지속적으로 회전하는 시스템에서는 일반 광섬유 케이블이 꼬이고 피로해지며 결국에는 파손됩니다. 슬립 링 제조업체로서 우리가 지원한 프로젝트에서는 커넥터 문제가 거의 발생하지 않습니다. 이는 일반적으로 시스템{2}} 수준의 문제입니다. 광 경로는 전원 및 제어 라인 옆에서 나중에 고려한 것으로 처리되었으며 현장에서 기계가 빠른 속도로 회전한 후에야 그 모습이 드러났습니다.
A 광섬유 회전 조인트,라고도 함포제이또는광섬유 슬립 링, 광섬유를 비틀지 않고 회전 인터페이스를 통과하는 광 신호를 허용하여 이 문제를 해결합니다. 대부분의 최신 기계에서 FORJ는 독립형 부품으로 구매되지 않습니다. 이는 다음과 통합되어 있습니다.전기 슬립 링하나의 회전축을 통해 전력, 저전압 신호, 이더넷, 필드버스 및 광학 데이터를 전달하는 단일 하이브리드 어셈블리로 만들어졌습니다.{0}}
이 가이드는 산업, 해양, 국방 및 의료 고객을 위해 이러한 어셈블리를 지정하고 테스트하는 애플리케이션 엔지니어링 팀의 관점에서 작성되었습니다. FORJ가 무엇인지, 작동 방식, 하이브리드 솔루션이 올바른 선택인지, 실제로 중요한 사양, 공급업체에 연락하기 전에 준비해야 하는 정보 등을 다룹니다.
광섬유 로터리 조인트란 무엇입니까?
광섬유 회전 조인트는 광학 경로를 방해하지 않고 기계의 고정면과 회전면 사이를 빛이 통과할 수 있도록 하는 수동 광학 장치입니다. 이는 기존의 슬립 링이 전기 신호에 대해 수행하는 것과 동일한 역할을 광학 신호에 대해 수행합니다.
여러 이름으로 데이터시트 및 RFQ에 설명된 동일한 기술을 볼 수 있습니다.
- 광섬유 로터리 조인트(FORJ)
- 광섬유 슬립 링
- 광학 슬립 링
- 광학 회전 조인트
- 광섬유 로터리 커넥터
이러한 용어는 일반적으로 동일한 기능을 설명합니다. 이름은 일반적으로 기술적 차이보다는 업계와 공급업체를 반영합니다.
광섬유 로터리 조인트의 작동 방식
FORJ 내부에서는 회전하는 섬유와 고정된 섬유가 물리적으로 서로 비틀리지 않습니다. 대신, 광학 신호는 베어링, 회전 하우징 및 고정 하우징으로 지지되는 두 개의 시준 요소 사이에 정확하게 정렬된 광학 경로를 통해 전송됩니다. 단일-채널 디자인은 일반적으로 회전축에 한 쌍의 콜리메이터를 사용합니다. 다중-채널 설계에는 프리즘, 비둘기 프리즘, 거울 또는 회전식 멀티플렉서를 추가하여 여러 광학 채널이 동일한 회전 인터페이스를 공유하거나 교차할 수 있습니다.
광학 전송은 마이크론- 수준 정렬에 따라 달라지므로 베어링의 기계적 품질과 하우징의 치수 안정성은 광학 장치 자체만큼 중요합니다. 빠른-속도 또는 진동이 발생하기 쉬운-애플리케이션에서 지배적인 실패 모드는 치명적인 신호 손실이 아니라 불안정한 상태입니다.삽입 손실 변화: 부품이 벤치에서 정적 테스트를 통과한 후 부하가 걸린 상태에서 회전하기 시작하면 현장에서 표류합니다.
하이브리드 광섬유 슬립 링: 하나의 어셈블리에 전원, 신호 및 광학 데이터 포함
FORJ 자체는 광 신호만 전송합니다. 전력, 모터 구동 전류, 엔코더 신호 또는 공압 라인을 전달하지 않습니다. 실제 기계에서는 거의 항상 동일한 회전축을 교차해야 합니다.
그렇기 때문에 우리가 받는 대부분의 FORJ 요청은 순수 FORJ에 대한 것이 아닙니다. 그들은하이브리드 슬립 링하나의 기계적 봉투 내부에 광학 채널을 전기 슬립 링, 때로는 공압 또는 유압 라인과 통합합니다.
하이브리드 광섬유 슬립 링은 일반적으로 단일 회전 어셈블리에 다음 중 일부를 결합합니다.
- 하나 이상의 광 채널(단일-모드 또는 다중 모드)
- 모터 또는 히터용 고전류 전력 회로-
- 저-전압 제어 및 센서 신호
- 기가비트 이더넷또는 필드버스 회로(CAN, EtherCAT, PROFINET)
- RF 또는 동축 채널
- 일부 설계의 공압 또는 유압 통로
하이브리드 슬립 링이 적합한 경우
일반적으로 하이브리드 설계는 다음 중 하나 이상이 참일 때 정답입니다.
- 회전 구조는 엔벨로프, 무게 또는 균형 제약이 엄격하며 샤프트에 두 번째 회전 장치를 쌓을 수 없습니다.
- 데이터 링크는 인근 모터, VFD 또는 레이더 송신기의 전자기 간섭을 막아야 합니다.
- 데이터 속도는 구리 슬립 링 접점이 시스템 수명 동안 안정적으로 제공할 수 있는 속도를 초과합니다.
- 전력, 모션 제어 및 고대역폭 센서 데이터는 모두 동일한 축을 통과해야 합니다.{0}
- 이 애플리케이션은 기성품 FORJ와 별도의 슬립 링이 기계적으로 정렬되지 않을 정도로 맞춤 제작되었습니다.-
예를 들어 감시 짐벌에서 일반적인 하이브리드 어셈블리는 카메라의 고해상도 비디오 스트림을 위한 하나의 광학 채널, 제어를 위한 기가비트 이더넷 라인, 팬/틸트 모터 및 히터를 위한 수 암페어의 전력, 소수의 저전압 신호 회로를 모두 직경 60mm 미만의 하우징 내부에 결합할 수 있습니다.- 이러한 채널을 별도로 지정하고 함께 연결하면 일반적으로 단일 통합 설계보다 공간과 비용이 더 많이 듭니다.
광섬유 로터리 조인트 대 전기 슬립 링
두 장치 모두 회전식 변속기 문제를 해결하지만 서로 바꿔 사용할 수는 없습니다.
| 요인 | 광섬유 로터리 조인트 | 전기 슬립 링 |
|---|---|---|
| 1차 신호 | 광학 데이터 | 전원 및 전기 신호 |
| 다음에 가장 적합 | 높은-대역폭 데이터, EMI-민감한 링크, 장섬유 실행 | 전력 전송, 저{0}}전압 제어, 센서 신호 |
| 연락방법 | 비접촉식 광학 경로 | 링 또는 섬유 브러시 접점에 있는 브러시- |
| EMI 감도 | 매우 낮음 | 차폐 및 신호 유형에 따라 다름 |
| 힘을 전달한다? | 아니요 | 예 |
| 주요 매개변수 | 광섬유 유형, 파장, 채널 수, 삽입 손실, 반사 손실 | 전류, 전압, 접점 재질, 회로 수 |
| 일반적인 조합 | 하이브리드 슬립 링에 통합됨 | FORJ, RF 또는 공압 모듈과 통합 |
시스템에 전원과 표준 제어 신호만 필요한 경우 기존 전기 슬립 링으로 충분합니다. 비압축 HD/4K 비디오, 지속적인 기가비트 이더넷 또는 고대역폭 광학 센서를 회전 축에 걸쳐 푸시해야 하는 순간에는 FORJ 또는 하이브리드 어셈블리가 보다 안정적인 장기적 선택이 됩니다.-
실제로 중요한 주요 사양
FORJ를 선택하는 것은 단순히 외경과 가격의 문제가 아닙니다. 광학적, 기계적, 환경적 요구사항은 함께 검토해야 합니다. 왜냐하면 -이들 간의 절충으로 인해 대부분의 현장 오류가 발생하기 때문입니다.
단일-채널과 다중{2}}채널
단일-채널 FORJ는 하나의 광 채널을 전송합니다. 더 작고 단순하며 일반적으로 삽입 손실이 가장 낮고 장기 안정성이 가장 좋습니다-. 멀티-채널 FORJ는 디자인에 따라 프리즘, 도브 프리즘 또는 멀티플렉서를 사용하여 동일한 회전 인터페이스를 통해 여러 광학 채널을 전송합니다.
다중{0}}채널 FORJ는 실제 문제를 해결하지만 복잡성, 정렬 민감도 및 비용을 추가합니다. 4- 또는 8채널 설계를 결정하기 전에 대신 트랜시버 수준에서 데이터를 하나 또는 두 개의 광섬유로 다중화할 수 있는지 물어볼 가치가 있습니다. 파장 분할 다중화 또는 고속 트랜시버는 종종 필요한 채널 수를 줄여 더 작고 안정적인 회전 조인트를 만듭니다.
단일-모드와 다중 모드 광섬유
광섬유 유형은 광학 시스템의 나머지 부분과 일치해야 합니다. 단일-모드 광섬유(일반적으로 OS2,ITU-T G.652권장사항)은 장거리-, 고대역폭-및 통신{2}}급 링크에 사용되며 주로 1310nm 또는 1550nm에서 사용됩니다. 다중 모드 광섬유(OM3/OM4/OM5)는 850nm의 짧은 데이터 링크에서 더 일반적이며 일반적으로 종단 비용이 더 저렴합니다.
FORJ의 경우 일반적으로 트랜시버와 시스템의 광학 예산에 따라 선택됩니다. 회전 인터페이스 전체에 걸쳐 광섬유 유형을 혼합하는 것은 설명할 수 없는 손실의 빈번한 원인이므로 주문하기 전에 항상 광섬유 유형, 작동 파장 및 양쪽 커넥터 유형을 확인하십시오.
삽입 손실, 반사 손실 및 신호 안정성
광학 성능은 대부분의 저가형 FORJ가 성능이 떨어지는 부분입니다.- 살펴볼 가치가 있는 숫자:
- 삽입 손실- 일반적으로 양호한 싱글- 모드 FORJ: 약 1.5dB 미만. 최대값 없이 "일반적인" 값으로만 인용된 부품에 주의하십시오.
- 회전 중 삽입 손실 변화- 이는 정적 삽입 손실보다 더 중요한 경우가 많습니다. 정지 상태가 아닌 정격 속도에서 측정하여 전체 회전에 걸쳐 0.5dB 미만의 변화를 찾습니다.
- 반사 손실- 단일-모드 시스템의 경우 일반적으로 50dB 이상이 예상됩니다. 낮은 반사 손실은 레이저 송신기를 불안정하게 만들고 링크를 손상시킬 수 있습니다.
- 파장 의존성- 단일 기준 파장뿐만 아니라 실제 작동 파장에서 성능을 확인하세요.
- 누화- 다중 채널 디자인에만 해당-합니다.
조인트가 회전하는 동안 측정된 동적 삽입 손실을 보여주는 테스트 보고서를 공급업체에 요청하십시오. 정적 벤치 테스트에서 허용 가능한 것으로 보이는 부품은 부하가 걸린 상태에서 회전하면 몇 dB만큼 표류할 수 있습니다.
회전 속도, 토크 및 기계적 봉투
FORJ는 기계에 물리적으로 적합하고 생존해야 합니다. 정격 연속 속도, 최고 속도, 시동 토크, 축방향 및 반경 방향 부하 용량, 베어링 수명을 확인하십시오. 소형 단일{2}}채널 FORJ는 수천 RPM 등급을 받을 수 있는 반면 해양용 밀봉형 다중 채널 설계는 일반적으로 환경 보호를 위해 수백 RPM으로 제한됩니다.
IP 등급, 온도 및 환경
씰링 요구 사항은 CAD 모델에서 보이는 방식이 아니라 어셈블리가 작동하는 위치에 따라 결정됩니다. 실외 레이더 받침대,ROV 시스템, 해상 윈치 및풍력 터빈나셀은 각각 물, 염수 분무, 먼지 및 응결에 대해 서로 다른 노출 프로필을 가지고 있습니다.
보호 등급은 IEC 60529 표준을 참조하세요.IP 등급 시스템업계 전반에 걸쳐 사용됩니다. 경험에 따르면 IP54는 깨끗한 실내 산업 환경에 적합하고, IP65/IP66은 실외 또는 세척 노출에 적합하며, IP67/IP68은 장기간 침수에 적합합니다. 클린룸에서 IP68을 요구하면 비용만 추가됩니다. 해상 데크에 IP54를 요구하면 첫 번째 폭풍에는 실패합니다.
커넥터, 피그테일 및 실장
작은 통합 세부 사항으로 인해 프로젝트 지연이 놀라울 정도로 많이 발생합니다. 주문하기 전에 다음을 확인하세요.
- 각 측면의 커넥터 유형: FC/APC, FC/UPC, SC, ST, LC, SMA 또는 맞춤형
- 해당 환경에 필요한 피그테일 길이 및 케이블 재킷
- 케이블 출구 방향 - 직선 또는 직각- 각도
- 케이블 런을 따른 굽힘 반경 제한
- 플랜지 패턴, 나사형 장착 또는 샤프트 맞춤
- FORJ를 기존 슬립 링과 통합해야 하는지 아니면 새 어셈블리에 내장해야 하는지 여부
빠른 FORJ 선택
다음 표는 새로운 문의 범위를 지정할 때 내부적으로 사용하는 짧은 버전입니다.
| 당신의 상황 | 추천방향 |
|---|---|
| 광학 데이터만 해당, 축 전체에 전원 없음 | 독립형 FORJ |
| 동일한 축에 걸친 광 데이터 + 전원, 모터 제어 또는 이더넷 | FORJ가 통합된 하이브리드 슬립 링 |
| 장거리-링크, 높은 대역폭, 통신 파장 | 단일{0}}모드 FORJ(OS2, 1310/1550 nm) |
| 짧은 데이터 링크, 저렴한 비용, 850nm 트랜시버 | 멀티모드 FORJ(OM3/OM4) |
| 여러 개의 광학 경로가 필요함 | 다중-채널 FORJ - 또는 WDM/멀티플렉싱을 먼저 평가 |
| 실외, 해양, 해상, 세척 | 밀봉된 FORJ, 일반적으로 IP66 이상 |
| 지속적인 고속-회전(짐벌, 레이더) | 삽입 손실 변동이 낮은 소형 단일{0}}채널 FORJ |
| 엄격한 봉투, 무게 또는 잔고 제한 | 맞춤형 하이브리드 어셈블리 |
FORJ 셀렉션
RFQ를 준비할 때 이 체크리스트를 사용하십시오. 각 행은 요구사항을 공급자에게 묻는 구체적인 질문에 매핑합니다.
| 요구 사항 | 확인 사항 | 중요한 이유 |
|---|---|---|
| 섬유 종류 | 단일-모드 또는 다중 모드, OS2 / OM3 / OM4 / OM5 | 일치하지 않는 광섬유로 인해 과도한 손실 및 대역폭 제한이 발생함 |
| 파장 | 850 / 1310 / 1550 nm 또는 특정 트랜시버 | 성능은 파장-에 따라 다릅니다. |
| 채널 수 | 필요한 독립 광 채널 수 | 복잡성, 규모 및 비용 증가 |
| 삽입 손실 | 최대값, 일반적이지 않음 | 링크 예산을 정의합니다. |
| 삽입 손실 변화 | 정격 속도로 회전하는 동안 테스트됨 | 정적 손실만으로는 실제-성능을 숨길 수 있습니다 |
| 반사 손실 | 최소 dB, 특히 단일-모드의 경우 | 낮은 반사 손실은 레이저 소스를 불안정하게 만들 수 있습니다. |
| 회전 속도 | 연속 및 최대 RPM | 드라이브 베어링 및 씰 선택 |
| IP 등급 | "방수"가 아닌 특정 IP 코드 | 밀봉 표준은 검증 가능하지만 마케팅 용어는 검증되지 않습니다. |
| 온도 범위 | 작동 및 보관 극한 | 윤활유, 씰 및 접착제 선택에 영향을 미칩니다. |
| 커넥터 유형 | FC/APC, FC/UPC, SC, LC, ST, SMA | 결합 호환성을 결정합니다 |
| 설치 | 플랜지, 샤프트, 관통-보어 또는 맞춤형 | 부품이 전혀 맞는지 여부를 결정합니다. |
| 기타 채널 | 전원, 제어, 이더넷, RF, 공압 | 하이브리드 어셈블리를 가리킵니다. |
올바른 FORJ를 선택하는 방법
이는 우리의 애플리케이션 엔지니어가 고객과 함께 새로운 FORJ 프로젝트의 범위를 정할 때 사용하는 프로세스입니다.
전체 전송 요구 사항 매핑
회전축을 통과해야 하는 모든 신호(광 채널, 전력 회로, 제어 신호, 이더넷, 필드버스, RF, 공압 또는 유압 라인)를 나열하십시오. 순수한 광학 데이터 이상의 것이 목록에 있다면 독립형 FORJ가 아닌 하이브리드 어셈블리를 찾고 있는 것입니다.
광학 시스템 잠금
광섬유 유형, 파장, 커넥터 유형, 광 채널 수, 최대 삽입 손실, 반사 손실 및 허용 가능한 삽입 손실 변화를 지정합니다. 실제로 여러 개의 광 채널이 필요한지 확실하지 않은 경우 멀티플렉싱이나 더 높은 속도의-트랜시버가 요구 사항을 하나 또는 두 개의 채널로 축소할 수 있는지 물어보세요. 이 단일 결정으로 인해 비용과 복잡성이 가장 많이 절감되는 경우가 많습니다.
기계 봉투 확인
기본 도면 또는 최소한 봉투(외경, 길이, 보어 크기, 장착 인터페이스, 케이블 출구 방향, 회전 속도 및 토크 제한)를 보내십시오. 완벽한 광학 기능을 갖춘 FORJ는 샤프트에 맞지 않으면 쓸모가 없습니다.
환경을 실제 IP 코드와 일치시키세요
실내, 실외, 해양, 지하, 진공, 높은 습도, 염수 분무, 먼지, 화학 물질 노출 등 어셈블리가 작동할 위치를 정확히 명시하십시오. 이를 IP 코드와 작동 온도 범위로 변환합니다. "방수" 또는 "견고함"과 같은 모호한 용어를 사용하지 마십시오. - 추가 비용이 발생하고 아무것도 확인되지 않습니다.
필요한 테스트 및 문서 정의
중요한 시스템(의료 영상, 항공우주, 국방, 해양)의 경우 배송 후가 아닌 미리 문서를 요청하세요.
- 작동 파장의 광학 테스트 보고서
- 회전 중 동적 삽입 손실 데이터
- 반사 손실 측정
- 기계 도면 및 섬유 핀아웃
- 재료 선언 및 표면 처리
- 권장 설치 및 유지 관리 절차
견적 단계에서 이를 정의하면 인수 테스트에서 발생하는 대부분의 분쟁을 방지할 수 있습니다.
실제-세계 적용 시나리오
감시 및 타겟팅 짐벌
일반적인 EO/IR 짐벌에는 회전 헤드에 장착된 센서에서 베이스까지 압축되지 않은 비디오가 필요합니다. 구리 접점은 데이터 속도로 인해 어려움을 겪고 팬/틸트 모터의 EMI는 신호를 손상시키며 사용 가능한 엔벨로프는 작습니다. 비디오용 광채널 1개, 제어용 기가비트 이더넷, 24VDC 모터 전원을 결합한 하이브리드 FORJ가 표준 솔루션입니다.
원격 조종 차량(ROV)
해저 시스템에는 염수, 압력 순환 및 윈치 또는 조작기 조인트의 지속적인 저속-회전을 견딜 수 있는 밀봉된 어셈블리가 필요합니다. 삽입 손실과 IP 등급이 사양을 지배하는 반면 최고 회전 속도는 제한 요소가 되는 경우가 거의 없습니다.
풍력 터빈 및 레이더 받침대
나셀 요 시스템과 레이더 안테나 받침대의 경우 어셈블리는 일반적으로 낮은 RPM에서 작동하지만 최소한의 유지 관리로 수년 동안 작동해야 합니다. 수천 시간에 걸친 삽입 손실 안정성, 밀봉된 베어링 및 검증된 IP66 하우징이 최고의 광학 성능보다 더 중요합니다.
의료 영상 시스템
CT 및 OCT 시스템은 높은 데이터 속도와 매우 엄격한 신뢰성 요구 사항을 결합합니다. 여기서 FORJ는 일반적으로 긴밀하게 통합된 하이브리드 회전 어셈블리의 한 요소로, 별도로 지정되지 않고 기계의 나머지 부분과 함께 인증됩니다.
FAQ
Q: FORJ는 무엇을 의미하나요?
A: FORJ는 광섬유를 비틀지 않고 기계의 고정면과 회전면 사이에서 광학 신호를 전달할 수 있는 장치인 Fiber Optic Rotary Joint의 약자입니다.
Q: 광섬유 로터리 조인트는 슬립 링과 동일합니까?
답: 정확하지는 않습니다. FORJ는 슬립 링이 전기 신호에 대해 수행하는 작업을 광학 신호에 수행합니다. 대부분의 최신 시스템에서는 두 가지가 하이브리드 회전식 어셈블리로 결합됩니다.
Q: 광섬유 로터리 조인트가 전력을 전달할 수 있습니까?
A: 아니요. A FORJ는 광신호만 전송합니다. 동일한 축에 전원, 제어 신호 또는 이더넷도 필요한 경우 FORJ를 전기 슬립 링과 통합하는 하이브리드 슬립 링이 필요합니다.
질문: 언제 전기 슬립 링 대신 FORJ를 사용해야 합니까?
답변: 링크가 높은-대역폭 데이터를 전송해야 하거나, EMI에 대한 내성이 있어야 하거나, 광섬유를 통해 장거리를 이동해야 하는 경우에는 언제든지 가능합니다. 전기 접점은 데이터를 전달할 수 있지만 멀티-기가비트 속도와 시끄러운 환경에서는 광 전송이 거의 항상 더 안정적입니다.
Q: 단일-모드와 다중 모드 FORJ의 차이점은 무엇입니까?
답변: 단일-모드 FORJ는 단일{1}}모드 광섬유와 일치하며 일반적으로 1310nm 또는 1550nm의 높은-대역폭 또는 장거리{3}}링크에 사용됩니다. 멀티모드 FORJ는 멀티모드 파이버(OM3/OM4)와 일치하며 더 짧은 850nm 데이터 링크에서 더 일반적입니다.
Q: 좋은 FORJ에서 어떤 삽입 손실을 예상해야 합니까?
답변: 단일-채널 단일-모드 FORJ의 경우 약 1.5dB 미만의 삽입 손실과 회전 중 0.5dB 미만의 삽입 손실 변동이 합리적인 목표입니다. 다중{5}}채널과 열악한-환경 설계는 일반적으로 더 높은 값을 갖습니다. 항상 일반적인 숫자가 아닌 최대 숫자를 요청하세요.
Q: FORJ 견적을 요청할 때 어떤 정보를 제공해야 합니까?
A: 광섬유 유형, 파장, 커넥터 유형, 광 채널 수, 회전 속도, 장착 인터페이스, IP 등급, 작동 온도 및 전원 또는 신호 회로도 동일한 축을 교차해야 하는지 여부. 미리 정의된 내용이 많을수록 견적이 더 정확해집니다.
다음 단계
광섬유 회전 조인트는 카탈로그로 구매하는 경우가 거의 없습니다. 생산 시스템에서 이는 광학 성능, 기계적 적합성, 환경적 밀봉 및 나머지 기계와의 통합의 균형을 맞춰야 하는 하이브리드 회전식 어셈블리의 한 요소입니다.
새로운 디자인의 범위를 정하거나 기존 FORJ 사양에 대한 2차 의견이 필요한 경우, - 광섬유 유형, 파장, 채널 수, 삽입 손실 목표, 회전 속도, IP 등급 및 추가 전력 또는 신호 채널 - 위의 선택 체크리스트에서 항목을 준비하고이를 당사 응용 엔지니어링 팀과 공유하세요.. 일반적인 데이터 시트가 아닌 동적 테스트 데이터와 기계 개념을 포함한 구체적인 제안으로 응답해 드리겠습니다.