一種新型單通道光纖滑環(huán)動(dòng)態(tài)測(cè)試系統(tǒng)

張瑞玨++鄭傳榮

摘 要：該文設(shè)計(jì)了一種可用于單通道光纖滑環(huán)動(dòng)態(tài)測(cè)試的系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在各種環(huán)境條件下單通道光纖滑環(huán)不間斷轉(zhuǎn)動(dòng)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)測(cè)試，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析表明該系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，實(shí)用性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)瓮ǖ?光纖滑環(huán) 轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)

中圖分類號(hào)：TH70 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）03（b）-0020-01

光纖旋轉(zhuǎn)連接器，又稱光纖滑環(huán)，使用光纖為數(shù)據(jù)傳輸媒體，用來(lái)解決旋轉(zhuǎn)連接的系統(tǒng)部件之間的數(shù)據(jù)傳輸[1]。它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗電磁干擾能力強(qiáng)，帶寬較寬等優(yōu)點(diǎn)。目前，單通道光纖滑環(huán)應(yīng)用非常廣泛，而國(guó)內(nèi)對(duì)于單通道光纖滑環(huán)動(dòng)態(tài)性能的檢驗(yàn)和評(píng)估一直是個(gè)難點(diǎn)，該文設(shè)計(jì)了一種使用對(duì)稱光環(huán)行器實(shí)現(xiàn)單通道光纖滑環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)檢測(cè)的系統(tǒng)，解決了光纖滑環(huán)動(dòng)態(tài)性能檢測(cè)難以實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題。

1 單通道光纖滑環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)組成及功能

光纖滑環(huán)測(cè)試系統(tǒng)由轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)、光纖滑環(huán)光路傳輸系統(tǒng)和光通信動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)三個(gè)分系統(tǒng)組成。

（1）轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試平臺(tái)：主要由轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)（電機(jī)、轉(zhuǎn)軸等），完成動(dòng)態(tài)條件下光纖滑環(huán)性能的檢測(cè)。

（2）光路傳輸系統(tǒng)：主要由單通道光纖滑環(huán)和環(huán)行器組成，形成整體測(cè)試的光路。

（3）光通信動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)：主要由光源和光功率計(jì)組成，用于測(cè)試光纖滑環(huán)的插入損耗和旋轉(zhuǎn)變換。

1.1 轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)測(cè)試分系統(tǒng)

測(cè)試系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)在設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足測(cè)試性能要求基礎(chǔ)上，力求結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間少，又不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉，同時(shí)保證良好的散熱條件[2]。從單通道光纖滑環(huán)來(lái)確定其他非標(biāo)準(zhǔn)件的外形尺寸。確定形位公差和表面粗糙度時(shí)，應(yīng)在滿足要求的條件下，還要考慮加工條件，工藝難度及成本問(wèn)題。

根據(jù)以上條件我們?cè)O(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易高可靠性轉(zhuǎn)臺(tái)，本轉(zhuǎn)臺(tái)內(nèi)環(huán)為旋轉(zhuǎn)端，光纖滑環(huán)穿過(guò)內(nèi)孔，與旋轉(zhuǎn)端撥叉相連，環(huán)行器B也固定與旋轉(zhuǎn)端隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。外框底座為靜止端，光纖滑環(huán)固定其上端，底座自帶一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，因?yàn)樗鼈冎苯友b在軸上，運(yùn)轉(zhuǎn)精度高，可以很好的完成各種轉(zhuǎn)速測(cè)量需求[3]。內(nèi)環(huán)和底座均采用結(jié)構(gòu)由高強(qiáng)度合金鋁加工而成，不僅可以有效地減小轉(zhuǎn)臺(tái)的體積、降低重量，還可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、提高電氣系統(tǒng)的可靠性。

1.2 光環(huán)行傳輸系統(tǒng)

光環(huán)行傳輸系統(tǒng)中使用的光環(huán)行器是三端口無(wú)源器件，它有三個(gè)光纖端口：1，2和3，光只能沿環(huán)行器內(nèi)部按固定方向環(huán)行，而不能反方向逆行[4]。從端口1輸入的光信號(hào)只能在端口2輸出，端口2對(duì)端口1反向隔離；端口2輸入的信號(hào)只能在端口3輸出，端口3對(duì)端口2反向隔離。

我們根據(jù)光環(huán)行器的工作原理搭建了單通道光纖滑環(huán)動(dòng)態(tài)傳輸?shù)墓饴穫鬏斚到y(tǒng)，由轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)測(cè)試系統(tǒng)、光纖滑環(huán)光路傳輸系統(tǒng)和光通信動(dòng)態(tài)性能測(cè)試系統(tǒng)三個(gè)分系統(tǒng)組成。如圖1所示，通過(guò)雙環(huán)行器在光纖滑環(huán)兩端形成一個(gè)光路環(huán)路，從光源發(fā)出的光通過(guò)單通道光滑環(huán)后再由環(huán)行器回到光功率計(jì)，這樣就可在轉(zhuǎn)動(dòng)情況下測(cè)試單通道光纖滑環(huán)插入損耗和各種環(huán)境溫度中的動(dòng)態(tài)性能。

2 光纖滑環(huán)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

機(jī)箱內(nèi)為測(cè)試用光源和靜止端環(huán)行器A，光源可產(chǎn)生最高速率2.5Gbit/s的信號(hào)，機(jī)箱上為光纖滑環(huán)，后方的圓形裝置為動(dòng)端環(huán)行器B。將光纖滑環(huán)和轉(zhuǎn)動(dòng)端環(huán)行器B安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)上，將轉(zhuǎn)臺(tái)置于高低溫箱中。調(diào)整電機(jī)使光纖滑環(huán)達(dá)到正常工作轉(zhuǎn)動(dòng)速度，通過(guò)Agilent 8163B光波萬(wàn)用表觀察光功率變化來(lái)實(shí)現(xiàn)光纖滑環(huán)動(dòng)態(tài)性能跟蹤。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始首先測(cè)量常溫時(shí)插入損耗和旋轉(zhuǎn)變化；然后降溫至-50℃穩(wěn)定2 h后再次測(cè)量插入損耗和旋轉(zhuǎn)變化；接著升溫至70℃穩(wěn)定2 h后測(cè)插入損耗和旋轉(zhuǎn)變化，最終測(cè)試結(jié)果如表1所示。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果我們就能得出這種單通道光滑環(huán)在各種溫度條件下的性能指標(biāo)，為我們選擇適合環(huán)境條件的單通道光滑環(huán)提供依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

該文結(jié)合以往轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)和雙環(huán)行器光路系統(tǒng)的搭建，設(shè)計(jì)了一套簡(jiǎn)單實(shí)用的單通道光纖滑環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。測(cè)試結(jié)果表明，這套系統(tǒng)能有效地解決環(huán)境實(shí)驗(yàn)中單通道光纖滑環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)試的問(wèn)題。通過(guò)進(jìn)一步的改進(jìn)，我們未來(lái)可以各種規(guī)格的光電組合滑環(huán)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試。

參考文獻(xiàn)

[1] 何翠平，聶楊，席虹標(biāo)，等.雷達(dá)信號(hào)的光匯流環(huán)傳輸技術(shù)[J].光通信技術(shù)，2006（5）：31-32.

[2] 張?zhí)m蘭.二軸轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)力學(xué)特性分析[D].長(zhǎng)春：長(zhǎng)春理工大學(xué)，2013.

[3] 付永領(lǐng)，陳寶琦.兩軸電動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)的設(shè)計(jì)與控制[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2013：91-93.

[4] 葉小華，葉會(huì)亮，黃旭光.反射型四端口閉環(huán)光環(huán)行器的設(shè)計(jì)[J].光子學(xué)報(bào)，2009，38（7）.