У системима који се непрекидно ротирају, обични каблови од влакана се увијају, замарају се и на крају покваре. У пројектима које смо подржали као произвођач клизних прстенова, ово ретко представља проблем са конектором. Обично је то проблем-на нивоу система: оптичка путања је третирана као накнадна мисао поред енергетских и контролних водова, а открила се тек када је машина ротирала великом брзином на терену.
A ротациони спој са оптичким влакнима, такође се зове аФОРЈилиоптички клизни прстен, решава ово тако што дозвољава оптичким сигналима да пређу ротирајући интерфејс без увртања влакна. У већини савремених машина, ФОРЈ се не купује као самосталан део. Интегрисан је саелектрични клизни прстену један хибридни склоп који преноси напајање, ниско{0}}напонске сигнале, етернет, сабирницу поља и оптичке податке преко једне ротационе осе.
Овај водич је написан из перспективе инжењерског тима за апликације који специфицира и тестира ове склопове за индустријске, поморске, одбрамбене и медицинске кориснике. Покрива шта је ФОРЈ, како функционише, када је хибридно решење прави избор, спецификације које су заиста важне и информације које треба да припремите пре него што контактирате добављача.
Шта је ротациони зглоб са оптичким влакнима?
Ротациони спој са оптичким влакнима је пасивни оптички уређај који дозвољава светлости да пролази између стационарне и ротирајуће стране машине без прекида оптичке путање. Он игра исту улогу за оптичке сигнале коју конвенционални клизни прстен игра за електричне сигнале.
Видећете исту технологију описану у подацима и РФК-има под неколико имена:
- Ротациони спој са оптичким влакнима (ФОРЈ)
- Клизни прстен са оптичким влакнима
- Оптички клизни прстен
- Оптички ротациони зглоб
- Оптички ротациони конектор
Ови термини углавном описују исту функцију. Именовање обично одражава индустрију и добављача, а не техничку разлику.
Како функционише ротациони зглоб са оптичким влакнима
Унутар ФОРЈ-а, ротирајуће влакно и стационарно влакно никада се физички не увијају једно против другог. Уместо тога, оптички сигнал се преноси кроз прецизно поравнату оптичку путању између два колимирајућа елемента, подржана лежајевима, ротирајућим кућиштем и стационарним кућиштем. Једноканални- дизајни обично користе пар колиматора на оси ротације. Више{4}}канални дизајни додају призме, голубичасте призме, огледала или ротационе мултиплексере тако да неколико оптичких канала може да дели или укршта исти ротирајући интерфејс.
Пошто оптички пренос зависи од поравнања на нивоу микрона{0}}, механички квалитет лежајева и стабилност димензија кућишта су важни колико и сама оптика. У апликацијама које су склоне великом -брзини или вибрацијама-, доминантан режим квара није катастрофалан губитак сигнала, већ нестабиланваријација инсерционог губитка: део пролази статички тест на клупи, а затим заноси у пољу када почне да се ротира под оптерећењем.
Хибридни оптички клизни прстен: снага, сигнал и оптички подаци у једном склопу
ФОРЈ сам по себи преноси само оптичке сигнале. Не носи електричну енергију, струју мотора, сигнале енкодера или пнеуматске водове. У стварним машинама, оне скоро увек морају да пређу исту ротирајуће осу.
Зато већина ФОРЈ захтева које добијамо није за голи ФОРЈ. Они су за ахибридни клизни прстенкоји интегрише оптички канал са електричним клизним прстеном, а понекад и са пнеуматским или хидрауличним водом, унутар једног механичког омотача.
Хибридни клизни прстен са оптичким влакнима обично комбинује нешто од следећег у једном ротационом склопу:
- Један или више оптичких канала (сингле-моде или мултимоде)
- Високо{0}}струјни струјни кругови за моторе или грејаче
- Ниско{0}}управљачки сигнали и сензорски сигнали
- Гигабит Етхернетили кола сабирнице (ЦАН, ЕтхерЦАТ, ПРОФИНЕТ)
- РФ или коаксијални канали
- Пнеуматски или хидраулични пролази у неким изведбама
Када хибридни клизни прстен има смисла
Хибридни дизајн је обично прави одговор када је тачно барем једно од следећег:
- Ротирајућа структура има строга ограничења омотача, тежине или равнотеже, а други ротациони уређај се не може слагати на осовину.
- Линк за пренос података мора бити отпоран на електромагнетне сметње од оближњих мотора, ВФД-а или радарских предајника.
- Брзина података премашује оно што бакарни контакт са клизним прстеном може поуздано да испоручи током животног века система.
- Подаци о снази, контроли кретања и сензорима са великим{0}}пропусним опсегом морају да прелазе исту осу.
- Апликација је довољно прилагођена да се ФОРЈ који нема{0}}-на полици и посебан клизни прстен не би механички поравнали.
У кардану за надзор, на пример, типичан хибридни склоп може да комбинује један оптички канал за видео ток високе-резолуције камере, гигабитну етернет линију за контролу, неколико ампера снаге за пан/тилт моторе и грејаче и неколико ниско-напонских сигналних кола, све унутар кућишта пречника испод 60 мм. Одвојено навођење ових канала и њихово спајање заједно обично кошта више простора и више новца него један интегрисани дизајн.
Окретни спој са оптичким влакнима у односу на електрични клизни прстен
Оба уређаја решавају проблеме са ротационим преносом, али нису заменљиви.
| Фактор | Ротациони спој са оптичким влакнима | Електрични клизни прстен |
|---|---|---|
| Примарни сигнал | Оптички подаци | Снага и електрични сигнали |
| Најбоље за | Високи{0}}подаци са пропусним опсегом, везе осетљиве на електромагнетну инфрацрвеност{1}}, дуга влакна | Пренос снаге, контрола ниског{0}}напона, сигнали сензора |
| Контактна метода | Бесконтактна оптичка путања | Четка-на-прстену или контакт четкице од влакана |
| ЕМИ осетљивост | Веома ниско | Зависи од заштите и типа сигнала |
| Преноси снагу? | бр | Да |
| Кључни параметри | Тип влакна, таласна дужина, број канала, губитак уметања, повратни губитак | Струја, напон, материјал контакта, број кола |
| Уобичајена комбинација | Интегрисан у хибридни клизни прстен | Интегрисан са ФОРЈ, РФ или пнеуматским модулима |
Ако је систему потребна само снага и стандардни контролни сигнали, довољан је конвенционални електрични клизни прстен. У тренутку када требате да гурнете некомпримовани ХД/4К видео, одрживи Гигабит Етхернет или било који оптички сензор-великог пропусног опсега преко ротирајуће осе, ФОРЈ или хибридни склоп постаје поузданији дугорочни-избор.
Кључне спецификације које су заправо важне
Избор ФОРЈ-а није само питање спољашњег пречника и цене. Оптички, механички и захтеви за животну средину морају да се прегледају заједно, јер-компромиси између њих изазивају већину кварова на терену.
Један-канални у односу на више{2}}канални
Један-канал ФОРЈ преноси један оптички канал. Мањи је, једноставнији и генерално има најмањи губитак уметања и најбољу-дугорочну стабилност. Више-канални ФОРЈ преноси више оптичких канала кроз исти ротирајући интерфејс, користећи призме, голубичасте призме или мултиплексоре у зависности од дизајна.
Више{0}}канални ФОРЈ решавају прави проблем, али додају сложеност, осетљивост на поравнање и цену. Пре него што се определите за 4- или 8-канални дизајн, вреди се запитати да ли се подаци могу мултиплексовати на једно или два влакна на нивоу примопредајника. Мултиплексирање са поделом таласних дужина или примопредајници веће брзине често смањују потребан број канала и резултирају мањим, поузданијим ротационим зглобом.
Једномодни{0}}модни у односу на вишемодно влакно
Тип влакна мора да одговара остатку оптичког система. Једномодно{1}}оптично влакно (обично ОС2, усклађено саИТУ{0}}Т Г.652препорука) се користи за везе-на даљину, велике-пропусности и телекомуникационе{2}}везе, често на 1310 нм или 1550 нм. Вишемодно влакно (ОМ3/ОМ4/ОМ5) је чешће у кратким везама података на 850 нм и генерално је јефтиније за завршетак.
За ФОРЈ, избор обично следи од примопредајника и оптичког буџета система. Мешање типова влакана преко ротационог интерфејса је чест узрок необјашњивог губитка, тако да увек проверите тип влакна, радну таласну дужину и тип конектора са обе стране пре наручивања.
Губитак убацивања, губитак поврата и стабилност сигнала
Оптичке перформансе су тамо где већина јефтиних ФОРЈ-а-има слабији учинак. Бројке које вреди погледати:
- Губитак уметања- типично добар појединачни-режим ФОРЈ: испод око 1,5 дБ. Будите пажљиви са деловима наведеним само на „типичне“ вредности без максимума.
- Варијација губитка при убацивању током ротације- ово је често важније од губитка статичког уметања. Потражите варијацију испод 0,5 дБ током пуног обртаја, мерено при називној брзини, а не у стању мировања.
- Повратни губитак- за системе са једним-режимом, обично се очекује 50 дБ или више. Мали повратни губитак може дестабилизовати ласерске предајнике и оштетити везу.
- Зависност таласне дужине- потврђује перформансе на вашој стварној радној таласној дужини, а не само на једној референтној таласној дужини.
- Преслушавање- релевантно само за више{1}}каналне дизајне.
Затражите од добављача извештај о испитивању који показује динамички губитак уметања измерен док се зглоб ротира. Део који изгледа прихватљиво на статичком тесту може да се помери неколико дБ када се окреће под оптерећењем.
Брзина ротације, обртни момент и механички омотач
ФОРЈ мора да се физички оспособи и преживи у машини. Потврдите номиналну континуалну брзину, вршну брзину, почетни обртни момент, аксијално и радијално оптерећење и радни век лежаја. Компактни једно-канални ФОРЈ може бити оцењен на неколико хиљада обртаја у минути, док ће затворени вишеканални дизајн-за употребу у мору обично бити ограничен на неколико стотина обртаја у минути у замену за заштиту животне средине.
ИП оцена, температура и окружење
Захтеви за заптивање су вођени тиме где склоп функционише, а не како изгледа на ЦАД моделу. Спољна радарска постоља,РОВ системи, оффсхоре витла иветротурбинасвака гондола има различите профиле изложености води, сланом спреју, прашини и кондензацији.
За оцене заштите, погледајте ИЕЦ 60529 стандард, који је у основиИП рејтинг системкористи се у целој индустрији. Као правило: ИП54 је добар за чиста индустријска окружења у затвореном простору, ИП65/ИП66 за излагање на отвореном или прању, и ИП67/ИП68 за продужено урањање. Тражење ИП68 у чистој просторији само повећава трошкове; тражење ИП54 на палуби на мору неће успети у првој олуји.
Конектори, пигтаилс и монтажа
Мали детаљи интеграције су одговорни за изненађујући удео кашњења пројеката. Пре наручивања потврдите:
- Тип конектора на свакој страни: ФЦ/АПЦ, ФЦ/УПЦ, СЦ, СТ, ЛЦ, СМА или прилагођени
- Дужина пигтаил-а и омотач кабла су потребни за ваше окружење
- Смер излаза кабла - право или десно-угао
- Ограничења радијуса савијања дуж кабла
- Узорак прирубнице, монтажа са навојем или осовина
- Било да ФОРЈ мора бити интегрисан са постојећим клизним прстеном или уграђен у нови склоп
Брзи ФОРЈ избор
Следећа табела је кратка верзија коју користимо интерно када обрађујемо нове упите.
| Ваша ситуација | Препоручени смер |
|---|---|
| Само оптички подаци, без напајања преко осе | Самостални ФОРЈ |
| Оптички подаци + напајање, контрола мотора или Етхернет преко исте осе | Хибридни клизни прстен са интегрисаним ФОРЈ-ом |
| Веза{0}}на даљину, велики пропусни опсег, телекомуникационе таласне дужине | Једнорежимски ФОРЈ (ОС2, 1310/1550 нм) |
| Кратка веза за пренос података, нижа цена, 850 нм примопредајници | Мултимоде ФОРЈ (ОМ3/ОМ4) |
| Потребно је више оптичких путања | Више-канални ФОРЈ - или прво процените ВДМ/мултиплексирање |
| На отвореном, у мору, на мору, за прање | Запечаћено ФОРЈ, обично ИП66 или више |
| Континуирана{0}}ротација великом брзином (кардани, радар) | Компактан једно-канални ФОРЈ са малим варијацијама губитка уметања |
| Строга ограничења коверта, тежине или баланса | Прилагођена хибридна монтажа |
ФОРЈ Селецтион
Користите ову контролну листу када припремате РФК. Сваки ред пресликава захтев на конкретно питање које треба поставити добављачу.
| Рекуиремент | Шта потврдити | Зашто је важно |
|---|---|---|
| Тип влакана | Једноструки{0}}режим или вишемодни, ОС2 / ОМ3 / ОМ4 / ОМ5 | Неусклађено влакно узрокује вишак губитка и ограничења пропусног опсега |
| Таласна дужина | 850 / 1310 / 1550 нм или ваш специфични примопредајник | Перформансе зависе од таласне дужине{0}} |
| Број канала | Потребан број независних оптичких канала | Покреће сложеност, величину и цену |
| Губитак уметања | Максимална вредност, није типична | Дефинише буџет везе |
| Варијација губитка при убацивању | Тестирано током ротације при називној брзини | Сам статички губитак крије стварне{0}}светске перформансе |
| Повратни губитак | Минимум дБ, посебно за један{0}}режим | Мали повратни губитак може дестабилизовати ласерске изворе |
| Брзина ротације | Континуирани и вршни број обртаја | Избор погонских лежајева и заптивки |
| ИП рејтинг | Специфичан ИП код, није "водоотпоран" | Стандард заптивања је проверљив, маркетиншки услови нису |
| Температурни опсег | Екстреми у раду и складиштењу | Утиче на избор мазива, заптивке и лепка |
| Тип конектора | ФЦ/АПЦ, ФЦ/УПЦ, СЦ, ЛЦ, СТ, СМА | Одређује компатибилност парења |
| Монтажа | Прирубница, осовина,{0}}проврт или прилагођени | Одлучује да ли се део уопште уклапа |
| Остали канали | Напајање, контрола, Етхернет, РФ, пнеуматски | Показује на хибридни склоп |
Како одабрати прави ФОРЈ
Ово је процес који наши инжењери апликација користе када са купцем одређују нови ФОРЈ пројекат.
Мапирајте потпуни захтев за пренос
Наведите сваки сигнал који мора да пређе ротирајућу осу: оптички канали, струјна кола, контролни сигнали, Етхернет, сабирница, РФ, пнеуматске или хидрауличне линије. Ако је на листи нешто осим чистих оптичких података, гледате на хибридни склоп, а не на самостални ФОРЈ.
Закључајте оптички систем
Наведите тип влакна, таласну дужину, тип конектора, број оптичких канала, максимални губитак уметања, повратни губитак и дозвољену варијацију губитка при уметању. Ако нисте сигурни да ли вам је заиста потребно више оптичких канала, питајте да ли мултиплексирање или примопредајник веће брзине{1}}могу да сажму захтев у један или два канала. Ова појединачна одлука често штеди највише трошкова и сложености.
Потврдите механичку коверту
Пошаљите основни цртеж или најмање коверат: спољни пречник, дужина, величина отвора, интерфејс за монтажу, смер излаза кабла, брзина ротације и било која ограничења обртног момента. ФОРЈ са савршеном оптиком је бескористан ако не стане на осовину.
Ускладите окружење са правим ИП кодом
Наведите тачно где ће склоп радити: у затвореном, на отвореном, у мору, у бушотини, у вакууму, висока влажност, слани спреј, прашина, излагање хемикалијама. Претворите то у ИП код и опсег радне температуре. Избегавајте коришћење нејасних термина као што су „водоотпоран“ или „храпав“ -, они коштају додатно и ништа не потврђују.
Дефинишите тест и документацију која вам је потребна
За критичне системе (медицинско снимање, ваздухопловство, одбрана, оффсхоре), затражите документацију унапред, а не након испоруке:
- Извештај о оптичком тесту на радној таласној дужини
- Подаци о динамичком губитку уметања током ротације
- Мерење повратног губитка
- Механички цртеж и пиноут влакана
- Декларација материјала и површинске обраде
- Препоручена процедура инсталације и одржавања
Дефинисање ових у фази понуде спречава већину спорова који се иначе појављују на тестирању прихватања.
Прави{0}}Светски сценарији примене
Кардани за надзор и циљање
Типичном ЕО/ИР кардану је потребан некомпримовани видео са сензора монтираних на ротирајућој глави назад до базе. Бакарни контакти се боре са брзином преноса података, ЕМИ од мотора за померање/нагиб квари сигнал, а расположиви омотач је мали. Хибридни ФОРЈ који комбинује један оптички канал за видео, Гигабит Етхернет за контролу и 24 ВДЦ напајање мотора је стандардно решење.
Возила на даљинско управљање (РОВ)
Подморским системима су потребни запечаћени склопови који преживљавају слану воду, циклус притиска и континуирану{0}}ротацију мале брзине на витлима или зглобовима манипулатора. Губитак убацивања и ИП оцена доминирају спецификацијом, док је највећа брзина ротације ретко ограничавајући фактор.
Ветротурбине и постоља радара
За системе скретања гондоле и постоља радарске антене, склоп обично ради на ниском броју обртаја, али мора да ради много година уз минимално одржавање. Стабилност губитка при убацивању током хиљада сати, заптивени лежајеви и доказана ИП66 кућишта важнији су од врхунских оптичких перформанси.
Медицински системи за снимање
ЦТ и ОЦТ системи комбинују високе брзине преноса података са изузетно строгим захтевима за поузданост. ФОРЈ овде је обично један елемент чврсто интегрисаног хибридног ротационог склопа, квалификован заједно са остатком машине, а не изолован.
ФАК
П: Шта значи ФОРЈ?
О: ФОРЈ је скраћеница за Фибер Оптиц Ротари Јоинт, уређај који омогућава да оптички сигнали пролазе између стационарне и ротирајуће стране машине без увртања влакна.
П: Да ли је ротациони спој са оптичким влакнима исти као и клизни прстен?
О: Не баш. ФОРЈ ради за оптичке сигнале исто што клизни прстен ради за електричне сигнале. У већини модерних система, ова два су комбинована у хибридни ротациони склоп.
П: Може ли ротациони зглоб са оптичким влакнима преносити снагу?
О: Не. ФОРЈ преноси само оптичке сигнале. Ако вам је такође потребно напајање, контролни сигнали или Етхернет на истој оси, потребан вам је хибридни клизни прстен који интегрише ФОРЈ са електричним клизним прстеном.
П: Када треба да користим ФОРЈ уместо електричног клизног прстена?
О: Кад год веза мора да преноси податке{0}}великог пропусног опсега, мора да буде имуна на електромагнетне зрачење или да путује на велику удаљеност кроз оптичко влакно. Електрични контакти могу да преносе податке, али при брзини од више-гигабита и у бучним окружењима, оптички пренос је скоро увек поузданији.
П: Која је разлика између једног{0}}режима и вишемодног ФОРЈ-а?
О: ФОРЈ једног{0}}модног режима се поклапа са једним-модним влакном и обично се користи за везе велике -пропусности или{3}} везе на 1310 или 1550 нм. Вишемодни ФОРЈ је усклађен са вишемодним влакном (ОМ3/ОМ4) и чешћи је у краћим везама за пренос података од 850 нм.
П: Какав губитак приликом уметања треба да очекујем од доброг ФОРЈ-а?
О: За једно-једноканални- начин рада ФОРЈ, губитак уметања испод приближно 1,5 дБ и варијација губитка уметања испод 0,5 дБ током ротације су разумни циљеви. Дизајн са више-каналним и тешким-окружењем обично има веће вредности. Увек тражите максималне, а не типичне бројеве.
П: Које информације треба да наведем када тражим ФОРЈ понуду?
О: Тип влакна, таласна дужина, тип конектора, број оптичких канала, брзина ротације, интерфејс за монтажу, ИП оцена, радна температура и да ли струјна или сигнална кола такође морају да прелазе исту осу. Што је више од овога унапред дефинисано, то је цитат тачнији.
Следећи кораци
Ротациони спој са оптичким влакнима ретко је куповина из каталога. У производним системима то је један елемент хибридног ротационог склопа који мора да избалансира оптичке перформансе, механичко уклапање, заптивање околине и интеграцију са остатком машине.
Ако планирате нови дизајн или вам је потребно друго мишљење о постојећој ФОРЈ спецификацији, припремите ставке са контролне листе изнад - типа влакна, таласне дужине, броја канала, циља губитка уметања, брзине ротације, ИП рејтинга и свих додатних канала напајања или сигнала - иподелите их са нашим инжењерским тимом за апликације. Одговорићемо са конкретним предлогом, укључујући податке о динамичком тестирању и механички концепт, уместо генеричког листа са подацима.