CN115016069B - 陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器及其密封接触件部件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器及其密封接触件部件，陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器包括壳体部件及安装于壳体部件内的密封接触件部件，密封接触件部件包括接触件Ⅰ、接触件Ⅱ、烧结套筒、焊接套筒、玻璃管及支撑架，烧结套筒一端与焊接套筒一端连接，烧结套筒另一端与支撑架一端连接，玻璃管套装在烧结套筒内，玻璃管内具有光纤通孔，接触件Ⅰ设于焊接套筒另一端，接触件Ⅱ设于支撑架另一端，玻璃管通过烧结、固化后与玻璃管位置处的光纤及烧结套筒烧结为一体结构，焊接套筒与烧结套筒的接缝位置处采用激光圆周连续焊接实现密封连接。本发明能实现光纤连接器接触件内部的密封和接触件与壳体部件配合处的气密封。
Description
技术领域
本发明属于连接器技术领域，特别涉及一种陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器及其密封接触件部件。
背景技术
在航天器或者飞机等舱内与舱外间存在气压差的使用环境下的光信号传输，需要光纤连接器具有气密封性能，以实现光纤连接器中处于安装面板两侧的光接触件能够实现光信号的低损耗气密传输。在陶瓷插芯式光纤连接器领域的现有技术中，光纤接触件与壳体间的气密封性能主要通过O型圈密封、灌封胶密封两种方式实现。而光纤与接触件之间的密封主要通过灌胶方式实现。
对于O型圈密封技术，起密封作用的核心零件为O型圈，O型圈一般为橡胶类材料，其密封的机理是依靠较大的挤压变形实现的，然而应力和变形会加速橡胶类材料的老化，影响产品的使用寿命。同时，橡胶类材料受温度冷热循环变化也比较明显，容易导致泄露。对于灌封胶密封技术，是将胶填充灌封与连接器的缝隙中，实现气密封。由于灌封胶在冷热环境下易变脆开裂，可能存在泄露隐患。此外，光纤与接触件之间的灌胶密封方式在高低温环境下存在泄漏隐患。
以上密封方式，使得陶瓷插芯式光纤接触件均被固定在壳体中，不具备浮动调节的能力，因此通常插入损耗存在偏大的情况。故需要一种新颖的陶瓷插芯式光纤连接器气密封的方法，以解决光纤气密封连接器的高气密性和低损耗性能。玻璃烧结密封技术在密封类电连接器已成熟应用，可靠性较高。但光纤涂覆层、光纤粘接剂耐温能力有限，无法整体放入真空炉中进行玻璃烧结。因此设计局部低温光纤玻璃烧结结构及技术解决以上问题。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提出一种陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器及其密封接触件部件。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器，包括壳体部件及安装于壳体部件内的至少一个密封接触件部件，
密封接触件部件包括接触件Ⅰ、接触件Ⅱ、烧结套筒、焊接套筒、玻璃管及支撑架，烧结套筒一端与焊接套筒一端连接，烧结套筒另一端与支撑架一端连接，玻璃管套装在烧结套筒内，玻璃管内具有供光纤穿过的光纤通孔，接触件Ⅰ设于焊接套筒另一端，接触件Ⅱ设于支撑架另一端；光纤一端穿装于接触件Ⅰ中，另一端穿装于接触件Ⅱ中，玻璃管通过烧结、固化后与玻璃管位置处的光纤及烧结套筒烧结为一体结构，以实现光纤与烧结套筒之间的气密封；焊接套筒与烧结套筒的接缝位置处采用激光圆周连续焊接实现密封连接。
进一步的，玻璃管两端各设置一个陶瓷隔热套，陶瓷隔热套中的小孔段用于光纤在装配过程中的扶正及支撑，陶瓷隔热套中的大孔段用于光纤的粘接固定。
进一步的，烧结套筒上设有排气孔，排气孔与烧结套筒的内腔连通。
进一步的，接触件Ⅰ在径向和轴向上均与焊接套筒之间存在浮动间隙，接触件Ⅱ在径向和轴向上均与支撑架之间存在浮动间隙。
进一步的，接触件Ⅰ与焊接套筒之间采用键槽配合以实现接触件Ⅰ的径向止转，接触件Ⅱ与支撑架之间采用键槽配合以实现接触件Ⅱ的径向止转。
进一步的，壳体部件包括外壳体、内壳体、压板及焊接压板，压板设于外壳体内部的一端，焊接压板设于外壳体内部的另一端，内壳体被轴向夹持定位在压板与焊接压板之间，所述密封接触件部件装配于内壳体中；
压板、焊接压板均与外壳体为间隙配合，压板通过多段激光圆弧焊接实现与外壳体的固接，焊接压板的前端面通过激光圆周连续焊接实现与外壳体的固接及气密封。
进一步的，焊接压板上设有供密封接触件部件穿装的接触件安装孔，焊接套筒与焊接压板的接触件安装孔为过盈配合，焊接套筒与焊接压板通过激光圆周连续焊接将焊接套筒前端和焊接压板的接触件安装孔的接缝处的金属熔化，经冷却、凝固后，实现焊接套筒与焊接压板之间的固定及气密封。
进一步的，接触件Ⅰ、接触件Ⅱ的对插端分别悬伸设置于壳体部件两端对应的插合腔中，插合腔中设置有用于起到头座插合时的界面密封作用的密封圈。
进一步的，烧结套筒与焊接套筒为螺纹连接，烧结套筒与支撑架为螺纹连接。
进一步的，外壳体的两端分别设有一用于对密封接触件部件的对插端进行密封防护的防尘盖。
本发明还提出一种密封接触件部件，该密封接触件部件为上述任一项所述的密封接触件部件。
借由上述技术方案，本发明采用低温光纤玻璃烧结密封技术以及激光圆周连续焊接密封技术，实现了光纤连接器接触件内部的密封和接触件与壳体配合处的密封，进而满足光纤气密封连接器高气密性、低损耗的需求。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器的剖面结构示意图。
图2是本发明密封接触件部件的实施例的剖面结构示意图。
图3是陶瓷隔热套的结构示意图。
图4是密封接触件部件的双端浮动键槽配合结构示意图。
图5是密封接触件部件与壳体部件的密封连接配合示意图。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
一种陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器的实施例，请参阅图1至图5，包括壳体部件100及安装于壳体部件内的至少一个密封接触件部件200，其中壳体部件100包括外壳体1、内壳体2、压板3及焊接压板4，内壳体2通过压板3和焊接压板4固定于外壳体1中；本实施例中，压板3固定于外壳体1内部的一端，焊接压板4固定于外壳体1内部的另一端，内壳体2被轴向夹持定位在压板3与焊接压板4之间，内壳体主要用于安装固定所述密封接触件部件；为了提高压板、内壳体及焊接压板之间的装配稳定性，也可以采用螺栓等紧固件连接压板和内壳体。压板3和焊接压板4均与外壳体1之间为间隙配合，并通过台阶配合实现各自的装配限位，其中压板通过台阶限位后，压板通过多段激光圆弧焊接实现与外壳体的固定连接；而焊接压板的前端面通过激光圆周连续焊接实现与外壳体的固定和气密封。内壳体2、压板3及焊接压板4上均设有轴向延伸的接触件安装孔，接触件安装孔用于容纳对应的密封接触件部件。
密封接触件部件200包括接触件Ⅰ5、接触件Ⅱ6、烧结套筒7、焊接套筒8、玻璃管9以及支撑架10，其中，烧结套筒7一端与焊接套筒8一端螺纹连接，烧结套筒7另一端与支撑架10一端螺纹连接，玻璃管9套装在烧结套筒7内，玻璃管9内具有供光纤11穿过的光纤通孔91，光纤通孔沿轴向延伸，接触件Ⅰ5设于焊接套筒8的另一端，接触件Ⅱ6设于支撑架10的另一端。光纤11一端穿装于接触件Ⅰ5中，另一端穿装于接触件Ⅱ6中。
对于光纤气密封连接器，主要存在两个泄漏点：接触件内部的泄露和接触件与壳体部件配合处的泄露。对于接触件的内部泄漏，基于上述密封接触件部件结构设计，本发明采用玻璃烧结密封和激光焊接的工艺方法实现密封。
本实施例中玻璃烧结结构的设计如图2所示：玻璃管9采用低温玻璃焊料制成，为长度2mm的圆柱管状，玻璃管9的光纤通孔91与光纤11设计为小间隙配合。在玻璃管9位置处的光纤11采用中段剥除涂覆层，然后采用高频感应加热的工艺方法局部加热玻璃管处，使该位置处的裸光纤与烧结套筒烧结为一体，从而实现光纤11与烧结套筒7之间的气密封。烧结套筒7上设有排气孔71，排气孔与烧结套筒的内腔连通，排气孔71用于将烧结过程中产生的热量及膨胀的空气及时排出，从而保证烧结质量。
进一步的，玻璃管9两端各设置一个陶瓷隔热套12，陶瓷隔热套12中的小孔段121用于光纤11在装配过程中的扶正及支撑，陶瓷隔热套中的大孔段122用于光纤11的粘接固定。光纤11中段剥除后，两端带涂覆层的光纤位于陶瓷隔热套的大孔段122处。陶瓷隔热套12的主要作用是保证局部加热时产生的热量传递至带涂覆层的光纤时不影响涂覆层的性能。陶瓷隔热套12可以强装的形式定位于烧结套筒内，定位后的陶瓷隔热套与玻璃管为同轴设置。
密封接触件部件上采用的激光焊接结构如图2所示：焊接套筒8与烧结套筒7通过螺纹拧紧后，在图2所示接缝位置A处采用激光圆周连续焊接，从而实现接触件零件的整体密封。此激光圆周焊接位置距离玻璃烧结位置设计为9mm以上，保证激光焊接的热量不影响烧结处的玻璃状态。
进一步的，本发明还提出密封接触件部件双端浮动对接结构的设计：接触件Ⅰ5设计为浮动结构，接触件Ⅰ5包括陶瓷插针Ⅰ51及与陶瓷插针Ⅰ后端固定装配的金属套筒Ⅰ52，金属套筒Ⅰ51被烧结套筒7和焊接套筒8轴向夹持定位，本实施例中，金属套筒Ⅰ51在径向和轴向上均与焊接套筒之间存在浮动间隙，因此接触件Ⅰ5在焊接套筒内是能够沿径向及轴向进行小范围活动的。密封接触件部件与对插的插头中的接触件对接时，活动设置的接触件Ⅰ5可以具有自我调节能力，保证对插两端接触件的良好对中，从而降插入损耗；由于插头中的接触件是带有弹簧的，可以实现弹性对接。此外，金属套筒Ⅰ51与烧结套筒7通过键槽配合，能防止接触件Ⅰ的径向转动；本实施例中，接触件Ⅰ设有止转键Ⅰ53，烧结套筒7上设置对应的止转槽Ⅰ72；在另一实施例中，止转键Ⅰ、止转槽Ⅰ的位置可以互换。类似的，接触件Ⅱ6也设计为浮动结构，接触件Ⅱ包括金属套筒Ⅱ62及安装于金属套筒Ⅱ前端的陶瓷插针Ⅱ61，接触件Ⅱ也在径向及轴向上与支撑架10之间具有较小的浮动间隙，从而能在与适配插头对接时进行自我调节和对中，此外接触件Ⅱ与支撑架之间也可通过配套设置的止转键Ⅱ63、止转槽Ⅱ101进行键槽配合，来防止接触件Ⅱ转动。综上，本发明中的密封接触件部件在其两端设置接触件的浮动对接结构，可保证接触件对接时具备自调节功能，能够有效降低连接器的插入损耗。
本实施例中，接触件Ⅰ5、接触件Ⅱ6的对插端分别悬伸设置在外壳体1两端对应的插合腔102内，从而用于与对应的插头对接。在两端的插合腔中，各设置有一密封圈13，密封圈13嵌设于外壳体上的对应安装槽中，用于起到头座插合时的界面密封作用，实现防潮防尘。本发明的光纤气密封连接器作为插座端，其两端均可与适配插头对插，而未与插头对插时，可在外壳体1的两端分别套装一防尘盖14，实现对内部密封接触件部件的密封防护。
对于密封接触件部件与壳体部件配合处的泄露，存在两处泄漏通道：1、密封接触件部件与焊接压板之间的泄露；2、焊接压板与外壳体之间的泄漏。这两处泄漏通道均可通过激光连续焊接实现密封。
结合图5，焊接套筒8与焊接压板4为过盈配合，焊接套筒8与焊接压板4前端压平后，通过激光连续焊接将焊接套筒8前端和焊接压板4的接触件安装孔接缝处(圆周激光焊接位置如图5中B处)的金属熔化，然后经冷却、凝固在一起，从而实现密封及固定。合理设计焊接套筒的焊接直径，使焊缝位置距离接触件Ⅰ5中心的光纤11具有合理的距离，以保证此处焊接产生的热量传递到光纤上时已经衰减到光纤可承受的范围，同时接触件Ⅰ5与焊接套筒8之间采用两体非接触设计，使得两者存在一定的空气间隙，可有效减少热量的传递对光纤的影响。
焊接压板4与外壳体1配合处设计为小间隙配合，二者采用粘接剂预固定后，通过激光连续焊接将两者配合位置圆周接缝C处的金属熔化，然后经过冷却、凝固在一起，从而实现二者间的密封及固定。
本发明通过以上设计，可以实现密封接触件部件内部的密封和密封接触件部件与壳体部件配合处的密封。经样品试制，装配后产品的泄漏率可达1×10-13Pa·m3/s，插入损耗≤0.8dB(两个对接点)。产品经受-65℃～125℃的温度冲击，温度循环、高温寿命、机械寿命、正弦振动、随机振动冲击等一系列力热试验考核后，产品的泄漏率及插入损耗指标依然满足上述指标，证明低温光纤玻璃烧结密封技术和激光连续焊接密封技术可实现光纤连接器高气密性、低损耗的需求。
综上所述，本发明设计的一种陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器，采用低温光纤玻璃烧结密封技术及激光连续焊接密封技术可达到的气密性能高出现有气密封光纤连接器的密封水平，双端浮动的低损耗结构设计使光纤气密封连接器的插入损耗性能也优于传统光纤气密封连接器。
值得说明的是，本实施例所述的陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器作为插座端连接器，通过外壳体配合紧固件装配于相应的设备面板上，实现与适配插头的光连接；但本实施例的陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器内部也可以装配电接触件，以满足需要光电混装的应用场景，进而实现光电混合传输功能。
密封接触件部件的实施例：
密封接触件部件为上述陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器的实施例中所述的密封接触件部件，此处不作赘述。
本实施例中，密封接触件部件可以作为一个组件装配于其它的光纤连接器壳体内，因此并不局限于上述气密封连接器实施例中的壳体部件的结构，但为了保证气密封性能，应使焊接套筒与相应的光纤连接器的壳体配合处进行激光圆周连续焊接，保证气密封性能。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，且未详述之处均为现有技术；任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (16)
1.陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器，包括壳体部件及安装于壳体部件内的至少一个密封接触件部件，其特征在于：
密封接触件部件包括接触件Ⅰ、接触件Ⅱ、烧结套筒、焊接套筒、玻璃管及支撑架，烧结套筒一端与焊接套筒一端连接，烧结套筒另一端与支撑架一端连接，玻璃管套装在烧结套筒内，玻璃管内具有供光纤穿过的光纤通孔，接触件Ⅰ设于焊接套筒另一端，接触件Ⅱ设于支撑架另一端；光纤一端穿装于接触件Ⅰ中，另一端穿装于接触件Ⅱ中，采用高频感应加热的工艺方法局部加热玻璃管处，使玻璃管位置处的裸光纤与烧结套筒烧结为一体，以实现光纤与烧结套筒之间的气密封；焊接套筒与烧结套筒的接缝位置处采用激光圆周连续焊接实现密封连接。
2.根据权利要求1所述的陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器，其特征在于：玻璃管两端各设置一个陶瓷隔热套，陶瓷隔热套中的小孔段用于光纤在装配过程中的扶正及支撑，陶瓷隔热套中的大孔段用于光纤的粘接固定。
3.根据权利要求1所述的陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器，其特征在于：烧结套筒上设有排气孔，排气孔与烧结套筒的内腔连通。
4.根据权利要求1所述的陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器，其特征在于：接触件Ⅰ在径向和轴向上均与焊接套筒之间存在浮动间隙，接触件Ⅱ在径向和轴向上均与支撑架之间存在浮动间隙。
5.根据权利要求1所述的陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器，其特征在于：接触件Ⅰ与焊接套筒之间采用键槽配合以实现接触件Ⅰ的径向止转，接触件Ⅱ与支撑架之间采用键槽配合以实现接触件Ⅱ的径向止转。
6.根据权利要求1所述的陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器，其特征在于：壳体部件包括外壳体、内壳体、压板及焊接压板，压板设于外壳体内部的一端，焊接压板设于外壳体内部的另一端，内壳体被轴向夹持定位在压板与焊接压板之间，所述密封接触件部件装配于内壳体中；
压板、焊接压板均与外壳体为间隙配合，压板通过多段激光圆弧焊接实现与外壳体的固接，焊接压板的前端面通过激光圆周连续焊接实现与外壳体的固接及气密封。
7.根据权利要求6所述的陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器，其特征在于：焊接压板上设有供密封接触件部件穿装的接触件安装孔，焊接套筒与焊接压板的接触件安装孔为过盈配合，焊接套筒与焊接压板通过激光圆周连续焊接将焊接套筒前端和焊接压板的接触件安装孔的接缝处的金属熔化，经冷却、凝固后，实现焊接套筒与焊接压板之间的固定及气密封。
8.根据权利要求1所述的陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器，其特征在于：接触件Ⅰ、接触件Ⅱ的对插端分别悬伸设置于壳体部件两端对应的插合腔中，插合腔中设置有用于起到头座插合时的界面密封作用的密封圈。
9.根据权利要求1所述的陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器，其特征在于：烧结套筒与焊接套筒为螺纹连接，烧结套筒与支撑架为螺纹连接。
10.根据权利要求6所述的陶瓷插芯式低损耗光纤气密封连接器，其特征在于：外壳体的两端分别设有一用于对密封接触件部件的对插端进行密封防护的防尘盖。
11.密封接触件部件，其特征在于：该密封接触件部件包括接触件Ⅰ、接触件Ⅱ、烧结套筒、焊接套筒、玻璃管及支撑架，烧结套筒一端与焊接套筒一端连接，烧结套筒另一端与支撑架一端连接，玻璃管套装在烧结套筒内，玻璃管内具有供光纤穿过的光纤通孔，接触件Ⅰ设于焊接套筒另一端，接触件Ⅱ设于支撑架另一端；光纤一端穿装于接触件Ⅰ中，另一端穿装于接触件Ⅱ中，采用高频感应加热的工艺方法局部加热玻璃管处，使玻璃管位置处的裸光纤与烧结套筒烧结为一体，以实现光纤与烧结套筒之间的气密封；焊接套筒与烧结套筒的接缝位置处采用激光圆周连续焊接实现密封连接。
12.根据权利要求11所述的密封接触件部件，其特征在于：玻璃管两端各设置一个陶瓷隔热套，陶瓷隔热套中的小孔段用于光纤在装配过程中的扶正及支撑，陶瓷隔热套中的大孔段用于光纤的粘接固定。
13.根据权利要求11所述的密封接触件部件，其特征在于：烧结套筒上设有排气孔，排气孔与烧结套筒的内腔连通。
14.根据权利要求11所述的密封接触件部件，其特征在于：接触件Ⅰ在径向和轴向上均与焊接套筒之间存在浮动间隙，接触件Ⅱ在径向和轴向上均与支撑架之间存在浮动间隙。
15.根据权利要求11所述的密封接触件部件，其特征在于：接触件Ⅰ与焊接套筒之间采用键槽配合以实现接触件Ⅰ的径向止转，接触件Ⅱ与支撑架之间采用键槽配合以实现接触件Ⅱ的径向止转。
16.根据权利要求11所述的密封接触件部件，其特征在于：烧结套筒与焊接套筒为螺纹连接，烧结套筒与支撑架为螺纹连接。
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