CN111796366A - 一种空间长寿命单通道光纤旋转连接器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种空间长寿命单通道光纤旋转连接器，解决现有光纤旋转连接器存在损耗较大、耦合效率较低以及结构复杂的问题。本发明空间长寿命单通道光纤旋转连接器中，壳体为套筒结构，转子陶瓷套管通过轴承组件设置在壳体通孔内部左侧；第一光学准直装置安装在转子陶瓷套管内部，转子光纤设置在第一光学准直装置的左侧，且与第一光学准直装置同轴连接；定子陶瓷套管设置在壳体通孔内部右侧，且通过设置在壳体上的微调组件实现径向位置的调整；第二光学准直装置安装在定子陶瓷套管内部，且其光轴与第一光学准直装置的光轴同轴；定子光纤设置在第二光学准直装置的右侧，且与第二光学准直装置同轴连接。

Description

一种空间长寿命单通道光纤旋转连接器

技术领域

本发明属于光纤通信领域，尤其涉及大容量、高速信号空间长时间传输领域，具体涉及一种空间长寿命单通道光纤旋转连接器，主要应用于太空款境内相对旋转装置间光信号旋转耦合传输的场合。

背景技术

光纤旋转连接器是一种以光纤为传输媒介，将信号从一个旋转平台和一个静止平台之间进行传输的装置。光纤旋转连接器被大量使用在民用和军用领域，民用领域多用于医疗设备、工业控制、能源发展等方面，军用领域多用于雷达、战车等旋转平台需要不断扫描接受雷达信号并将信号传输至控制平台等方面；通信领域中，微波天线利用光纤旋转连接器缓慢旋转追踪卫星信号等。

中国专利CN106125203A，公开了“一种低损耗高旋转寿命的光纤滑环光信号传输结构及工作方法”，该发明技术方案采用耐磨性高的转子套筒来衔接转子插芯和定子插芯，通过转子套筒的高同心度和高耐磨性保证了转子光纤和定子光纤相对旋转时的高同心度和高旋转寿命。但是，该技术方案存在以下问题和不足：1)利用裸光纤和插芯分别组成转子和定子进行对准，利用套筒将定子和转子进行对准，在轴向和径向会存在较大的对准误差，引起光纤旋转连接器插入损耗较大；2)由于光纤的通光口径较小，光纤与光纤对准的旋转变化量较大，耦合效率较低，很小的误差会引起较大的损耗；3)转子转动过程中，定子与套筒接触部分容易磨损，磨损后导致定子和转子间的误差逐渐增大，光纤旋转连接器的损耗增大。

中国专利CN 105929488 A，公开了“一种光纤直接对接型单芯旋转连接器”，该连接器是一种成本低、生产制作效率高、零件精度要求低、转动顺滑的连接器。但是，该技术方案存在以下问题和不足：1)裸光纤耦合的效率较低，稳定性差，转动过程的微小误差影响的插入损耗较大；2)存在的匹配液在空间环境下蒸发会引起污染，增大光纤旋转连接器的损耗，甚至可能导致失效；3)结构复杂，装配难度较大。

发明内容

本发明的目的是解决现有光纤旋转连接器存在损耗较大、耦合效率较低以及结构复杂的问题，提供一种空间长寿命单通道光纤旋转连接器。

为实现以上发明目的，本发明采用的技术方案是：

一种空间长寿命单通道光纤旋转连接器，包括壳体、转子光纤、定子光纤、第一光学准直装置、第二光学准直装置、转子陶瓷套管、定子陶瓷套管、轴承组件和微调组件；所述壳体为套筒结构，所述转子陶瓷套管通过轴承组件设置在壳体通孔内部左侧；所述第一光学准直装置安装在转子陶瓷套管内部，所述转子光纤设置在第一光学准直装置的左侧，且与第一光学准直装置同轴连接；所述定子陶瓷套管设置在壳体通孔内部右侧，且通过设置在壳体上的微调组件实现径向位置的调整；所述第二光学准直装置安装在定子陶瓷套管内部，且其光轴与第一光学准直装置的光轴同轴；所述定子光纤设置在第二光学准直装置的右侧，且与第二光学准直装置同轴连接。

进一步地，所述轴承组件包括第一自润滑陶瓷球轴承、第二自润滑陶瓷球轴承和轴套；所述第一自润滑陶瓷球轴承、轴套和第二自润滑陶瓷球轴承依次设置在转子陶瓷套管和壳体之间，实现两者的相对转动。

进一步地，所述壳体的左侧设置有轴承固定压盖，用于对第一自润滑陶瓷球轴承左侧实现限位，所述第二自润滑陶瓷球轴承右侧通过设置在壳体通孔内的凸台实现限位。

进一步地，所述微调组件为多个微调螺钉，多个微调螺钉均布在壳体上，其末端与定子陶瓷套管的外壁相抵靠，用于对定子陶瓷套管的径向位置进行调整。

进一步地，所述第一光学准直装置和第二光学准直装置为自聚焦透镜。

进一步地，所述自聚焦透镜通过耐辐照的光学玻璃制作。

进一步地，所述转子光纤和定子光纤与自聚焦透镜直接胶粘固定，或者所述转子光纤与插芯胶粘固定后，同轴设置在转子陶瓷套管内，所述定子光纤与插芯胶粘固定后，同轴设置在定子陶瓷套管内。

进一步地，所述壳体的外侧设置有安装法兰，所述安装法兰上设置有螺栓孔，所述壳体通过安装法兰和螺栓孔与外部设备连接。

进一步地，所述壳体通孔为台阶孔，所述转子陶瓷套管通过轴承组件设置在台阶孔的大端，所述定子陶瓷套管设置在台阶孔的小端。

进一步地，所述转子光纤、定子光纤为TEC光纤、单模光纤、多模光纤或大芯径光纤。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明空间长寿命单通道光纤旋转连接器采用陶瓷套管封装自聚焦透镜准直器进行同轴光信号的传输，使得耦合效率较高，插入损耗较低。

2.本发明空间长寿命单通道光纤旋转连接器可允许的径向误差比现有旋转器较大，使得其装配难度大幅降低。

3.本发明空间长寿命单通道光纤旋转连接器为避免自聚焦透镜旋转过程中光轴不与结构轴重合，引入微调机构，降低了插入损耗和损耗旋转变化量。

4.本发明空间长寿命单通道光纤旋转连接器采用自润滑的陶瓷球轴承，提高了光纤旋转连接器的寿命和空间适应性。

5.本发明空间长寿命单通道光纤旋转连接器的结构设计简单可靠，加工装配难度较小。

附图说明

图1为本发明空间长寿命单通道光纤旋转连接器的结构示意图。

图2为本发明转子光纤和自聚焦透镜的安装示意图。

附图标记：1-转子光纤，2-壳体，3-定子光纤，4-第一光学准直装置，5-第二光学准直装置，6-转子陶瓷套管，7-定子陶瓷套管，8-轴承组件，9-微调组件，10-轴承固定压盖，11-插芯，21-安装法兰，22-螺栓孔，81-第一自润滑陶瓷球轴承，82-第二自润滑陶瓷球轴承，83-轴套。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述

本发明提供了一种空间长寿命单通道光纤旋转连接器，该旋转器利用两个带有陶瓷套管的自聚焦透镜对中耦合，使得耦合效率较高，插入损耗较低。同时，本发明空间长寿命单通道光纤旋转连接器为避免自聚焦透镜旋转过程中光轴不与结构轴重合的问题，引入微调机构，微调机构使得可允许的径向误差比现有旋转器较大，使得其装配难度大幅降低的同时，还降低了插入损耗和损耗旋转变化量。

如图1和图2所示，本发明提供的空间长寿命单通道光纤旋转连接器包括壳体2、转子光纤1、定子光纤3、第一光学准直装置4、第二光学准直装置5、转子陶瓷套管6、定子陶瓷套管7、轴承组件8和微调组件9。本发明转子光纤、定子光纤为TEC光纤、单模光纤、多模光纤或大芯径光纤。壳体2为套筒结构，转子陶瓷套管6通过轴承组件8设置在壳体2通孔内部左侧；第一光学准直装置4安装在转子陶瓷套管6内部，转子光纤1设置在第一光学准直装置4的左侧，且与第一光学准直装置4同轴连接。定子陶瓷套管7设置在壳体2通孔内部右侧，且通过设置在壳体2上的微调组件9实现位置的调整；第二光学准直装置5安装在定子陶瓷套管7内部，且其光轴与第一光学准直装置4的光轴同轴；定子光纤3设置在第二光学准直装置5的右侧，且与第二光学准直装置5同轴连接。具体的，壳体2通孔为台阶孔，转子陶瓷套管6通过轴承组件8设置在台阶孔的大端，定子陶瓷套管7设置在台阶孔的小端。

上述装置中，轴承组件8采用自润滑的陶瓷球轴承，提高了光纤旋转连接器的寿命和空间适应性，其具体包括第一自润滑陶瓷球轴承81、第二自润滑陶瓷球轴承82和轴套83；第一自润滑陶瓷球轴承81、轴套83和第二自润滑陶瓷球轴承82依次设置在转子陶瓷套管6和壳体2之间，实现两者的相对转动。与此同时，壳体2的左侧设置有轴承固定压盖10，用于对第一自润滑陶瓷球轴承81左侧实现限位，第二自润滑陶瓷球轴承82右侧通过设置在壳体2通孔内的凸台实现限位。

本发明微调组件9具体可为多个微调螺钉，多个微调螺钉均布在壳体2上，其末端与定子陶瓷套管7的外壁相抵靠，用于对定子陶瓷套管7的径向位置进行调整，从而对第一光学准直装置4、第二光学准直装置5的相对位置进行调整，实现同轴光信号的传输，从而使得连接器的耦合效率较高，插入损耗较低

本发明壳体2的外侧设置有安装法兰21，安装法兰21上设置有螺栓孔22，壳体2通过安装法兰21和螺栓孔22可方便的与外部设备连接。

本发明第一光学准直装置4和第二光学准直装置5为自聚焦透镜，此时，转子光纤1和定子光纤3与自聚焦透镜直接胶粘固定，或者转子光纤1和定子光纤3与插芯11利用胶粘固定后，与自聚焦透镜通过陶瓷套管组合。自聚焦透镜通过耐辐照的光学玻璃制作，例如，镧冕LaK3、镧火石LaF3、重火石ZF、重冕ZK9等系列玻璃，该种设置有效的避免由于空间粒子辐射导致系统透射率低、损耗增大，从而造成光学系统失效的问题。

本发明空间长寿命单通道光纤旋转连接器的定子和转子中利用陶瓷套管封装的自聚焦透镜准直器进行光信号的传输，从而降低了自聚焦透镜插入损耗。同时，定子陶瓷套管7上设置有微调组件9，实现其径向位置的调整，解决了转子和定子对中难、装配难的问题。

本发明空间长寿命单通道光纤旋转连接器为旋转对称结构，结构简单，使用的零部件较少，不存在复杂的装配工艺，零部件加工和装配相对容易。同时，利用自润滑陶瓷球轴承作为转子和定子的承载部件，提高了光纤旋转连接器的寿命和空间适应性。

Claims (10)

1.一种空间长寿命单通道光纤旋转连接器，其特征在于：包括转子光纤(1)、壳体(2)、定子光纤(3)、第一光学准直装置(4)、第二光学准直装置(5)、转子陶瓷套管(6)、定子陶瓷套管(7)、轴承组件(8)和微调组件(9)；

所述壳体(2)为套筒结构，所述转子陶瓷套管(6)通过轴承组件(8)设置在壳体(2)通孔内部左侧；所述第一光学准直装置(4)安装在转子陶瓷套管(6)内，所述转子光纤(1)设置在第一光学准直装置(4)的左侧，且与第一光学准直装置(4)同轴连接；

所述定子陶瓷套管(7)设置在壳体(2)通孔内部右侧，且通过设置在壳体(2)上的微调组件(9)实现径向位置的调整；所述第二光学准直装置(5)安装在定子陶瓷套管(7)内部，且其光轴与第一光学准直装置(4)的光轴同轴；所述定子光纤(3)设置在第二光学准直装置(5)的右侧，且与第二光学准直装置(5)同轴连接。

2.根据权利要求1所述的空间长寿命单通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述轴承组件(8)包括第一自润滑陶瓷球轴承(81)、第二自润滑陶瓷球轴承(82)和轴套(83)；所述第一自润滑陶瓷球轴承(81)、轴套(83)和第二自润滑陶瓷球轴承(82)依次设置在转子陶瓷套管(6)和壳体(2)之间，实现两者的相对转动。

3.根据权利要求2所述的空间长寿命单通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述壳体(2)左侧设置有轴承固定压盖(10)，用于对第一自润滑陶瓷球轴承(81)左侧实现限位，所述第二自润滑陶瓷球轴承(82)右侧通过设置在壳体(2)通孔内的凸台实现限位。

4.根据权利要求1或2或3所述的空间长寿命单通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述微调组件(9)为多个微调螺钉，多个微调螺钉均布在壳体(2)上，且其末端与定子陶瓷套管(7)的外壁相抵靠，用于对定子陶瓷套管(7)的径向位置进行调整。

5.根据权利要求4所述的空间长寿命单通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述第一光学准直装置(4)和第二光学准直装置(5)为自聚焦透镜。

6.根据权利要求5所述的空间长寿命单通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述自聚焦透镜通过耐辐照的光学玻璃制作。

7.根据权利要求6所述的空间长寿命单通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述转子光纤(1)和定子光纤(3)与自聚焦透镜直接胶粘固定，或者所述转子光纤(1)与插芯(11)胶粘固定后，同轴设置在转子陶瓷套管(6)内，所述定子光纤(3)与插芯(11)胶粘固定后，同轴设置在定子陶瓷套管(7)内。

8.根据权利要求7所述的空间长寿命单通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述壳体(2)的外侧设置有安装法兰(21)，所述安装法兰(21)上设置有螺栓孔(22)，所述壳体(2)通过安装法兰(21)和螺栓孔(22)与外部设备连接。

9.根据权利要求8所述的空间长寿命单通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述壳体(2)通孔为台阶孔，所述转子陶瓷套管(6)通过轴承组件(8)设置在台阶孔的大端，所述定子陶瓷套管(7)设置在台阶孔的小端。

10.根据权利要求9所述的空间长寿命单通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述转子光纤(1)、定子光纤(3)为TEC光纤、单模光纤、多模光纤或大芯径光纤。

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