ES2218576T3 - Junta optica giratoria para transmision bidireccional de informaciones. - Google Patents
Junta optica giratoria para transmision bidireccional de informaciones.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UNA JUNTA OPTICA GIRATORIA (26) CON TRANSMISION BIDIRECCIONAL DE INFORMACION EN UNA GRAN BANDA PASANTE Y CON UNA VELOCIDAD DE ROTACION ELEVADA. ESTA JUNTA OPTICA GIRATORIA (26) ESTA FORMADA POR UNA LONGITUD (AB) DE FIBRA OPTICA MONOMODO QUE CONECTA DIRECTAMENTE LAS DOS SECCIONES DE ESTA FIBRA QUE CONSTAN DE UN MOVIMIENTO DE ROTACION RELATIVA. ESTA LONGITUD (AB), EXPRESADA EN METROS, ES AL MENOS IGUAL A APROXIMADAMENTE N/150, SIENDO N EL NUMERO MAXIMO DE VUELTAS DEL MOVIMIENTO DE ROTACION RELATIVA. CUANDO ESTA SENSIBLEMENTE HORIZONTAL, LA LONGITUD DE FIBRA (AB) SE MANTIENE BAJO UNA TENSION SUFICIENTE PARA EVITAR CUALQUIER CONTACTO CON UN OBSTACULO EXTERIOR.
Description
Junta óptica giratoria para transmisión
bidireccional de informaciones.
La invención se refiere a un procedimiento de
transmisión bidireccional de informaciones en una banda ancha de
frecuencias entre dos tramos de fibra óptica monomodo animados con
un movimiento de rotación relativa a gran velocidad.
El procedimiento según la invención puede ser
utilizado en todos aquellos casos en que se utilicen las juntas
ópticas giratorias ya existentes, siempre que el espacio disponible
sea suficientemente importante. Así, el procedimiento según la
invención puede ser utilizado, en particular, en un banco de pruebas
que permita efectuar el desenrollamiento rápido de una fibra óptica
bobinada, con el fin de comprobar en tierra la eficacia de la
transmisión bidireccional de las informaciones entre un ingenio
fibroguiado y su base de lanzamiento.
Existe un determinado número de juntas ópticas
giratorias, que permiten transmitir informaciones entre dos tramos
de fibra óptica susceptibles de estar animados con un movimiento de
rotación relativa.
Entre las juntas ópticas existentes, algunas no
permiten más que una transmisión unidireccional de las
informaciones.
En esta primera categoría se encuentran, en
especial, las juntas ópticas que aseguran un acoplamiento entre una
fibra óptica monomodo de núcleo pequeño, y una fibra óptica
multimodo de gran núcleo. Estando las dos fibras ópticas situadas
extremo con extremo, enfrentadas una a la otra, la transmisión de
las informaciones no es posible más que desde la fibra óptica de
núcleo pequeño hacia la fibra óptica de núcleo grande. Este tipo de
junta se distingue, por otra parte, por una banda pasante media,
generalmente de alrededor de 50 MHz, debido a la utilización de una
fibra óptica multimodo. En efecto, si las fibras ópticas monomodo
presentan una banda pasante muy elevada (por ejemplo, de alrededor
de 20 GHz.km), las fibras ópticas multimodo no presentan más que una
banda pasante media.
Entre las juntas ópticas giratorias que no
aseguran más que una transmisión unidireccional de las
informaciones, se encuentran asimismo las juntas ópticas que
utilizan un fotodiodo de gran superficie. El principio de estas
juntas ópticas es comparable al anterior, siendo sustituida la
fibra óptica multimodo de gran núcleo por un fotodiodo de gran
superficie. Las informaciones no pueden ser transmitidas más que
desde la fibra óptica hacia el fotodiodo. Este tipo de juntas
ópticas se caracteriza, por otra parte, por una banda pasante
pequeña, por lo general de alrededor de 100 kHz.
Las juntas ópticas giratorias ya existentes que
permiten asegurar una transmisión bidireccional de informaciones
entre los dos tramos de fibra óptica, utilizan por lo general un
acoplamiento realizado en óptica libre, como en la solicitud de
Patente GB-2 185 590, o por medio de dos lentillas
situadas respectivamente frente a los extremos de las dos fibras
ópticas, como en la solicitud EP-0 035 054. Este
tipo de juntas ópticas se caracteriza por una velocidad de rotación
relativa limitada entre las dos fibras. Así, la velocidad de
rotación relativa máxima es de alrededor de 1000 vueltas/ minuto en
el caso de fibras ópticas multimodo, y de alrededor de 100 vueltas/
minuto en el caso de fibras ópticas monomodo. Además, la
utilización de este tipo de juntas ópticas resulta difícil debido a
que necesita la realización de empalmes.
Este análisis de las juntas ópticas giratorias
existentes pone de manifiesto que no existen hasta ahora juntas que
aseguren una transmisión bidireccional de las informaciones en una
banda pasante muy importante (por ejemplo, alrededor de 25 GHz),
que permita un movimiento de rotación relativa muy rápido (por
ejemplo, alrededor de 7000 vueltas/ minuto hasta alrededor de 8000
vueltas/ minuto), y que no presente dificultad de utilización
particular.
La invención tiene precisamente por objeto un
procedimiento de un nuevo tipo, que asegura una transmisión
bidireccional de las informaciones sobre una banda pasante muy
importante, todo ello permitiendo un movimiento de rotación relativa
a velocidad elevada, sin dificultad de utilización particular, sin
riesgo de rotura de fibra y sin introducir atenuación óptica
inaceptable.
De acuerdo con la invención, este resultado se
obtiene por medio de un procedimiento de transmisión bidireccional
de informaciones entre dos tramos de fibra óptica monomodo que
tienen un movimiento de rotación relativa, que comprende las etapas
siguientes:
a) determinar el número máximo de vueltas N no
nulo de movimiento de rotación relativa entre los dos tramos de
fibra óptica monomodo;
b) conectar directamente los citados tramos de
fibra óptica monomodo por medio de una junta óptica giratoria que
comprende una longitud de fibra óptica monomodo, siendo la
longitud, expresada en metros, al menos igual a N/150;
c) iniciar la rotación de los dos tramos de fibra
óptica monomodo y transmitir las informaciones entre los citados
tramos.
Realizando la junta óptica giratoria en forma de
una longitud de fibra óptica monomodo que depende del número máximo
de vueltas que se ha de efectuar, se permite una transmisión
bidireccional de las informaciones en una gran banda pasante. De
este modo, utilizando 100 m de fibra óptica monomodo, se obtiene una
banda pasante de alrededor de 25 GHz, muy superior a la de la mayor
parte de las juntas ópticas giratorias conocidas citadas en lo que
antecede.
Además, la utilización de la junta óptica
giratoria conforme a la invención, es particularmente simple puesto
que la junta está constituida directamente por un tramo de la fibra
óptica monomodo que sirve para la transmisión.
Por otra parte, una junta de este tipo permite
una velocidad de rotación relativa elevada entre los dos tramos
conectados por la longitud de fibra óptica monomodo que forman la
junta óptica giratoria.
La longitud mínima de la fibra óptica monomodo
que forma la junta óptica giratoria, se determina con vistas a
evitar cualquier riesgo de rotura de la fibra durante el
funcionamiento.
La junta óptica giratoria conforme a la invención
permite, además, conservar los parámetros de transmisión. En
particular, presenta una atenuación óptica inferior a 1 decibelio
en el caso más desfavorable.
En una forma de realización preferente de la
invención, la longitud de fibra óptica monomodo que forma la junta
óptica giratoria se pone bajo tensión entre los dos tramos de fibra
óptica que la misma conecta, con el fin de evitar que pueda entrar
en contacto con el suelo o con cualquier otro obstáculo.
Además, los ejes de estos dos tramos están, o
bien sensiblemente confundidos cuando la longitud de fibra óptica
monomodo es inferior a alrededor de 100 m, o bien sensiblemente
paralelos y ligeramente decalados uno con relación al otro cuando
la longitud de fibra óptica monomodo es al menos igual a alrededor
de 100 m. En este último caso, el decalaje entre los ejes tiene por
objeto hacer que la longitud de fibra que forma la junta giratoria
entre en vibración, para facilitar la repartición de la torsión por
toda esta longitud de fibra óptica monomodo.
En una aplicación preferente de la invención, la
junta óptica giratoria se sitúa en un banco de pruebas que asegura
el desenrollamiento rápido de una fibra óptica bobinada, entre una
tramo de fibra arrollada sobre un tambor susceptible de ser animado
con un movimiento de rotación rápida alrededor de su eje y un tramo
de fibra conectada a un dispositivo estático
emisor-receptor óptico.
Ahora se va a describir, a título de ejemplo no
limitativo, una forma de realización preferente de la invención con
referencia al dibujo anexo, en el que la figura única representa
una junta óptica giratoria conforme a la invención, integrada en un
banco de pruebas que asegura el desenrollamiento rápido de una
fibra óptica bobinada.
En la figura única se ha representado, de forma
muy esquemática, un banco de pruebas que permite efectuar el
desenrollamiento rápido de una fibra óptica monomodo bobinada. Un
banco de pruebas de este tipo puede ser utilizado en particular
para estudiar en tierra el comportamiento de una fibra óptica que se
desenrolla desde una bobina embarcada en un ingenio fibroguiado,
tal como un misil o un avión teledirigido. En particular, es
posible estudiar de esta manera el efecto del desenrollamiento de
la fibra sobre la transmisión bidireccional de las
informaciones.
En un banco de prueba de este tipo, un bastidor
fijo (no representado) soporta de forma sensiblemente estacionaria
una bobina 12 sobre la que se ha enrollado la fibra óptica monomodo
14 cuyo comportamiento se desea probar durante su desenrollamiento.
La bobina 12, así como la fibra óptica 14 que soporta, son con
preferencia idénticas a las utilizadas en el ingenio. Según se ha
observado ya, la utilización de una fibra óptica 14 monomodo
permite una transmisión de informaciones bidireccionales en una
banda pasante muy grande de alrededor de 20 GHz.km, cuando la fibra
no está ensortijada.
A título ilustrativo y no limitativo, la fibra
óptica monomodo 14 puede presentar un diámetro de alrededor de 250
\mum.
Un extremo fijo de la fibra óptica monomodo 14
arrollada sobre la bobina 12, se ha conectado directamente a un
primer dispositivo 16 emisor-receptor óptico. Este
dispositivo comprende en particular una fuente láser y un
fotodetector de banda ancha. La fuente láser permite enviar por la
fibra óptica 14 una señal luminosa modulada en frecuencia según las
mediciones que se desea efectuar. El fotodetector de banda ancha
recibe las señales luminosas que salen de la fibra óptica 14, para
transformarlas en señales eléctricas que pueden ser enviadas, en
particular, a un analizador de redes según técnicas conocidas, que
no forman parte de la invención.
El extremo de la fibra óptica monomodo 14 que se
desenrolla de la bobina 12, sale desde una caja 10 que circunda a
la bobina 12, a través de un paso 18 dispuesto según el eje de la
bobina 12. La fibra 14 se enrolla a continuación en un tambor 20
situado frente a la abertura 18, y cuyo eje es sensiblemente
perpendicular al de la bobina 12.
El tambor 20 se ha montado en el bastidor (no
representado) del banco de pruebas de manera que puede girar
alrededor de su eje a gran velocidad. Su rotación está comandada por
un motor 22.
La fibra óptica monomodo 14 sale del tambor 20
según su eje en un punto A, para ser conectada finalmente por su
extremo, en un punto B, con un segundo dispositivo 24
emisor-receptor óptico análogo al primer dispositivo
16.
Dado que el tramo de fibra óptica 14 que sale del
tambor 20 en A gira con el tambor mientras que el tramo de fibra
óptica 14 que se ha conectado en B con el dispositivo 24
emisor-receptor óptico permanece fijo, una junta
óptica giratoria 26 ha sido intercalada entre estos dos tramos.
De acuerdo con la invención, esta junta óptica
giratoria 26 está constituida por una longitud de la fibra óptica
monomodo 14 prevista entre el punto de salida A del tambor 20 y el
punto de unión B de la fibra óptica 14 con el segundo dispositivo
24 emisor-receptor óptico. Esta longitud
A-B de fibra óptica monomodo 14 se determina en
función del número máximo de vueltas del movimiento de rotación
relativa realizado durante una prueba entre el segmento de la fibra
unido en A al tambor 20 y el segmento de fibra unido en B al segundo
dispositivo 24 emisor-receptor óptico. De manera
más precisa, la longitud de fibra óptica 14 entre los puntos A y B,
expresada en metros, es al menos igual a alrededor de N/150, siendo
N el número máximo de vueltas del movimiento de rotación relativa
precitado.
El respeto de esta longitud mínima permite
limitar la torsión de la fibra óptica a 150 vueltas/m a lo sumo. Se
elimina así todo riesgo de rotura de la fibra. En efecto, las
pruebas han establecido que esta rotura se produce entre 200 y 300
vueltas/m. De manera más precisa, el número de vueltas por unidad de
longitud que conduce a la rotura de la fibra disminuye cuando
aumenta la longitud A-B de la fibra 14 que forma la
junta óptica giratoria 26. De este modo, para longitudes de 1 m y
de 10 m, la rotura en torsión se produce cuando el número de
vueltas por unidad de longitud alcanza alrededor de 300 vueltas/m,
mientras que la rotura se produce entre alrededor de 200 vueltas/m
y alrededor de 250 vueltas/m para longitudes de fibra de 100 m.
A título ilustrativo y no limitativo, la
limitación de la torsión de la fibra a 150 vueltas/m conduce a
utilizar, para formar la junta óptica giratoria 26, 130 m de fibra
óptica monomodo 14 en caso de que la bobina de fibra que se va a
probar necesite 19500 vueltas de tambor.
Según se ha ilustrado en la figura única, los
tramos de fibra óptica monomodo 14 que están unidos por medio de la
longitud A-B de fibra óptica monomodo 14, que
forman la junta óptica giratoria 26, están con preferencia
sensiblemente alineados y orientados según una dirección
sensiblemente horizontal. Estos tramos pueden, sin embargo, estar
ligeramente decalados uno con respecto al otro mientras permanecen
sensiblemente paralelos. Esta última disposición se utiliza en
particular cuando la longitud A-B de fibra óptica 14
que forma la junta óptica giratoria 26 es al menos igual a
alrededor de 100 m. En efecto, aquella genera vibraciones en la
fibra óptica 14 entre los puntos A y B, que mejoran la repartición
de la torsión en toda la longitud. Un desalineamiento de alrededor
de 1 cm de los dos tramos de fibra óptica conectados por la longitud
A-B de fibra que forman la junta óptica giratoria
26, es suficiente para llegar a este resultado.
Se debe observar, sin embargo, que el
alineamiento o el paralelismo de los dos tramos de fibra óptica
unidos por la longitud de fibra que forma la junta óptica giratoria
26, no constituye ninguna limitación esencial para la realización de
esta junta. En particular, entre estos dos tramos puede existir un
ángulo limitado, que puede alcanzar en particular de 10 a 20º.
Por otra parte, la longitud de fibra óptica
monomodo 14 que une los puntos A y B para formar la junta óptica
giratoria 26, debe ser mantenida libre de cualquier obstáculo. A
este efecto, se aplica sobre la fibra óptica 14 una determinada
tensión, entre estos dos puntos A y B, con el fin de evitar que la
fibra óptica entre en contacto con el suelo entre el tambor 20 y el
segundo dispositivo 24 emisor-receptor óptico. No
obstante, no se ha preconizado ninguna tensión precisa. En efecto,
los ensayos de rotura por torsión, ya citados, han sido efectuados
a diferentes tensiones (por ejemplo de 0,5 N, 1 N, y 2,3 N para 1 m,
10 m, 15 m y 100 m de fibra), y no han puesto de manifiesto ningún
efecto notable de la tensión sobre el número de vueltas por unidad
de longitud que conduce a la rotura. Por otra parte, la ausencia de
contacto entre la fibra y el suelo depende a la vez de la longitud
de la fibra entre los puntos A y B y de la distancia entre esta
fibra y el suelo. Se puede observar, por otra parte, que la
disposición del banco de pruebas de tal modo que la longitud
A-B de fibra óptica 14 que forma la junta óptica
giratoria 26 esté orientada verticalmente, y no horizontalmente,
permitiría reducir de forma muy sensible la tensión a aplicar.
Cuando se realiza un ensayo, el motor 22 se
acciona de modo que arrastra al tambor 20 en rotación a gran
velocidad. La velocidad de rotación del tambor 20 se elige de modo
que simule mejor el desenrollamiento de la fibra óptica 14 fuera de
la bobina 12. Esta velocidad de rotación depende, por consiguiente,
del diámetro del tambor 20. A título ilustrativo, una velocidad de
7000 vueltas/min a 8000 vueltas/min, permite asegurar la simulación
deseada.
Resulta importante observar que una velocidad de
esas características puede ser alcanzada sin dificultad con la ayuda
de la junta óptica giratoria 26 conforme a la invención, dando a la
longitud de la fibra óptica monomodo situada entre los puntos A y B
el valor correspondiente a la longitud de bobina que se ha de
desenrollar y al diámetro del tambor 20 utilizado. De manera más
precisa, la junta óptica giratoria 26 no fija ningún límite a la
velocidad de rotación posible del tambor 20. En otras palabras, la
velocidad de rotación de este tambor no está limitada más que por
las limitaciones mecánicas asociadas a su arrastre.
Esta última característica constituye una ventaja
esencial de la junta óptica giratoria 26 conforme a la invención,
con respecto a las juntas conocidas que utilizan un acoplamiento de
lentillas, que limitan la velocidad de rotación relativa a
alrededor de 100 vueltas/min en el caso de las fibras ópticas
monomodo, que son las únicas que aseguran una transmisión de
informaciones sobre una gran banda pasante.
Por otra parte, se debe apreciar que si el
retorcimiento de la fibra óptica monomodo 14 en la longitud
A-B que constituye la junta óptica giratoria reduce
la banda pasante con relación a la de la fibra no retorcida, esta
banda pasante sigue siendo muy importante. En efecto, se calcula
fácilmente que para 100 m de fibra enrollada, la banda pasante es
de 25 GHz en lugar de 200 GHz para 100 m de fibra no enrollada.
Dado que la longitud de la fibra enrollada no supera nunca algunas
centenas de metros, la banda pasante de la junta óptica 26 conforme
a la invención no entraña ninguna reducción en la banda de
longitudes de onda comprendida entre 0 y 500 MHz. Estas
características son ampliamente superiores a las de las juntas
ópticas giratorias tradicionales de transmisión unidireccional, así
como a las de las juntas ópticas giratorias de acoplamiento por
lentillas cuando estas juntas utilizan fibras ópticas multimodo para
aumentar la velocidad de rotación relativa máxima posible.
Se han realizado igualmente pruebas con vistas a
medir la atenuación óptica inducida por la junta óptica giratoria 26
conforme a la invención, cuando se enrolla la longitud de fibra
óptica monomodo 14 comprendida entre los puntos A y B. De este
modo, las pruebas de enrollamiento de una longitud de 100 m de fibra
óptica monomodo a 150 vueltas/m y a 200 vueltas/m han demostrado
que la atenuación óptica es del orden de 0,5 decibelios, en toda la
banda pasante comprendida entre 0 y 500 MHz. La atenuación óptica
inducida por la torsión resulta así muy aceptable, y permite
conservar en buenas condiciones los parámetros de transmisión entre
los dos dispositivos 16 y 24 emisor-receptor
óptico.
La utilización de una junta óptica giratoria 26
constituida por una longitud de fibra óptica monomodo que conecte
directamente los dos tramos de fibra óptica monomodo animados con
un movimiento de rotación relativa, asegura así una transmisión
bidireccional de las informaciones con una gran banda pasante,
permitiendo una velocidad de rotación relativa elevada, todo ello
conservando los parámetros de transmisión y presentando una
resistencia mecánica muy buena.
En el caso particular en que se utilice una junta
óptica de este tipo en un banco de pruebas que permita efectuar el
desenrollado de una bobina de fibra óptica, se hace posible llevar
a cabo operaciones que no eran realizables hasta ahora. Así, y
únicamente a título de ejemplo, es posible medir el índice de error
para validar el funcionamiento de la transmisión óptica. Resulta
asimismo posible realizar acoplamientos con el puesto de control
del ingenio destinado a ser equipado con la bobina de fibra óptica,
para validar el sistema estudiando la influencia de las pérdidas de
transmisión.
Claims (6)
1. Procedimiento de transmisión bidireccional de
informaciones entre dos tramos de fibra óptica monomodo (14) que
tienen un movimiento de rotación relativa, que comprende las etapas
siguientes:
a) determinar el número máximo de vueltas N no
nulo de movimiento de rotación relativa entre los dos tramos de
fibra óptica monomodo;
b) conectar directamente los citados tramos de
fibra óptica monomodo por medio de una junta óptica giratoria (26)
que comprende una longitud (AB) de fibra óptica monomodo (14),
siendo la longitud (AB), expresada en metros, al menos igual a
N/150;
c) iniciar la rotación de los dos tramos de fibra
óptica monomodo y transmitir las informaciones entre los citados
tramos.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que, cuando la citada longitud (AB) de fibra óptica monomodo (14)
es inferior a alrededor de 100 m, los dos tramos de fibra óptica
monomodo (14) presentan ejes sensiblemente confundidos.
3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el
que, cuando la citada longitud (AB) de fibra óptica monomodo (14) es
al menos igual a alrededor de 100 m, los dos tramos de fibra óptica
monomodo (14) presentan ejes sensiblemente paralelos y decalados
cada uno con respecto al otro.
4. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que la citada longitud (AB) de fibra
óptica monomodo (14) está bajo tensión.
5. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la citada longitud (AB) de
fibra óptica monomodo es sensiblemente horizontal.
6. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la junta (26) se sitúa en un
banco de pruebas capacitado para realizar un desenrollamiento
rápido de una fibra óptica bobinada (14), entre un tramo de fibra
arrollada sobre un tambor (20) animado con un movimiento de rotación
rápida alrededor de su eje, y un tramo de fibra óptica unida a un
dispositivo estático (24) emisor-receptor
óptico.
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