DE69317013T2 - Apparat zur Messung der Vorwölbung eines Endes einer optischen Faser in einem Steckverbinder - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Messen des Abstands, um den ein in einem Steckverbinder angeschlossenes Ende einer optischen Faser zu einer ebenen Endfläche vorsteht oder um einen kleinen Betrag zu dieser Endfläche eines Steckverbinderbauteils, insbesondere einer Fassung, zurückgesetzt ist.
• Steckverbinder für optische Fasern, bei denen das Ende der optischen Faser einen gewünschten Abstand von einer ebenen Endfläche des Verbinders hat, sind bekannt (US-A- 4 892 178). Es ist auch bekannt (US-A-4 218 113), daß die optische Faser eine Länge aufweist, die vom Verbinder in ein tunnelähnliches Teil hineinragt, in welchem das Faserende an ein weiteres Faserende, welches sich von einem zweiten Verbinder erstreckt, stumpf anstößt.
• Bei den meisten zusammenfügbaren Steckverbindertypen ist die Anordnung der optischen Faser unterschiedlich zu dem obenerwähnten Verbinder, das Faserende liegt nämlich an der ebenen Endfläche des Steckverbinders an oder steht von diesem ein wenig ab. Die Enden der Fasern sind gewöhnlich flach und poliert. Wenn ein Verbinderpaar zusammengefügt worden ist, stoßen die Fasern stumpf aneinander, um Übertragungsverluste zwischen den Fasern zu minimieren.
• Ein Problem bei Steckverbindern für optische Fasern mit dem beschriebenen Merkmal besteht darin, eine bestimmte hervorstehende Länge der Fasern jenseits der Verbinderkomponenten oder Fassung beizubehalten. Wenn das hervortretende Ende einer Faser zu lang ist, kann die Faser aufgrund der in den zusammengefügten Verbindern erzeugten hohen Belastung brechen. Wenn der Faservorstand zu gering ist, kann ein physischer Kontakt zwischen den Faserenden schwierig sein, was zu einem Herabsetzen der Leistung/ Übertragungsqualität, das heißt ein Ansteigen von Übertragungsverlusten, führt. Es ist beispielsweise herausgefunden worden, daß der Faservorstand bei einer gegebenen Faseroptik im Bereich von 0,1 bis 2,5 um liegen kann, um einen guten Kontakt zwischen den stumpf anliegenden Enden der optischen Fasern zu schaffen.
• Zur Zeit sind keine Instrumente bekannt, die solche kleinen Vorwölbungsabstände bei der Produktion oder im Feldeinsatz genauestens messen können. Bis jetzt war ein labormäßiges Gerät von komplexer und teurer Natur die einzig bekannte Einrichtung zum Ausführen solcher Messungen. Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine relativ einfache Vorrichtung zum genauen Messen des Abstandes des Faservorstandes in herkömmlichen Steckverbindern für optische Fasern bereitzustellen.
• Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine neue Vorrichtung zum Messen des Abstandes zwischen einem Ende einer optischen Faser und einer ebenen Endfläche einer Verbinderkomponente bereitzustellen.
• Die Erfindung wird durch Anspruch 1 definiert. Bei der beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Meßvorichtung generell einen festen Anschlag, gegen den die Verbinderkoponente bewegt werden kann, um daran anzuliegen. Ein bewegbares Meßelement ist für Bewegungen relativ zu dem festen Anschlag angebracht und ist durch ein entferntes Ende der optischen Faser ergreifbar, wenn die Verbinderkomponente zum Anliegen an den festen Anschlag bewegt wird. Somit entspricht der Betrag der relativen Bewegung zwischen den bewegbaren Meßelement und dem festen Anschlag direkt dem Abstand des Vorstandes der optischen Faser von der Verbinderkomponente. Berechnungseinrichtungen werden bereitgestellt, die betriebsmäßig wenigstens dem bewegbaren Meßelement der Vorrichtung zugeordnet sind, um dessen Betrag der Bewegung und somit den Abstand des Vorstandes der optischen Faser zu berechnen.
• Wie hierin offenbart, wird der feste Anschlag der Vorrichtung in Form eines muffenähnlichen Elements bereitgestellt, das komplementär zum Verbinderbauteil oder Muffe geformt ist. Eine Ausrichtungshülse umgreift den festen Anschlag und steht von dessen einem Ende vor, um das Verbinderbauteil in Anschlag damit zu führen. Das bewegbare Meßelement wird in Form eines nadelförmigen Elements bereitgestellt, und zwar telekospierend in einem Durchgang durch den festen Anschlag, wobei das entfernte Ende des nadelförmigen Elementes an dem entfernten Ende der optischen Faser anliegen kann. Der Durchgang ist so ausgebildet, daß das entfernte Ende der optischen Faser darin bewegbar ist, wenn die Faser das nadelförmige Element bewegt.
• Allgemein sieht die Erfindung vor, daß die Berechnungseinrichtungen Einrichtungen zum Ermitteln einer relativen Bewegung zwischen dem bewegbaren Meßelement und dem festen Anschlag, Einrichtungen, die an die Erfassungseinrichtung zum Erzeugen eines elektrischen Signals gekuppelt sind, und Einrichtungen, die auf das elektrische Signal ansprechen, um den Vorwölbungsabstand der optischen Faser zu bestimmen, umfaßt. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden die Einrichtungen zum Erfassen der relativen Bewegung zwischen dem bewegbaren Meßelement und dem festen Anschlag als Kondensator bereitgestellt, der eine Kondensatorplatte umfaßt, die an das bewegbare Meßelement, und an eine andere, an dem festen Anschlag angebrachte Kondensatorplatte umfaßt.
• Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten zeichnungen ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
• Die Merkmale dieser Erfindungen, die für neu erachtet werden, werden insbesondere in den beigefügten Ansprüchen aufgezeigt. Die Erfindung, zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen versteht man am besten unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen auch gleiche Elemente in den Figuren identifizieren.
• Es zeigen:
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, welche die Konzepte der Erfindung verkörpert;
• Fig. 2 einen Schnitt durch das Meßfeld der Vorrichtung in einem vergrößerten Maßstab;
• Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung, die eine kapazitive Sensoreinrichtung verwendet; und
• Fig. 4 ein Blockschaltbild der Elektronik, die beim Verwenden der kapazitiven Sensoreinrichtung involviert ist.
Detaillierte Beschreibung
• Unter Bezugnahme auf die zeichnungen im Einzelnen und zuerst zu Fig. 1 ist eine allgemein mit 10 bezeichnete Vorrichtung zum Messen des Abstandes einer optischen Faser 12 gezeigt, die in einem Verbinder endet und von einer Komponente 14 des Verbinders hervorsteht. Wie es bei Verbindern für optische Fasern üblich ist, ist das Bauteil 14 oftmals eine Keramik- oder Metallfassung mit einem im allgemeinen ebenen Ende 14a, jenseits dessen ein vorgewölbtes entferntes Ende 12a der optischen Faser hervorsteht. Das vorragende entfernte Ende der optischen Faser soll an dem entfernten Ende einer anderen optischen Faser eines Steckverbinders anliegen oder einen körperlichen Kontakt mit dieser herstellen, so wie es auf diesem Gebiet bekannt ist. Ein Faserende 12a steht oftmals von einer Fassung 14 um einen kleinen Abstand in der Größenordnung von 0,1 bis 2,5 um vor. Dieser Bereich ist für den Aufbau eines guten physikalischen Kontaktes mit dem Faserende eines Steckverbinders annehmbar. Die Vorrichtung 10 ist so gestaltet, daß der Abstand des Faserendes 12a von der ebenen Endoberfläche 14a gemessen werden kann, um sicherzustellen, daß der Abstand des Faserendes 12a von dem ebenen Ende 14a des Verbinderbauteils 14 in einem akzeptablen Bereich hervorsteht.
• Insbesondere umfaßt die Vorrichtung 10 einen festen Anschlag 16 und ein bewegbares Meßelement, welches einen Halter 18 und eine an dem Halter befestigte Nadel 20 umfaßt, wodurch die Nadel mit dem Halter in Richtung des Doppelpfeiles "A" relativ zum festen Anschlag 16 bewegt werden kann. Die Nadel 20 erstreckt sich durch einen Durchgang 22 in einem fassungsartigen Abschnitt 24 des festen Anschlags 16. Der fassungsartige Abschnitt 24 ist korrespondierend zu dem Verbinderbauteil oder der Fassung 14 geformt, wobei eine Ausrichtungshülse 26 den fassungsartigen Abschnitt 24 und das Verbinderbauteil 14 so umgreift, daß beim Einsetzen des Verbinderbauteus in die Hülse 26 in Richtung des Pfeiles "B" das Faserende 12a in Ausrichtung mit der Nadel 20 und dem Durchgang 22 kommt.
• Im allgemeinen wird eine Positions-Abtasteinrichtung 28 zum Erfassen der Bewegung des Halters 18 und der Nadel 20 relativ zum festen Anschlag 16 und dessen fassungsartigen Abschnitt 24 bereitgestellt. Verschiedene Formen der Positions-Abtasteinrichtung 28 können verwendet werden, ein spezielles Kondensatorerfassungssystem wird in den Fig. 3 und 4 gezeigt, die im einzelnen nachfolgend beschrieben werden.
• Fig. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Verbinderbauteus oder der Fassung 14 und den fassungsartigen Abschnitt 24 des festen Anschlags 16 in Ausrichtung in einer Ausrichtungshülse 26. Es ist ersichtlich, daß das vorstehende Ende 12a der optischen Faser 12 in Ausrichtung zu dem Kanal 22 steht und bereits in den Durchgang 22 hineinragend dargestellt ist, wobei die Nadel 20 innerhalb des Kanals in Richtung des doppelköpfigen Pfeiles "C" hin- und herbewegbar ist.
• Die Einfachheit des Betriebs der Einrichtung 10 ist eines seiner Hauptvorteile. Im Betrieb setzt ein Anwender das Verbinderbauteil 14 einfach in den Boden der Ausrichtungshülse 26 in Richtung des Pfeiles "B" ein. Die Nadel 20 erstreckt sich nach unten durch den Durchgang 22 wenigstens zu der Bodenfläche 24a, so daß das Faserende 12a und das Ende 20a der Nadel 20 bereits anfänglich aneinander anliegen. Eine weitere Bewegung des Verbinderbauteils bewirkt, daß die Nadel 20 und deren Halter 18 aufwärts, und zwar relativ zum festen Anschlag 16 und dessen fassungsartigen Abschnitts 24 bewegt werden, bis das Verbinderbauteil 14 gegen den fassungsartigen Abschnitt 24 stumpf anstößt. Eine weitere Bewegung des Verbinderbauteils 14 wird verhindert, und die relative Bewegung zwischen dem festen Anschlag 16 und dem Halter 18 des bewegbaren Meßelements kann durch den Einsatz einer geeigneten Positionserfassungseinrichtung gemessen werden.
• Es sollte verständlich sein, daß verschiedene Positionserfassungseinrichtungen verwendet werden können, so zum Beispiel kapazitive Sensoren, variable Reluktanzsensoren, Sensoren vom reflektierenden, faseroptischen Typ oder dergleichen. Ein kapazitives Erfassungsschema wird unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 nachfolgend beschrieben. Es sollte ebenfalls verständlich sein, daß der Betrag der Bewegung der Nadel 20 und des Halters 18 des bewegbaren Meßelements nicht genau gleich mit dem Abstand des Faserendes 12a, das von dem Verbinderbauteil 14 hervorsteht, sein muß, weil Messungen ausgeführt werden können, die auf einer besonderen Position des bewegbaren Meßelements 18 und Nadel 20 basieren. Mit anderen Worten, und bezugnehmend auf Figur 2, definiert eine Anschlagsstelle 30 zwischen dem Verbinderbauteil 14 und dem fassungsartigen Abschnitt 24 des festen Anschlußelements 16 eine Bezugsoberfläche für eine Messung. Der Abstand, über den das Faserende 12a jenseits der ebenen Oberfläche 14a des Verbinderbauteils 14 hervorsteht, definiert die Position der Nadel 20 relativ zur Anschlagsstelle 30. Natürlich wird dieser hervorragende Abstand auch durch die Position des Halters 18 des bewegbaren Meßelements (welches an der bewegbaren Nadel angebracht ist) und durch den festen Anschlag 16 (der an dem fassungsartigen Abschnitt 24 befestigt ist) definiert.
• Mit diesem Verständnis wird Bezug genommen auf Fig. 3, bei der eine kapazitive Positionserfassungsanordnung gezeigt ist. Gleiche Bezugszeichen sind gleichen Bauteilen, wie vorherstehend im Bezug auf die Fig. 1 und 2 beschrieben, zugewiesen worden, mit der Ausnahme, daß das bewegbare Meßelement nun generell mit 18 bezeichnet ist. Insbesondere zeigt Fig. 3, daß das Verbinderbauteil 14 in die Ausrichtungshülse 26 hineinbewegt worden ist, und zwar bis zum Anschlag mit dem fassungsartigen Abschnitt 24, in Abhängigkeit vom festen Anschlag 16. Der feste Anschlag ist in Form einer magnetischen Stahischeibe hergestellt. Das bewegbare Meßelement 18 besitzt eine laminierte Struktur, hergestellt aus einer Aluminiumscheibe 32, die zwischen einer Magnetunterlegscheibe 34 und einem dielektrischen Film 36 liegt. Die Nadel 20 ist durch eine geeignete Befestigungseinrichtung 38 an das geschichtete bewegbare Meßelement 18 befestigt. Der feste Anschlag 16 und das bewegbare Meßelement 18 bilden im wesentlichen die Kondensatorplatten, die durch elektrische Kontakte oder Leitungen 40 bzw. 42 mit einem variablen Oszillator verbunden sind, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben wird.
• Wenn kein Verbinderbauteil 14 in die Ausrichtungshülse 26 eingesetzt ist, verbleibt im Betrieb der oben unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschriebenen Anordnung das bewegbare Meßelement (Kondensatorplatte) 18 in Kontakt mit dem festen Anschlag (Kondensatorplatte) 16 entweder durch die Schwerkraft, durch eine geeignete Feder, durch eine, wie in Fig. 3 gezeigte, magnetische Unterlegscheibe 34 oder durch eine beliebig andere geeignete Einrichtung. Diese Kontaktierungsposition baut eine Grundkapazität auf. Wenn ein Verbinderbauteil 14 mit einem zu messenden, vorstehenden Faserende in die Ausrichtungshülse 26 eingesetzt wird, liegt das Faserende an dem entfernten Ende der Nadel 20 an und bewegt das Meßelement (Kondensatorplatte) 18 von dem festen Anschlag (Kondensatorplatte) 16 weg, und die Kapazität zwischen den beiden Platten ändert sich. Im wesentlichen ist diese Änderung eine Funktion des Faservorstandes und kann durch die nachfolgend beschriebenen elektrischen Einrichtungen ermittelt werden.
• Im speziellen sind die Leiter oder Leitungen 40 und 42 mit einer variablen Oszillatorschaltung 44 verbunden. Die variable Oszillatorschaltung erzeugt eine bei 46 gezeigte Pulsfolge mit einer Frequenz, die mit der Funktion der Kapazität der Kondensatorplatten 16 und 18 variiert. Die Oszillatorschaltung 44 ist mit einem Eingang eines UND- Gatters 48 verbunden. Der andere Eingang des UND-Gatters 48 ist mit einer Zeitgeberschaltung 50 verbunden. Die Zeitgeberschaltung 50 erzeugt ein Signal 52 mit einer festen Frequenz, die merklich unterhalb der des variablen Oszillators 44 liegt. Daraus ergibt sich, daß das UND-Gatter 48 das variable Frequenzsignal 46 während der Zeit ausgibt, die durch das Signal 52 mit der festen Frequenz bestimmt wird. Es wird also eine feste Zeitbasis vorgegeben, während welcher die Impulse in der Pulsfolge 46 mit variabler Frequenz von einem Zähler 53 gezählt werden, um eine Gesamtzählung bereitzustellen. Diese Gesamtzählung, die proportional zur Frequenz der Pulsfolge ist, stellt die Kapazität dar. Die Gesamtzählung des Zählers 53 wird dann in Mikrometer oder in eine andere geeignete Einheit durch Interpolation an einer Kalibrierungskurve mittels einer Kalibrierungseinrichtung 54 umgewandelt, und das Ergebnis an einer Anzeigeeinrichtung 56 angezeigt. Es sollte verständlich sein, daß ein Mikroprozessor verwendet werden kann, um die meisten dieser Funktionen auszuführen.
• Es versteht sich, daß die Meßeinrichtung auch zum Messen kleiner negativer Vorstandsbeträge des Faserendes 12a eingesetzt werden kann, das heißt das Faserende ist hinter dem ebenen Ende 14a der Fassung aufgrund übermäßigen Polierens rückgesetzt

Claims (7)

1. Gerät (10) zum Messen des Abstands, um den ein in einem Steckverbinder (14) angeschlossenes Ende (12a) einer optischen Faser zu einer ebenen Endfläche (14a) vorsteht oder um einen kleinen Betrag zu dieser Endfläche (14a) eines Steckverbinderbauteils, insbesondere einer Fassung, zurückgesetzt ist, mit folgenden Merkmalen:

ein fester Anschlag (16, 24), der einen Durchgang (22) und eine Anschlagsbezugsfläche (24a) besitzt, die an dem ebenen Ende (14a) anliegen soll;

die Weite des Durchgangs (22) ist größer als die Dicke der optischen Faser (12) in dem Steckverbinderbauteil (14);

ein bewegbares Meßelement (18, 20), das ein teleskopierendes Teil (20) im Durchgang (22) des festen Anschlags (16, 24) und ein entferntes Ende (20a) besitzt, das gegebenenfalls von der Bezugsfläche (24a) vorsteht;

eine Ausrichtungseinrichtung (26), die einen Abschnitt (24) des festen Anschlags (16, 24) nahe der Bezugsfläche (24a) umschließt, davon hervorsteht und zum Führen des Endes des Steckverbinderbauteils (14) zum Anliegen an die Bezugsfläche (24a) bemessen ist und dabei das Ende (12a) der optischen Faser mit dem teleskopierenden Teil (20) des verschiebbaren Meßelements (18,20) ausrichtet; und

eine Position-Abtasteinrichtung (28), die betriebsmäßig wenigstens dem bewegbaren Meßelement (16, 24) zugeordnet ist, um den Betrag der relativen Verschiebung und damit den Abstand des Endes (12a) der optischen Faser von dem ebenen Ende (14a) des Steckverbinderbauteils (14) abzutasten.

2. Gerät nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der feste Anschlag (16, 24) einen muffenähnlichen Abschnitt (24) besitzt, der entsprechend des Steckverbinderbauteils (14) geformt ist und daß die Ausrichtungseinrichtung (26) eine Ausrichtungshülse darstellt.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das teleskopierende Teil (20) eine Nadel mit einem Nadelende als entferntes Ende (20a) darstellt.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der feste Anschlag (16, 24) ein plattenartiges Element (16) und das verschiebbare Meßelement (18, 20) ebenfalls ein plattenartiges Element (18) besitzt, und daß die Position-Abtasteinrichtung (28) eine Einrichtung zum Abtasten der Verschiebung zwischen diesen plattenartigen Elementen (16, 18) umfaßt.

5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Position- Abtasteinrichtung (28) einen Kondensator umfaßt, der betriebsmäßig den plattenartigen Elementen (16, 18) zugeordnet ist.

6. Gerät nach Anspruch 4 oder 5, d dadurch gekennzeichnet, daß die Position- Abtasteinrichtung (28) eine Einrichtung (44) zum Erzeugen von elektrischen Signalen umfaßt.

7. Gerät nach Anspruch 6 mit einer Berechnungseinrichtung (48, 50, 52, 54), die auf die elektrischen Signale, die von der Einrichtung (44) zum Erzeugen von elektrischen Signalen kommen, anspricht.