光電滑環性能動態監測技術分析

何功 李雅楠

摘要：光電滑環能夠較好服務于運動部件間的可靠光電連接保障，滿足光電信號和電功率的傳輸需要，傳統電滑環存在的通道間隔離度差、高頻抗干擾能力低、大數據量傳輸能力不足等問題均得到較好解決。為保證光電滑環全壽命周期內的應用可靠性，本文圍繞光電滑環性能動態監測技術開展具體研究。

關鍵詞：光電滑環;性能;動態監測

引言：光電滑環性能[1]動態監測技術的應用需關注多方面因素影響。在此基礎上，本文涉及的常溫環境檢測裝置設計、水密環境檢測裝置設計、多指標一體化測試擴展等內容，則提供了可行性較高的光電滑環性能動態監測技術應用路徑。為更好控制光電滑環性能，實際工況的更為真實模擬、可靠性設計的針對性開展同樣需要得到重視。

1.光電滑環動態檢測裝置設計

1.1設計思路

光電滑環傳統檢測裝置存在無法輸出穩定連續的光電信號、無法檢測產品可靠壽命值、無法檢測轉速理論設計值等缺陷，因此其無法滿足實際工況需要。在本文研究的光電滑環動態檢測裝置設計，設計未采用近似的方法進行檢測，而是結合先進綜合式航電系統UAN概念，選用網絡光纖鏈路失效重構技術，配合鏈路元器件產品真實情況模擬，即可有效保證光電滑環的實用性。

1.2常溫環境檢測裝置設計

常溫環境光電滑環檢測裝置由支架平臺、電滑環、光滑環、錐齒輪傳動、調速電機、相關光電性能測試設備組成，主要部件功能如下：（1）光滑環。可制作1-20芯光滑環，需結合被測試產品類型，錐齒輪轉動軸與光滑環轉動端連接，通過電滑環中心、錐齒輪軸的轉子出線端隨軸一起轉動，以此用于轉子端光連接，與測試設備連接由光滑環定子端負責。（2）電滑環。可制作不同耐壓耐電流等級、不同芯數的電滑環，需結合被測試產品類型，錐齒輪軸與電滑環一邊轉動端連接，被測試產品轉子端與另一邊轉動端連接。（3）調速電機。主要用于控制轉速及轉動功率輸出變化。在測試裝置中接入被測試產品，測試裝置的轉子端光電線與產品的轉子端光電線連接，測試裝置中電滑環轉動端與被測產品轉動端連接。在光性能指標的測試時，光纖滑環轉子端出線與定子端出線連入光源光功率測試系統，并在保證錐齒輪轉動功率傳輸穩定的前提下，以某一速度轉動電機，光性能指標可由此完成在線測試，如實時轉速、插入損耗、旋轉壽命等。在電性能指標的測試時，需將被測試產品轉子出線端與定子出線端接入電性能測試設備系統，以此基于某一速度轉動產品，完成轉動力矩、旋轉壽命、耐電壓、動態接觸電阻等性能指標的在線測試。

1.3水密環境檢測裝置設計

對于應用水下探測裝置、魚雷、深水機器人、深海潛水艇、航母、艦船中的光電滑環，必須對其大數據光、電信號動態傳輸性能開展針對性檢測，水下目標探測定位精度也需要同時得到重視，以此滿足航空反潛作戰需要。因此，必須保證水密光電滑環能夠實現光電信號的連續傳輸，且不會受到一定水壓與轉速的影響。基于水密光電滑環檢測需要，需針對性設計水密環境檢測裝置，該裝置需實現0～1000rpm范圍轉速、1～30MPa范圍的壓力罐壓力調節，實現0.1r/s的轉速控制精度，以及不小于30MPa的輸入主轉動軸耐水壓指標。此外，標準光滑環、電滑環均需擁有不低于1000萬轉的使用壽命，且能夠通過光源光功率計儀器實現光插入損耗數據的曲線連續輸出，以及直流數字電阻測試儀的電動態接觸電阻曲線連續輸出。密封失效情況下，試驗裝置不得出現高壓水壓引發的裝置破壞危險。在常溫環境試驗裝置基礎上，為適應水密環境需要，需針對性設置壓力罐裝置，以此滿足不同水壓條件的測定需要，而通過模擬實際工況，即可滿足具體檢測需要。研究采用的水密環境檢測裝置由光功率計、調速電機、變速轉動裝置、壓力罐、壓力表、定子輸出裝置（被測產品）、被測產品、轉子輸出裝置（被測產品）、標準20芯光纖滑環、光源組成，由此即可實現一定水壓環境下、以一定轉速光電信號動態傳輸的水密光電滑環產品實際工況模擬。采用壽命、轉速均高于被測產品的標準20芯光纖旋轉滑環，以及由錐齒輪減速機構和變速電機組成的變速傳動裝置。通過保證被測滑環產品的與20芯光纖滑環的轉速一致，并在壓力灌中放入通過水密連接器連接的二者轉子端光連接。測試轉子軸密封、測試轉子與被測轉子連接部分、水密光電連接器接續屬于被測產品轉子輸出裝置主要構成，接頭定子輸出裝置則需要在壓力罐中放入水密光電連接器，壓力罐的實際壓力值可基于壓力表顯示。通過由光功率和光源組成的光測試鏈路，可實現光性能的測試。采用閉環控制的控制系統設計，反饋器件為光電編碼器，配合信號倍頻模塊進行處理，即可準確計算主軸實際旋轉速度完成驅動器的輸出電流調整、轉速指令比較、電機轉速調節、主軸轉速精確控制。在具體的一體化測試中，需在上述裝置中置入標準20芯光纖滑環，并在光源光功率系統中連入靜止端光纖和旋轉端光纖，以此開展靜態置零操作。在具體的裝置連接和參數設置中，需在壓力罐中放入被測水密光纖滑環，完成安裝后需針對性設置被測轉速、壓力罐壓力值，配合光功率顯示[2]。

2.工況模擬

2.1產品測試

基于水密光電滑環的一體化監測，本文圍繞其開展典型產品實際工況模擬，在水密環境檢測裝置支持下，水密光電滑環系列產品在變速高壓條件下的旋轉速度、插入損耗、耐水壓、壽命均可得到較好檢測，在連接試驗中，裝置的適用效果較為優秀。以50萬轉、100rpm旋轉速度、壽命全過程中插入損耗測試作為研究對象，結合《電連接器試驗方法》、《光纖光纜旋轉接頭總規范》、《軍用裝備實驗室環境試驗方法》等要求，即可基于10.5d開展試驗，全壽命84h、每天工作8h，一共需10.5d，由此開展測試，可確定數據曲線滿足設計技術指標要求，并能夠可靠性研究提供數據支撐。

2.2多指標一體化測試擴展

通過輸入主軸密封性能、調速電機減速機構參數、壓力罐參數的更改或調整，即可較好滿足水密光電滑環產品在不同轉速、不同水壓下的光插入損耗檢測，并得出關系曲線。以水密光電滑環產品為例，在水壓壓力為3MPa、5MPa、10MPa情況下，可分別開展光插入損耗測試，配合轉速的針對性設置，產品的實際使用工況即可實現更為真實的模擬，技術指標真實狀況也能夠得到更好反映，光電滑環性能動態檢測裝置的實用性可見一斑[3]。

結論：

簡而言之，作為旋轉平臺的核心關鍵器件，光電滑環能夠較好服務于光電信號及能量動態傳輸，在雷達系統、風力發電、高空氣球等領域均有著較為廣泛應用。基于此，本文簡單介紹了一種新型的光電滑環動態檢測裝置設計，并基于工況模擬直觀展示其性能，希望由此能夠為相關業內人士帶來一定啟發。

參考文獻：

[1] 光纖旋轉連接器的實驗研究，王光輝，天津大學碩士學位論文，2007

[2]丁玲，胡媛媛，劉楨，王世明，張超，胡冠華.光電搜索跟蹤設備實時數據傳輸方法研究[J].電子制作，2017（15）：47-48+50.

[3]李旭.中型錨系無線聲吶浮標系統設計研究[J].數字技術與應用，2017（07）：184+187.