CN110265836A - 一种带光电转换功能分离脱落连接器组件 - Google Patents

一种带光电转换功能分离脱落连接器组件 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种带光电转换功能分离脱落连接器组件，采用了光电相互转换的技术，实现分离脱落连接器插头组件和分离脱落连接器插座组件两端光信号的连接，先将连接器一端光信号通过转换成电信号，经由高速电接触件通过连接器的插合面，再将通过插合面的电信号转换成光信号输出，可以避免使用陶瓷接触件，不存在光纤接触件易污染，易损伤的问题，可以沿袭电连接器的日常使用和操作规范，具有很高的易用性，不需要采用专用仪器设备检查连接器陶瓷插芯端面的清洁度和陶瓷套的完好度，大大方便了使用。

Description

一种带光电转换功能分离脱落连接器组件
技术领域
本发明涉及一种光电转换功能分离连接器组件，尤其涉及一种集成化的光电转换的分离连接器组件，属于光电混合与分离脱落连接器的集成设计技术。
背景技术
由于对高速数据的处理需要，采用光纤作为传输介质已逐渐出现在分离脱落连接器上，适用于工作时需要连接器分离或脱落的场合，以切断上下游光纤信号的物理连接。通常需要满足在室外露天环境下操作要求。传统的分离脱落连接器通常采用以太网电接触件、射频同轴电接触件实现数据传输，但是已不能满足当下高速数据通信的要求。因此有技术采用光纤接触件替代电接触件的分离脱落连接器(图1)，作为高速信号传输端子使用，由于光纤接触件采用陶瓷插芯(11、21)和陶瓷套筒(22)组合的物理接触结构形式(图2、图3)，属于端面接触式应用。
陶瓷接触式光纤接触件使用时，对陶瓷端面清洁度有很高要求，对操作使用的洁净要求高，而且用于匹配两端陶瓷插芯的陶瓷套筒(22)属于脆性的弹性件，在连接器的插合过程中若位置精度不够，或是有异物引入将会损伤陶瓷套筒，同时陶瓷端面清洁度直接影响光纤接触件对接后的插入损耗性能，因此存在着陶瓷零件损伤、光纤接触件端面清洁的行业难题。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服采用光纤陶瓷接触件的分离脱落连接器光纤接触件端面易污染、易损伤、维护繁琐的难题，提供了一种带光电转换功能分离脱落连接器组件，提高连接器光纤传输的易用性和环境适应性。
本发明的技术解决方案是：
一种带光电转换功能分离脱落连接器组件，其特征在于：包括插头组件和插座组件两部分，插头组件和插座组件分别连接光信号，插头组件或插座组件一端的光信号先转换成电信号，经由电接触件通过插合面，之后通过插合面的电信号再转换成光信号输出。
插头组件上设有安装光电转换组件(110)和连接机构(109)的插头尾罩(108)，安装接触件(102、103、114)的绝缘体(105、106)，安装绝缘体(105、106)的插头壳体(107)，连接机构(109)用于实现插头和插座插合锁紧，导柱(101、104)用于插头和插座插合时导向找正，插头组件上设有导通插头和插座壳体的屏蔽簧片(111)；
光电转换组件(110)中设有电路板(134)以及设置在电路板(134)上的光电相互转换的光电集成芯片(131)、电源模块(132)、瞬态电压抑制电路(133)；光电集成芯片(131)中设有光转电芯片(136)和电转光芯片(137)；
光纤(117)从光电集成芯片(131)引出，电源引线(116)、高速信号线(112)与电路板(134)相连接，插头组件高速电接触件插孔(114)与光电转换组件(110)通过高速信号线(112)相连，高速电接触件插孔(114)通过并紧螺柱(113)与绝缘体(106)固定。
插座组件上设有安装光电转换组件(210)插座尾罩(208)、安装接触件(202、203、214)的绝缘体(205、206、218、219、220、221)、安装绝缘体(205、206、218、219、220、221)的插座壳体(207)、实现插座和插头连接机构(109)插合锁紧的锁套(209)、与插头大小防误插的导柱(101、104)配合的大小导向套(201、204)；
插座组件高速电接触件插针(214)与插座上安装的光电转换组件(210)通过高速信号线(212)相连；高速电接触件插针(214)通过并紧螺母(213)与绝缘体(218)固定；光纤(217)与光纤端子(215)相连，插座组件内设有用于密封的灌胶层(222、223)，高速电接触件插针(214)外侧设有密封圈(224)，高速电接触件插针(214)内部设有密封层(225)。
插座组件设有沟槽式灌胶层(219、220)，灌胶固化后实现插合端、焊线端任一侧承压气密封，插座壳体(207)设有安装法兰与设备安装连接，安装面设有橡胶圈(227)，吸收外界振动以及密封水汽，插座壳体与插头壳体连接配合面设有异形密封圈(228)，连接器插合后异形密封圈压缩，隔绝外界水汽渗入连接器内部。
该光电转换分离脱落连接器组件包含多个光电转换通道，插座组件上的高速电接触件插针(214)内部通过灌胶或者玻璃封结实现密封功能。
光电集成芯片(131)采用单路或者多路光电集成芯片模块，集成了光接收器和光发射器，同步实现高速信号的光转电、电转光的转换，光纤为单模或者多模光纤。
电源模块(132)实现宽幅变压稳定的同时将输入电压与光电集成芯片(131)供电隔离。
插头壳体(107)与插座壳体(207)采用导电金属材料，连接器插头和插座对接到位后，通过屏蔽簧片(111)实现插头插座外壳电连续，用于屏蔽外部信号干扰引入光电转换组件内。
连接器组件使用时，将插座组件固定在设备安装板上，插座壳体法兰上橡胶圈(224)与设备安装板压紧贴合，隔绝外部水汽渗入设备内部；插头组件与插座组件通过连接机构(109)插合，光纤(117、217)分别通过光纤接触件(115、215)与插头、插座外围光路相连，电源引线(116、216)分别供入工作电压；
插座上光电转换组件通过电源引线(216)输入电源模块工作电压，经整理稳压后供入光转电芯片，高速光信号通过光纤传递至光电集成芯片，经由光转电芯片将光信号转换为电信号，电信号通过电路板上的瞬态电压抑制电路保护，再通过高速信号线(212)传送至高速电接触件插针(214)；
插座和插头插合后，插头高速电接触件插孔(114)与插座高速电接触件插针(214)连通，电信号经由高速信号线(112)通过电路板上的瞬态电压抑制电路，再传递至电光转换芯片将电信号转换成光信号输出至插头光纤(117)，通过光纤接触件耦合回外围光路。
光电集成芯片(131)与金属外壳(135)接触部位涂抹导热硅脂，将光电集成芯片(131)工作时的热量传导至外部；高速信号线(112、212)和高速接触件(114、214)均设有金属屏蔽体，屏蔽体连通后防止外部干扰信号串至高速电信号中。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)避免采用传统陶瓷光纤接触件带来的陶瓷零件易损伤、陶瓷端面难清洁、对操作环境要求高的问题；
(2)在满足高压密封的同时，可实现连接器两端光纤高速数据传输，传输速率高；
(3)光电转换模块采用高度集成技术，光电集成芯片采用单路或者多路光电集成芯片模块，集成了光接收器和光发射器，可同步实现高速信号的光转电、电转光的转换，光纤可选择单模或者多模光纤，可实现数十路数据同步光电转换；
(4)光电转换组件外壳采用导电金属材料，安装后与连接器外壳导通，连接器插头和插座对接到位后，通过屏蔽簧片实现插头插座外壳电连续，可以屏蔽外部信号干扰引入光电转换组件内；
(5)光电转换组件内部电源模块具有变压和电源隔离功能，实现宽幅变压稳定的同时将输入电压与光电集成芯片供电隔离；
光电转换组件电路板上在需要防护的器件的输入/输出端口设有瞬态电压抑制电路(TVS)，实现对内部器件过压保护。
附图说明
图1是现有技术采用陶瓷接触件技术连接器的结构示意图；
图2是现有技术采用陶瓷接触件的结构示意图；
图3是现有技术采用陶瓷接触件插合时示意图；
图4是本发明的一个实施例中光电转换插头组件结构示意图；
图5是本发明的一个实施例中光电转换插座组件结构示意图；
图6是本发明的一个实施例中插头光电转换组件结构示意图；
图7是本发明的一个实施例中插座光电转换组件结构示意图；
图8是本发明的一个实施例中光电转换组件电路板结构示意图；
图9是本发明的一个实施例中光电转换插头和插座连接后的结构示意图
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
本发明采用了光电相互转换的技术，实现分离脱落连接器插头组件和分离脱落连接器插座组件两端光信号的连接，先将连接器一端光信号通过转换成电信号，经由高速电接触件通过连接器的插合面，再将通过插合面的电信号转换成光信号输出，可以避免使用陶瓷接触件，不存在光纤接触件易污染，易损伤的问题，可以沿袭电连接器的日常使用和操作规范，具有很高的易用性，不需要采用专用仪器设备检查连接器陶瓷插芯端面的清洁度和陶瓷套的完好度，大大方便了使用。
本发明提出的一种光电转换功能分离脱落连接器组件包括分离脱落连接器插头组件和分离脱落连接器插座组件两部分，如图9所示。插头组件和插座组件分别连接光信号，插头组件或插座组件一端的光信号先转换成电信号，经由电接触件通过插合面，之后通过插合面的电信号再转换成光信号输出。
如图4所示，插头组件上设有安装光电转换组件(110)和连接机构(109)的插头尾罩(108)，安装接触件(102、103、114)的绝缘体(105、106)，安装绝缘体(105、106)的插头壳体(107)，实现插头和插座插合锁紧的连接机构(109)、安装插头和插座导向找正的大小防误插的导柱(101、104)，设有导通插头和插座壳体的铜合金材料的屏蔽簧片(111)。
光电转换组件(110)中设有电路板(134)以及设置在电路板(134)上的光电相互转换的光电集成芯片(131)、电源模块(132)、瞬态电压抑制电路(133)；光电集成芯片(131)中设有光转电芯片(136)和电转光芯片(137)，如图8所示；
光纤(117)从光电集成芯片(131)引出，电源引线(116)、高速信号线(112)与电路板(134)相连接，插头组件高速电接触件插孔(114)与光电转换组件(110)通过高速信号线(112)相连，高速电接触件插孔(114)通过并紧螺柱(113)与绝缘体(106)固定，如图6所示。
如图5所示，插座组件上设有安装光电转换组件(210)插座尾罩(208)，安装接触件(202、203、214)的绝缘体(205、206、218、219、220、221)，安装绝缘体(205、206、215、216、217、218)的插座壳体(207)，实现插座和插头连接机构(109)插合锁紧的锁套(209)、与插头大小防误插的导柱(101、104)配合的大小导向套(201、204)。插座组件高速电接触件插针(214)与插座上安装的光电转换组件(110)上高速信号线(212)相连。高速电接触件插针(214)通过并紧螺母(213)与绝缘体(218)固定。光纤(217)与光纤端子(215)相连。插座组件内设有可实现密封的灌胶层(222、223)，高速电接触件插针(214)外侧设有密封圈(224)，高速电接触件插针(214)内部设有密封层(225)，如图7所示。
进一步的，插座组件设有沟槽式灌胶层(219、220)，灌胶固化后可以实现插合端、焊线端任一侧承压气密封功能，插座壳体(207)设有安装法兰与设备安装连接，安装面设有橡胶圈(227)，可以吸收外界振动，也可密封水汽，防止外部水汽渗入设备内部，插座壳体与插头壳体连接配合面设有异形密封圈(228)，连接器插合后异形密封圈压缩，可以隔绝外界水汽渗入连接器内部。
进一步的，光电转换分离脱落连接器组件至少包含一个或多个高速光电转换通道，插座上的高速电接触件插针(214)内部可选用灌胶或者玻璃封结实现密封功能。
进一步的，光电转换组件具备光转电、电转光两种或者任意一种功能，插头和插座上可各安装一个功能相同或者不同的光电转换组件。
进一步的，光电转换组件内部光电集成芯片(131)采用单路或者多路光电集成芯片模块，集成了光接收器和光发射器，可同步实现高速信号的光转电、电转光的转换，光纤可选择单模或者多模光纤。
进一步的，光电转换组件内部电源模块(132)具有变压和电源隔离功能，实现宽幅变压稳定的同时将输入电压与光电集成芯片(131)供电隔离。
进一步的，光电转换组件外壳采用导电金属材料，安装后与连接器外壳导通，连接器插头和插座对接到位后，通过屏蔽簧片(111)实现插头插座外壳电连续，可以屏蔽外部信号干扰引入光电转换组件内。
光电转换组件电路板上在需要防护的器件的输入/输出端口设有瞬态电压抑制电路(TVS)，实现对内部器件过压保护。
光电转换组件采用带屏蔽层的高速信号线连接电路板上电信号输入/输出端口，以及高速电接触件，屏蔽层连通高速接触件外壳及光电转换组件外壳。
光电转换分离脱落连接器组件外壳由铝合金、钛合金、不锈钢等金属材料制作，具备高结构强度和电连续性能。连接器的电接触件选用铜合金材料。绝缘体采用质地致密且可以耐受一定温度的酚醛树脂类或者其他高性能塑料。插座灌胶层采用粘接和密封性能较好的聚氨酯胶或者硅胶等材料。
工作原理：连接器组件使用时，将插座组件固定在设备安装板上，插座壳体法兰上橡胶圈(224)与设备安装板压紧贴合，隔绝外部水汽渗入设备内部。插头与插座通过连接机构(109)插合，光纤(117、217)分别通过光纤接触件(115、215)与插头、插座外围光路相连，电源引线(116、216)分别供入工作电压。插座上光电转换组件通过电源引线(216)输入电源模块(132)工作电压，经整理稳压后供入光转电芯片(136)，高速光信号通过光纤传递至光电集成芯片(131)，经由光转电芯片(136)将光信号转换为电信号，电信号通过电路板(134)上的瞬态电压抑制电路(133)保护，再传递至电信号接口(138)高速信号线(212)以及高速电接触件插针(214)。插座和插头插合后，插头高速电接触件插孔(114)与插座高速电接触件插针(214)连通，电信号经由高速信号线(112)通过电路板(134)上的瞬态电压抑制电路(133)，再传递至电光转换芯片(137)将电信号转换成光信号输出至插头光纤(117)，通过光纤接触件(115)耦合回外围光路。光电集成芯片(131)与金属外壳(135)接触部位涂抹导热硅脂，可以将光电集成芯片(131)工作时的热量传导至外部，以保证长时间温度工作。高速信号线(112、212)和高速接触件(114、214)均设有金属屏蔽体，屏蔽体连通后可以防止外部干扰信号串至高速电信号中。光电集成芯片(131)、电源模块(132)、瞬态电压抑制电路(133)采用集成化设计，减少了内部尺寸，可以同时实现多路或单路的光电转换。高速信号线(112、212)与电路板连接可选用焊接式、压接式或者选用小型高速连接器连接。光纤接触件(115、215)可选用单芯或者多芯集成的MT端子等。插座采用了灌胶密封结构，在连接器插合及分离时均能保持气密封功能，防止外部气体或其他有害物引入设备内部。高速电接触件插针(214)采用灌胶或玻璃封结等密封结构实现密封。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域的公知技术。

Claims (10)

1.一种带光电转换功能分离脱落连接器组件，其特征在于：包括插头组件和插座组件两部分，插头组件和插座组件分别连接光信号，插头组件或插座组件一端的光信号先转换成电信号，经由电接触件通过插合面，之后通过插合面的电信号再转换成光信号输出。
2.根据权利要求1所述的一种带光电转换功能分离脱落连接器组件，其特征在于：插头组件上设有安装光电转换组件(110)和连接机构(109)的插头尾罩(108)，安装接触件(102、103、114)的绝缘体(105、106)，安装绝缘体(105、106)的插头壳体(107)，连接机构(109)用于实现插头和插座插合锁紧，导柱(101、104)用于插头和插座插合时导向找正，插头组件上设有导通插头和插座壳体的屏蔽簧片(111)；
光电转换组件(110)中设有电路板(134)以及设置在电路板(134)上的光电相互转换的光电集成芯片(131)、电源模块(132)、瞬态电压抑制电路(133)；光电集成芯片(131)中设有光转电芯片(136)和电转光芯片(137)；
光纤(117)从光电集成芯片(131)引出，电源引线(116)、高速信号线(112)与电路板(134)相连接，插头组件高速电接触件插孔(114)与光电转换组件(110)通过高速信号线(112)相连，高速电接触件插孔(114)通过并紧螺柱(113)与绝缘体(106)固定。
3.根据权利要求2所述的一种带光电转换功能分离脱落连接器组件，其特征在于：插座组件上设有安装光电转换组件(210)插座尾罩(208)、安装接触件(202、203、214)的绝缘体(205、206、218、219、220、221)、安装绝缘体(205、206、218、219、220、221)的插座壳体(207)、实现插座和插头连接机构(109)插合锁紧的锁套(209)、与插头大小防误插的导柱(101、104)配合的大小导向套(201、204)；
插座组件高速电接触件插针(214)与插座上安装的光电转换组件(210)通过高速信号线(212)相连；高速电接触件插针(214)通过并紧螺母(213)与绝缘体(218)固定；光纤(217)与光纤端子(215)相连，插座组件内设有用于密封的灌胶层(222、223)，高速电接触件插针(214)外侧设有密封圈(224)，高速电接触件插针(214)内部设有密封层(225)。
4.根据权利要求1所述的一种带光电转换功能分离脱落连接器组件，其特征在于：插座组件设有沟槽式灌胶层(219、220)，灌胶固化后实现插合端、焊线端任一侧承压气密封，插座壳体(207)设有安装法兰与设备安装连接，安装面设有橡胶圈(227)，吸收外界振动以及密封水汽，插座壳体与插头壳体连接配合面设有异形密封圈(228)，连接器插合后异形密封圈压缩，隔绝外界水汽渗入连接器内部。
5.根据权利要求1所述的一种带光电转换功能分离脱落连接器组件，其特征在于：该光电转换分离脱落连接器组件包含多个光电转换通道，插座组件上的高速电接触件插针(214)内部通过灌胶或者玻璃封结实现密封功能。
6.根据权利要求2所述的一种带光电转换功能分离脱落连接器组件，其特征在于：光电集成芯片(131)采用单路或者多路光电集成芯片模块，集成了光接收器和光发射器，同步实现高速信号的光转电、电转光的转换，光纤为单模或者多模光纤。
7.根据权利要求2所述的一种带光电转换功能分离脱落连接器组件，其特征在于：电源模块(132)实现宽幅变压稳定的同时将输入电压与光电集成芯片(131)供电隔离。
8.根据权利要求3所述的一种带光电转换功能分离脱落连接器组件，其特征在于：插头壳体(107)与插座壳体(207)采用导电金属材料，连接器插头和插座对接到位后，通过屏蔽簧片(111)实现插头插座外壳电连续，用于屏蔽外部信号干扰引入光电转换组件内。
9.根据权利要求3所述的一种带光电转换功能分离脱落连接器组件，其特征在于：连接器组件使用时，将插座组件固定在设备安装板上，插座壳体法兰上橡胶圈(224)与设备安装板压紧贴合，隔绝外部水汽渗入设备内部；插头组件与插座组件通过连接机构(109)插合，光纤(117、217)分别通过光纤接触件(115、215)与插头、插座外围光路相连，电源引线(116、216)分别供入工作电压；
插座上光电转换组件通过电源引线(216)输入电源模块工作电压，经整理稳压后供入光转电芯片，高速光信号通过光纤传递至光电集成芯片，经由光转电芯片将光信号转换为电信号，电信号通过电路板上的瞬态电压抑制电路保护，再通过高速信号线(212)传送至高速电接触件插针(214)；
插座和插头插合后，插头高速电接触件插孔(114)与插座高速电接触件插针(214)连通，电信号经由高速信号线(112)通过电路板上的瞬态电压抑制电路，再传递至电光转换芯片将电信号转换成光信号输出至插头光纤(117)，通过光纤接触件耦合回外围光路。
10.根据权利要求3所述的一种带光电转换功能分离脱落连接器组件，其特征在于：光电集成芯片(131)与金属外壳(135)接触部位涂抹导热硅脂，将光电集成芯片(131)工作时的热量传导至外部；高速信号线(112、212)和高速接触件(114、214)均设有金属屏蔽体，屏蔽体连通后防止外部干扰信号串至高速电信号中。
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