Комбинация вращающегося оптоволоконного соединения и электрического контактного кольца передает оптические данные, электрическую мощность и электрические сигналы через один и тот же вращающийся интерфейс.
Вращающееся соединение оптоволокна, обычно сокращенно FORJ, поддерживает оптический путь между неподвижными и вращающимися волокнами. Электрическое контактное кольцо несет питание, цепи управления, датчики, энкодеры, цепи безопасности или медные-каналы связи. Если по той же оси необходимо также переносить воздух, газ, вакуум, охлаждающую жидкость или гидравлическую среду, к узлу можно добавить поворотное соединение.
Сложность заключается не в том, чтобы просто разместить несколько каналов в одном корпусе. Оптическая система, электрические схемы, геометрия вала, вращение, прокладка кабеля, окружающая среда, доступ для обслуживания и приемочные испытания должны работать вместе.
Базовое объяснение оптического компонента можно найти в руководстве ByTune поконтактное кольцо оптоволокна. Проекты, требующие специальной-оптической и электрической конфигурации, также могут начинаться синдивидуальное контактное кольцоассортимент продукции.
Что делает каждая часть сборки?
FORJ и электрическое контактное кольцо выполняют разные функции.
| Компонент | Основная функция | Типичная необходимая информация |
|---|---|---|
| Волоконно-оптическое вращающееся соединение | Переносит один или несколько оптических каналов через вращающийся интерфейс. | Тип волокна, длина волны, количество каналов, разъемы, вносимые потери и динамические изменения |
| Электрическое контактное кольцо | Передаёт мощность и проводящие электрические сигналы | Напряжение, длительный и пиковый ток, тип сигнала, заземление, кабели и разъемы |
| Пневматическое или гидравлическое поворотное соединение | Переносит газ, вакуум или жидкие среды | Среда, давление, расход, температура, порты, утечки и совместимость материалов |
| Механическая интеграция | Обеспечивает монтаж, вращение и укладку кабелей. | Отверстие, фланец, наружный диаметр, длина, крутящий момент, скорость, биение и сервисный зазор |
FORJ обычно не передает электроэнергию. Перенос основного пути передачи данных на оптоволокно также не устраняет все электрические требования. Двигатели, тормоза, освещение, энкодеры, концевые выключатели, источники питания и сервисные цепи могут по-прежнему нуждаться в проводящих каналах.
Сборки, сочетающие в себе несколько технологий передачи, обычно описываются какгибридные контактные кольца.
Интегрированная сборка или отдельные вращающиеся компоненты?
Один интегрированный блок позволяет уменьшить количество кронштейнов, независимых выходов кабелей и работ по выравниванию. Отдельные компоненты могут облегчить будущую замену или обновление технологии.
| Фактор принятия решения | Интегрированный FORJ и контактное кольцо | Отдельные компоненты |
|---|---|---|
| Место для установки | Возможно сокращение количества корпусов и адаптеров. | Может потребоваться больше осевого или радиального пространства. |
| Выравнивание | Управление в рамках одной спроектированной сборки | Должен контролироваться структурой машины |
| Прокладка кабеля | Оптические и электрические выходы могут быть скоординированы. | Каждый компонент требует отдельной прокладки и разгрузки от натяжения. |
| Удобство обслуживания | Удаление одной сборки может привести к прерыванию нескольких функций. | Оптический или электрический модуль можно заменить самостоятельно. |
| Квалификация | Один интегрированный план испытаний может охватить все устройство. | Каждый компонент может иметь независимый план квалификации. |
| Будущие изменения | Изменение может повлиять на всю сборку. | Один модуль может быть модернизирован без замены другого. |
| Приобретение | Один поставщик может координировать интерфейсы и документацию. | Несколько поставщиков могут предлагать больший выбор компонентов. |
Интегрированная конструкция часто привлекательна, когда пространство ограничено или когда отдельные устройства затрудняют выравнивание и прокладку кабелей. Модульная конструкция может быть предпочтительнее, когда FORJ необходимо заменять независимо или когда оптические и электрические системы развиваются по совершенно разным графикам.
Пять инженерных факторов, которые контролируют проект
1. Сначала определите существующую оптическую систему
Не выбирайте FORJ только по основной скорости передачи данных. Начните с оборудования, уже установленного на неподвижной и вращающейся сторонах.
Идентифицировать:
- Модели передатчика и приемника
- Минимальная выходная мощность передатчика
- Чувствительность приемника и максимальный входной сигнал приемника
- Одномодовое-или многомодовое волокно
- Рабочая длина волны
- Существующие разъемы и полировка
- Требуемая дальность связи
- Современные патч-кабели и адаптеры
- Протокол данных и скорость передачи данных
МСЭ-T G.652описывает геометрические, механические характеристики и характеристики передачи одномодового оптического волокна и кабеля.МСЭ-T G.651.1охватывает многомодовый волоконно-оптический кабель с градиентным-индексом 50/125 мкм. Эти документы помогают определить характеристики волокна, но не заменяют требования к трансиверу и системе.
| Вопрос выбора | Однорежимная-система | Многомодовая система |
|---|---|---|
| Существующее оборудование | Необходимо использовать совместимые одномодовые трансиверы-, оптоволокно и длину волны. | Необходимо использовать совместимые многомодовые трансиверы, оптоволокно и длину волны. |
| Основной фокус дизайна | Оптический бюджет, расстояние, обратные потери и состояние разъема | Требуемая полоса пропускания-расстояние, условия запуска и совместимость разъемов |
| Прямая замена | Не следует заменять многомодовыми исключительно для упрощения поиска. | Не следует заменять одиночный-режим без проверки полной ссылки. |
Одномодовые и многомодовые каналы могут присутствовать в одной специальной сборке, но каждый канал должен иметь собственное совместимое волокно, длину волны, разъемы и приемопередатчики.
2. Определите количество каналов и создайте бюджет оптической мощности.
Подсчитайте оптические пути на основе реальной архитектуры системы. Дуплексный канал может использовать два волокна, тогда как двунаправленная или мультиплексная архитектура может использовать другое расположение. Оптическое мультиплексирование следует оценивать как часть всей оптической системы, а не предполагать, что оно основано только на FORJ.
В наихудшем-случайном случае потери на пути должны включать:
- Исправлено-затухание волокна
- Потеря внешнего разъема
- Потери на сращивании и адаптере
- Вносимая потеря FORJ
- Максимальное изменение вносимых-потерь во время ротации
- Дополнительные потери, вызванные указанными условиями окружающей среды
- Инженерный запас, выбранный для применения
Используйте минимальную гарантированную мощность передатчика и требуемую чувствительность приемника, а не типичные значения.
Доступный оптический бюджет=минимальная выходная мощность передатчика – чувствительность приемника
Оставшаяся маржа=доступного оптического бюджета – наихудший-случай потери на трассе
Поскольку выходная мощность передатчика и чувствительность приемника обычно указываются в дБм, а потери на трассе указываются в дБ, единицы измерения и знаки должны использоваться последовательно.
Иллюстративный оптический бюджет
Следующий пример является гипотетическим и не является спецификацией продукта ByTune.
| Статья бюджета | Иллюстративное значение |
|---|---|
| Минимальная выходная мощность передатчика | -3,0 дБм |
| Чувствительность приемника | -12,0 дБм |
| Доступный оптический бюджет | 9,0 дБ |
| Фиксированные потери в кабеле и сращивании | 0,8 дБ |
| Потеря внешнего разъема и адаптера | 1,0 дБ |
| Максимальные вносимые потери FORJ | 3,0 дБ |
| Максимальное изменение вращения | 0,6 дБ |
| Проектное пособие | 1,0 дБ |
| Общие потери на пути-в худшем случае | 6,4 дБ |
| Оставшаяся маржа | 2,6 дБ |
Приемлемая маржа зависит от оптического оборудования, условий окружающей среды, стратегии технического обслуживания и риска проекта. Пример демонстрирует только процесс расчета.
Системы, передающие промышленный Ethernet через оптические приемопередатчики, должны определяться как полный оптический канал. Соответствующие вопросы о проводящих-данных обсуждаются в руководствах ByTune повысокоскоростная-передача данных в контактных кольцахиКонтактные кольца Ethernet.
3. Определить оптические характеристики во время вращения
Вносимые потери, вносимые при вращении-изменения потерь и обратные потери описывают разные части оптических характеристик.
Вносимая потеря
Вносимые потери — это оптическая мощность, потерянная через компонент или измеряемую линию связи. В спецификации проекта должно быть указано:
- Максимальные вносимые потери на канал
- Длина волны измерения
- Тип волокна
- Конфигурация разъема и пигтейла
- Включены ли внешние адаптеры
- Температура испытания
Вращение при вращении-Изменение потерь
FORJ может давать приемлемые стационарные показания, но показывать большие потери в определенных угловых положениях. Динамическое требование должно определять:
- Допустимый пик-до-пика или максимальное изменение
- Нормальная и максимальная скорость вращения
- Работа по часовой стрелке и против часовой стрелки
- Количество оборотов или продолжительность испытания
- Частота выборки
- Холодное или термически стабилизированное состояние
- Все ли каналы измеряются вместе
Возвратная потеря
Возвратные потери описывают отраженную оптическую мощность. Его важность зависит от источника света, приемопередатчика, полировки разъема и оптического прибора. Общий целевой показатель возвратных-убытков не следует копировать в каждый проект без проверки фактического оборудования.
Динамические оптические характеристики — одна из причин, по которой систему не следует указывать только как «10 Гбит/с» или «40 Гбит/с». Скорость передачи данных зависит от всей линии связи, включая трансиверы, оптоволокно, разъемы, оптический бюджет, программное обеспечение и вращающиеся компоненты.
4. Укажите электрические схемы и механическую интеграцию.
Для электрической части требуется собственный график работы. Для каждой цепи определите:
- Функция
- Напряжение переменного или постоянного тока
- Непрерывный ток
- Пиковый или пусковой ток
- Рабочий цикл
- Размер провода
- Электрический разъем
- Устройство заземления
- Протокол сигнала, если применимо
- Функция безопасности,-связанная
Цепи питания, аналоговые датчики, энкодеры, CAN, RS-485, медный Ethernet и цепи безопасности не следует рассматривать как идентичные каналы. Экранирование и расположение каналов могут оставаться важными, даже если основной высокоскоростной путь передачи данных использует оптоволокно. См. статью ByTune оэкранирование сигнала в контактных кольцахдля соответствующих конструктивных соображений.
На механическом чертеже должно быть показано:
- Требуемый диаметр
- Максимальный внешний диаметр
- Максимальная осевая длина
- Размеры вала и фланца
- Стационарные и вращающиеся стороны
- Устройство предотвращения-вращения
- Выходы оптоволоконных и электрических кабелей
- Зазор разъема
- Доступ к сервису
- Близлежащие подшипники и движущиеся части
Также определите нормальную и максимальную скорость, непрерывное вращение или колебание, изменение направления, ускорение, часы работы, рабочий крутящий момент, биение вала, вибрацию и удары.
A контактное кольцо через-отверстиечасто оценивается, когда существующий вал, трубка или пучок кабелей должны оставаться в центре. Окончательное отверстие нельзя рассматривать отдельно, поскольку оно может повлиять на диаметр корпуса, схему схемы и доступное пространство для разъемов.
5. Защитите разъемы, волокна и всю установленную сборку.
Оптические характеристики могут ухудшиться из-за загрязнения или повреждения внешнего разъема, даже если сам FORJ работает правильно.
В спецификации разъема должно быть указано:
- Семейство разъемов
- Полировка ПК, UPC или APC
- Адаптер панели или летающий пигтейл
- Длина волокна и оболочка
- Минимальный радиус изгиба
- Снятие напряжения
- Пылезащитные колпачки
- Доступ для осмотра и очистки
В стандарте IEC 61300-3-35 рассматриваются вопросы обнаружения и классификации мусора, царапин и дефектов на торцах оптоволоконных разъемов. Осмотр соединителя должен сопровождаться соответствующей очисткой и оптической проверкой, когда это необходимо; сам по себе внешний вид не определяет полную работоспособность соединения.МЭК 61300-3-35предоставляет соответствующую официальную стандартную информацию.
Практический процесс подключения:
- Перед соединением осмотрите торцевую поверхность разъема.
- При наличии загрязнения очистите его утвержденным методом.
- Осмотрите его еще раз.
- Подключите волокно, не превышая указанного радиуса изгиба.
- Проверьте вносимую потерю или операцию соединения между---концом после сборки.
Если по той же оси также переносится воздух, газ или вакуум, оптические и электрические требования могут быть объединены спневматическое контактное кольцоили другое подходящее поворотное соединение.
Экологические требования должны описывать фактическое воздействие, включая температуру, влажность, конденсацию, пыль, воду, соль, охлаждающую жидкость, давление, вибрацию и удары.
IEC объясняет, что IP-код, определенный в IEC 60529, классифицирует защиту корпуса от пыли и жидкостей. Степень IP не определяет автоматически защиту внешних пигтейлов, разъемов, кабельных вводов, адаптеров или окончательно установленного устройства. Дальнейшие инструкции по применению доступны в пояснениях ByTune кконтактное кольцо IP-классы.
Гипотетический пример: вращающаяся машина.-Платформа машинного зрения.
Следующий пример носит иллюстративный характер и не является примером клиента или рекомендацией продукта.
Платформа непрерывного-инспекционного контроля содержит:
- Две промышленные камеры
- светодиодное освещение
- Мотор и тормоз
- Кодер
- Несколько датчиков контроля
- Два оптических пути связи
- Центральный механический вал
- Ограниченное пространство для осевой установки
Запроса, в котором говорится: «Нам нужно контактное кольцо с двумя волокнами, питанием и сигналами», недостаточно для утверждения проекта.
| Группа требований | Необходимая информация | Инженерный результат |
|---|---|---|
| Оптическая система | Трансиверы, тип волокна, длина волны, разъемы, бюджет канала и допустимые динамические отклонения. | Расписание оптических каналов и пределы приема |
| Электрическая система | Цепи двигателя, тормоза, освещения, датчиков и энкодеров с током и броском тока | Схема цепи, размеры проводов и определение разъема |
| Механический интерфейс | Отверстие, наружный диаметр, длина, фланец, вал, выходы и сервисный зазор | Контролируемый контурный рисунок |
| Движение | Нормальная скорость, максимальная скорость, непрерывное вращение и ускорение | Требования к скорости, крутящему моменту и выносливости |
| Среда | Температура, пыль, чистка, вибрация и условия корпуса | Материалы, уплотнения и объем испытаний на воздействие окружающей среды |
| Валидация | Стационарные потери, динамические изменения, электрические испытания и испытания связи | Отчет об испытаниях поставщика и план приемки заказчиком |
Если в камерах используются оптические приемопередатчики и вал должен оставаться открытым, можно оценить встроенную сборку со сквозным-проходным отверстием. Если оптическая секция должна быть модернизирована независимо, отдельные концентрические модули могут обеспечить лучшее удобство обслуживания.
Как протестировать динамические вносимые потери
Для проекта должны быть согласованы точный метод и предел приемки. Практическая испытательная установка может включать в себя стабильный оптический источник, выводы эталонного патча, тестируемый канал FORJ, измеритель оптической мощности или приемник-сбора данных, а также приспособление с управляемым вращением.
Шаг 1. Определите границу измерения
Укажите, включает ли измерение:
- Косички FORJ
- Внешние патч-корды
- Адаптеры
- Разъемы панели
- Другие компоненты в производственном звене
Одна и та же граница должна использоваться для измерений базовой линии и вращения.
Шаг 2: Установите оптический эталон
Дайте источнику и измерительному оборудованию стабилизироваться. Прежде чем вставлять вращающийся компонент, установите эталон, используя выбранную длину волны, расположение разъемов и метод эталона.
Шаг 3. Измерьте стационарную базовую линию
Запишите каждый оптический канал, пока сборка неподвижна. Определите длину волны, оборудование, температуру окружающей среды и состояние разъема.
Шаг 4: Рекордная производительность во время ротации
Вращайте сборку с указанной скоростью и направлением, непрерывно записывая полученную мощность или вносимые потери. Там, где это полезно, синхронизируйте результат со временем или угловым положением.
В отчете должно быть указано:
- Средняя вносимая потеря
- Максимальная вносимая потеря
- Изменение от пика-до-пика
- Короткие-экскурсии
- Различия между-каналами-
- Результаты по часовой стрелке и против часовой стрелки
Шаг 5. Повторите действия при соответствующих условиях.
Если приложение требует этого, повторите испытание после термостабилизации, после цикла выдержки, на максимальной рабочей скорости или с включением электрической секции под определенной нагрузкой.
Шаг 6. Завершите комплексное-тестирование-конечной системы.
Проверка оптических потерь на уровне-компонентов не доказывает, что вся линия связи с машиной будет работать правильно. Проверьте последнее соединение с реальными передатчиками, приемниками, соединительными кабелями, разъемами, программным обеспечением и нагрузкой рабочих данных.
Общее руководство ByTune поиспытание контактных колецобеспечивает дополнительный контекст для электрической и механической проверки.
Протоколы испытаний и приемки
| Тест | Цель | Типичная запись |
|---|---|---|
| Осмотр торцевой-лицевой части разъема | Перед подключением выявите мусор, царапины или видимые дефекты. | Изображение или результат проверки |
| Стационарные вносимые потери | Установите оптическую базовую линию | Отчет о потерях по-каналам |
| Динамические вносимые-изменения потерь | Проверка оптической стабильности во время вращения | Трассировка-на основе времени или угла- |
| Возвратные потери | Проверьте эффективность отраженной-мощности, где это необходимо. | Результат по-каналу |
| Конец-до-конца оптического канала | Подтвердите работу с реальными трансиверами | Оптическая мощность или запись связи |
| Электрическая непрерывность и изоляция | Проверьте электрические каналы и изоляцию. | Отчет об электрических испытаниях |
| Нагруженный электрический тест | При необходимости проверьте падение напряжения или температуру. | Загрузить-отчет о тестировании |
| Проверка размеров | Подтвердите отверстие, фланец, оболочку и выходы. | Отчет о размерах |
| Тест скорости и крутящего момента | Проверка механической работы | Отчет о ротационных испытаниях |
| Испытание машины | Подтвердить работоспособность готового оборудования | Протокол приемки клиента |
Просмотрите предлагаемую документацию вместе с ByTune.информация о производствеипроцесс управления качеством. Требования к установке также следует проверить до того, как будет заморожена конструкция окружающей машины; увидетьинструкция по установке контактного кольца.
Признаки неисправностей и приоритеты проверок
| Наблюдаемый симптом | Возможная причина | Первые проверки |
|---|---|---|
| Более высокие потери во всех положениях вращения | Загрязнение разъема, поврежденный пигтейл, неправильное обозначение или повышенные потери компонентов. | Осмотрите и очистите разъемы, повторите процедуру и изолируйте внешние кабели. |
| Изменения потерь в одном угловом положении | Динамическое изменение выравнивания, механическая нагрузка или внутреннее оптическое изменение. | Сравните кривую с углом поворота и проверьте соосность вала. |
| Прерывистая связь без большого изменения средних потерь | Короткие оптические отклонения, запас мощности приемника, тайм-аут программного обеспечения или проблема с внешним соединением | Увеличьте частоту дискретизации и протестируйте с использованием реальных трансиверов. |
| Один канал отличается от других | Проблема с разъемом-конкретного канала, оптоволокном или внутренним каналом | Поменяйте местами внешние патч-корды и протестируйте каждый канал независимо. |
| Изменения производительности после установки | Изгиб волокна, вытягивание, нагрузка на разъем или смещение машины | Проверьте прокладку, разгрузку от натяжения, радиус изгиба и монтаж. |
| Электрические каналы работают, но оптическая связь не работает | Оптическая совместимость, бюджет или проблема с разъемом | Проверьте длину волны, тип волокна, трансиверы и сквозную--полученную мощность. |
| Оптические характеристики стабильны, но электрический шум остается | Проблемы с проводящим сигналом, заземлением или питанием-вне оптического пути | Проверьте электрическое экранирование, заземление и расположение каналов. |
Контрольный список запросов предложений по FORJ и контактным кольцам
- Описание машины и применения
- Стационарные и вращающиеся стороны
- Интегрированные или отдельные-предпочтения компонентов
- Одномодовое-или многомодовое волокно
- Спецификация волокна и рабочая длина волны
- Количество оптических каналов
- Симплексная, дуплексная или мультиплексная архитектура
- Модели передатчика и приемника
- Протокол данных и скорость передачи данных
- Минимальная мощность передатчика и чувствительность приемника
- Доступный бюджет оптической мощности
- Максимальная вносимая потеря
- Максимальное изменение вносимых-потери при вращении
- Требование о возврате-убытков, если применимо
- Оптический разъем и полировка
- Длина пигтейла, оболочка, радиус изгиба и маркировка
- Полный график электрических цепей
- Непрерывный и пиковый ток
- Протоколы электрических сигналов
- Электрические кабели и разъемы
- Размеры отверстия и вала
- Максимальный внешний диаметр и осевая длина
- Фланец и монтажный чертеж
- Нормальная и максимальная скорость
- Непрерывное вращение или колебание
- Требования к рабочему крутящему моменту
- Температура, влажность, пыль, вода и коррозия.
- Газовые, вакуумные или жидкостные каналы, где это необходимо.
- Требования к проверкам, испытаниям и документации
- Прототип и объемы производства
- График проекта
- Монтажные чертежи и фотографии
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: FORJ — это то же самое, что оптоволоконное контактное кольцо?
Ответ: Эти термины часто используются для сопутствующих продуктов. FORJ конкретно относится к оптоволоконному вращающемуся соединению. «Волоконно-оптическое контактное кольцо» может относиться к автономному FORJ или гибридному узлу, содержащему как оптические, так и электрические каналы.
Вопрос: Может ли FORJ передавать электроэнергию?
О: Нет. Оптическое волокно передает оптические сигналы. Для подачи электроэнергии требуется электрическое контактное кольцо или другое одобренное вращающееся электрическое соединение.
Вопрос: Может ли FORJ поддерживать связь 10G, 25G или 40G?
О: Полный канал должен поддерживать требуемую скорость передачи данных. Подтвердите трансиверы, волокно, длину волны, разъемы, оптический бюджет, расстояние соединения и потери при вращении, а не полагайтесь только на данные-скорости передачи данных FORJ.
Вопрос. Что такое вносимые при вращении изменения-потери?
Ответ: Это изменение измеренных оптических потерь при вращении FORJ. Результат имеет смысл только тогда, когда определены длина волны, скорость, направление, продолжительность, метод отбора проб, температура и граница измерения.
Вопрос: Могут ли однорежимные- и многомодовые каналы использовать одну сборку?
О: Специальная сборка может содержать и то, и другое, но в каждом оптическом пути должно использоваться совместимое волокно, разъемы, длины волн и приемопередатчики. Их характеристики и результаты испытаний должны оставаться отдельными.
Вопрос: Требует ли интегрированная сборка меньшего обслуживания?
О: Это может уменьшить количество отдельных кронштейнов и интерфейсов, но обслуживание зависит от всей конструкции. Оптические разъемы по-прежнему требуют защиты и проверки, а электрические кабели, подшипники, уплотнения и монтажное оборудование могут требовать периодических проверок.
Вопрос: Всегда ли необходима конструкция со сквозным-проходным отверстием?
О: Нет. Это полезно, когда вал, труба или пучок кабелей должны проходить через центр. Конец--вала или модульная конструкция могут быть проще, если конец вала доступен и важно независимое обслуживание.
Заключительная рекомендация
Успешная интеграция вращающегося оптоволоконного соединения и контактного кольца начинается с существующей оптической системы, а не с количества каналов по каталогу.
Сначала определите трансиверы, тип волокна, длину волны, разъемы, баланс оптической мощности и допустимые динамические потери. Затем определите электрические цепи, диаметр отверстия, диапазон, скорость, крутящий момент, окружающую среду, прокладку кабеля, доступ для обслуживания и приемочные испытания.
Лучшим решением может быть интегрированный-узл со сквозным отверстием, комбинация концов--вала или отдельные концентрические модули. Правильная архитектура — это та, которая соответствует всем оптическим, электрическим и механическим характеристикам, оставаясь при этом практичной в производстве, установке, тестировании и обслуживании.
Отправьте расписание оптического канала, расписание электрических цепей, механические чертежи и требования к испытаниям черезСтраница контактов ByTuneдля рассмотрения заявки.