Pidevalt pöörlevates süsteemides tavalised kiudkaablid keerduvad, väsivad ja lõpuks ebaõnnestuvad. Projektides, mida oleme libisemisrõnga tootjana toetanud, on see harva pistikuprobleem. Tavaliselt on tegemist süsteemi-tasandi probleemiga: optilist rada käsitleti toite- ja juhtliinide kõrval tagamõttena ning see ilmnes alles siis, kui masin põllul suurel kiirusel pöörles.
A kiudoptiline pöörlev liigend, mida nimetatakse ka aFORJvõifiiberoptiline libisemisrõngas, lahendab selle, võimaldades optilistel signaalidel läbida pöörleva liidese ilma kiudu väänamata. Enamikus kaasaegsetes masinates ei osteta FORJ-i eraldiseisva osana. See on integreeritud anelektriline libisemisrõngasüheks hübriidsõlmeks, mis kannab toite-,-madalpingesignaale, Etherneti, väljasiini ja optilisi andmeid ühe pöördtelje kaudu.
See juhend on kirjutatud rakenduste insenerimeeskonna vaatenurgast, kes määrab ja testib neid kooste tööstus-, mere-, kaitse- ja meditsiiniklientide jaoks. See hõlmab seda, mis on FORJ, kuidas see töötab, millal hübriidlahendus on õige valik, tegelikult olulised spetsifikatsioonid ja teave, mida peate enne tarnijaga ühenduse võtmist ette valmistama.
Mis on kiudoptiline pöörlev liigend?
Fiiberoptiline pöördliigend on passiivne optiline seade, mis laseb valgusel läbida masina paigalseisva ja pöörleva külje vahel ilma optilist rada rikkumata. See mängib optiliste signaalide puhul sama rolli, mida tavaline libisemisrõngas elektriliste signaalide puhul.
Näete sama tehnoloogiat, mida on kirjeldatud andmelehtedel ja pakkumistes mitme nime all:
- Kiudoptiline pöörlev liigend (FORJ)
- Fiiberoptiline libisemisrõngas
- Optiline libisemisrõngas
- Optiline pöörlev liigend
- Kiudoptiline pöörlev pistik
Need terminid kirjeldavad üldiselt sama funktsiooni. Nimetus peegeldab tavaliselt pigem tööstust ja tarnijat kui tehnilist erinevust.
Kuidas kiudoptiline pöörlev liigend töötab
FORJ-i sees ei keerdu pöörlev kiud ja statsionaarne kiud kunagi füüsiliselt üksteise vastu. Selle asemel edastatakse optiline signaal läbi täpselt joondatud optilise tee kahe kollimeeriva elemendi vahel, mida toetavad laagrid, pöörlev korpus ja statsionaarne korpus. Ühe-kanali kujunduses kasutatakse tavaliselt pöörlemisteljel kollimaatorite paari. Mitme kanaliga konstruktsioonid lisavad prismasid, tuviprismasid, peegleid või pöörlevaid multipleksereid, et mitu optilist kanalit saaks kasutada sama pöörlevat liidest või seda läbida.
Kuna optiline ülekanne sõltub mikroni{0}}tasandi joondusest, on laagrite mehaaniline kvaliteet ja korpuse mõõtmete stabiilsus sama olulised kui optika ise. Suure-kiiruse või vibratsiooni-altite rakenduste puhul ei ole domineeriv rikkerežiim mitte katastroofiline signaali kadu, vaid ebastabiilnesisestuskao variatsioon: detail läbib staatilise katse pingil ja triivib siis põllul, kui see koormuse all pöörlema hakkab.
Hübriidkiudoptiline libisemisrõngas: toide, signaal ja optilised andmed ühes komplektis
FORJ edastab iseenesest ainult optilisi signaale. See ei kanna elektrienergiat, mootori ajami voolu, koodri signaale ega pneumaatilisi liine. Päris masinates peavad need peaaegu alati ületama sama pöörlevat telge.
Seetõttu ei ole enamus meile laekuvatest FORJ-taotlustest palja FORJ-i jaoks. Need on mõeldud ahübriid libisemisrõngasmis ühendab optilise kanali elektrilise libisemisrõngaga ja mõnikord pneumaatilise või hüdroliiniga ühes mehaanilises ümbrises.
Hübriidkiudoptiline libisemisrõngas ühendab tavaliselt mõnda järgmistest ühes pöörlevas sõlmes:
- Üks või mitu optilist kanalit (üks-režiim või mitmerežiimiline)
- Mootorite või kütteseadmete suure voolu-vooluahelad
- Madal-pinge juht- ja andurisignaalid
- Gigabit Ethernetvõi väljasiini ahelad (CAN, EtherCAT, PROFINET)
- RF või koaksiaalkanalid
- Mõnes konstruktsioonis pneumaatilised või hüdraulilised läbipääsud
Kui hübriidlibisemisrõngal on mõtet
Hübriiddisain on tavaliselt õige vastus, kui on tõsi vähemalt üks järgmistest:
- Pöörleval konstruktsioonil on ranged ümbris-, kaalu- või tasakaalupiirangud ning teist pöörlevat seadet ei saa võllile virnastada.
- Andmesideühendus peab olema immuunne lähedalasuvate mootorite, VFD-de või radarsaatjate elektromagnetiliste häirete suhtes.
- Andmeedastuskiirus ületab selle, mida vasest libisemisrõngaskontakt suudab süsteemi eluea jooksul usaldusväärselt pakkuda.
- Võimsus, liikumisjuhtimine ja suure{0}}ribalaiusega anduri andmed peavad ristuma sama teljega.
- Rakendus on piisavalt kohandatud, et -riiul FORJ ja eraldi libisemisrõngas ei oleks mehaaniliselt joondatud.
Näiteks võib tüüpiline hübriidkomplekt kombineerida ühe optilise kanali kaamera kõrge eraldusvõimega videovoo jaoks, Gigabit Etherneti liini juhtimiseks, mitu amprit pöörde-/kallutatavate mootorite ja kütteseadmete jaoks ning käputäie madalpinge{1}}signaaliahelaid, mis kõik on korpuse sees, mille läbimõõt on alla 60 mm. Nende kanalite eraldi määramine ja poltidega ühendamine maksab tavaliselt rohkem ruumi ja raha kui üks integreeritud disain.
Kiudoptiline pöördliigend vs elektriline libisemisrõngas
Mõlemad seadmed lahendavad pöördülekande probleeme, kuid need ei ole omavahel asendatavad.
| tegur | Kiudoptiline pöörlev liigend | Elektriline libisemisrõngas |
|---|---|---|
| Esmane signaal | Optilised andmed | Toite- ja elektrisignaalid |
| Parim jaoks | Suure-ribalaiusega andmeside, EMI-tundlikud lingid, pikad kiudkaablid | Toiteülekanne, madal{0}}pinge juhtimine, anduri signaalid |
| Kontakti meetod | Kontaktivaba optiline tee | Pintsli-on-rõnga või kiudharja kontakt |
| EMI tundlikkus | Väga madal | Sõltub varjestusest ja signaali tüübist |
| Kas edastab jõudu? | Ei | Jah |
| Peamised parameetrid | Kiu tüüp, lainepikkus, kanalite arv, sisestuskadu, tagasivoolukadu | Vool, pinge, kontakti materjal, vooluahelate arv |
| Ühine kombinatsioon | Integreeritud hübriidsesse libisemisrõngasse | Integreeritud FORJ, RF või pneumaatiliste moodulitega |
Kui süsteem vajab ainult toidet ja standardseid juhtsignaale, piisab tavalisest elektrilisest libisemisrõngast. Hetkel, kui peate suruma tihendamata HD/4K-videot, püsivat Gigabit Etherneti või mis tahes suure -ribalaiusega optilist andurit üle pöörleva telje, muutub FORJ- või hübriidsõlm usaldusväärsemaks pikaajaliseks-valikuks.
Peamised spetsifikatsioonid, mis tegelikult on olulised
FORJ valimine ei ole ainult välisläbimõõdu ja hinna küsimus. Optilised, mehaanilised ja keskkonnanõuded tuleb koos üle vaadata, sest nendevahelised kompromissid põhjustavad enamiku väljatõrgetest.
Üks{0}}kanal vs. mitu-kanalit
Üks-kanal FORJ edastab ühe optilise kanali. See on väiksem, lihtsam ja sellel on üldiselt väikseim sisestuskadu ja parim pikaajaline stabiilsus-. Mitme kanaliga FORJ edastab mitut optilist kanalit sama pöörleva liidese kaudu, kasutades sõltuvalt konstruktsioonist prismasid, tuviprismasid või multipleksereid.
Mitme kanaliga FORJ-d lahendavad tõelise probleemi, kuid lisavad keerukust, joondustundlikkust ja kulusid. Enne 4- või 8 kanaliga kujundusele pühendumist tasub küsida, kas andmeid saaks hoopis transiiveri tasemel multipleksida ühele või kahele kiule. Lainepikkusjaotusega multipleksimine või suurema kiirusega transiiverid vähendavad sageli vajalikku kanalite arvu ja tulemuseks on väiksem ja töökindlam pöörlev liigend.
Üks{0}}režiim vs. mitmemoodiline fiiber
Kiu tüüp peab sobima ülejäänud optilise süsteemiga. Ühemoodi-kiud (tavaliselt OS2, joondatudITU-T G.652soovitus) kasutatakse pika-laiuse,-laia ribalaiuse ja telekommunikatsiooni{2}}taseme linkide jaoks, sageli 1310 nm või 1550 nm juures. Mitmemoodiline kiud (OM3/OM4/OM5) on levinum lühikeste andmesideühenduste puhul lainepikkusel 850 nm ja üldiselt odavam lõpetada.
FORJ puhul tuleneb valik tavaliselt transiiveritest ja süsteemi optilisest eelarvest. Kiutüüpide segamine pöördliidesel põhjustab sageli seletamatut kadu, seega kontrollige enne tellimist alati mõlemalt poolt kiu tüüpi, töölainepikkust ja pistiku tüüpi.
Sisestamise kadu, tagasivoolu kadu ja signaali stabiilsus
Optiline jõudlus on koht, kus enamik madalate{0}}kuludega FORJ-sid ei toimi. Numbrid, mida tasub vaadata:
- Sisestuskaotus- tüüpiline hea ühe-režiimi FORJ: alla umbes 1,5 dB. Olge ettevaatlik osadega, mis on esitatud ainult "tüüpiliste" väärtustega ilma maksimumita.
- Sisestuskao varieerumine pöörlemise ajal- see on sageli olulisem kui staatiline sisestamise kadu. Otsige erinevust alla 0,5 dB täispöördel, mõõdetuna nimikiirusel, mitte paigalseisul.
- Tootmiskaotus- üherežiimiliste süsteemide- puhul eeldatakse tavaliselt 50 dB või paremat. Madal tagasivoolukadu võib lasersaatjaid destabiliseerida ja lüli rikkuda.
- Sõltuvus lainepikkusest- kinnitage toimivust oma tegelikul töölainepikkusel, mitte ainult ühel võrdluslainepikkusel.
- Crosstalk- on asjakohane ainult mitme-kanali kujunduse jaoks.
Küsige tarnijalt katsearuannet, mis näitab dünaamilist sisestuskadu, mis on mõõdetud vuugi pöörlemise ajal. Osa, mis tundub staatilisel katsestendil vastuvõetav, võib koormuse all pöörlemisel triivida mitu dB.
Pöörlemiskiirus, pöördemoment ja mehaaniline ümbris
FORJ peab olema füüsiliselt vormis ja masinas ellu jääma. Kinnitage pidev nimikiirus, tippkiirus, käivitusmoment, aksiaalne ja radiaalne kandevõime ning laagri kasutusiga. Kompaktse ühe-kanaliga FORJ-i hinnaks võib olla mitu tuhat pööret minutis, samas kui suletud mitme kanaliga konstruktsiooni puhul, mis on mõeldud meresõiduks, piirdub keskkonnakaitse eest tavaliselt mõnisada pööret minutis.
IP reiting, temperatuur ja keskkond
Tihendusnõuded sõltuvad sellest, kus koost töötab, mitte sellest, kuidas see CAD-mudelil välja näeb. Välisradari pjedestaalid,ROV süsteemid, avamere vintsid jatuuleturbiinkõigil gondlitel on erinev kokkupuuteprofiil veele, soolapihustustele, tolmule ja kondensaadile.
Kaitsetasemete kohta vaadake standardit IEC 60529, mis on aluseksIP reitingusüsteemkasutatakse kogu tööstuses. Rusikareegel: IP54 sobib puhaste siseruumide tööstuskeskkondade jaoks, IP65/IP66 välistingimustes või pesupesemistingimustes ja IP67/IP68 pikaajaliseks sukeldumiseks. IP68 küsimine puhtas ruumis lisab ainult kulusid; IP54 küsimine avameretekil kukub esimese tormiga läbi.
Ühendused, patsid ja kinnitused
Väikesed integratsioonidetailid põhjustavad üllatavalt suure osa projekti viivitustest. Enne tellimist kinnitage:
- Ühenduse tüüp mõlemal küljel: FC/APC, FC/UPC, SC, ST, LC, SMA või kohandatud
- Patsi pikkus ja teie keskkonna jaoks vajalik kaablikate
- Kaabli väljumissuund - otse või täisnurk-
- Painde raadiuse piirangud piki kaablit
- Äärikumuster, keermestatud kinnitus või võlli sobivus
- Kas FORJ tuleb integreerida olemasoleva libisemisrõngaga või uude koostu sisse ehitada
Kiire FORJ-valik
Järgmine tabel on lühike versioon, mida kasutame sisemiselt uute päringute ulatuse määramisel.
| Teie olukord | Soovitatav suund |
|---|---|
| Ainult optilised andmed, kogu telje toide puudub | Eraldiseisev FORJ |
| Optilised andmed + toide, mootori juhtimine või Ethernet üle sama telje | Hübriid-libisemisrõngas integreeritud FORJ-ga |
| Kaug{0}}link, suur ribalaius, telekommunikatsiooni lainepikkused | Ühe{0}}režiimiga FORJ (OS2, 1310/1550 nm) |
| Lühike andmeside, odavam, 850 nm transiiverid | Mitmerežiimiline FORJ (OM3/OM4) |
| Vaja on mitut optilist rada | Mitme kanaliga FORJ - või hinnake esmalt WDM-i/multipleksimist |
| Õues, merel, avamerel, pesupesemisel | Suletud FORJ, tavaliselt IP66 või kõrgem |
| Pidev kiire{0}}pöörlemine (gimbalid, radar) | Kompaktne ühe-kanaliga FORJ väikese sisestuskao variatsiooniga |
| Ranged ümbriku-, kaalu- või tasakaalupiirangud | Kohandatud hübriidkomplekt |
FORJ valik
Kasutage seda kontroll-loendit RFQ koostamisel. Iga rida seostab nõude konkreetse küsimusega, mida tarnijalt küsida.
| Nõue | Mida kinnitada | Miks see on oluline |
|---|---|---|
| Kiu tüüp | Ühe--- või mitmerežiimiline, OS2 / OM3 / OM4 / OM5 | Sobimatu kiud põhjustab liigset kadu ja ribalaiuse piiranguid |
| Lainepikkus | 850 / 1310 / 1550 nm või teie konkreetne transiiver | Toimivus sõltub lainepikkusest- |
| Kanalite arv | Vajalike sõltumatute optiliste kanalite arv | Juhib keerukust, suurust ja maksumust |
| Sisestuskaotus | Maksimaalne väärtus, mitte tüüpiline | Määrab lingi eelarve |
| Sisestuskao variatsioon | Testitud pöörlemise ajal nimikiirusel | Ainuüksi staatiline kadu peidab{0}}reaalset jõudlust |
| Tootmiskaotus | Minimaalne dB, eriti ühe{0}}režiimi puhul | Madal tagasivoolukadu võib laseriallikaid destabiliseerida |
| Pöörlemiskiirus | Pidev ja tipppöörded | Ajamite laagrite ja tihendite valik |
| IP reiting | Konkreetne IP-kood, mitte "veekindel" | Pitseerimisstandard on kontrollitav, turustustingimused mitte |
| Temperatuurivahemik | Ekstreemsed kasutus- ja ladustamistingimused | Mõjutab määrdeaine, tihendi ja liimi valikut |
| Pistiku tüüp | FC/APC, FC/UPC, SC, LC, ST, SMA | Määrab paaritumise ühilduvuse |
| Paigaldamine | Äärik, võll, läbi{0}}ava või kohandatud | Otsustab, kas osa üldse sobib |
| Muud kanalid | Toide, juhtimine, Ethernet, RF, pneumaatiline | Osutab hübriidsõlmele |
Kuidas valida õige FORJ
See on protsess, mida meie rakendusinsenerid kasutavad kliendiga uue FORJ-projekti uurimisel.
Kaardistage täielik edastusnõue
Loetlege kõik signaalid, mis peavad läbima pöörlevat telge: optilised kanalid, toiteahelad, juhtsignaalid, Ethernet, väljasiin, RF, pneumaatilised või hüdroliinid. Kui loendis on midagi peale puhaste optiliste andmete, vaatate hübriidkoostu, mitte eraldiseisvat FORJ-i.
Lukustage optiline süsteem
Määrake kiu tüüp, lainepikkus, pistiku tüüp, optiliste kanalite arv, maksimaalne sisestuskadu, tagasivoolukadu ja lubatud sisestuskao varieeruvus. Kui te pole kindel, kas vajate tõesti mitut optilist kanalit, küsige, kas multipleksimine või suurema kiirusega{1}}transiiver võib nõude kokku suruda üheks või kaheks kanaliks. See üksainus otsus säästab sageli kõige rohkem kulusid ja keerukust.
Kinnitage mehaaniline ümbrik
Saatke põhijoonis või vähemalt ümbrik: välisläbimõõt, pikkus, ava suurus, paigaldusliides, kaabli väljumissuund, pöörlemiskiirus ja pöördemomendi piirangud. Ideaalse optikaga FORJ on kasutu, kui see võllile ei mahu.
Sobitage keskkond tõelise IP-koodiga
Märkige täpselt, kus koost töötab: siseruumides, väljas, meres, puuraukudes, vaakum, kõrge õhuniiskus, soolapihusti, tolm, kokkupuude kemikaalidega. Teisendage see IP-koodiks ja töötemperatuuri vahemikuks. Vältige ebamääraste terminite, nagu "veekindel" või "karm" kasutamist - need maksavad lisatasu ega kinnita midagi.
Määrake vajalik test ja dokumentatsioon
Kriitiliste süsteemide (meditsiiniline pildistamine, lennundus, kaitse, avamere) puhul taotlege dokumentatsiooni kohe, mitte pärast tarnimist:
- Optilise katse aruanne töölainepikkusel
- Dünaamilised sisestuskao andmed pööramise ajal
- Tootmiskao mõõtmine
- Mehaaniline tõmbamine ja kiudude pinout
- Materjalideklaratsioon ja pinnatöötlused
- Soovitatav paigaldus- ja hooldusprotseduur
Nende määratlemine pakkumise etapis hoiab ära enamiku vaidlustest, mis muidu vastuvõtutesti käigus ilmnevad.
Päris-maailma rakendusstsenaariumid
Jälgimis- ja sihtimisrihmad
Tüüpiline EO/IR gimbal vajab tihendamata videot anduritelt, mis on paigaldatud pöörlevale peale tagasi alusele. Vaskkontaktid võitlevad andmeedastuskiirusega, pöörd-/kallutamismootorite EMI rikub signaali ja saadaolev ümbrik on väike. Hübriidne FORJ, mis ühendab ühe optilise kanali video jaoks, Gigabit Etherneti juhtimiseks ja 24 V alalisvoolu mootorivõimsust, on standardlahendus.
Kaugjuhitavad sõidukid (ROV-id)
Veealused süsteemid vajavad suletud sõlmesid, mis taluvad soolast vett, rõhutsüklit ja pidevat madalal{0}}kiirusel pöörlemist vintside või manipulaatorite liigenditel. Spetsifikatsioonis domineerivad sisestuskadu ja IP-reiting, samas kui maksimaalne pöörlemiskiirus on harva piirav tegur.
Tuuleturbiinid ja radari pjedestaalid
Gondli pöördesüsteemide ja radari antenni pjedestaalide puhul töötab koost tavaliselt madalatel pööretel, kuid peab töötama palju aastaid minimaalse hooldusega. Sisestamiskao stabiilsus tuhandete tundide jooksul, tihendatud laagrid ja tõestatud IP66 korpused on olulisemad kui optiline tippjõudlus.
Meditsiinilised pildisüsteemid
CT- ja OCT-süsteemides on ühendatud kõrge andmeedastuskiirus äärmiselt rangete töökindlusnõuetega. FORJ on siin tavaliselt üks tihedalt integreeritud hübriidpöördsõlme element, mis on kvalifitseeritud koos ülejäänud masinaga, mitte eraldi määratletud.
KKK
K: Mida FORJ tähendab?
V: FORJ tähistab Fiber Optic Rotary Joint – seadet, mis võimaldab optiliste signaalide läbimist masina statsionaarse ja pöörleva külje vahel ilma kiudu väänamata.
K: Kas kiudoptiline pöördliigend on sama mis libisemisrõngas?
V: Mitte täpselt. FORJ teeb optiliste signaalide jaoks sama, mida libisemisrõngas teeb elektriliste signaalide jaoks. Enamikus kaasaegsetes süsteemides on need kaks ühendatud hübriidseks pöörlevaks sõlmeks.
K: Kas kiudoptiline pöördliigend võib jõudu edastada?
V: Ei. FORJ edastab ainult optilisi signaale. Kui vajate ka toidet, juhtsignaale või Etherneti samal teljel, on teil vaja hübriid-libisemisrõngast, mis ühendab FORJ-i elektrilise libisemisrõngaga.
K: Millal peaksin kasutama elektrilise libisemisrõnga asemel FORJ-d?
V: Kui link peab kandma suure{0}}ribalaiusega andmeid, olema EMI suhtes immuunne või läbima optilise kiu pika vahemaa. Elektrikontaktid võivad andmeid edastada, kuid mitme gigabiti kiiruse korral ja mürarikkas keskkonnas on optiline edastamine peaaegu alati usaldusväärsem.
K: Mis vahe on ühe{0}}- ja mitmerežiimilise FORJ-i vahel?
V: Ühe-režiimi FORJ sobitatakse ühe-režiimiga kiudoptiiliga ja seda kasutatakse tavaliselt suure-ribalaiusega või pika{3}}vahega linkide jaoks 1310 või 1550 nm juures. Mitmemoodiline FORJ on sobitatud mitmemoodilise kiuga (OM3/OM4) ja on tavalisem lühemate 850 nm andmesideühenduste puhul.
K: Millist sisestuskaotust peaksin healt FORJ-lt ootama?
V: Ühe-kanaliga ühe-režiimi FORJ puhul on sisestuskadu alla 1,5 dB ja sisestuskao varieerumine alla 0,5 dB pööramise ajal mõistlikud eesmärgid. Mitme kanaliga- ja karmidel-keskkonnakujundustel on tavaliselt kõrgemad väärtused. Küsige alati maksimaalseid, mitte tüüpilisi numbreid.
K: Millist teavet peaksin FORJ-i hinnapakkumise taotlemisel esitama?
V: Kiu tüüp, lainepikkus, pistiku tüüp, optiliste kanalite arv, pöörlemiskiirus, paigaldusliides, IP reiting, töötemperatuur ja kas toite- või signaaliahelad peavad samuti ristuma sama teljega. Mida rohkem seda eelnevalt määratletakse, seda täpsem on tsitaat.
Järgmised sammud
Kiudoptiline pöörlev liigend on harva kataloogi ostmiseks. Tootmissüsteemides on see hübriidse pöörleva sõlme üks element, mis peab tasakaalustama optilise jõudluse, mehaanilise sobivuse, keskkonnakaitse ja integratsiooni ülejäänud masinaga.
Kui otsite uut kujundust või vajate teist arvamust olemasoleva FORJ spetsifikatsiooni kohta, valmistage ette üksused ülaltoodud valiku kontroll-loendist - kiu tüüp, lainepikkus, kanalite arv, sisestuskao sihtmärk, pöörlemiskiirus, IP reiting ja kõik täiendavad toite- või signaalikanalid - jajagage neid meie rakenduste insenerimeeskonnaga. Vastame konkreetse ettepanekuga, mis sisaldab dünaamiliste katseandmete ja mehaanilise kontseptsiooni, mitte üldise andmelehega.