在光纤接合设备内校准熔合温度的方法和设备。
技术介绍
已经知道，由于操作环境的显著变化，例如高度、温度以及湿度等的变化，接合器内的熔合温度会发生改变。对于定义明确的操作环境，熔合温度仍旧会因为电极状态的变化，例如电极的磨损，沉积在电极上的硅氧层的动态变化而发生改变。即使对于同样设定的熔合参数(例如熔合电流和熔合时间等)，接合器的制造过程中的有限容差也会在同类熔合器中导致不同的熔合温度。熔合温度变化的结果是，在特定的接合器内和/或相同的接合器内出现不一致的接合结果(例如在接合损耗、接合强度和损耗估算等方面)。在过去的数十年中，许多科学家致力于研究和模仿接合过程中不同因素例如操作环境、电极状态和机械容差等的影响。然而至今为止，还未发现用于商业接合器的合适模型，这主要是由于技术上的原因以及所包含的接合过程相当复杂的性质。因此，代替模仿单个的因素，已经提出和研制出用于导出这些因素的集成效果的各种不同校准过程，这些校准过程包括直接或间接测量放电热能和/或熔合温度。这就是所谓的电弧测试(arc-test)或电弧校验(arc-check)过程。经常提及的一种方法是在Sumitomo的专利JP5150132和Fujikura的专利US5009513中披露的光纤回熔法。在这种方法中，用已知的间隙距离定位光纤末端，然后用电弧加热。加热处理促使光纤末端收缩，从而引起间隙距离增加。通过测量间隙距离的变化量，可以确定放电出的热能。然而，不幸地是，已经发现光纤末端的收缩会受到电弧扩展程度(例如，电弧强度分布的有效宽度的变化)的显著影响。因此，这种方法不能给出高精度的校准。另一类方法是偏移接合法(参看Ericsson的专利US5772327；Fujikura的专利US4948412和US6294760)。在这些方法中，两根光纤利用初始纤芯/包层轴向偏移相接合。由于表面张力效应，在接合过程中轴向偏移会减小。通过测量该偏移的相对减小，可以确定放电热能。虽然这些方法对电弧扩展程度的敏感较小，然而其过程会受到“电弧游动(arc-walk)”(即由沉积在电极上的硅氧层的动态变化而引起的电弧强度分布的空间移动)的显著影响。这种电弧游动改变了沉积在偏移接合点上的能量的量，进一步又导致一种校准与另一种校准之间不一致的结果。其它的方法，如气压传感器法(参看Fujikura的专利EP583155和EP504519)和电极阻抗探测法(参看Furukawa的专利JP9005559)主要依赖于接合器中的硬件构造。因而，这种方法不适合用于补偿相同接合器间由硬件部件的有限容差引起的熔合电流差。同时，这些方法的可靠性也会受损于对操作环境具有极高敏感度的那些部件。
技术实现思路
本专利技术涉及的问题在于如何研制一种在光纤接合设备中既能够提供熔合温度的高可靠性和高精度校准，又不存在现有技术的缺陷的方法，在现有技术中没有充分考虑到外部环境。本专利技术的目的是建立一种可靠的校准方法。借助于考虑到高度和电弧扩展方面的变化的熔合温度校准法，本专利技术可以解决上述问题。本专利技术采用下面更加详细说明的在光纤接合设备中校准熔合温度的方法解决了这些问题，在该方法中，依据执行校准的高度，来补偿流向加热光纤接合的电弧的熔合电流。基于对定位在电弧中心处的暖光纤(warm-fiber)包层直径减小的实时探测，确定该熔合温度。该熔合温度的确定被用来计算在多种接合过程中替换预期熔合电流值所需的新电流。本专利技术的一个优点是本专利技术的方法可以提供高可靠性和高精度的校准。现在，借助于结合附图的优选实施例，详细说明本专利技术。附图说明图1是示出包层直径减小与熔合时间的相关性的示意图；图2是示出目标熔合电流与由包层直径的相对减少定义的熔合时间之间的相互关系的视图；图3示出从预熔合过程提取的暖图像(warm-image)，用于确定电弧中心的初始位置，该电弧中心的初始位置用于在接合前重新定位光纤末端；图4示出在图3所示的细线位置处从暖光纤提取的光强度分布；图5a-5c示出对于不同的目标熔合电流，CCD摄像机饱和的对比；图6示出利用典型的CCD摄像机设置得到的暖图像；图7a-7d示出在水平和垂直方向上的强度分布，及对它们的分析。图8是示出熔合电流的高度相关性的视图；图9a-9b示出用于熔合电流校准的流程图；图10示出用于熔合电流补偿的流程图。具体实施例方式当用电弧加热光纤时，熔合区中央的温度超过2000℃。在这样的高温下，熔合区内的光纤发生液化。由于液体的粘度随温度的升高而减小，因此在熔合区内产生粘度分布的温度相关性，从而在包层附近和/或光纤内部产生切向力。结果，在持续的熔合时间期间电弧中心处的包层直径减小。由于粘度和表面张力的作用，包层的减小区域随着熔合时间的增加而扩大。最终，光纤发生破裂。这种独特现象的过程用暖光纤(warm-fiber)图像示意性地在图1中示出。在试验期间，发现包层直径出现显著减小的总熔合时间与沉积在光纤上的电弧放电能量的量紧密相关。换句话说，对于定义明确的目标熔合电流(即校准过程中使用的电流)，熔合温度的变化可以通过测量由包层直径的相对减小定义的熔合时间的增加/减小量来得出。为了利用图1示出的这种独特现象来阐明(formulate)熔合温度校准的整个过程，将两根光纤(通常为SMF28光纤)接合在一起，然后用定义明确的目标电流借助于后熔合过程连续加热。在后熔合过程(即校准过程)中，两个暖图像从两个正交方向得到，暖光纤的相应直径通过平均从两个正交方向测量的值来进行计算。这种成像过程以150ms的循环时间周期性地重复，并同时监测暖光纤直径的减小。当直径的减小达到阈值(例如原始直径的95％)时，加热过程终止，并计算累积的总熔合时间。从而，将该总熔合时间转换成表示熔合温度和/或放电热能的有效熔合电流。这就是所谓的实时监测RTM。必须指出的是，进行普通接合的预处理不必是校准过程的一部分。原则上，校准过程仅需要加热裸光纤(例如剥去窗口(window-stripped)的光纤)。然而，在试验中，观察到由于在横向方向(X，Y)上左和右光纤支承系统之间的初始偏移，剥去窗口的光纤在熔合过程期间可能弯曲。这种弯曲在测量暖光纤的直径时可能引起误差，这进而又使校准的精度下降。因此，在本专利技术中，引入进行普通接合的预处理来生成光纤支承系统的自动自对准，以消除偏移。替代地，自动对准光纤支承系统的预处理也可以在接合器内横向方向(X，Y)上的内置位置传感器的辅助下完成。通过仔细研究图1示出的这种独特现象，对于定义明确的包层直径的减小量，总熔合时间t与目标电流I之间的相互关系用实验方法确定。以Ericsson FSU15接合器为例，在图2中，t作为I的函数绘出(在此，I＝8.5，9，9.5，10，10.5，11，11.5mA)。其中，t定义为暖光纤内包层直径的相对减小量Δ。此处，Δ＝1-D/D0＝5％设定阈值以终止校准过程。D0和D是在RTM过程期间测量的暖光纤的原始包层直径和减小的包层直径。图2中示出的试验数据(实心圆)是在“准新(quasi-new)电极”(例如，一般为用于20次普通接合的电极)的条件下得到的。每个数据点表示从3个相同接合器中得到的9次接合的平均值。图2中示出的误差条线是标准偏差。通过仔细拟合数据，发现本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在光纤接合设备中校准熔合温度的方法，其特征在于，熔合电流关于执行校准的高度进行补偿，所述熔合温度基于对位于电弧中心处的暖光纤的包层直径减小的实时探测而确定，其中该温度确定被用来计算在各种接合过程中所需的新电流。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄卫平，K阿尔斯特，E赫森尔，CG巴拉霍斯，
申请(专利权)人：艾利森电话股份有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]