光纤滑环|光电滑环|同轴光纤准直器|旋转连接器接头—首选思锐达光电

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光纤滑环的发展及其军事运用
来源: | 发布时间:2017-8-30 14:47:44 | 浏览次数:

   

      光纤旋转连接器是一种广泛应用于军事国防、工业等领域的关键器件。光纤旋转连接器是实现旋转平台与静止平台之间数据传输的核心器件,采用光纤为数据传输媒体,为解决旋转连接的系统部件之间的数据传输,提供了最佳的技术解决方案。广泛应用在能源、国防、航天、航空、航海、工业领域,如风力发电、视频监控系统、工业机器人、雷达系统、石油平台、海底通信等。


一、单通道光纤旋转连接器


      光纤旋转连接器根据传输通道的多少可分为单通道和多通道两类。

      多通道光纤旋转连接器可以传输的信号量大于单通道光纤旋转连接器,但是多通道光纤旋转连接器体积较大、结构复杂、转速低、成本高,在一定程度上限制了其应用。单通道光纤旋转连接器具有结构简单、体积小、成本低等众多优点,而且通过波分复用技术可以传输的信号量可以扩展到100Gbit/s以上。因此,目前应用最广泛的就是单通道光纤滑环。FRHSB-1.jpg

      光纤旋转连接器按光传输介质来划分,可分为单模光纤旋转连接器和多模光纤旋转连接器以及塑料光纤旋转连接器。单模光纤传输单模信号,由于其芯径小,传输模式好,可以传输 100 Gbit/s的数据,长距离传输可达120 km,单模光纤旋转连接器的工作波长是1310nm和1550nm。多模光纤旋转连接器的光纤芯径为50μm或62.5μm,多模光纤可以传输不同的光源,多模光纤常用于短距离的数据通信,可以传输1 Gbit/s的数据并传输300m远的距离 。多数多模光纤的工作波长为850nm和1310 nm。塑料光纤旋转连接器是使用塑料光纤作为传输介质的,由于塑料光纤的光纤芯径较粗,很容易实现对准,因此,塑料光纤旋转连接器的成本较低,主要用于工业领域,塑料光纤可以传输125Mbit/s的数据并传输25m的距离。各种光纤旋转连接器中, 由于单模单通道光纤旋转连接器具备了体积小、结构简单、成本适中、传输信息量大、传输距离远等众多优点,使它成为光纤旋转连接器家族中应用最广、用量最大的器件。

      单通道光纤滑环制作方法分为两种

  1. 对接型,即直接用光纤端面进行对接的旋转连接 ,器件中间无光学组件。

  2. 扩束型,即在两光纤之间,加入光学透镜的扩束旋转连接。这两种结构的多模光纤旋转连接较为成熟。单模光纤的模场直径很小,只有几微米,而且数值孔径也较小,因此,在实现单模光纤的旋转连接中,对接型的耦合难度相当大,而且无法达到高转速和低插入损耗的要求。

      最常用方法就是采用自聚焦透镜构成的光纤准直器作为耦合器件。使用光纤准直器作为耦合器件的方法最大的难题是如何使准直器的光轴和机械件的旋转轴重合,由于光纤准直器出射光束与光纤准直器的机械中心不同轴,导致很难安装。因此,必须采用调试的方法进行安装,必须先将一个准直器经过不断调试,确定准直器的光束中心与旋转连接器的旋转中心完全同心,没有任何偏角和偏心,然后用环氧胶或者激光焊接的方法固定准直器,再将第二个准直器与第一个准直器调试到同心,也用环氧胶或激光焊接的方法固定。

      FRSA.jpg光纤旋转连接器的技术难度很大,目前国外公司的制作方法均为调试法,准直器与机械中心的间隙较大,在温度冲击时,插入损耗变化约为 0.5dB。 

      为研究单模单通道光纤旋转连接器制作方法的不足,改进自聚焦透镜的生产工艺,严格要求了光纤准直器的生产,针对温度冲击的问题做出改进。 国内研发的单模单通道光纤旋转连接器,已经达到插入损耗小于2dB,旋转变化小于1dB,已达到国外商用产品同等技术水平。

                由于使用的是无偏准直 器,因此光束中心与机械轴中心完全同心。



二、多通道光纤旋转连接器


      多通道光纤滑环可以同时传输多个光纤的信号。多通道光纤旋转连接器的种类很多,主要有:DOVE 棱镜耦合光信号、对称光学结构耦合光信号 、菲涅耳透镜耦合光信号、同轴耦合光信号 、反射镜组合耦合光信号等。 由于多通道旋转连接器结构都很复杂,因此,耦合方案很多。但是,目前实现商用的主要是 DOVE棱镜耦合光信号。由于多通道光纤滑环结构复杂,因此,旋转速度大大低于单通道光纤滑环,而且体积和质量都很大,价格昂贵,因此,应用领域较少。FRMM-1.jpg


      多通道光纤旋转连接器的难点在于制作光纤阵列无偏准直器,需要使光纤阵列准直器的光束都能够达到偏角最小,多通道旋转连接器的发展方向是进一步降低尺寸和质量,提高旋转速度,目前,多通道旋转连接器的旋转速度最高只有100转,无法使用在高转速的场合。


三、应用


      在雷达基座与旋转的雷达天线之间的通信连接中,随着现代雷达系统的逐渐智能化和多功能化,阵面规模的扩大,控制中心与天线阵面间要交换的数据越来越多,多基地雷达信号远距离传输的需求,以及为规避反辐射导弹的攻击, 光纤几乎成了雷达信号传输不可或缺的技术手段。数字阵雷达分为阵面上、下两个部分,阵面上由天线和数字收发组件等部分组成;阵面下可以是设备方舱或掩体,主要包含数字波束形成系统、波形控制和定时产生系统、数据处理系统等。由于阵面具备360°机械旋转能力,因此阵面上下信号需要光纤旋转连接器对光信号动态连接。采用光纤旋转连接器来传输雷达信号,不但不受电磁干扰、也不存在通道串扰、还可以长距离传输。

      机载和舰载、车载多功能火控雷达、武器火控系统产生的大量光电数据也需要通过光纤滑环进行数据的旋转传输。

      在飞机、无人机 、直升机上,通常在机身前部或下部装有光电吊舱或光电瞄准系统,吊舱内装有各种光电传感器,如:前视红外系统(FLIR)、红外搜索跟踪系统、激光测距仪和激光目标指示系统、激光自动跟踪系统,以及微光电视设备、CCD 摄像机、可见光电视设备、光电平面显示装置等。 由于需要吊舱连续360°旋转,而无须飞机作倒转机动飞行,并可再次捕获目标,提高了可靠性。 随着光电吊舱的发展,传输的数据量越来越大,必须使用光纤旋转连接器将大量光电探测信号数据传输到机内计算机处理。

      为了测试直升机的旋翼在高速旋转时直升机旋翼的共锥度值,直升机旋翼的铰链力矩值以及旋翼对动平衡实验台的振动,需要使用光纤旋转连接器将光纤传感器的数据从旋翼上传输到实验台上。

      电控旋翼直升机是一种新型直升机,驾驶杆产生的操纵光信号经光纤旋转连接器 、旋翼轴、桨毂 、直至嵌入桨叶的作动器,驱动各片桨叶上的襟翼做偏转运动,只需桨根的扭转刚度适当,则襟翼产生的俯仰力矩使桨叶变距,从而实现对旋翼的操纵。

      在无人潜水器中,由于潜水器下潜深度很深,可以达到 600~5000m,因此,只能通过单模光纤传输数据,通过两个光纤旋转连接器来连接母舰和潜水器的数据传输。

      在新型坦克和装甲车辆的无人炮塔 (也称遥控武器站)中,将观瞄或摄像仪器设在炮塔上,虽然具备了高点观瞄摄像的前提条件,但由于其所获得的战场信息及目标图像等,要通过光纤旋转连接器传给位于车体内的乘员,乘员的控制信息也要通过此旋转连接器传递给火炮与火控系统等有关机构。在炮塔任意旋转的条件下,要求光纤旋转连接器能实时、精确地传输各种图像和控制信息。

      军用机器人也称无人作战平台,包括地面机器人、水下机器人和空中机器人。军用机器人分为自主式和光纤遥控式,采用光纤遥控的军用机器人需要使用光纤旋转连接器来连接机器人和遥控光纤。 军用机器人装备的各种光电探测 仪器 (红外热像仪、CCD摄像机、 红外行扫描仪等) 所产生的数据也需要通过光纤旋转连接器传输。

      光电桅杆一般分为潜艇光电桅杆和车载光电桅杆,光电桅杆主要包括红外、可视摄像、观瞄、雷达等光电监控和侦查设备,均安装在光电回转头上,由于光电回转 头需要360°旋转,因此 ,通常采用光纤旋转连接器传输信号。

      在陆海空三军的全方位目标定位系统中,即光电经纬仪中,需要及时定位到动态目标的实时状态,因此 ,在360°旋转的目标扫描器与底座之间,通过光纤旋转连接器传递信号。

      转台是惯性技术领域的重要设备,主要用于惯性器件(如光纤陀螺仪)的检验与测试。离心机等旋转测试设备和转台一样,都是在高速旋转的同时需要将测试台上测试的数据传输到计算机内,因此,都需要能够高速旋转的光纤旋转连接器传输光纤数据。

      全光纤水听器拖曳阵列、海底声纳监视系统等主要用于探测海底潜艇。为了动态地探测敌人的潜艇,需要采用全光纤水听器拖曳阵列系统。 该系统由舰艇、牵引光缆及光纤水听器阵列构成,牵引光缆的两端必须通过光纤旋转连接器分别与舰艇和水听器阵列相连。

      在系留气球上有各种光电探测设备,需要将探测的光信号从气球上传输到地面,因此,在气球与缆绳,缆绳与地面之间需要使用光纤旋转连接器传输光信号。

  


   四、随着光纤技术的不断发展,由于传输信号速率的不断增大,光纤旋转连接器的应用领域不断扩大,

不但在工业和能源领域应用广泛,而且几乎遍布了军事国防的各个领域,因此,研究和生产光纤旋转连

接器不但具有一定的社会意义和经济价值,而且具有重要的军事意义。


 
 
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