光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)的應(yīng)用與改進(jìn)

于廣偉 李大慶

（北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110027）

1 概述

光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)，主要用于堆取料機(jī)等大型移動(dòng)設(shè)備與地面中央控制室之間的光纖通信聯(lián)接，可用于數(shù)據(jù)通訊、圖像通訊、語(yǔ)音通訊、網(wǎng)絡(luò)通訊等傳輸方式.通訊速率從20Kbit/s到50Mbit/s。由于光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)部無(wú)滑動(dòng)接觸部分，因此傳輸信號(hào)損失小，通信可靠；同時(shí)具有體積小的特點(diǎn)，是一個(gè)獨(dú)立的裝置，它可以單獨(dú)應(yīng)用，也可以和任意集電系統(tǒng)組合在一起，通過(guò)電纜卷筒組成動(dòng)力、光纖通信二合一裝置或動(dòng)力、控制、光纖通信三合一裝置。由于光纖轉(zhuǎn)盤(pán)的使用受環(huán)境影響的限制較為明顯，因此，對(duì)于通過(guò)對(duì)光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)的技術(shù)改進(jìn)來(lái)擴(kuò)展其使用領(lǐng)域就顯得猶為重要。

2 光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)的結(jié)構(gòu)和工作原理

光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)由防護(hù)罩、旋轉(zhuǎn)盤(pán)、固定盤(pán)、柔性光纖及聯(lián)軸器等零部件組成，基本構(gòu)造如圖1所示。防護(hù)罩內(nèi)的轉(zhuǎn)盤(pán)是由旋轉(zhuǎn)盤(pán)與固定盤(pán)連接在一起構(gòu)成的，兩轉(zhuǎn)盤(pán)之間可相對(duì)旋轉(zhuǎn)。其中右側(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)（序號(hào)5）為固定盤(pán)，用粘合平帶將其固定在防護(hù)罩殼體上，左側(cè)轉(zhuǎn)盤(pán)（序號(hào)3）為旋轉(zhuǎn)盤(pán)，與聯(lián)軸器相連。兩轉(zhuǎn)盤(pán)內(nèi)有一螺旋狀柔性光纜可繞芯軸轉(zhuǎn)動(dòng)。

在實(shí)際工作中，聯(lián)軸器通過(guò)撥盤(pán)與電纜卷筒集電箱軸連接，所以旋轉(zhuǎn)盤(pán)與集電環(huán)作同步運(yùn)動(dòng)。光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)的作用就是將旋轉(zhuǎn)光纜中的通信信號(hào)傳送到光纖的固定端，這一功能主要通過(guò)螺旋狀柔性光纜來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先通過(guò)光纖熔接機(jī)將螺旋光纜中的每根光纖兩端都分別與一支ST端子連接，便于光纖的連接。

柔性光纜的兩端分別被固定在旋轉(zhuǎn)盤(pán)和固定盤(pán)上，并且光纜上有一環(huán)扣，如圖1所示。當(dāng)柔性光纜圍繞芯軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，環(huán)扣則隨之沿芯軸做近似線(xiàn)性運(yùn)動(dòng)，以此來(lái)化解柔性光纜的旋轉(zhuǎn)力，從而保證了柔性光纜的正常旋轉(zhuǎn)。設(shè)聯(lián)軸器順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)環(huán)扣從左向右移動(dòng)，則聯(lián)軸器逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)環(huán)扣將從右向左移動(dòng)。由于受光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)的結(jié)構(gòu)影響，轉(zhuǎn)盤(pán)不能無(wú)限制地轉(zhuǎn)動(dòng)，因此就需要設(shè)定光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)工作的最大旋轉(zhuǎn)圈數(shù)，避免使較為貴重的柔性光纜損壞。

上述向左或向右移動(dòng)時(shí)聯(lián)軸器所轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)就是光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)的工作圈數(shù)，即允許電纜卷筒上卷盤(pán)可以卷纜的工作圈數(shù)。光纜通信轉(zhuǎn)盤(pán)的工作圈數(shù)確定方法如下，設(shè)電纜卷盤(pán)的卷纜長(zhǎng)度為L(zhǎng)，滿(mǎn)盤(pán)時(shí)的最大半徑為R1，最小半徑為R2，則工作圈數(shù)N為：

由上式可以看出在確定光纖轉(zhuǎn)盤(pán)的工作圈數(shù)之前，必須先明確堆取料等主機(jī)設(shè)備所需電（光）纜的各項(xiàng)參數(shù)。

3 光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)的使用及組裝工作的改進(jìn)

3.1 光纖的類(lèi)型選擇

在光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)的組裝過(guò)程中，最為重要的即為光纖與ST端子的連接。在兩者的熔接過(guò)程中應(yīng)首先保證周?chē)h(huán)境無(wú)煙無(wú)塵，且光線(xiàn)充足，光纖芯的兩端應(yīng)用專(zhuān)業(yè)切刀切割平齊，待用酒精擦拭后裝入光纖熔接機(jī)中進(jìn)行熔接。通常光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)中使用的螺旋光纖為多模光纖，因?yàn)槎嗄９饫w比單模光纖芯徑粗，數(shù)值孔徑大，能從光源耦合更多的光功率，而轉(zhuǎn)盤(pán)中所使用的光纖為螺旋狀，節(jié)點(diǎn)多，這都要求光纖內(nèi)部有足夠的光功率傳輸。根據(jù)多模光纖的上述特點(diǎn)，我們就可以隨時(shí)隨地驗(yàn)證兩根光纖芯是否熔接成功，我們可以在一端的ST端子處放置手機(jī)或白熾手電等作為光源，如果相應(yīng)一端的ST端子出現(xiàn)明顯的亮點(diǎn)，則說(shuō)明熔接成功，若同其他端子一樣無(wú)明顯變化，則表明熔接失敗，需重新熔接。

3.2 對(duì)確定最大旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的方法改進(jìn)

在產(chǎn)品生產(chǎn)前應(yīng)通過(guò)確定光纖轉(zhuǎn)盤(pán)的工作圈數(shù)來(lái)預(yù)選類(lèi)型，產(chǎn)品應(yīng)至少遵循轉(zhuǎn)盤(pán)的工作圈數(shù)小于最大旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的原則。在產(chǎn)品改造前，轉(zhuǎn)盤(pán)的最大旋轉(zhuǎn)圈數(shù)的確定步驟如下：通過(guò)旋轉(zhuǎn)盤(pán)與固定盤(pán)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)將柔性光纖的環(huán)扣置于最左（右）端；用彩筆在旋轉(zhuǎn)盤(pán)的某一位置做一記號(hào)后緩慢旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)盤(pán)，同時(shí)觀察標(biāo)記位置；旋轉(zhuǎn)盤(pán)每旋轉(zhuǎn)一周，做一次人工記數(shù)，直至環(huán)扣被旋轉(zhuǎn)到最右（左）端。

此時(shí)所確定的記數(shù)即為光纖轉(zhuǎn)盤(pán)的最大旋轉(zhuǎn)圈數(shù)?？梢?jiàn)當(dāng)進(jìn)行到第3步時(shí)，記數(shù)較為復(fù)雜，且容易混淆，使最大旋轉(zhuǎn)圈數(shù)不準(zhǔn)確。針對(duì)以上情況，我們?cè)诳拷D(zhuǎn)盤(pán)固定端的芯軸下端位置增加了一個(gè)小型的機(jī)械式二位計(jì)數(shù)器，如圖2所示。計(jì)數(shù)器的工作動(dòng)力由芯軸提供，芯軸與光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)端連接并隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣，將環(huán)扣置于某一端后使計(jì)數(shù)器置零，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)盤(pán)，當(dāng)光纜環(huán)扣運(yùn)動(dòng)至另一端時(shí)，此時(shí)計(jì)數(shù)器所顯示的數(shù)字即為光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)的最大旋轉(zhuǎn)圈數(shù)。

3.3 對(duì)光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)應(yīng)用環(huán)境的人為改進(jìn)

光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)的應(yīng)用對(duì)環(huán)境有著較高的要求，應(yīng)盡量使周?chē)鍧?、干燥、環(huán)境溫度為-5～+40℃。同時(shí)光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)使用的柔性光纜在運(yùn)動(dòng)中有一個(gè)柔性恢復(fù)時(shí)間，使用中應(yīng)嚴(yán)格保證轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)速在40r/s以?xún)?nèi)，否則將產(chǎn)生柔性光纜被拉伸而損壞或減少使用壽命。保持光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)防護(hù)罩內(nèi)清潔，可防止灰塵進(jìn)入ST端子連接處以保證光路暢通；保持干燥可防止金屬部件加速腐蝕；受材料限制，溫度對(duì)柔性光纖的彎曲半徑的影響較大，在溫度過(guò)高或過(guò)低的環(huán)境下工作都會(huì)損壞柔性光纖。特別是在低溫環(huán)境下，柔性光纖的材料變脆，彎曲半徑急劇增大，此時(shí)光纖容易損壞。針對(duì)上述情況，我們需要使防護(hù)罩擁有較好的密封性，在其與集電箱連接處應(yīng)涂有密封膠或加墊橡膠墊，前罩與后罩之間也同樣加有密封墊。

當(dāng)外界環(huán)境低于-5℃時(shí)，通信轉(zhuǎn)盤(pán)將無(wú)法正常工作，因此在不改變?nèi)嵝怨饫w材料的前提下，我們可人工改變轉(zhuǎn)盤(pán)的工作環(huán)境。如圖2所示，我們?cè)谧鳛槊荛]空間的防護(hù)罩內(nèi)增加一組溫控設(shè)備，包括溫濕度傳感器、溫濕度控制器及加熱器。當(dāng)光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)的工作環(huán)境低于-5℃時(shí)，溫濕度傳感器將信號(hào)傳送于溫濕度控制器，溫濕度控制器向加熱器發(fā)出工作信號(hào)，加熱器開(kāi)始工作，當(dāng)加熱溫度達(dá)到預(yù)先設(shè)定值例如40℃時(shí)，溫濕度傳感器發(fā)出信號(hào)，溫濕度控制器控制加熱器停止工作。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，在不同環(huán)境中，當(dāng)加熱器開(kāi)始工作一段時(shí)間后，防護(hù)罩內(nèi)溫度可最少提升15℃。所以改造后，光纖通信轉(zhuǎn)盤(pán)可在外界溫度為-20～+40℃的環(huán)境下工作，大大的擴(kuò)展了使用領(lǐng)域。

[1]葉培大.光纖傳輸及理論[M].北京：郵電大學(xué)學(xué)報(bào).1980年02期.