En kombination av fiberoptisk roterande koppling och elektrisk släpring överför optisk data, elektrisk effekt och elektriska signaler över samma roterande gränssnitt.
Den fiberoptiska roterande leden, vanligen förkortad som FORJ, upprätthåller den optiska vägen mellan stationära och roterande fibrer. Den elektriska släpringen bär kraft, styrkretsar, sensorer, kodare, säkerhetskretsar eller koppar-baserade kommunikationskanaler. När samma axel också måste överföra luft, gas, vakuum, kylvätska eller hydrauliska medier, kan en roterande koppling läggas till enheten.
Det svåra är inte bara att montera flera kanaler i ett hus. Det optiska systemet, elektriska kretsar, axelgeometri, rotation, kabeldragning, miljö, serviceåtkomst och acceptanstest måste fungera tillsammans.
För en grundläggande förklaring av den optiska komponenten, se ByTunes guide tillfiberoptisk släpring. Projekt som kräver en ändamålsenlig-optisk och elektrisk konfiguration kan också börja medskräddarsydd glidringproduktsortiment.
Vad gör varje del av församlingen?
En FORJ och en elektrisk släpring utför olika funktioner.
| Komponent | Primär funktion | Typisk information krävs |
|---|---|---|
| Fiberoptisk roterande led | Överför en eller flera optiska kanaler över ett roterande gränssnitt | Fibertyp, våglängd, kanalantal, kontakter, insticksförlust och dynamisk variation |
| Elektrisk släpring | Överför kraft och ledande elektriska signaler | Spänning, kontinuerlig och toppström, signaltyp, jordning, kablar och kontakter |
| Pneumatisk eller hydraulisk roterande koppling | Överför gas, vakuum eller flytande media | Medium, tryck, flöde, temperatur, portar, läckage och materialkompatibilitet |
| Mekanisk integration | Upprätthåller montering, rotation och kabelhantering | Borrning, fläns, ytterdiameter, längd, vridmoment, hastighet, utlopp och serviceavstånd |
En FORJ överför normalt inte elektrisk kraft. Att flytta huvuddatavägen till optisk fiber tar inte heller bort alla elektriska krav. Motorer, bromsar, belysning, pulsgivare, gränslägesbrytare, strömförsörjning och servicekretsar kan fortfarande behöva ledande kanaler.
Sammansättningar som kombinerar flera transmissionsteknologier beskrivs vanligtvis somhybrid släpringar.
Integrerad montering eller separata roterande komponenter?
En enda integrerad enhet kan minska konsoler, oberoende kabelutgångar och uppriktningsarbete. Separata komponenter kan göra framtida utbyte eller tekniska uppgraderingar enklare.
| Beslutsfaktor | Integrerad FORJ och Slip Ring | Separata komponenter |
|---|---|---|
| Installationsutrymme | Kan minska antalet höljen och adaptrar | Kan kräva mer axiellt eller radiellt utrymme |
| Inriktning | Hanteras i en designad sammansättning | Måste styras av maskinstrukturen |
| Kabeldragning | Optiska och elektriska utgångar kan koordineras | Varje komponent behöver separat routing och dragavlastning |
| Användbarhet | Att ta bort en enhet kan avbryta flera funktioner | Den optiska eller elektriska modulen kan bytas ut oberoende |
| Kompetens | En integrerad testplan kan täcka hela enheten | Varje komponent kan ha en oberoende kvalificeringsplan |
| Framtida förändringar | En förändring kan påverka hela monteringen | En modul kan uppgraderas utan att ersätta den andra |
| Anskaffning | En leverantör kan samordna gränssnitt och dokumentation | Flera leverantörer kan erbjuda fler komponentval |
En integrerad design är ofta attraktiv när utrymmet är begränsat eller när separata enheter skulle skapa svår anpassning och kablage. Ett modulärt arrangemang kan vara att föredra när FORJ måste bytas ut oberoende eller när optiska och elektriska system följer mycket olika utvecklingsscheman.
Fem tekniska ingångar som styr designen
1. Definiera det befintliga optiska systemet först
Välj inte en FORJ enbart från en rubrikdatahastighet. Börja med den utrustning som redan är installerad på de stationära och roterande sidorna.
Identifiera:
- Modeller för sändare och mottagare
- Minsta sändarens uteffekt
- Mottagarens känslighet och maximal mottagarinmatning
- Single-mode eller multimode fiber
- Driftsvåglängd
- Befintliga kontakter och polering
- Erforderligt länkavstånd
- Aktuella patchkablar och adaptrar
- Dataprotokoll och datahastighet
ITU-T G.652beskriver geometriska, mekaniska och transmissionsattribut för enkel-optisk fiber och kabel.ITU-T G.651.1täcker 50/125 μm multimode graderad -index optisk fiberkabel. Dessa dokument hjälper till att definiera fiberegenskaper, men de ersätter inte transceivern och systemkraven.
| Urvalsfråga | Enkelt-lägessystem | Multimode-system |
|---|---|---|
| Befintlig utrustning | Måste använda kompatibla enkel-sändtagare, fiber och våglängd | Måste använda kompatibla multimode transceivers, fiber och våglängd |
| Huvudfokus på design | Optisk budget, avstånd, returförlust och kontaktens skick | Bandbredd-avståndskrav, startförhållanden och anslutningskompatibilitet |
| Direkt substitution | Bör inte ersättas av multimode enbart för att förenkla inköp | Bör inte ersättas av enkel-läge utan att granska hela länken |
Enkelt-läges- och multimodekanaler kan finnas i en anpassad sammansättning, men varje kanal måste behålla sin egen kompatibla fiber, våglängd, kontakter och sändtagare.
2. Bestäm kanalräkning och bygg den optiska effektbudgeten
Räkna optiska vägar från den verkliga systemarkitekturen. En duplexlänk kan använda två fibrer, medan en dubbelriktad eller multiplexerad arkitektur kan använda ett annat arrangemang. Optisk multiplexering måste utvärderas som en del av det kompletta optiska systemet snarare än antas från FORJ enbart.
Det värsta-fallet förlust av sökväg bör inkludera:
- Fast-fiberdämpning
- Förlust av extern kontakt
- Förlust av skarv och adapter
- FORJ insättningsförlust
- Maximal infogning-förluständring under rotation
- Ytterligare förlust orsakad av specificerade miljöförhållanden
- En ingenjörsmarginal vald för applikationen
Använd den minsta garanterade sändarutgången och den erforderliga mottagarkänsligheten snarare än typiska värden.
Tillgänglig optisk budget=minsta sändarutgång − mottagarens känslighet
Återstående marginal=tillgänglig optisk budget − värsta-sökvägsförlust
Eftersom sändarutgång och mottagarkänslighet vanligtvis anges i dBm medan vägförluster anges i dB, måste enheterna och skyltarna hanteras konsekvent.
Illustrativ optisk budget
Följande exempel är hypotetiskt och är inte en ByTune-produktspecifikation.
| Budgetpost | Illustrativt värde |
|---|---|
| Minsta sändareffekt | -3,0 dBm |
| Mottagarens känslighet | -12,0 dBm |
| Tillgänglig optisk budget | 9,0 dB |
| Fast kabel- och skarvbortfall | 0,8 dB |
| Förlust av extern kontakt och adapter | 1,0 dB |
| Maximal FORJ-insättningsförlust | 3,0 dB |
| Maximal rotationsvariation | 0,6 dB |
| Projektteknikersättning | 1,0 dB |
| Totalt värsta-fallsförlust av sökväg | 6,4 dB |
| Återstående marginal | 2,6 dB |
Den acceptabla marginalen beror på optisk utrustning, miljöräckvidd, underhållsstrategi och projektrisk. Exemplet visar bara beräkningsprocessen.
System som bär industriellt Ethernet över optiska transceivrar bör definieras från den fullständiga optiska länken. Relaterade konduktiva-dataöverväganden diskuteras i ByTunes guider tillhög-dataöverföring i släpringarochEthernet-släpringar.
3. Definiera optisk prestanda under rotation
Insättningsförlust, rotationsinsättning-förlustvariation och returförlust beskriver olika delar av optisk prestanda.
Insättningsförlust
Insättningsförlust är den optiska effekt som går förlorad genom komponenten eller uppmätta länken. En projektspecifikation bör ange:
- Maximal insättningsförlust per kanal
- Mätning av våglängd
- Fibertyp
- Anslutnings- och pigtailkonfiguration
- Om externa adaptrar ingår
- Testtemperatur
Roterande infogning-förlustvariation
En FORJ kan ge en acceptabel stationär avläsning men visa större förlust vid speciella vinkelpositioner. Det dynamiska kravet bör definiera:
- Tillåten topp-till-topp eller maximal variation
- Normal och maximal rotationshastighet
- Medurs och moturs drift
- Antal varv eller testlängd
- Samplingshastighet
- Kallt eller termiskt stabiliserat tillstånd
- Om alla kanaler mäts tillsammans
Avkastningsförlust
Returförlust beskriver reflekterad optisk effekt. Dess betydelse beror på ljuskällan, transceivern, kontaktpoleringen och det optiska instrumentet. Ett generiskt avkastningsmål för-förlust bör inte kopieras till varje projekt utan att kontrollera den faktiska utrustningen.
Dynamisk optisk prestanda är en anledning till att systemet inte bara bör specificeras som "10 Gbit/s" eller "40 Gbit/s." Datahastigheten är resultatet av hela länken, inklusive transceivers, fiber, kontakter, optisk budget, mjukvara och roterande komponent.
4. Specificera elektriska kretsar och mekanisk integration
Elsektionen kräver ett eget kretsschema. För varje krets, definiera:
- Fungera
- AC eller DC spänning
- Kontinuerlig ström
- Topp- eller inkopplingsström
- Arbetscykel
- Trådstorlek
- Elektrisk kontakt
- Jordningsarrangemang
- Signalprotokoll där tillämpligt
- Säkerhetsrelaterad-funktion
Strömkretsar, analoga sensorer, kodare, CAN, RS-485, koppar-Ethernet och säkerhetskretsar ska inte behandlas som identiska kanaler. Avskärmning och kanalarrangemang kan förbli viktiga även när den huvudsakliga höghastighetsdatavägen använder fiber. Se ByTunes artikel omsignalskärmning i släpringarför relaterade designöverväganden.
Den mekaniska ritningen ska visa:
- Erforderligt hål
- Maximal ytterdiameter
- Maximal axiell längd
- Axel- och flänsmått
- Stationära och roterande sidor
- Anti-rotationsarrangemang
- Fiber- och elkabelutgångar
- Anslutningsavstånd
- Tillgång till tjänsten
- Närliggande lager och rörliga delar
Definiera även normal och maximal hastighet, kontinuerlig rotation eller oscillation, riktningsändringar, acceleration, drifttimmar, körmoment, axelavbrott, vibrationer och stötar.
A genomgående-hålslipringutvärderas ofta när en befintlig axel, rör eller kabelbunt måste vara kvar i mitten. Det slutliga hålet kan inte övervägas oberoende eftersom det kan påverka husets diameter, kretslayout och tillgängligt anslutningsutrymme.
5. Skydda kontakter, fibrer och den kompletta installerade enheten
Optisk prestanda kan försämras av en kontaminerad eller skadad extern kontakt även när FORJ själv fungerar korrekt.
Anslutningsspecifikationen bör identifiera:
- Anslutningsfamilj
- PC, UPC eller APC polish
- Paneladapter eller flygande pigtail
- Fiberlängd och jacka
- Minsta böjradie
- Dragavlastning
- Dammskydd
- Tillgång till inspektion och rengöring
IEC 61300-3-35 behandlar observation och klassificering av skräp, repor och defekter på fiberoptiska anslutningars ändar. Inspektion av kontaktdon bör följas av lämplig rengöring och optisk verifiering vid behov; Det visuella utseendet ensamt etablerar inte den fullständiga länkprestandan.IEC 61300-3-35tillhandahåller relevant officiella standardinformation.
En praktisk anslutningsprocess är:
- Inspektera kontaktens ändyta innan den kopplas ihop.
- Rengör den med en godkänd metod när kontaminering finns.
- Inspektera den igen.
- Anslut fibern utan att överskrida den angivna böjradien.
- Verifiera förlust av infogning eller avsluta-att-avsluta länkoperation efter montering.
Om samma axel också överför luft, gas eller vakuum, kan de optiska och elektriska kraven kombineras med enpneumatisk glidringeller annan lämplig roterande koppling.
Miljökrav bör beskriva den faktiska exponeringen, inklusive temperatur, luftfuktighet, kondens, damm, vatten, salt, kylvätska, tryck, vibrationer och stötar.
IEC förklarar att IP-koden som definieras genom IEC 60529 klassificerar kapslingsskydd mot damm och vätskor. En IP-klassificering definierar inte automatiskt skyddet av externa pigtails, kontakter, kabelingångar, adaptrar eller den slutligt installerade maskinen. Ytterligare applikationsvägledning finns i ByTunes förklaring avsläpring IP-klassificering.
Hypotetiskt exempel: Roterande maskin-Vision Platform
Följande exempel är illustrativt och är inte ett kundcase eller produktrekommendation.
En kontinuerlig-rotationsinspektionsplattform innehåller:
- Två industrikameror
- LED-belysning
- En motor och broms
- En kodare
- Flera styrsensorer
- Två optiska kommunikationsvägar
- En central mekanisk axel
- Begränsat axiellt installationsutrymme
En begäran som säger "vi behöver en släpring med två fibrer, kraft och signaler" är inte tillräckligt för konstruktionsgodkännande.
| Kravgrupp | Information som behövs | Engineering Output |
|---|---|---|
| Optiskt system | Transceivers, fibertyp, våglängd, kontakter, länkbudget och tillåten dynamisk variation | Schema för optiska kanaler och acceptansgränser |
| Elsystem | Motor-, broms-, belysnings-, sensor- och kodarkretsar med ström och inkoppling | Kretsschema, trådstorlekar och kontaktdefinition |
| Mekaniskt gränssnitt | Borrning, ytterdiameter, längd, fläns, axel, utgångar och serviceavstånd | Kontrollerad konturritning |
| Rörelse | Normal hastighet, maximal hastighet, kontinuerlig rotation och acceleration | Krav på hastighet, vridmoment och uthållighet |
| Miljö | Temperatur, damm, rengöring, vibrationer och inneslutningsförhållanden | Material, tätning och miljöprovningsomfattning |
| Godkännande | Stationär förlust, dynamisk variation, elektriska tester och kommunikationsförsök | Leverantörstestrapport och kundacceptplan |
Om kamerorna använder optiska sändtagare och skaftet måste förbli öppet, kan en integrerad enhet med genomgående-hål utvärderas. Om den optiska sektionen måste uppgraderas oberoende, kan separata koncentriska moduler erbjuda bättre servicebarhet.
Hur man testar dynamisk insättningsförlust
Den exakta metoden och acceptansgränsen måste överenskommas för projektet. Ett praktiskt testarrangemang kan inkludera en stabil optisk källa, referenspatchledningar, FORJ-kanalen som testas, en optisk effektmätare eller datainsamlingsmottagare- och en fixtur med kontrollerad rotation.
Steg 1: Definiera mätgränsen
Ange om mätningen inkluderar:
- FORJ pigtails
- Externa patchkablar
- Adaptrar
- Panelkontakter
- Andra komponenter i produktionslänken
Samma gräns måste användas för baslinje- och rotationsmätningarna.
Steg 2: Upprätta den optiska referensen
Låt källan och mätutrustningen stabilisera sig. Fastställ referensen med vald våglängd, anslutningsarrangemang och referensmetod innan du sätter in den roterande komponenten.
Steg 3: Mät den stationära baslinjen
Spela in varje optisk kanal medan enheten är stationär. Identifiera våglängd, utrustning, omgivningstemperatur och kontaktens tillstånd.
Steg 4: Spela in framförande under rotation
Rotera enheten med den specificerade hastigheten och riktningen medan du kontinuerligt registrerar mottagen ström eller insättningsbortfall. Synkronisera resultatet med tid eller vinkelläge där det är användbart.
Rapporten bör identifiera:
- Genomsnittlig insättningsförlust
- Maximal insättningsförlust
- Variation från topp-till-topp
- Korta-utflykter
- Kanal-till-kanalskillnader
- Medurs och moturs resultat
Steg 5: Upprepa under relevanta förhållanden
När applikationen kräver det, upprepa testet efter termisk stabilisering, efter en uthållighetscykel, vid maximal driftshastighet, eller med den elektriska delen spänningssatt under dess definierade belastning.
Steg 6: Slutför slut-till-avsluta systemtestet
Ett optiskt förlusttest på komponent-nivå bevisar inte att hela maskinlänken fungerar korrekt. Testa den sista länken med de faktiska sändarna, mottagarna, patchkablarna, kontakterna, mjukvaran och driftsdatabelastningen.
ByTunes allmänna guide omsläpringstestningger ytterligare sammanhang för elektrisk och mekanisk verifiering.
Test- och acceptansprotokoll
| Testa | Ändamål | Typiskt rekord |
|---|---|---|
| Anslutningsände-ansiktsinspektion | Identifiera skräp, repor eller synliga defekter före anslutning | Inspektionsbild eller resultat |
| Stationär insättningsförlust | Upprätta den optiska baslinjen | Förlustrapport per-kanal |
| Dynamisk infogning-förlustvariation | Verifiera optisk stabilitet under rotation | Tids-baserad eller vinkel-baserad spårning |
| Returförlust | Verifiera reflekterad-strömprestanda där det behövs | Resultat per-kanal |
| Slut-till-optisk länk | Bekräfta driften med faktiska transceivrar | Optisk effekt eller kommunikationsrekord |
| Elektrisk kontinuitet och isolering | Verifiera elektriska kanaler och isolering | Elprovningsrapport |
| Laddat eltest | Kontrollera spänningsfall eller temperatur vid behov | Ladda-testrapport |
| Dimensionell inspektion | Bekräfta hål, fläns, kuvert och utgångar | Dimensionell rapport |
| Test av hastighet och vridmoment | Verifiera mekanisk funktion | Rotationstestrapport |
| Maskinapplikationstest | Bekräfta prestanda i den färdiga utrustningen | Kundacceptansprotokoll |
Granska den föreslagna dokumentationen tillsammans med ByTunestillverkningsinformationochkvalitetsstyrningsprocessen. Installationskrav bör också kontrolleras innan den omgivande maskinkonstruktionen fryses; semonteringsanvisning för släpring.
Felsymtom och inspektionsprioriteringar
| Observerat symtom | Möjlig orsak | Första kontrollerna |
|---|---|---|
| Högre förlust vid alla rotationspositioner | Kontaktförorening, skadad pigtail, felaktig referens eller ökad komponentförlust | Inspektera och rengör kontakter, upprepa referensen och isolera externa kablar |
| Förlusten ändras vid en vinkelposition | Dynamisk uppriktningsvariation, mekanisk belastning eller intern optisk variation | Jämför kurvan med rotationsvinkeln och inspektera axelns inriktning |
| Intermittent kommunikation utan en stor genomsnittlig förlustförändring | Korta optiska utflykter, mottagarmarginal, programvarutidsgräns eller problem med extern anslutning | Öka samplingsfrekvensen och testa med faktiska transceivrar |
| En kanal skiljer sig från de andra | Kanalspecifikt-problem med anslutning, fiber eller intern sökväg | Byt externa patchkablar och testa varje kanal oberoende av varandra |
| Prestandaförändringar efter installation | Fiberböjning, dragning, laddning av kopplingar eller felinställning av maskinen | Inspektera dragning, dragavlastning, böjradie och montering |
| Elektriska kanaler fungerar men optisk kommunikation misslyckas | Problem med optisk kompatibilitet, budget eller anslutning | Verifiera våglängd, fibertyp, transceivrar och slut-till-mottagen effekt |
| Optisk prestanda är stabil men elektriskt brus kvarstår | Problem med ledande signal, jordning eller-strömförsörjning utanför den optiska vägen | Se över elektrisk skärmning, jordning och kanalarrangemang |
FORJ och Slip Ring RFQ checklista
- Maskin- och tillämpningsbeskrivning
- Stationära och roterande sidor
- Integrerad eller separat-komponentinställning
- Single-mode eller multimode fiber
- Fiberspecifikation och driftvåglängd
- Antal optiska kanaler
- Simplex, duplex eller multiplexerad arkitektur
- Modeller för sändare och mottagare
- Dataprotokoll och datahastighet
- Minsta sändareffekt och mottagarkänslighet
- Tillgänglig budget för optisk effekt
- Maximal insättningsförlust
- Maximal rotationsinsättning-förlustvariation
- Retur-förlustkrav där tillämpligt
- Optisk kontakt och polering
- Pigtaillängd, jacka, böjradie och märkning
- Komplett schema för elektriska kretsar
- Kontinuerlig och toppström
- Elektriska signalprotokoll
- Elkablar och kontakter
- Borrning och axelmått
- Maximal ytterdiameter och axiell längd
- Fläns och monteringsritning
- Normal och maximal hastighet
- Kontinuerlig rotation eller oscillation
- Körmomentkrav
- Temperatur, luftfuktighet, damm, vatten och korrosionsexponering
- Gas-, vakuum- eller vätskekanaler vid behov
- Krav på besiktning, provning och dokumentation
- Prototyp och produktionsmängder
- Projektschema
- Installationsritningar och fotografier
FAQ
F: Är en FORJ samma sak som en fiberoptisk glidring?
S: Termerna används ofta för relaterade produkter. FORJ hänvisar specifikt till en fiberoptisk roterande led. "Fiberoptisk släpring" kan syfta på en fristående FORJ eller en hybridenhet som innehåller både optiska och elektriska kanaler.
F: Kan en FORJ överföra ström?
S: Nej. Den optiska fibern överför optiska signaler. Elektrisk kraft kräver en elektrisk släpring eller annan godkänd roterande elektrisk anslutning.
F: Kan en FORJ stödja 10G, 25G eller 40G kommunikation?
S: Hela länken måste stödja den datahastighet som krävs. Bekräfta sändtagare, fiber, våglängd, anslutningar, optisk budget, länkavstånd och rotationsförlust istället för att bara lita på en FORJ-data-hastighetssats.
F: Vad är roterande infogning-förlustvariation?
S: Det är förändringen i uppmätt optisk förlust medan FORJ roterar. Resultatet är meningsfullt endast när våglängd, hastighet, riktning, varaktighet, provtagningsmetod, temperatur och mätgräns definieras.
F: Kan enstaka-läges- och multilägeskanaler dela en enhet?
S: En anpassad sammansättning kan innehålla båda, men varje optisk väg måste använda kompatibla fibrer, kontakter, våglängder och transceivers. Deras specifikationer och testresultat bör förbli separata.
F: Kräver en integrerad enhet mindre underhåll?
S: Det kan minska separata konsoler och gränssnitt, men underhållet beror på den fullständiga designen. Optiska kontakter kräver fortfarande skydd och inspektion, medan elektriska kablar, lager, tätningar och monteringsutrustning kan kräva regelbundna kontroller.
F: Är en genomgående-borrstruktur alltid nödvändig?
S: Nej. Det är användbart när en axel, ett rör eller en kabelbunt måste passera genom mitten. En ände-av-skaft eller modularrangemang kan vara enklare när skaftänden är tillgänglig och oberoende service är viktig.
Slutlig rekommendation
En framgångsrik fiberoptisk rotationskoppling och släpringsintegrering börjar med det befintliga optiska systemet, inte en katalogkanalräkning.
Identifiera transceivrar, fibertyp, våglängd, kontakter, optisk effektbudget och tillåten dynamisk förlust först. Definiera sedan de elektriska kretsarna, hålet, enveloppen, hastigheten, vridmomentet, miljön, kabeldragningen, serviceåtkomst och acceptanstest.
Den bästa lösningen kan vara en integrerad -genomgående borrning, en axelände-kombination eller separata koncentriska moduler. Den korrekta arkitekturen är den som uppfyller den fullständiga optiska, elektriska och mekaniska specifikationen samtidigt som den förblir praktisk att tillverka, installera, testa och serva.
Skicka in schemat för optiska kanaler, schema för elektriska kretsar, mekanisk ritning och testkrav genomByTune kontaktsidaför granskning av ansökan.