在用于形成光学纤维预型件的化学淀积处理期间 用于测量预型件重量的仪器和方法 【技术领域】
本发明涉及一种在用于形成光学纤维预型件的化学淀积处理期间用于测量该预型件重量的仪器和方法。
背景技术
正如已知的一样，用于制造光学纤维预型件的最常见的方法预见一个或多个化学淀积步骤，所述淀积步骤可以通过一个或多个燃烧器，将适当的化学物质淀积在一个圆柱形支撑件上；化学物质通常包括硅和锗，它们以氧化物(SiO2和GeO2)的形式被淀积。一个抽吸罩消除了由燃烧器产生地废气。
现有技术中的通过化学淀积来制造预型件的方法包括VAD型(汽相轴向淀积)方法、OVD型(外部汽相淀积)方法、和MCVD型(改进的化学汽相淀积)方法。
通常，在VAD型方法中，圆柱形支撑件通过使用夹持部件被保持在竖直位置，所述夹持部件作用在圆柱形支撑件上端；所述圆柱形支撑件绕其自身旋转，以便于将其表面全部暴露给一个或多个燃烧器，所述燃烧器被容纳在支撑件下端附近，并且处于一个便于沿着相对支撑件纵向轴线倾斜预定角度的方向发出反应物流的位置上。然后，支撑件向上平移，以便于允许预型件基本上沿轴向增长。
另一方面，在OVD型方法中，通过使用一对夹持部件，圆柱形支撑件被保持在水平或竖直位置，所述夹持部件作用在支撑件的相对端；这个支撑件绕其自身旋转，以便于将其表面全部暴露给一个或多个燃烧器，所述燃烧器相对于支撑件横向地进行安装，并且处于一个便于沿着基本上垂直于支撑件纵向轴线的方向发出反应物流的位置上。特别地，所述燃烧器被安装在一个支撑结构上，所述支撑结构装备有一个机动化的移动部件，所述移动部件允许燃烧器平行于圆柱形支撑件重复平移，以便于允许预型件沿着支撑件所有截面，基本上在径向增长。
在MCVD型方法中，通过使用平行于支撑件自身轴线平移的燃烧器，在管状支撑件内表面上进行淀积，所述支撑件可以绕着其轴线旋转。
为了简明起见，在本说明书其余部分，以及在随后的权利要求书中，将经常明确参考OVD型化学淀积方法。
正如已知的一样，用于控制和分析化学淀积方法性能的重要手段是通过以下方式给出的，即及时测量在化学淀积处理期间正在成形的预型件的重量，随着又测量出所述预型件的淀积速率。实际上，除了在化学淀积的各个步骤给出关于化学淀积的速率和效率的信息以外，预型件重量的测量也可以给出以下优点，即有利于后来的光学纤维从预型件纺制(spinning)的步骤。重量测量也允许覆层/芯质量之间的比率值被计算和控制；已知这样一个参数是保证从预型件纺制的光学纤维的光学传输规格所必需的。用于在用于形成预型件的化学淀积处理期间测量预型件重量的不同装置是已知的。
JP06-329432描述了一种具有水平结构的OVD型化学淀积方法，其中，预型件绕着其自身轴线旋转，并且可以在一个固定燃烧器上方水平移动。一对相对的测压传感器在化学淀积处理期间测量预型件的重量。为了减少在重量测量过程中的误差，预见了四个不同的构成方案，其中，所述误差是由热变化引起，并且由预型件的支撑件的不对准现象引起，所述不对准现象是由预型件自身在化学淀积处理期间的移动引起。第一个方案预见一个对准程序，所述对准程序由操作者通过调节整个淀积机器底部的支撑件来手工实现。对准的检查是通过一个光学系统获得的，所述光学系统包括一个激光器和一个处于激光束位置上的探测器，所述激光器被放置在预型件的一个支撑件上，所述探测器被放置在另一个支撑件上。第二个方案通过两个激光距离探测器来预见不对准的测量，所述探测器被放置在预型件的支撑件上，所述探测器可以测量其相对于两个基准的位置；调节可以通过一个自动系统来获得，所述自动系统作用在淀积机器的支撑件上，这种支撑件是适当自动化的。第三个方案预见机器对准的调节的消除。在这种情况下，系统借助于测量对准的距离传感器的信号的软件来进行纠正。除了已经提出的方法以外，第四个方案预见一个用于冷却淀积机器结构的系统，以抵消由通过燃烧器火焰产生的热所引起的热变化。温度调节是通过一个电路获得的，所述电路装备有一个循环泵，所述循环泵被脱矿水经过。
申请人注意到，上述所有方案预见一个用于测量预型件支撑件的对准的系统的使用，并且具有通过手工调节，或者软件，或者通过淀积机器的整个底部的热调节，正好消除不对准问题的目标。但是，没有预见可以消除或减少在测量重量过程中的其它重要误差源的系统，所述其它重要误差源会在下面更好地描述，例如测压传感器的热漂移(其影响通常大于机器材料膨胀的影响)，用于锚定预型件的系统和用于将运动传递到预型件的系统的重量，由用于锚定预型件的系统的超静定特性所赋予的约束反应，将运动传递给预型件的力的动态作用，以及与例如预型件旋转相关联的动态作用。
JP07-215725描述了一种VAD型化学淀积方法，其中，由锚定系统支撑的预型件绕着其自身轴线旋转，并且通过预型件移动装置竖直地移动。正在成形的预型件的重量的测量可以通过一个重量传感器进行，所述传感器被安排在预型件锚定系统的移动部分和预型件移动系统之间。为了增加重量测量方面的精度，在预型件锚定系统的移动部分和预型件之间，预见有一个主动和被动类型的机构，所述机构能够吸收预型件运动的振动，这种振动是重量测量过程中的误差源。申请人看到，这种装置不能减少上述的重量测量过程中的误差，例如重量传感器的热漂移，由锚定系统和用于将运动传递给预型件的系统所传递的力，以及用于将运动传递给预型件的系统的动态作用。
用来在为形成预型件的化学淀积处理期间测量预型件重量的其它装置被描述在JP06-183772，EP-482348，JP02-167838，JP01-242435，JP63-285137，JP09-156946中。申请人看到，所涉及的这些装置能够对预型件的重量进行静态测量，因此这种测量容易受到上述测量过程中的所有误差的影响。
因此，申请人列举了对于已知类型装置很常见的一个问题。这个问题与以下事实相关联，即为了测量预型件的重量，使用了例如测压传感器或传感器等易于实现重量的静态测量的系统。特别地，在这种系统中，重量是通过计算作用在测压传感器或传感器上的力的竖直分力来计算出的。申请人证实，通过使用测压传感器或传感器获得的重量测量可以受到各种误差源影响，例如：
—由加热测压传感器或传感器引起的信号漂移。由于测压传感器上获得的热场的非一致性，所以这种漂移导致测量中的高误差，这种非一致性并不总能通过传统类型的温度补偿来消除。
—在测压传感器上或传感器上的负载的作用，所述负载不同于正在成形的预型件的重量。实际上，测压传感器除了受到预型件重量影响以外，也受到其它静态和动态型力的影响，这些力通常不能消除或量化先验。静态型力通常包括预型件锚定系统和用于将运动传递给预型件的系统(通常是带或齿轮系统)的重量，所述预型件锚定系统具有轴以及与轴相联的卡盘。另一方面，动态型力通常包括用于将运动传递给预型件的系统的动态作用。另一种动态作用是预型件自身的运动惯性。
申请人发现，通过对预型件重量进行动态测量，并且通过对作为刚性主体的预型件的振动频率进行探测，可以获得预型件重量的测量，其中，所述预型件通过至少弹性约束件被支撑，并且容易在化学淀积处理期间受到振动的影响，而且所述测量实质上独立于上述误差源，特别是独立于测量装置的热漂移，以及不同于人希望测量其重量的预型件的质量的负载。
振动频率实际上直接与振动质量有关联；例如，对于轴向振动，振动频率ω与振动质量M存在如下关系：
M＝k/ω2
其中，k是弹簧系统的弹性系数；因此，通过知道振动频率和弹簧系统的弹性系数，人可以知道振动质量，由此知道重量。
【发明内容】
因此，在本发明第一方面，本发明涉及一种用于在为形成预型件的化学淀积处理期间测量光学纤维预型件重量的仪器，其特征在于，所述仪器包括：
—至少一个弹性约束件，所述弹性约束件被设计成与一个细长元件的至少一个端部相联，所述细长元件构成用于形成预型件的化学淀积基底；
—一个用于在所述细长元件上引起振动的装置；
—一个用于探测所述细长元件的振动频率的装置；
—一个用于根据所探测的振动频率来计算预型件重量的装置。
在本说明书其余部分，以及在随后的权利要求书中，模糊使用了术语“细长元件”或者“圆柱形支撑件”来表示化学淀积基底，在淀积处理结束时，从所述基底可以获得预型件。
在本说明书其余部分，以及在随后的权利要求书中，也使用了术语“弹性约束件”来表示用于将预型件固定到化学淀积机器的框架的任何装置，这种固定装置包括至少一个弹性元件，例如适用于施加弹性作用的弹簧。
有利的是，通过本发明仪器进行的重量测量是一种动态测量，同样地，这种测量也不容易受到上述的关于现有技术中的测量误差的影响。
实际上，振动频率的测量不会受到测量装置的热漂移的影响，因为弹性元件例如弹簧的弹性特性对温度有很低的依赖性。
而且，振动频率的测量对变化的负载的作用不敏感，所述变化的负载与将运动传递到预型件的过程以及预型件自身的运动有关联，测量系统的尺寸设计成使这种作用以远非测量系统频率的频率来施加，因此测量系统就不会受到影响。
而且，振动频率的测量对质量的轴向分布完全不敏感。
申请人也看到，振动频率的测量对淀积到低质量值的质量更加敏感，也就是说在化学淀积处理开始时更加敏感。这个特性对外部淀积处理例如OVD或VAD特别有利；由于正在成形的预型件的小尺寸的原因，所以这种处理的产量和淀积速率在处理过程的最初步骤中实际上很关键。有利的是，因此，频率的测量能够在其最关键步骤中提供关于淀积过程的详细信息。
优选的是，所述至少一个弹性约束件是个具有单一自由度的约束件，以便于允许所述细长元件沿着其纵向轴线X-X进行轴向振动。有利的是，由于轴向振动频率ω与预型件振动质量M以如下关系相关联：
M＝k/ω2
其中，k是弹性元件的弹性系数，如果知道弹性元件的弹性系数，以及及时的轴向振动频率，就意味着，可以知道振动质量，由此就可以知道正在成形的预型件的重量。由于上述关系对于理想谐振子是有效的，所以，在实际谐振子的情况下，最好要对具有已知质量的系统进行校正，以便于用实验方法确定关系式M＝M(ω)。
在本发明仪器的一个替换实施例中，通过在刚性主体的六个自由度中一个上实现刚性主体的任何其它振动方式，可以使用刚性主体的其它振动频率；在刚性主体的六个自由度上，实际上有三个平移振动方式和三个旋转振动方式，各个振动频率对应于上述各个方式。
优选的是，所述至少一个弹性约束件包括：
一个第一结合元件，适用于与一个旋转卡盘进行刚性连接；
一个第二结合元件，适用于与所述细长元件进行刚性连接；
其中，所述第一和第二结合元件被弹性和可滑动地结合，并且旋转受到约束。
有利的是，因此，所述至少一个弹性约束件能够：
防止预型件的除了轴向平移以外的平移，
防止卡盘与预型件之间的绕着所述预型件轴线的相对旋转(以便于允许将旋转运动从卡盘传递到预型件)；
弹性地约束预型件的绕着一个平衡位置的轴向平移，以允许其轴向振动。
优选的是，所述至少一个弹性约束件包括一个弹簧，所述弹簧可操作地放置在所述第一和第二结合元件之间。所述结合元件之间的弹性滑动结合由此得以实现。
优选的是，所述第一结合元件限定了第一套管，所述至少一个弹性约束件也包括一个第二套管，所述第二套管与所述细长元件的所述至少一个端部进行刚性连接，并且通过至少一个轴承的插入而同轴地安装在所述第一套管内部，所述轴承适用于允许所述第一和第二套管之间的沿着所述轴线X-X的相对滑动。因此，有利的是，预型件沿着轴线X-X的轴向振动被所述第一和第二套管之间的滑动结合来引导。
优选的是，本发明仪器也包括一个球接头，所述球接头被放置在所述第二套管和所述细长元件的所述至少一个端部之间，以抵抗所述细长元件的可能的不精密度。
在本发明第一个替换实施例中，优选的是，所述至少一个弹性约束件包括一个销，所述销与所述第一结合元件相联，并且与形成在所述第二结合元件上的一个狭槽结合。因此可以实现旋转运动从卡盘到预型件的传递(通过第一套管)，同时，也实现预型件轴向振动的传递。
在一个替换实施例中，通过与预型件刚性结合的所述第二套管和与卡盘刚性结合的所述第一套管之间的形状配合，可以实现从卡盘到预型件的运动传递。例如通过预见两个套管的共扼面的非圆形截面，例如方形截面，可以实现所述形状配合。有利的是，在两个套管之间，也可以预见多个轴承，所述轴承适用于允许套管的相对滑动。
在另一个替换实施例中，通过一个磁性装置，可以实现从卡盘到预型件的运动传递，所述磁性装置包括与第一套管成一整体的至少一个永久磁体和与第二套管成一整体的至少一个磁体。
有利的是，本发明仪器可以用在具有水平结构(细长元件的纵向轴线X-X被水平地安排)的化学淀积处理过程和具有竖直结构(细长元件的纵向轴线X-X被竖直地安排)的处理过程中。
在水平处理结构的情况下，所述仪器最好包括两个相对的滑动弹性约束件，所述约束件与所述细长元件的相对端部相联。在牵引或压缩弹簧被用作弹性元件的具体情况中，特别优选的是，在水平处理结构中，在细长元件两个相对的端部存在弹性元件；这些弹簧以被拉伸状态(在牵引弹簧的情况下)或被压缩状态(在压缩弹簧的情况下)放置在各个弹性约束件的两个结合元件之间；因此两个弹簧施加一个相反的作用，以避免弹簧被卸下(在被卸下的情况下，不可能实现细长元件的理想振动)。在这种情况下，系统的弹性系数是通过两个弹簧的弹性系数的总和给出的。
在适用于水平处理结构的本发明仪器的一个替换实施例中，所述仪器包括一个单一的弹性约束件，所述约束件与所述细长元件一个端部相联，所述弹性约束件用来通过牵引或压缩而工作。优选的是，弹性约束件包括一个弹簧，所述弹簧在相对侧被结合到两个结合元件，以便于能够对细长元件施加一个推力弹性作用和一个拉力弹性作用。在这种情况下，所述系统的弹性系数可以通过仪器的单一弹性约束件中存在的单一弹簧的弹性系数而给出。
优选的是，在这种情况下，所述仪器包括一个滑动引导件，所述滑动引导件在与所述弹性约束件相对的一侧与所述细长元件相联。
在竖直处理结构的情况下，所述仪器优选包括一个单一滑动弹性约束件，所述约束件适用于与所述细长元件的一端部相联。有利的是，可以使用一个单一弹性约束件，因为这种约束件的弹性元件应当总是由于预型件重量的原因而处于被压缩状态(如果弹性约束件与细长元件下端部相联)或被拉伸状态(如果弹性约束件与细长元件上端部相联)。在细长元件上端部具有一个单一滑动弹性约束件的实施例是优选的，例如，在VAD型化学淀积处理中。另一方面，在OVD型化学淀积处理中，在细长元件下端部具有一个单一弹性约束件，以及在细长元件上端部具有一个滑动引导件，或反之亦然，都是优选的。
优选的是，用于引起振动的装置被容纳在所述至少一个弹性约束件中。
在其第一实施例中，用于引起振动的装置包括一个对所述第二结合元件起作用的气动装置。特别的是，所述气动装置包括一个小推力活塞，所述推力活塞被压缩空气驱动，对所述第二结合元件起作用，所述第二结合元件对弹性约束件的弹性元件加载；通过排出空气，所述细长元件开始绕着细长元件的平衡位置振动。
在其第二优选实施例中，用于引起振动的装置包括一个对所述第二结合元件起作用的电磁装置。特别的是，电磁装置包括一个螺线管和一个永久磁体，所述螺线管被安排在第二结合元件外部，所述永久磁体与所述第二结合元件成一整体。给螺线管的电流供应在第二结合元件上产生轴向力，所述第二结合元件对弹性约束件的弹性元件加载；通过中断电流供应，细长元件开始绕着弹性元件的平衡位置振动。
作为替换，可以认为，不用制造一种用于引起振动的合适装置，也不用利用被化学淀积机器自身在预型件上引起的振动；这种机器实际上代表一种用于在预型件上引起振动的装置。
优选的是，用于探测振动频率的所述装置包括一个用于探测所述细长元件的位置的装置，所述装置适用于产生一个表示所述位置的信号，以及一个用于处理所述信号来计算出细长元件振动频率的装置。
优选的是，用于探测所述细长元件的位置的装置包括一个靶子和一个测量所述靶子距离的光学测量器，所述靶子被设计用来与所述细长元件进行刚性连接。
优选的是，所述光学测量器包括一个朝着所述靶子的发光信号发射源，一个用于接受由所述靶子散射的发光信号的装置，以及一个用于处理所收集的发光信号以产生一个代表所述靶子距离的电信号的装置。
在一个替换实施例中，振动频率的探测可以通过一个邻近传感器来实现，所述传感器与所述第一结合元件相联，并且适合于及时探测所述第二结合元件的位置。如果弹性元件是弹簧，那么有利的是，相同的弹簧可以被用作邻近传感器，所述传感器正是一个螺线管，所述螺线管具有随伸长量变化的感应系数。
在其第二方面，本发明涉及一种用于在为形成预型件的化学淀积处理期间测量光学纤维预型件重量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
—弹性地约束一个细长元件到一个用于形成预型件的化学淀积机器上，所述细长元件构成化学淀积基底；
—引起所述细长元件振动；
—探测所述细长元件的振动频率；
—根据所探测到的振动频率计算预型件重量。
这种方法允许获得关于本发明重量测量仪器的上述突出的所有优点。
在本发明方法的第一种实施例中，引起所述细长元件振动的步骤包括以下步骤：
—在一个容纳所述细长元件一个端部的座内提供预定时间的压缩空气；
—在所述预定时间后，从所述座中排出空气。
在本发明方法的第二种实施例中，引起所述细长元件振动的步骤包括以下步骤：
—在一个预定的时间内，提供电流到一个螺线管中，所述螺线管被安排在一个结合元件外部，并且与所述结合元件同轴，所述结合元件与所述细长元件相联，这种结合元件包括至少一个永久磁体；
—在所述预定时间后，中断电流供应。
优选的是，探测所述细长元件的振动频率的步骤包括以下步骤：
—产生一个实时代表所述细长元件的位置的信号；
—处理所述信号以计算出所述细长元件的振动频率。
优选的是，产生一个实时代表所述细长元件的位置的信号的步骤包括以下步骤：
—朝着一个靶子发送一个发光信号，所述靶子与所述细长元件进行刚性连接：
—收集由所述靶子散射的发光信号；而且
—处理所收集的发光信号以产生一个代表所述靶子距离的电信号。
在其第三个方面，本发明涉及一种用于形成光学纤维预型件的化学淀积机器，所述机器包括：
—一个被设计用来沿着一根轴线X-X支撑一个细长元件的框架，所述细长元件构成用于形成预型件的化学淀积基底；
—至少一个燃烧器，所述燃烧器被设计用来在所述基底上淀积用于形成预型件的化学物质；
其特征在于，所述机器包括一个用于测量上述类型的预型件的重量的仪器。
这种机器允许获得关于本发明重量测量仪器的上述所有优点。
在其第四个方面，本发明涉及一种用于形成光学纤维预型件的化学淀积方法，其特征在于，所述方法包括一个在化学淀积期间通过上述重量测量方法来测量预型件重量的步骤。
【附图说明】
从下面结合附图给出的对本发明一些优选实施例的详细描述中，可以更加清楚地看到本发明进一步的特征和优点。其中：
图1是用于形成预型件的化学淀积机器的示意图，所述机器包括一个用于测量根据本发明的预型件重量的仪器；
图2是关于一种用于固定预型件的装置和一种用于将运动传送给图1所示机器中的预型件的装置的第一实施例的结构性细节的纵向剖面的放大示意图；
图3是用于将运动传送给图1所示机器中的预型件的装置的可选实施例的横截面的放大示意图，所述横截面是沿着图1所示的剖面线A-A截取的；
图4a是用于将运动传送给图1所示仪器中的预型件的装置的另一可选实施例的纵向剖面的放大示意图；
图4b是图4a所示装置的横截面的放大示意图，所述横截面是沿着剖面线B-B截取的；
图5是用于将运动传送给图1所示机器中的预型件的装置的另一可选实施例的放大示意图；
图6是用于引起图2所示实施例中的图1所示机器的振动的装置的第一实施例的放大示意图；
图7是用于引起图2所示实施例中的图1所示机器的振动的装置的第二实施例的放大示意图；
图8是图2所示实施例中的图1所示机器的振动探测装置的放大示意图；
图9显示了一个描绘通过第一组试验用测试获得的结果的图表；
图10显示了一个描绘通过第二组试验用测试获得的结果的图表；
图11显示了一个描绘通过第三组试验用测试获得的结果的图表；
图12显示了一个描绘通过第四组试验用测试获得的结果的图表。
【具体实施方式】
在图1中，用于形成光学纤维预型件的一种化学淀积机器被表示为1，根据本发明，所述机器包括用于在化学淀积过程中测量预型件重量的仪器10。
图1中图解的机器1是一种具有水平姿态(化学淀积基底的轴线X-X被水平安排)的机器，并且适用于通过OVD型(外部汽相淀积)方法来实现化学淀积。虽然本说明书是结合这种机器给出的，但是在下面以及在随后的权利要求书中所述的这种机器还可类似地应用于具有竖直姿态(化学淀积基底的轴线X-X被竖直安排)的机器，除非某些事物被明确地被陈述为与此相反。同样地，所述的这种机器也可以应用于适合于实现不同类型的化学淀积方法，例如VAD型(汽相轴向淀积)方法或MCVD型(改良化学汽相淀积)方法的机器。
机器1包括配备有传统类型的可以相对旋转的卡盘3a、3b的框架2，所述卡盘适合于沿着轴线X-X支撑一个细长元件100(下面也用术语圆柱形支撑件来表示)，所述细长元件构成用于形成预型件的化学淀积基底。所述卡盘3a和3b是这样的结构，即要便于可旋转地结合圆柱形支撑件100，以便于将旋转运动传送给支撑件。
所述机器1也包括一个传统类型的燃烧器4，所述燃烧器被设计用来将用于形成预型件的化学物质特别是呈氧化物(SiO2或GeO2)形式的硅和锗混合物，或只是硅，淀积在圆柱形支撑件100上，以便于在化学淀积过程结束时获得一个预型件200。在燃烧器4相对于轴线X-X的相对侧，可以预见一个抽吸罩5，所述抽吸罩被设计用来收集和排空由燃烧器4产生的化学排放物质。
在图1中所示的机器1的实施例中，在化学淀积处理期间，所述燃烧器4平行于圆柱形支撑件100的轴线X-X移动，所述支撑件又绕着轴线X-X旋转，以便使将其所有表面暴露给燃烧器4。所述罩5可以是固定的，或者也可以平行于燃烧器4移动。如果燃烧器4被固定，而细长元件100除了绕着其自己的轴线X-X旋转以外，还沿着这样一个轴线移动，以便于将其所有表面暴露给燃烧器4，或者此外，如果燃烧器和细长元件100都沿着轴线X-X移动，那么无论如何，下面所陈述的内容也都可以具有类似的应用。
根据图1所示的实施例，旋转运动通过一个传统类型的带机构6被传送给卡盘3a，所述带机构通过一个电机7驱动。通过带6，所述旋转运动到达一个滑轮8，所述滑轮与一个小轴杆9a成一整体，所述小轴杆通过适当的滚动轴承90a被支撑在框架2上，而且所述卡盘3a被刚性地安装在所述小轴杆上。在相反侧，所述卡盘3b被刚性地安装在一个小轴杆9b上，所述轴杆通过适当的滚动轴承90b被支撑在与小轴杆9a同轴的框架2上。
作为带6的替换形式，适当的整体传统运动传动齿轮可以被预见。
在化学淀积机器1中，圆柱形支撑件100不是与卡盘3a，3b进行刚性连接，而是在相对的自由端部100a、100b与相对的弹性约束件11a、11b进行弹性连接，所述弹性约束件又与卡盘3a、3b进行刚性连接。
弹性约束件11a、11b是仪器10的一个组成部分，所述仪器适合于用来在化学淀积过程中测量预型件的重量。这种仪器(被显示在图8中)也包括一个用来在所述细长元件100上引起振动的的装置110，一个用来探测所述振动的频率的装置111，以及一个用来根据探测到的振动频率计算预型件重量的装置112。这些装置将在本说明书的其余部分进行详细描述。
图2详细地显示了适用于测量本发明预型件重量的装置10(以及适用于形成预型件的化学淀积机器1)的弹性约束件11a的一个结构实例。
弹性约束件11a被显示为与图1所示化学淀积机器1的卡盘3a相联。弹性约束件11a包括一个第一接合元件12a和一个第二接合元件13a，所述第一接合元件与卡盘3a进行刚性连接，而所述第二接合元件与圆柱形支撑件100的端部100a进行刚性连接。在所示实例中，第一接合元件12a是一个套管，所述第二接合元件13a是所述细长元件100的一个夹持部件。所述夹持部件13a被容纳在所述套管12a内，而且形成为活塞的形状，这个活塞具有一个柄131a和一个头部133a，所述柄被容纳在一个形成在套管12a内的滑动座132a内，所述头部通过一个或多个螺母或销134与圆柱形支撑件100的自由端部相联。所述夹持部件13a又通过一个沿着轴线X-X延伸的弹性元件14a与套管12a相联，在这个具体实例中，所述弹性元件就是一个与夹持部件13a的柄131a同轴并且在其外部延伸的压缩弹簧。在夹持部件13a的柄131a中，形成有一个狭槽15a，所述狭槽中容纳有一个销16a，所述销是与套管12a成一整体的。在销16a和狭槽15a之间的接合是纯粹滑动的接合，意思就是，被允许的唯一相对的运动是销16a在狭槽15a中的滑动。当套管12a被卡盘3a启动旋转时，销16a迫使夹持部件13a旋转，由此迫使与之相联的圆柱形支撑件100旋转。
因此，上述的弹性约束件11a的结构形式是这样的，以防止圆柱形支撑件100的除了沿着轴线X-X以外的平移，并且防止卡盘3a和圆柱形支撑件100之间的绕着轴线X-X的相对旋转(以便允许旋转运动可以从卡盘3a传递到圆柱形支撑件100)，并且可以弹性地限制圆柱形支撑件100的轴向平移。
因此，上述的弹性约束件11a是一个具有一个自由度的滑动弹性约束件，也就是只允许圆柱形支撑件100沿着轴线X-X在套管11a内围绕着弹簧14a的平衡位置进行振动。
弹性约束件11a也包括另一个套管17a，所述套管与圆柱形支撑件100的端部100a进行刚性连接。所述套管17a通过轴承18a的插入而与套管12a同轴地进行接合，所述轴承适合于允许所述套管之间沿着轴线X-X的相对滑动。因此，套管12a与套管17a之间的所述滑动接合是这样的，即要便于引导圆柱形支撑件100在套管12a内的轴向滑动。
在套管17a与圆柱形支撑件100之间最好设置一个球接头19a，所述球接头适用于抵消圆柱形支撑件100的可能的不精密度。
弹性约束件11b基本上与上述的约束件11a相同。因此，所述圆柱形支撑件100在相对的自由端部100a、100b进行弹性地结合。
两个弹性约束件11a、11b的弹簧14优选是压缩弹簧或牵引弹簧。它们被放置在套管12a和夹持机构13a之间，放置方式是要便于，当圆柱形支撑件100被加载到机器1上时，这些弹簧可以都被偏压(在压缩弹簧的情况下，在被压缩状态，或在牵引弹簧的情况下，在被拉伸状态)，以便于施加一个相互的弹性作用。
作为替换，可以预见一个单一的弹性约束件11a，所述弹性约束件与所述细长元件100的端部100a相联。在这种情况下，这样一种弹性约束件会包括一个弹簧14a，弹簧的一侧被结合到套管12a，而在相对侧被结合夹持部件13a，以便于能够在夹持部件13a上施加一个弹性推力作用和一个弹性拉力作用。优选的是，在这种情况下，可以在细长元件100的相对端部100b预见一个简单的滑动引导件。
应该注意到，如果机器具有竖直姿态(化学淀积基底的轴线X-X被竖直地安排)，那么与圆柱形支撑件两个端部中一个端部相联的滑动弹性约束件可以用一个滑动引导件替换，而不用任何弹性元件。在这种处理形式中，实际上可以消除弹性约束件，因为被预见的单一弹性约束件的弹性元件由于预型件的重量而总是被偏压(如果弹性约束件被预见在细长元件下端，在被压缩状态，或者如果弹性约束件被预见在细长元件的上端，在被拉伸状态)。因此，在需要释放圆柱形支撑件轴向振动的情况下，这种弹性元件从来不会被卸下。
可以给用于将旋转运动从卡盘3a，3b传递到圆柱形支撑件100以便进行化学淀积的系统，预见许多变化。
例如，在图3所示的第一种变型中，卡盘3a的旋转运动被传递到圆柱形支撑件100，从而实现了套管17a外表面与套管12内表面之间的形状配合，而不是销16a和狭槽15a之间的滑动结合，其中，所述套管17a与圆柱形支撑件100进行刚性连接，所述套管12a与卡盘3a进行刚性连接。在这种情况下，所述套管17a和所述套管12a的截面具有非圆形对称形状，例如方形，或者如图3所示的六边形。有利的是，在两个套管之间，可以预见多个轴承170，所述轴承适合用来允许套管的相对滑动。
在图4a和4b所示的第二种变型中，在套管17a外表面和套管12a内表面上，设置有相对的边缘，所述边缘各自用171和172表示(例如如图所示的在各个套管上的四个等距边缘)，所述边缘适合于在卡盘3a旋转期间，相互协作成对接关系，以便于所述套管12a迫使套管17a进入旋转，由此迫使圆柱形支撑件100进入旋转。在两个套管之间，在其中形成边缘171、172的套管的上游或下游的纵向部分，也可以预见多个轴承173，所述轴承适合用来允许两个套管之间的相对滑动。可以在边缘171和172之间预见其它轴承174，所述其它轴承适合用来方便这种相对滑动。
在图5所示的另一种变型中，卡盘3a的旋转运动被传递到圆柱形支撑件100，从而实现套管12a与夹持部件13a之间的磁性传递，而不是销16a和狭槽15a之间的滑动结合，其中，所述套管12a与卡盘3a成一整体，所述夹持部件与圆柱形支撑件100成一整体。在这种情况下，在套管12a滑动座132a内部，刚性地安装一个永久磁体180；同样地，在夹持部件13a柄131a的自由端部的外表面上，刚性地安装另一个永久磁体181。两个磁体之间的磁性作用实现行旋转上的约束，意思就是，当套管12a旋转时，磁性作用迫使夹持部件13a进入旋转，由此迫使圆柱形支撑件100进入旋转。
正如已经陈述的一样，本发明的仪器10包括一个用于在化学淀积处理期间引起圆柱形支撑件100振动的装置110(图6、7和8)。这种装置优选被容纳在两个弹性约束件11a、11b的任一者内部，并且是这种弹性约束件的一个整体组成部分。
在图6所示的第一种实施例中，装置110是一个气动装置，所述气动装置包括一个小推力活塞20，所述活塞可滑动地容纳在套管12a的滑动座132a内。这种小活塞20通过加压空气被启动，所述加压空气是通过适当的开口21而进入滑动座132a的。这种开口形成在盖子22上，所述盖子被安排在套管12a的自由端。当被启动时，推力小活塞20与夹持部件13a的柄131a协作，从而所述柄在套管12a的滑动座132a中滑动，从而对弹簧14a施加载荷；当气压被释放时，夹持部件13a(由此，刚性地与之相联的圆柱形支撑件100)开始绕着弹簧14a的平衡位置振动。
在图7所示的替换实施例中，用来引起振动的装置110是一个电磁装置，所述电磁装置包括一个螺线管30，所述螺线管与一个定子31刚性地连接，所述定子31被预见在卡盘3a的上游。所述螺线管30与夹持部件13a的柄131a同轴，所述柄又容纳着一个永久磁体32。电流通入螺线管30时，会在载着弹簧14a的夹持部件13a上产生轴向力；通过中断给螺线管30的电流供应，夹持部件13a开始绕着弹簧14a的平衡位置振动。
如图8所示，本发明的仪器也包括一个用于在化学淀积处理期间探测圆柱形支撑件100的振动频率的装置111。这种装置特别包括一个用来及时探测圆柱形支撑件100的位置并且用来产生一个代表所述位置的信号的装置，以及一个用来处理所述信号以计算出这种支撑件的振动频率的装置。
在图8所示的实施例中，用来探测及时代表圆柱形支撑件100位置的信号的装置包括一个靶子40和一个光学测量器41，其中，所述靶子与圆柱形支撑件100的端部100a进行刚性连接，所述测量器适合用来测量所述靶子40的距离。特别的是，光学测量器41包括一个朝着靶子40的发光信号发射源(未示)，一个用来接受由靶子40散射的发光信号的装置(未示)，以及一个用来处理被收集的发光信号以产生一个代表靶子40距离的电信号的装置(未示)。所述测量器41被装备有一个输出端，所述输出端能够将电信号传输给计算机112，所述计算机被装备有一个数据获取板，所述数据获取板被设计用来根据探测到的振动频率计算预型件的重量。
作为上述装置的一种替换，可以使用适用于测量预型件振动频率的其它装置(未示)。例如，可以通过邻近传感器来实现振动频率的探测，所述传感器与套管12a相联，并且适合用来及时探测夹持部件13a的位置。有利的是，相同的弹簧14a可以被用作邻近传感器，所述传感器正是一个螺线管，所述螺线管具有随伸长量变化的感应系数。
原则上，由于轴向振动的频率ω与振动质量M有以下关系，即
M＝k/ω2
其中，k是弹簧14a的弹性系数，知道了弹簧14a的弹性系数k，以及在化学淀积处理期间的预型件200的轴向振动频率，就意味着，可以知道振动质量，由此就可以知道成形的预型件200的重量。
适用于计算振动频率的各种方法是可能存在的。下面举一个例子详细说明这些方法中的一种方法。
通过装备有获取板(acquisition board)的计算机112，来自光学测量器41的电信号被连续地分析。信号的获取频率必须这样，即要便于能正确描述电信号，例如足以使其大于信号频率的两倍。这种情况下，采样频率等于：
ωmin=2·KMmin]]>
其中K是弹性系统的弹性系数，而Mmin是最小的振动质量，即等于化学淀积处理起点的圆柱形支撑件100的质量。应该注意，在机器具有水平姿态的情况下，例如在附图中所示的姿态，弹性系统包括两个弹性约束件11a，11b，各个约束件装备有一个各自的弹簧14。因此，系统的弹性系数要等于存在于两个相对的弹性约束件11a，11b中的各个弹簧的弹性系数的总和。另一方面，在机器具有竖直姿态的情况下，如果机器具有一个单一的弹性约束件，那么系统的弹性系数要等于被预见在仪器的单一弹性约束件中的单一弹簧的弹性系数。
通过一个阈系统，在振动开始时，就启动电信号的记录；然后记录被延续预定时间(用实验方法进行选择，以便大于振动的阻尼时间)。电信号通过一个这样的函数可以得到很好描述：
S(t)＝A.e-αt.sin(ωt+Φ)+Δ
因此，通过一个非线性回归计算，可以估计出参数A，α，，Δ和最终的频率ω。
如果给出频率，那么可以通过以下关系式求出振动质量的值：
M＝k/ω2
这个关系式在理想的谐振子的情况下是有效的；在实际情况下，最好用已知质量对系统进行校正，以便于用实验方法确定关系式M＝M(ω)。
在另一个替换实施例中，可以使用作为刚性主体的圆柱形支撑件100的其它振动频率，从而实现圆柱形支撑件100的其它振动方式的任一种；在刚性主体具有六个自由度时，实际上有三个振动平移方式和三个振动旋转方式，各个振动频率对应于这些方式。
在操作中，结合附图1和8中所示的化学淀积机器1和重量测量仪器10的实施例，适用于化学淀积、而且具有相联靶子40的圆柱形支撑件100，被安装在机器1上，从而使各个自由端与相对的弹性约束件11a、11b相联。然后，机器1被启动，以开始化学淀积处理，在化学淀积处理期间圆柱形支撑件100在其自身旋转，而且燃烧器4平行于圆柱形支撑件100平移，并且在支撑件上淀积用于形成预型件的化学物质。抽吸罩5消除由燃烧器4产生的废气。
在化学淀积处理期间，逐渐形成的预型件的重量的测量通过仪器10被重复地进行。为了这个目的，圆柱形支撑件100的振动通过图6所示并且如上所述的气动装置(或者作为替换，可以通过图7所示并且也如上所述的磁性装置)来引起。
通过光学距离测量器41，发光信号被发送到靶子40，然后被探测。由此获得的信号代表靶子40和光学测量器41之间的变化距离，并且因此包含有关预型件振动频率的信息。
然后，当进行化学淀积处理时，由光学测量器41探测到的电信号被发送到计算机112，在计算机中，所述电信号被处理以便最终能例如根据上述计算方法，计算出预型件重量的级数。
实例
已经进行了多组不同的实验性试验，以便论证本发明仪器的操作。所实施的这些试验如下：
1.再现性试验(具有非旋转预型件)
2.具有旋转预型件的试验
3.具有质量的不同轴向分布的试验
4.具有不同的弹簧温度的试验
引起振动，从而产生一个推动力，这个推动力能够迫使圆柱形支撑件100相对于平衡位置位移大约5mm。为了探测振动频率，使用了商业激光距离测量器，这种测量器可以从Keyance公司获得。
再现性试验
进行了第一组试验，以测量没有旋转的预型件的振动频率，预型件上添加有不同的已知质量。对于附加质量的各个值，进行了不同的试验，以估计系统的校准曲线M＝M(ω)，以及测量的再现性的程度。第一组试验是在没有添加任何质量给预型件的情况下进行的。对于附加质量的三个不同值，进行了三组连续试验。
这些试验是用一个具有竖直姿态的机器实施的，所述机器在预型件下端装备有一个单一的弹簧。弹簧的弹性系数是1.6kN/m。所述预型件的起始质量是Kg.2.690(在没有任何附加质量的情况下)，因此，最终质量(预型件质量加最大附加质量)是Kg.4.990。
这些试验的结果被显示在图9的图表中，这些图表代表作为质量的函数测量到的振动频率。
校准曲线可以例如是通过一个三次多项式来很好地描述。
对通过使用相同质量的重复试验获得的频率值进行第一次估计。然后对于不同的质量值进行估计。
通过使用相同质量的重复试验得出的频率估计值上的平均标准偏差等于0.0116Hz。因此可以证明，通过甚至很小数量的测量的重复，重量估计值上的平均精度可以非常好。
具有旋转预型件的试验
为了估计与预型件旋转相关联的可能干扰，进行了第二组试验。不同的测量是使用处于不同旋转速度的同样重量预型件进行的。
这些试验是使用一个具有水平姿态的机器实施的，所述机器在预型件相对端装备有两个弹簧。弹簧的弹性系数是1.6kN/m。预型件的质量保持不变，并且等于Kg.2.690。
图10的图表显示了这些测量的结果，这些结果论证了振动频率与预型件旋转速度实质上独立。实际上，我们发现测量标准偏差上有增加，但是偏差保持相同平均值。
具有质量的不同轴向分布的试验
为了论证本发明的用于测量重量的方法实质上独立于质量沿着预型件轴线的分布情况，进行了第三组试验。
使用相同附加质量的两组测量试验被实施的条件如下：
在预型件一个端部具有附加重量；
在预型件的相对端部具有附加重量。
这些试验是使用一个具有水平姿态的机器实施的，所述机器在预型件相对端部装备有两个相同的弹簧。弹簧的弹性系数是1.6kN/m。预型件没有进行旋转。所述预型件的起始质量是Kg.2.690(在没有任何附加质量的情况下)，因此，附加质量(开始在一侧，然后又在另一侧)是Kg.0.762。
图11所示的两组试验没有显示出平均值上的明显差异。
具有不同弹簧温度的试验
为了论证本发明重量测量方法对温度特别是结构上存在的热梯度的不敏感性，进行了第四组试验。当指向两个弹性约束件中一者的空气喷射的温度变化时，进行了不同的测量。利用这种方式产生的热场在弹性约束件极端具有最大和最小的温度，因此，所述弹性约束件容易受到热梯度的影响。
这些试验是使用一个具有水平姿态的机器实施的，所述机器在预型件相对端部装备有两个相同的弹簧。弹簧的弹性系数是5.15kN/m。两个弹簧中只有一个弹簧被偏压。预型件没有进行旋转。预型件的质量被保持不变，而且等于Kg.2.690。
图12的图表显示了这些试验的结果，这些结果可以论证出测量相对于温度的实际上的不敏感性。