光纤通信转盘的应用与改进

于广伟 李大庆

（北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110027）

1 概述

光纤通信转盘，主要用于堆取料机等大型移动设备与地面中央控制室之间的光纤通信联接，可用于数据通讯、图像通讯、语音通讯、网络通讯等传输方式.通讯速率从20Kbit/s到50Mbit/s。由于光纤通信转盘内部无滑动接触部分，因此传输信号损失小，通信可靠；同时具有体积小的特点，是一个独立的装置，它可以单独应用，也可以和任意集电系统组合在一起，通过电缆卷筒组成动力、光纤通信二合一装置或动力、控制、光纤通信三合一装置。由于光纤转盘的使用受环境影响的限制较为明显，因此，对于通过对光纤通信转盘的技术改进来扩展其使用领域就显得犹为重要。

2 光纤通信转盘的结构和工作原理

光纤通信转盘由防护罩、旋转盘、固定盘、柔性光纤及联轴器等零部件组成，基本构造如图1所示。防护罩内的转盘是由旋转盘与固定盘连接在一起构成的，两转盘之间可相对旋转。其中右侧转盘（序号5）为固定盘，用粘合平带将其固定在防护罩壳体上，左侧转盘（序号3）为旋转盘，与联轴器相连。两转盘内有一螺旋状柔性光缆可绕芯轴转动。

在实际工作中，联轴器通过拨盘与电缆卷筒集电箱轴连接，所以旋转盘与集电环作同步运动。光纤通信转盘的作用就是将旋转光缆中的通信信号传送到光纤的固定端，这一功能主要通过螺旋状柔性光缆来实现。首先通过光纤熔接机将螺旋光缆中的每根光纤两端都分别与一支ST端子连接，便于光纤的连接。

柔性光缆的两端分别被固定在旋转盘和固定盘上，并且光缆上有一环扣，如图1所示。当柔性光缆围绕芯轴做旋转运动时，环扣则随之沿芯轴做近似线性运动，以此来化解柔性光缆的旋转力，从而保证了柔性光缆的正常旋转。设联轴器顺时针转动时环扣从左向右移动，则联轴器逆时针转动时环扣将从右向左移动。由于受光纤通信转盘的结构影响，转盘不能无限制地转动，因此就需要设定光纤通信转盘工作的最大旋转圈数，避免使较为贵重的柔性光缆损坏。

上述向左或向右移动时联轴器所转动的圈数就是光纤通信转盘的工作圈数，即允许电缆卷筒上卷盘可以卷缆的工作圈数。光缆通信转盘的工作圈数确定方法如下，设电缆卷盘的卷缆长度为L，满盘时的最大半径为R1，最小半径为R2，则工作圈数N为：

由上式可以看出在确定光纤转盘的工作圈数之前，必须先明确堆取料等主机设备所需电（光）缆的各项参数。

3 光纤通信转盘的使用及组装工作的改进

3.1 光纤的类型选择

在光纤通信转盘的组装过程中，最为重要的即为光纤与ST端子的连接。在两者的熔接过程中应首先保证周围环境无烟无尘，且光线充足，光纤芯的两端应用专业切刀切割平齐，待用酒精擦拭后装入光纤熔接机中进行熔接。通常光纤通信转盘中使用的螺旋光纤为多模光纤，因为多模光纤比单模光纤芯径粗，数值孔径大，能从光源耦合更多的光功率，而转盘中所使用的光纤为螺旋状，节点多，这都要求光纤内部有足够的光功率传输。根据多模光纤的上述特点，我们就可以随时随地验证两根光纤芯是否熔接成功，我们可以在一端的ST端子处放置手机或白炽手电等作为光源，如果相应一端的ST端子出现明显的亮点，则说明熔接成功，若同其他端子一样无明显变化，则表明熔接失败，需重新熔接。

3.2 对确定最大旋转圈数的方法改进

在产品生产前应通过确定光纤转盘的工作圈数来预选类型，产品应至少遵循转盘的工作圈数小于最大旋转圈数的原则。在产品改造前，转盘的最大旋转圈数的确定步骤如下：通过旋转盘与固定盘的相对转动将柔性光纤的环扣置于最左（右）端；用彩笔在旋转盘的某一位置做一记号后缓慢旋转转盘，同时观察标记位置；旋转盘每旋转一周，做一次人工记数，直至环扣被旋转到最右（左）端。

此时所确定的记数即为光纤转盘的最大旋转圈数。可见当进行到第3步时，记数较为复杂，且容易混淆，使最大旋转圈数不准确。针对以上情况，我们在靠近转盘固定端的芯轴下端位置增加了一个小型的机械式二位计数器，如图2所示。计数器的工作动力由芯轴提供，芯轴与光纤通信转盘的旋转端连接并随之转动。这样，将环扣置于某一端后使计数器置零，通过转动旋转盘，当光缆环扣运动至另一端时，此时计数器所显示的数字即为光纤通信转盘的最大旋转圈数。

3.3 对光纤通信转盘应用环境的人为改进

光纤通信转盘的应用对环境有着较高的要求，应尽量使周围清洁、干燥、环境温度为-5～+40℃。同时光纤通信转盘使用的柔性光缆在运动中有一个柔性恢复时间，使用中应严格保证转盘转速在40r/s以内，否则将产生柔性光缆被拉伸而损坏或减少使用寿命。保持光纤通信转盘防护罩内清洁，可防止灰尘进入ST端子连接处以保证光路畅通；保持干燥可防止金属部件加速腐蚀；受材料限制，温度对柔性光纤的弯曲半径的影响较大，在温度过高或过低的环境下工作都会损坏柔性光纤。特别是在低温环境下，柔性光纤的材料变脆，弯曲半径急剧增大，此时光纤容易损坏。针对上述情况，我们需要使防护罩拥有较好的密封性，在其与集电箱连接处应涂有密封胶或加垫橡胶垫，前罩与后罩之间也同样加有密封垫。

当外界环境低于-5℃时，通信转盘将无法正常工作，因此在不改变柔性光纤材料的前提下，我们可人工改变转盘的工作环境。如图2所示，我们在作为密闭空间的防护罩内增加一组温控设备，包括温湿度传感器、温湿度控制器及加热器。当光纤通信转盘的工作环境低于-5℃时，温湿度传感器将信号传送于温湿度控制器，温湿度控制器向加热器发出工作信号，加热器开始工作，当加热温度达到预先设定值例如40℃时，温湿度传感器发出信号，温湿度控制器控制加热器停止工作。通过实验，在不同环境中，当加热器开始工作一段时间后，防护罩内温度可最少提升15℃。所以改造后，光纤通信转盘可在外界温度为-20～+40℃的环境下工作，大大的扩展了使用领域。

[1]叶培大.光纤传输及理论[M].北京：邮电大学学报.1980年02期.