引用本文:

魏莉,李恒春. 单通道单模光纤高速旋转连接器的研制[J]. 光通信技术,2021,45(7):37-40.

单通道单模光纤高速旋转连接器的研制

魏 莉,李恒春*

(武汉理工大学 机电工程学院,武汉 430070)

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摘要:针对光纤旋转连接器(FORJ)普遍存在着结构复杂、损耗过大和转速低等问题,提出了一种高速单通道单模FORJ结构,并对其性能进行了相关的实验测试,对FORJ中光信号传输时的损耗进行了分析研究。实验结果表明:所设计的单通道单模FORJ能够在8000 r/min的高转速下传输光信号,损耗量为19.6 dB,且能承受的最大冲击载荷为20 m/s2,旋转输入轴的最大径向振幅为0.63 mm,能够适应较为恶劣的工作环境。

关键词:光纤旋转连接器;光纤准直器;高速;非接触光信号传输

中图分类号:TN256 文献标志码:文章编号:1002-5561(2021)07-0037-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2021.07.009

0 引言
       基于光纤光栅的传感器已经大规模应用于航空发动机或燃气轮机等旋转设备的状态检测中[1],但旋转机械与静止的信号采集设备之间的信号传输问题一直是难点所在。光纤旋转连接器(FORJ)的出现,有效地解决了光信号在旋转平台之间的传输问题。
   根据FORJ的结构形式的不同,分类方法也不同。FORJ分为有/无源FORJ、同/离轴FORJ、单/多模FORJ以及单/多通道FORJ等[2-5]。与传统的电动滑环相比,FORJ具有通信速率高、抗电磁干扰、保密性好、寿命长、无摩擦和可在易燃易爆的环境中使用等优点[6]。目前,虽有多种FORJ实现方案(如:利用DOVE 棱镜转像原理实现光信号旋转连接[7]、采用光纤直接耦合[8]和利用透镜结构的对称性[9]等原理设计的FORJ),但普遍存在着结构复杂、损耗过大和转速低等问题。
   旋转设备转速的提高及恶劣的工作环境对FORJ的设计要求也越来越严苛,为使FORJ能够在高转速下工作,且能够抵抗较大的冲击载荷和振动载荷,本文设计一种新型的FORJ,以满足高速旋转机械低损耗传输光信号的要求。

4 结束语
       本文提出了一种单通道单模的FORJ结构,通过对光纤准直器的耦合损耗分析,确定了在FORJ结构设计时的偏差控制范围,并采用柔性连接结构,使FORJ能够承受较大的冲击及振动载荷。实验结果表明:所设计的FORJ能够在8000 r/min的高转速下工作,插入损耗为19.6 dB,所能承受的最大冲击载荷为20 m/s2,旋转输入轴的最大径向振幅为0.63 mm,能够适应较为恶劣的环境。
  由于实验台的限制,无法解决多余光纤在旋转轴上的固定问题,旋转端光纤光栅无法粘贴成与旋转轴线平行的状态;在旋转时,光纤连接处会呈现较大的弯曲,使得损耗量急剧增大;同时,转速升高,回转轴线不平衡度增大,粘贴好的光纤光栅脱落、固定准直器的螺钉松动等问题,均会导致测得的损耗急剧增大,影响实验效果。