光電滑環(huán)性能動態(tài)監(jiān)測技術(shù)分析

何功 李雅楠

摘要：光電滑環(huán)能夠較好服務(wù)于運動部件間的可靠光電連接保障，滿足光電信號和電功率的傳輸需要，傳統(tǒng)電滑環(huán)存在的通道間隔離度差、高頻抗干擾能力低、大數(shù)據(jù)量傳輸能力不足等問題均得到較好解決。為保證光電滑環(huán)全壽命周期內(nèi)的應(yīng)用可靠性，本文圍繞光電滑環(huán)性能動態(tài)監(jiān)測技術(shù)開展具體研究。

關(guān)鍵詞：光電滑環(huán);性能;動態(tài)監(jiān)測

引言：光電滑環(huán)性能[1]動態(tài)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的常溫環(huán)境檢測裝置設(shè)計、水密環(huán)境檢測裝置設(shè)計、多指標(biāo)一體化測試擴展等內(nèi)容，則提供了可行性較高的光電滑環(huán)性能動態(tài)監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用路徑。為更好控制光電滑環(huán)性能，實際工況的更為真實模擬、可靠性設(shè)計的針對性開展同樣需要得到重視。

1.光電滑環(huán)動態(tài)檢測裝置設(shè)計

1.1設(shè)計思路

光電滑環(huán)傳統(tǒng)檢測裝置存在無法輸出穩(wěn)定連續(xù)的光電信號、無法檢測產(chǎn)品可靠壽命值、無法檢測轉(zhuǎn)速理論設(shè)計值等缺陷，因此其無法滿足實際工況需要。在本文研究的光電滑環(huán)動態(tài)檢測裝置設(shè)計，設(shè)計未采用近似的方法進行檢測，而是結(jié)合先進綜合式航電系統(tǒng)UAN概念，選用網(wǎng)絡(luò)光纖鏈路失效重構(gòu)技術(shù)，配合鏈路元器件產(chǎn)品真實情況模擬，即可有效保證光電滑環(huán)的實用性。

1.2常溫環(huán)境檢測裝置設(shè)計

常溫環(huán)境光電滑環(huán)檢測裝置由支架平臺、電滑環(huán)、光滑環(huán)、錐齒輪傳動、調(diào)速電機、相關(guān)光電性能測試設(shè)備組成，主要部件功能如下：（1）光滑環(huán)?？芍谱?-20芯光滑環(huán)，需結(jié)合被測試產(chǎn)品類型，錐齒輪轉(zhuǎn)動軸與光滑環(huán)轉(zhuǎn)動端連接，通過電滑環(huán)中心、錐齒輪軸的轉(zhuǎn)子出線端隨軸一起轉(zhuǎn)動，以此用于轉(zhuǎn)子端光連接，與測試設(shè)備連接由光滑環(huán)定子端負(fù)責(zé)。（2）電滑環(huán)?？芍谱鞑煌蛪耗碗娏鞯燃?、不同芯數(shù)的電滑環(huán)，需結(jié)合被測試產(chǎn)品類型，錐齒輪軸與電滑環(huán)一邊轉(zhuǎn)動端連接，被測試產(chǎn)品轉(zhuǎn)子端與另一邊轉(zhuǎn)動端連接。（3）調(diào)速電機。主要用于控制轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動功率輸出變化。在測試裝置中接入被測試產(chǎn)品，測試裝置的轉(zhuǎn)子端光電線與產(chǎn)品的轉(zhuǎn)子端光電線連接，測試裝置中電滑環(huán)轉(zhuǎn)動端與被測產(chǎn)品轉(zhuǎn)動端連接。在光性能指標(biāo)的測試時，光纖滑環(huán)轉(zhuǎn)子端出線與定子端出線連入光源光功率測試系統(tǒng)，并在保證錐齒輪轉(zhuǎn)動功率傳輸穩(wěn)定的前提下，以某一速度轉(zhuǎn)動電機，光性能指標(biāo)可由此完成在線測試，如實時轉(zhuǎn)速、插入損耗、旋轉(zhuǎn)壽命等。在電性能指標(biāo)的測試時，需將被測試產(chǎn)品轉(zhuǎn)子出線端與定子出線端接入電性能測試設(shè)備系統(tǒng)，以此基于某一速度轉(zhuǎn)動產(chǎn)品，完成轉(zhuǎn)動力矩、旋轉(zhuǎn)壽命、耐電壓、動態(tài)接觸電阻等性能指標(biāo)的在線測試。

1.3水密環(huán)境檢測裝置設(shè)計

對于應(yīng)用水下探測裝置、魚雷、深水機器人、深海潛水艇、航母、艦船中的光電滑環(huán)，必須對其大數(shù)據(jù)光、電信號動態(tài)傳輸性能開展針對性檢測，水下目標(biāo)探測定位精度也需要同時得到重視，以此滿足航空反潛作戰(zhàn)需要。因此，必須保證水密光電滑環(huán)能夠?qū)崿F(xiàn)光電信號的連續(xù)傳輸，且不會受到一定水壓與轉(zhuǎn)速的影響?；谒芄怆娀h(huán)檢測需要，需針對性設(shè)計水密環(huán)境檢測裝置，該裝置需實現(xiàn)0～1000rpm范圍轉(zhuǎn)速、1～30MPa范圍的壓力罐壓力調(diào)節(jié)，實現(xiàn)0.1r/s的轉(zhuǎn)速控制精度，以及不小于30MPa的輸入主轉(zhuǎn)動軸耐水壓指標(biāo)。此外，標(biāo)準(zhǔn)光滑環(huán)、電滑環(huán)均需擁有不低于1000萬轉(zhuǎn)的使用壽命，且能夠通過光源光功率計儀器實現(xiàn)光插入損耗數(shù)據(jù)的曲線連續(xù)輸出，以及直流數(shù)字電阻測試儀的電動態(tài)接觸電阻曲線連續(xù)輸出。密封失效情況下，試驗裝置不得出現(xiàn)高壓水壓引發(fā)的裝置破壞危險。在常溫環(huán)境試驗裝置基礎(chǔ)上，為適應(yīng)水密環(huán)境需要，需針對性設(shè)置壓力罐裝置，以此滿足不同水壓條件的測定需要，而通過模擬實際工況，即可滿足具體檢測需要。研究采用的水密環(huán)境檢測裝置由光功率計、調(diào)速電機、變速轉(zhuǎn)動裝置、壓力罐、壓力表、定子輸出裝置（被測產(chǎn)品）、被測產(chǎn)品、轉(zhuǎn)子輸出裝置（被測產(chǎn)品）、標(biāo)準(zhǔn)20芯光纖滑環(huán)、光源組成，由此即可實現(xiàn)一定水壓環(huán)境下、以一定轉(zhuǎn)速光電信號動態(tài)傳輸?shù)乃芄怆娀h(huán)產(chǎn)品實際工況模擬。采用壽命、轉(zhuǎn)速均高于被測產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)20芯光纖旋轉(zhuǎn)滑環(huán)，以及由錐齒輪減速機構(gòu)和變速電機組成的變速傳動裝置。通過保證被測滑環(huán)產(chǎn)品的與20芯光纖滑環(huán)的轉(zhuǎn)速一致，并在壓力灌中放入通過水密連接器連接的二者轉(zhuǎn)子端光連接。測試轉(zhuǎn)子軸密封、測試轉(zhuǎn)子與被測轉(zhuǎn)子連接部分、水密光電連接器接續(xù)屬于被測產(chǎn)品轉(zhuǎn)子輸出裝置主要構(gòu)成，接頭定子輸出裝置則需要在壓力罐中放入水密光電連接器，壓力罐的實際壓力值可基于壓力表顯示。通過由光功率和光源組成的光測試鏈路，可實現(xiàn)光性能的測試。采用閉環(huán)控制的控制系統(tǒng)設(shè)計，反饋器件為光電編碼器，配合信號倍頻模塊進行處理，即可準(zhǔn)確計算主軸實際旋轉(zhuǎn)速度完成驅(qū)動器的輸出電流調(diào)整、轉(zhuǎn)速指令比較、電機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)、主軸轉(zhuǎn)速精確控制。在具體的一體化測試中，需在上述裝置中置入標(biāo)準(zhǔn)20芯光纖滑環(huán)，并在光源光功率系統(tǒng)中連入靜止端光纖和旋轉(zhuǎn)端光纖，以此開展靜態(tài)置零操作。在具體的裝置連接和參數(shù)設(shè)置中，需在壓力罐中放入被測水密光纖滑環(huán)，完成安裝后需針對性設(shè)置被測轉(zhuǎn)速、壓力罐壓力值，配合光功率顯示[2]。

2.工況模擬

2.1產(chǎn)品測試

基于水密光電滑環(huán)的一體化監(jiān)測，本文圍繞其開展典型產(chǎn)品實際工況模擬，在水密環(huán)境檢測裝置支持下，水密光電滑環(huán)系列產(chǎn)品在變速高壓條件下的旋轉(zhuǎn)速度、插入損耗、耐水壓、壽命均可得到較好檢測，在連接試驗中，裝置的適用效果較為優(yōu)秀。以50萬轉(zhuǎn)、100rpm旋轉(zhuǎn)速度、壽命全過程中插入損耗測試作為研究對象，結(jié)合《電連接器試驗方法》、《光纖光纜旋轉(zhuǎn)接頭總規(guī)范》、《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法》等要求，即可基于10.5d開展試驗，全壽命84h、每天工作8h，一共需10.5d，由此開展測試，可確定數(shù)據(jù)曲線滿足設(shè)計技術(shù)指標(biāo)要求，并能夠可靠性研究提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2多指標(biāo)一體化測試擴展

通過輸入主軸密封性能、調(diào)速電機減速機構(gòu)參數(shù)、壓力罐參數(shù)的更改或調(diào)整，即可較好滿足水密光電滑環(huán)產(chǎn)品在不同轉(zhuǎn)速、不同水壓下的光插入損耗檢測，并得出關(guān)系曲線。以水密光電滑環(huán)產(chǎn)品為例，在水壓壓力為3MPa、5MPa、10MPa情況下，可分別開展光插入損耗測試，配合轉(zhuǎn)速的針對性設(shè)置，產(chǎn)品的實際使用工況即可實現(xiàn)更為真實的模擬，技術(shù)指標(biāo)真實狀況也能夠得到更好反映，光電滑環(huán)性能動態(tài)檢測裝置的實用性可見一斑[3]。

結(jié)論：

簡而言之，作為旋轉(zhuǎn)平臺的核心關(guān)鍵器件，光電滑環(huán)能夠較好服務(wù)于光電信號及能量動態(tài)傳輸，在雷達(dá)系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電、高空氣球等領(lǐng)域均有著較為廣泛應(yīng)用?；诖耍疚暮唵谓榻B了一種新型的光電滑環(huán)動態(tài)檢測裝置設(shè)計，并基于工況模擬直觀展示其性能，希望由此能夠為相關(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)：

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