CN109239858B - 一种光纤准直器对接型单芯光旋转连接器及安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光纤准直器对接型单芯光旋转连接器及安装方法，所述光纤准直器对接型单芯光旋转连接器包括转动端光纤准直器、静止端光纤准直器、转子、轴承组件、静止端安装盖及安装壳体，所述轴承组件包括第一轴承、第二轴承及轴承挡圈，其特征在于，所述轴承组件固定在所述转子和所述安装壳体之间，所述弹性元件位于所述轴承与所述安装壳体之间；本发明能够压紧轴承，减少轴向间隙，提升器件在受到温度变化、振动冲击时的稳定性，本发明安装方法解决该类光旋转连接器在安装过程中与转动轴之间存在角度与位置误差的问题，并能快速有效地对准直器进行安装。

Description

一种光纤准直器对接型单芯光旋转连接器及安装方法

技术领域

本发明属于光纤通信技术领域，具体涉及一种用于光纤通信系统中相对旋转设备之间的光信号传输的光纤准直器对接型单芯光旋转连接器及其安装方法。

背景技术

光纤通信因其巨大带宽、强抗干扰性和微小损耗等众多优点使其得到广泛应用。在某些应用场合需要在两个相互转动的设备之间进行光纤通信，如海中拖曳光纤通信缆绳与母船之间、车辆与雷达天线之间和热气球与地面站之间等。这些应用场景都需要光旋转连接器。把光旋转连接器的静止部件和旋转部件分别固定于两个相互转动的设备之间，可以实现两设备之间的光纤通信。

常见的单芯光旋转连接器通过两个相对旋转的光纤准直器对准，或通过两根裸光纤直接对接。采用裸光纤直接对接的光旋转连接器，在对接处不可避免存在着因离轴偏差、角度偏差和轴向偏差而造成的功率损耗，由于常规单模光纤的芯径较小而导致对这些误差十分敏感，也因此造成较大的光纤通信功率损耗，给光旋转连接器的设计和制造带来了很大的困难。裸光纤直接型的光旋转连接器结构复杂，且对零件加工精度要求很高，因而不常被采用。美国专利US23300281A提出了一种光纤准直器对接型的光旋转连接器，虽然可以降低对零件加工精度要求，但是轴承之间的间隙会造成准直器方位的变化，从而造成转动过程中的器件的插入损耗变化比较大。

此外，常见的单芯光旋转连接器通过两个相对旋转的光纤准直器对准，多芯光旋转连接器一般使用机械旋转轴心的光路作为基准。在这种光旋转连接器的制作过程中，需要对光纤准直器的方位进行调整，使得光纤准直器输出光束的中心轴与光旋转连接器的转动轴重合，这是一个比较困难并且复杂的过程。常用的方法有光斑分析法和逐步验证法。

光斑分析方法采用CCD监测设备，监测安装在光旋转连接器中心孔的准直器的发射光斑的位置和角度参数，然后根据相关算法进行计算，调整准直器的角度和位置参数；最终采用CCD监测设备和静止端准直器进行性能确认后，将旋转端的准直器永久固定，这种方法需要进行昂贵的CCD监测设备投资，并进行配套的夹具开发和各种产品的算法研究。

逐步验证法的第一步：将先准直器按机械精度用易拆胶水临时固定在旋转轴的中心孔内，在静止端用准直器与转动的准直器进行对调，将这两个准直器的360度旋转的损耗变化调整到最小，一般第一步可调整到10dB左右；第二步：将转动的准直器拆除并清理胶水，再以静止端的准直器为基准将转动端准直器将损耗调整到最小，一般要求小于0.5dB，再次用易拆胶水固定旋转轴的中心孔内，此时再将两个准直器的360度旋转的损耗变化调整到最小，一般可调整到3dB左右；第三步：重复第二步多遍，将360度旋转的损耗变化调整到产品的要求值，一般为0.5dB，同时最大插入损耗小于产品的要求值，一般为1.5dB。逐步验证法需要耗费大量的人力与时间，制作周期长，不具备快速生产能力。

因此光旋转连接器需要一种低成本、快速有效的调整光纤准直器与机械旋转轴同轴的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种光纤准直器对接型单芯光旋转连接器，能够解决对光旋转连接器轴承间隙造成的器件不稳定的情况，并提供一种光纤准直器与机械旋转轴同轴的安装方法，解决该类光旋转连接器在安装过程中准直器与转动轴之间存在角度与位置误差的问题。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是这样实现的：

一种光纤准直器对接型单芯光旋转连接器，包括转动端光纤准直器1、静止端光纤准直器2、转子3、轴承组件及安装壳体7，所述轴承组件位于转子3和安装壳体7之间，其特征在于：所述轴承组件包括第一轴承41、第二轴承42及轴承挡圈43，所述第一轴承41及第二轴承42轴承外圈与安装壳体7过盈连接且轴承内圈与转子3过盈连接；所述轴承组件的一侧设置有用于压紧轴承端面并消除轴承间隙的弹性元件5。

进一步的，所述弹性元件5为设置在安装壳体7与轴承组件的一侧之间的波形弹簧或者蝶形弹簧。

进一步的，所述光纤准直器对接型单芯光旋转连接器还包括固接在安装壳体7内的静止端安装盖6，所述转动端光纤准直器1固定在所述转子3的中心孔内，所述静止端光纤准直器2固定在所述静止端安装盖6的中心孔内。

进一步的，所述轴承挡圈43位于第一轴承41和第二轴承42之间；所述静止端安装盖6位于第二轴承42左侧，并与安装壳体7通过螺纹配合；所述弹性元件5位于第一轴承41右侧。

进一步的，所述光纤准直器对接型单芯光旋转连接器包括辅助装置8，所述辅助装置8包括一个敏感单元支架及至少两个紧固螺钉，所述敏感单元支架为空心圆柱体结构，其中心开有安装孔用于安装角度光束敏感单元811或位置光束敏感单元812，其中心孔周围设有与转子3端面的安装螺钉孔位置相配合的至少两个螺钉孔，所述紧固螺钉穿设在螺钉孔中用于将敏感单元支架同心安装固定在转子3端面。

进一步的，所述角度光束敏感单元(811)为镀膜透光玻璃板或斜方棱镜。

一种光纤准直器对接型单芯光旋转连接器安装方法，其特征在于：

所述光纤准直器对接型单芯光旋转连接器结构为：包括转动端光纤准直器1、静止端光纤准直器2、转子3、轴承组件及安装壳体7，所述轴承组件位于转子3和安装壳体7之间，其特征在于：所述轴承组件包括第一轴承41、第二轴承42及轴承挡圈43，所述第一轴承41及第二轴承42轴承外圈与安装壳体7过盈连接且轴承内圈与转子3过盈连接；所述轴承组件的一侧设置有用于压紧轴承端面并消除轴承间隙的弹性元件5；所述安装方法为：首先使用微调架将转动端光纤准直器1和静止端光纤准直器2对准，将其他部件组装成连接器组件后并置于两准直器之间的微调架上，使经转动端光纤准直器1出射的光束经连接器组件的转子3中心孔后被静止端光纤准直器2接收。

进一步的，所述微调架为辅助装置8，辅助装置8包括一个敏感单元支架及多个紧固螺钉，所述敏感单元支架为空心圆柱体结构，其中心开有安装孔用于安装角度光束敏感单元811或位置光束敏感单元812，其中心孔周围设有与转子3端面的安装螺钉孔位置相配合的若干螺钉孔，所述紧固螺钉穿设在螺钉孔中用于将敏感单元支架同心安装固定在转子3端面，具体步骤如下：

步骤S1：使用辅助装置8将角度光束敏感单元811固定在转子3中心孔处，转动转子3，调整位于两准直器之间的连接器组件，使得转子3在转动过程中时，经转动端光纤准直器1出射的光束经转子3中心孔后被静止端光纤准直器2接收到的光功率不变化，则光束光轴便与所述转子3的转动轴平行；

步骤S2：再使用辅助装置8将位置光束敏感单元812替换步骤S1中的角度光束敏感单元811固定在转子3中心孔处，转动转子3，调整位于两准直器之间的连接器组件，使得转子3在转动过程中时，经转动端光纤准直器1出射的光束经转子3中心孔后被静止端光纤准直器2接收到的光功率不变化，则光束光轴便与所述转子3的转动轴重合；

步骤S3：拆除辅助装置8及辅助装置8上的位置光束敏感单元812，将所述转动端光纤准直器1平移到转子3的中心安装孔中并固定，将所述静止端光纤准直器2平移到静止端安装盖5的中心安装孔内并固定完成安装。

本发明对比现有技术有如下的有益效果：

本发明采用新型的光纤旋转连接器结构，在轴承组件一侧设置弹性元件，可以压紧轴承，减小了轴承内部滚珠与轴承内外圈之间的间隙，这样也就同时减少了整个旋转连接器内部的轴向间隙；光纤旋转连接器在温度变化、振动冲击等时，由于各零件的热胀冷缩将导致轴向各零件之间的间隙不断变化，可能使得光纤旋转连接器转动起来不顺畅或插入损耗变大，但是由于弹性元件的存在，可以继续保持旋转连接器装配时内部的轴向间隙，提高了光纤旋转连接器性能的环境稳定性；由于弹性元件可以在较大范围内保持压力在一定的范围内，这样还可以降低各零件轴向尺寸的加工精度，降低产品的成本。

在本发明所述安装方法，分别通过角度光束敏感元件和位置光束敏感元件来消除光纤准直器安装在旋转轴内时的旋转误判问题，解决该类光旋转连接器在安装过程中准直器与转动轴之间存在角度与位置误差的问题，相对于光斑法具有低成本、易操作的特点；相对于逐步验证法，可以大幅度降低工力、工时。

使用的辅助装置结构简单、易于调整、低成本。

附图说明

图1是本发明光纤准直器对接型单芯光旋转连接器的结构示意图；

图2是本发明所提供的单芯光旋转连接器准直器安装示意图；

图3是本发明所提供的辅助装置示意图；

图4是本发明角度光束敏感元件(斜方棱镜)的原理示意图；

图5是本发明角度光束敏感元件(镀膜透光玻璃板)的原理示意图；

图6是本发明位置光束敏感元件的原理示意图。

图中：

1：转动端光纤准直器 2：静止端光纤准直器 3：转子

41：第一轴承 42：第二轴承 43：轴承挡圈

5：弹性元件 6：静止端安装盖 7：安装壳体

8：辅助装置 81：光束敏感单元 811：角度光束敏感单元

812：位置光束敏感单元 82:固定面 83:安装孔

84：通光孔

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。

图1是本发明光纤准直器对接型单芯光旋转连接器的结构示意图，如图所示，包括转动端光纤准直器1、静止端光纤准直器2、转子3、轴承组件及安装壳体7，轴承组件位于转子3和安装壳体7之间，轴承外圈与安装壳体7过盈连接，轴承内圈与转子3过盈连接，在轴承组件的一侧使用弹性元件5。弹性元件5与两个轴承同心，一边与第一轴承41外圈接触，另一边与安装壳体7接触；弹性元件5为设置在安装壳体7与轴承组件的一侧之间的波形弹簧或者蝶形弹簧；安装时将弹性零件压缩到合适的力值，此时轴承的内圈与外圈分别向两个方向移动，消除了内圈与外圈之间的滚珠之间的间隙，使转动时光路更稳定。光纤准直器对接型单芯光旋转连接器还包括固接在安装壳体7内的静止端安装盖6，转动端光纤准直器1固定在转子3的中心孔内，静止端光纤准直器2固定在静止端安装盖6的中心孔内。轴承组件包括第一轴承41、第二轴承42及轴承挡圈43；轴承挡圈43位于第一轴承41和第二轴承42之间；静止端安装盖6位于第二轴承42左侧，并与安装壳体7通过螺纹配合；弹性元件5位于第一轴承41右侧。

图2是本发明所提供的光旋转连接器准直器安装示意图，安装方法如下：

第一步，调整微调架上的连接器组件位置，使得经转动端光纤准直器1发射的光束光轴与转子3的转动轴平行，具体步骤如下：

使用辅助装置8(如图3)，用螺钉将安装孔83与转子3连接，将角度光束敏感单元811(本实施例为斜方棱镜或镀膜透光玻璃板，见图4、图5)固定在固定面82上，并通过热融胶或其它易清洁胶水固定，辅助装置8的角度光束敏感单元811、通光孔84、转子3中心孔三者基本位于同一中心。调整位于两准直器之间的连接器组件，使得转子3在转动过程中时，经转动端光纤准直器1出射的光束经转子3中心孔后被静止端光纤准直器2接收到的光功率不变化，则光束光轴便与所述转子3的转动轴平行；

第二步，接着调整微调架上的连接器组件位置，使得经转动端光纤准直器1发射的光束光轴与所述转子3的转动轴重合，具体步骤如下：

再使用辅助装置8将位置光束敏感单元812替换步骤S1中的角度光束敏感单元811(本实施例为浙变透过率平板玻璃，见图6)通过热融胶或其它易清洁胶水固定在转子3中心孔处，转动转子3，调整位于两准直器之间的连接器组件，使得转子3在转动过程中时，经转动端光纤准直器1出射的光束经转子3中心孔后被静止端光纤准直器2接收到的光功率不变化，则光束光轴便与转子3的转动轴重合；

第三步，拆除辅助装置8及辅助装置上的位置光束敏感单元812，将转动端光纤准直器1平移到转子3的中心安装孔中并固定，将静止端光纤准直器2平移到静止端安装盖5的中心安装孔内并固定完成安装。

图4是本发明所提供的角度敏感单元811原理示意图，角度敏感单元811可以是一种棱镜，其左右端面平行，当光束经过棱镜后，光束传播的光轴会有一个平移D。入射光束与棱镜的角度不同，光轴的平移距离D也会不同。

图5是本发明所提供的另一种角度敏感单元811原理示意图，角度敏感单元811也可以是一种表面镀膜透光玻璃板，玻璃板的镀膜使得玻璃板的透过率对光束的入射角度敏感，入射光束与玻璃板的角度不同，最终通过玻璃板的功率也不同。

图6是本发明所提供的位置光束敏感单元812原理示意图。位置光束敏感单元812是一种透光玻璃板，在玻璃板的镀膜或印刷渐变图案，使得从玻璃板不同位置通过的光束损耗不同。最终光纤准直器接收到的光功率将会发生变化。

本发明采用新型的光纤旋转连接器结构，由于弹性元件的存在，可以继续保持旋转连接器装配时内部的轴向间隙，提高了光纤旋转连接器性能的环境稳定性；由于弹性元件可以在较大范围内保持压力在一定的范围内，这样还可以降低各零件轴向尺寸的加工精度，降低产品的成本。

在本发明所述安装方法，分别通过角度光束敏感元件和位置光束敏感元件来消除光纤准直器安装在旋转轴内时的旋转误判问题，解决该类光旋转连接器在安装过程中准直器与转动轴之间存在角度与位置误差的问题。使用的辅助装置结构简单、易于调整、低成本。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种光纤准直器对接型单芯光旋转连接器，包括转动端光纤准直器(1)、静止端光纤准直器(2)、转子(3)、轴承组件及安装壳体(7)，所述轴承组件位于转子(3)和安装壳体(7)之间，其特征在于：所述轴承组件包括第一轴承(41)、第二轴承(42)及轴承挡圈(43)，所述第一轴承(41)及第二轴承(42)轴承外圈与安装壳体(7)过盈连接且轴承内圈与转子(3)过盈连接；所述轴承组件的一侧设置有用于压紧轴承端面并消除轴承间隙的弹性元件(5)；所述弹性元件(5)与所述第一轴承(41)、所述第二轴承(42)同心，一边与所述第一轴承(41)外圈接触，另一边与所述安装壳体(7)接触；所述弹性元件(5)为设置在安装壳体(7)与轴承组件的一侧之间的波形弹簧或者蝶形弹簧；所述光纤准直器对接型单芯光旋转连接器包括辅助装置(8)，所述辅助装置(8)包括一个敏感单元支架及至少两个紧固螺钉，所述敏感单元支架为空心圆柱体结构，其中心开有安装孔用于安装角度光束敏感单元(811)或位置光束敏感单元(812)，其中心孔周围设有与转子(3)端面的安装螺钉孔位置相配合的至少两个螺钉孔，所述紧固螺钉穿设在螺钉孔中用于将敏感单元支架同心安装固定在转子(3)端面。

2.如权利要求1所述一种光纤准直器对接型单芯光旋转连接器，其特征在于：所述光纤准直器对接型单芯光旋转连接器还包括固接在安装壳体(7)内的静止端安装盖(6)，所述转动端光纤准直器(1)固定在所述转子(3)的中心孔内，所述静止端光纤准直器(2)固定在所述静止端安装盖(6)的中心孔内。

3.如权利要求2所述的一种光纤准直器对接型单芯光旋转连接器，其特征在于：所述轴承挡圈(43)位于第一轴承(41)和第二轴承(42)之间；所述静止端安装盖(6)位于第二轴承(42)左侧，并与安装壳体(7)通过螺纹配合；所述弹性元件(5)位于第一轴承(41)右侧。

4.如权利要求1所述的一种光纤准直器对接型单芯光旋转连接器，其特征在于：所述角度光束敏感单元(811)为镀膜透光玻璃板或斜方棱镜。

5.一种光纤准直器对接型单芯光旋转连接器安装方法，其特征在于：所述光纤准直器对接型单芯光旋转连接器为权利要求1所述结构；所述安装方法为：首先使用微调架将转动端光纤准直器(1)和静止端光纤准直器(2)对准，将其他部件组装成连接器组件后并置于两准直器之间的微调架上，使经转动端光纤准直器(1)出射的光束经连接器组件的转子(3)中心孔后被静止端光纤准直器(2)接收。

6.一种如权利要求5所述光纤准直器对接型单芯光旋转连接器安装方法，其特征在于：所述微调架为权利要求1所述辅助装置(8)结构，具体步骤如下：

步骤S1：使用辅助装置(8)将角度光束敏感单元(811)固定在转子(3)中心孔处，转动转子(3)，调整位于两准直器之间的连接器组件，使得转子(3)在转动过程中时，经转动端光纤准直器(1)出射的光束经转子(3)中心孔后被静止端光纤准直器(2)接收到的光功率不变化，则光束光轴便与所述转子(3)的转动轴平行；

步骤S2：再使用辅助装置(8)将位置光束敏感单元(812)替换步骤S1中的角度光束敏感单元(811)固定在转子(3)中心孔处，转动转子(3)，调整位于两准直器之间的连接器组件，使得转子(3)在转动过程中时，经转动端光纤准直器(1)出射的光束经转子(3)中心孔后被静止端光纤准直器(2)接收到的光功率不变化，则光束光轴便与所述转子(3)的转动轴重合；

步骤S3：拆除辅助装置(8)及辅助装置(8)上的位置光束敏感单元(812)，将所述转动端光纤准直器(1)平移到转子(3)的中心安装孔中并固定，将所述静止端光纤准直器(2)平移到静止端安装盖(5)的中心安装孔内并固定完成安装。