光纖通信轉盤的應用與改進

于廣偉 李大慶

（北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110027）

1 概述

光纖通信轉盤，主要用于堆取料機等大型移動設備與地面中央控制室之間的光纖通信聯接，可用于數據通訊、圖像通訊、語音通訊、網絡通訊等傳輸方式.通訊速率從20Kbit/s到50Mbit/s。由于光纖通信轉盤內部無滑動接觸部分，因此傳輸信號損失小，通信可靠；同時具有體積小的特點，是一個獨立的裝置，它可以單獨應用，也可以和任意集電系統組合在一起，通過電纜卷筒組成動力、光纖通信二合一裝置或動力、控制、光纖通信三合一裝置。由于光纖轉盤的使用受環境影響的限制較為明顯，因此，對于通過對光纖通信轉盤的技術改進來擴展其使用領域就顯得猶為重要。

2 光纖通信轉盤的結構和工作原理

光纖通信轉盤由防護罩、旋轉盤、固定盤、柔性光纖及聯軸器等零部件組成，基本構造如圖1所示。防護罩內的轉盤是由旋轉盤與固定盤連接在一起構成的，兩轉盤之間可相對旋轉。其中右側轉盤（序號5）為固定盤，用粘合平帶將其固定在防護罩殼體上，左側轉盤（序號3）為旋轉盤，與聯軸器相連。兩轉盤內有一螺旋狀柔性光纜可繞芯軸轉動。

在實際工作中，聯軸器通過撥盤與電纜卷筒集電箱軸連接，所以旋轉盤與集電環作同步運動。光纖通信轉盤的作用就是將旋轉光纜中的通信信號傳送到光纖的固定端，這一功能主要通過螺旋狀柔性光纜來實現。首先通過光纖熔接機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盤和固定盤上，并且光纜上有一環扣，如圖1所示。當柔性光纜圍繞芯軸做旋轉運動時，環扣則隨之沿芯軸做近似線性運動，以此來化解柔性光纜的旋轉力，從而保證了柔性光纜的正常旋轉。設聯軸器順時針轉動時環扣從左向右移動，則聯軸器逆時針轉動時環扣將從右向左移動。由于受光纖通信轉盤的結構影響，轉盤不能無限制地轉動，因此就需要設定光纖通信轉盤工作的最大旋轉圈數，避免使較為貴重的柔性光纜損壞。

上述向左或向右移動時聯軸器所轉動的圈數就是光纖通信轉盤的工作圈數，即允許電纜卷筒上卷盤可以卷纜的工作圈數。光纜通信轉盤的工作圈數確定方法如下，設電纜卷盤的卷纜長度為L，滿盤時的最大半徑為R1，最小半徑為R2，則工作圈數N為：

由上式可以看出在確定光纖轉盤的工作圈數之前，必須先明確堆取料等主機設備所需電（光）纜的各項參數。

3 光纖通信轉盤的使用及組裝工作的改進

3.1 光纖的類型選擇

在光纖通信轉盤的組裝過程中，最為重要的即為光纖與ST端子的連接。在兩者的熔接過程中應首先保證周圍環境無煙無塵，且光線充足，光纖芯的兩端應用專業切刀切割平齊，待用酒精擦拭后裝入光纖熔接機中進行熔接。通常光纖通信轉盤中使用的螺旋光纖為多模光纖，因為多模光纖比單模光纖芯徑粗，數值孔徑大，能從光源耦合更多的光功率，而轉盤中所使用的光纖為螺旋狀，節點多，這都要求光纖內部有足夠的光功率傳輸。根據多模光纖的上述特點，我們就可以隨時隨地驗證兩根光纖芯是否熔接成功，我們可以在一端的ST端子處放置手機或白熾手電等作為光源，如果相應一端的ST端子出現明顯的亮點，則說明熔接成功，若同其他端子一樣無明顯變化，則表明熔接失敗，需重新熔接。

3.2 對確定最大旋轉圈數的方法改進

在產品生產前應通過確定光纖轉盤的工作圈數來預選類型，產品應至少遵循轉盤的工作圈數小于最大旋轉圈數的原則。在產品改造前，轉盤的最大旋轉圈數的確定步驟如下：通過旋轉盤與固定盤的相對轉動將柔性光纖的環扣置于最左（右）端；用彩筆在旋轉盤的某一位置做一記號后緩慢旋轉轉盤，同時觀察標記位置；旋轉盤每旋轉一周，做一次人工記數，直至環扣被旋轉到最右（左）端。

此時所確定的記數即為光纖轉盤的最大旋轉圈數。可見當進行到第3步時，記數較為復雜，且容易混淆，使最大旋轉圈數不準確。針對以上情況，我們在靠近轉盤固定端的芯軸下端位置增加了一個小型的機械式二位計數器，如圖2所示。計數器的工作動力由芯軸提供，芯軸與光纖通信轉盤的旋轉端連接并隨之轉動。這樣，將環扣置于某一端后使計數器置零，通過轉動旋轉盤，當光纜環扣運動至另一端時，此時計數器所顯示的數字即為光纖通信轉盤的最大旋轉圈數。

3.3 對光纖通信轉盤應用環境的人為改進

光纖通信轉盤的應用對環境有著較高的要求，應盡量使周圍清潔、干燥、環境溫度為-5～+40℃。同時光纖通信轉盤使用的柔性光纜在運動中有一個柔性恢復時間，使用中應嚴格保證轉盤轉速在40r/s以內，否則將產生柔性光纜被拉伸而損壞或減少使用壽命。保持光纖通信轉盤防護罩內清潔，可防止灰塵進入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，溫度對柔性光纖的彎曲半徑的影響較大，在溫度過高或過低的環境下工作都會損壞柔性光纖。特別是在低溫環境下，柔性光纖的材料變脆，彎曲半徑急劇增大，此時光纖容易損壞。針對上述情況，我們需要使防護罩擁有較好的密封性，在其與集電箱連接處應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。

當外界環境低于-5℃時，通信轉盤將無法正常工作，因此在不改變柔性光纖材料的前提下，我們可人工改變轉盤的工作環境。如圖2所示，我們在作為密閉空間的防護罩內增加一組溫控設備，包括溫濕度傳感器、溫濕度控制器及加熱器。當光纖通信轉盤的工作環境低于-5℃時，溫濕度傳感器將信號傳送于溫濕度控制器，溫濕度控制器向加熱器發出工作信號，加熱器開始工作，當加熱溫度達到預先設定值例如40℃時，溫濕度傳感器發出信號，溫濕度控制器控制加熱器停止工作。通過實驗，在不同環境中，當加熱器開始工作一段時間后，防護罩內溫度可最少提升15℃。所以改造后，光纖通信轉盤可在外界溫度為-20～+40℃的環境下工作，大大的擴展了使用領域。

[1]葉培大.光纖傳輸及理論[M].北京：郵電大學學報.1980年02期.