防尘OD正交光连接器的研究和改进.pdf

2023年第3期No.32023工艺设备防尘OD正交光连接器的研究和改进电线电缆Wire&CableD0I:10.16105/j.dxdl.1672-6901.2023030102023年6 月Jun.,2023刘玲，钱剑钊，陈惠钦（上海航天科工电器研究院有限公司，上海2 0 0 331）摘要：防尘OD正交光连接器机柜内存在的灰尘扰动，会导致光纤接触件对接端受污染，进而影响光纤传输性能。本工作优化了一种防尘OD正交光连接器的结构，通过弹簧带动背板连接器与子板连接器的相互对插，有效避免了机柜内灰尘的影响，从而提高光纤连接器的光信号传输性能和光传输效率。同时采用仿真模拟了连接器的结构强度，为之后改善连接器的结构提供理论支撑。关键词：防尘OD正交光连接器；传输性能；有限元法；强度分析中图分类号：TM503.5Study and Improvement of a Dustproof OD Orthogonal Optical Connector(Shanghai Aerospace Science and Industry Electric Appliance ResearchAbstract:The presence of dust disturbance in the cabinet of dustproof OD orthogonal optical connector,which ledto the fiber optic contacts butt-end was contaminated and the fiber optic transmission performance was affected.Adustproof OD orthogonal optical connector structure was established,which could effectively avoid the influence ofdust inside the cabinet by spring-driven mutual docking of backplane connector and daughter board connector,thusthe optical signal transmission performance and optical transmission efficiency of fiber optic connectors wereimproved.Simulation was also adopted to simulate the structural strength of the connector to provide theoreticalsupport for future improvement of the connector structure.Key words:dustproof OD orthogonal optical connector;transmission performance;finite element method;strength analysis0引言光纤连接器机柜内存在的灰尘扰动，易导致接触件对接端受污染从而影响光纤传输性能。随着光通信技术的发展，航空、船舶等领域对光纤连接器的性能提出新的要求，带防尘门的光纤连接器应运而生并得到广泛应用。现有的光纤连接器包括推拉门 2 、可向外旋转的外开门 3,以及单开门 4 等结构,开门时附着在门表面的尘埃会在两个半门打开的瞬间落入对接端,尤其是内开式结构灰尘更易落入光纤对接端，导致其对接性能不稳定。张新立等 5 针对连接器对接端面产生水雾凝结的问题，设计出防潮密封型光纤连接器；施武作等 6 采用一种连接器插拔工具，解决了光纤接口拔插困难的问题；许练等 7 设计了具有良好光传输性能的光纤水密连接器；陆兆辉等 8 设计了中收稿日期：2 0 2 2-11-10作者简介：刘玲（1995一），女，助理工程师。E-mail:46文献标志码：ALIU Ling,QIAN Jianzhao,CHEN HuiqinInstitute Co.,Ltd.,Shanghai 200331,China)以提高其防尘效果。1传统防尘OD正交光连接器1.1子板连接器结构和工作原理传统的防尘OD正交光连接器子板连接器开门状态和关门状态的结构示意图见图1。一防尘门凹槽一推块调速杆扭簧(a）关门状态图1子板连接器的结构示意图文章编号：16 7 2-6 90 1（2 0 2 3)0 3-0 0 46-0 4空式的光纤旋转连接器，实现旋转功能的同时降低连接器在旋转过程中对光信号产生的损耗。目前，光纤连接器的研究大多集中于防水功能的改进,针对防尘功能的设计较少。本工作针对现有技术的不足，优化防尘OD正交光连接器的结构，弧形槽卡槽防尘门(b)开门状态2023年第3期No.32023子板连接器与背板连接器对接时，背板连接器的外壳顶压子板连接器的推块，推块克服扭簧的弹力，带动防尘门沿外壳的弧形槽运动；分离时，推块失去背板连接器外壳的约束，防尘门在扭簧的弹力带动下实现复位，并保持关闭状态，实现对灰尘的有效遮挡。1.2背板连接器结构和工作原理传统的防尘OD正交光连接器背板光连接器开门状态和关门状态的结构示意图见图2。防尘门一推杆推块扭簧(a）关门状态图2 背板连接器的结构示意图背板连接器与子板连接器对接时，子板连接器的外壳顶压背板连接器的推块（推块与推杆连接为整体），克服扭簧的弹力，带动防尘门沿外壳的弧形槽运动，实现防尘门的开启；两个连接器分离时，推块及推杆失去子板连接器外壳的约束，防尘门在扭簧的弹力带动下复位，并保持关闭状态，实现对灰尘的有效遮挡。2优化后的防尘OD正交光连接器为解决传统的防尘OD正交光连接器防尘效果不佳的问题，本工作对传统防尘OD正交连接器的结构进行优化，改进后的防尘OD正交光连接器的结构示意图见图3。背板连接器防尘门电线电缆Wire&Cable连接器的两个推块之间须为连接状态。2.1背板连接器设计背板连接器包括基座和壳体，壳体的一端与基座对接，另一端设置为开口端且内置有防尘门合件；防尘门合件包括防尘门、推块和挡块，防尘门封堵于壳体的开口端，挡块设置在壳体的另一端，壳体上设置有弧形槽，推块与防尘门连接且沿弧形槽滑动，实现壳体开口端的开合。背板连接器的开关门结构示意图见图4。弧形槽防尘门(b）开门状态子板连接器2023年6 月Jun.,2023防尘门弧形槽推块弹簧(a）关门状态图4背板连接器对接前后结构示意图背板连接器与子板连接器对接时，子板连接器的外壳顶压背板连接器的推块，推块克服弹簧的弹力，带动防尘门沿外壳的弧形槽运动，实现防尘门的开启；两个连接器分离时，推块失去子板连接器外壳的约束，防尘门在弹簧弹力带动下复位，并保持关闭状态，实现对灰尘的有效遮挡。2.2子板连接器设计子板连接器包括壳体及箱体，子板连接器壳体靠近背板连接器壳体一端为开口端，且设置有子板连接器防尘门合件，箱体套设在壳体外侧；子板连接器防尘门合件包括防尘门以及推块，防尘门与推块连接，箱体上设置了弧形槽，推块沿弧形槽滑动。子板连接器开门状态和关门状态的结构示意图见图5。口防尘门凹槽推板弹簧(b）开门状态门口一内推块弧形槽(a）关门状态图5子板连接器对接前后结构示意图子板连接器与背板连接器对接时，背板连接器图3改进后的连接器结构示意图的外壳顶压子板连接器的推板，推板带动内推块克服弹簧的弹力，带动双向防尘门沿外壳的弧形槽运传统OD正交光连接器的子板连接器和背板连动。两个连接器分离时，推块失去背板连接器外壳接器均采用单开门结构，由扭簧带动推杆实现开关的约束，双向防尘门在弹簧弹力带动下复位，并保持门功能。优化后的子板连接器和背板连接器均采用关闭状态，实现对灰尘的有效遮挡。双开门结构，由弹簧带动推块双向打开防尘门，提高3优化后连接器的性能验证防尘性能。优化后的子板连接器和背板连接器内部均设置两个防尘门、两个弧形槽和两个推块,且每个(b）开门状态灰尘对连接器性能的影响表现为插人损耗的变47.2023年第3期No.32023化，因此本工作对优化后的防尘OD正交连接器进行插人损耗测试。同时连接器的结构设计会影响使用寿命，需要对其进行强度分析。3.1插回损测试插回损测试中的插入损耗(LO)可表示为LO Z,LO,+L(S)S式中：n为组成插入损耗测试连接点的数量；LO，为各个连接器点处连接器插入损耗最大值，dB;L(f)1.2传统防尘OD正交光连接器优化后的防尘OD正交光连接器1.0F0.8BP/0.60.40.201.21.0/0.80.60.40.2电线电缆Wire&Cable为单位长度光缆插人损耗最大值,dBnm;S为插人损耗测试光链路中光缆的总长度，mm。采用YF-0974型单多模免缠绕插回损测试仪，对所有光路通道进行插入损耗测试。选用3根24芯单模光纤（MT）活动连接器跳线及3根2 4芯(1)多模光纤活动连接器跳线分别进行组装测试，设置单模测试的波长为1310 nm，多模测试的波长为850nm，测试结果分别见图6 和图7。+传统防尘OD正交光连接器1.2优化后的防尘OD正交光连接器1.0SP/0.80.60.40.205连接器接触件光路通道编号(a）第一组数据+传统防尘OD正交光连接器+优化后的防尘OD正交光连接器/鲜0.62023年6 月Jun.,20231.0r0.8SP/0.60.40.21015+传统防尘OD正交光连接器优化后的防尘OD正交光连接器20251.00.80.40.20连接器接触件光路通道编号（b）第二组数据图6 单模插入损耗测试结果+传统防尘OD正交光连接器+优化后的防尘OD正交光连接器：5101520250连接器接触件光路通道编号(c）第三组数据1.2+传统防尘OD正交光连接器1.0一优化后的防尘OD正交光连接器0.60.4F0.2F5101520250连接器接触件光路通道编号(a）第一组数据根据GJB1427B一2 0 13光纤通用规范及行业标准YD-T1272.22005光纤活动连接器对MT活动连接器对接性能的要求,单个MT对接面插人损耗应不大于0.6 dB，两个MT对接面插入损耗不大于1.2 dB,视为对接性能优良。由图6、图7的测试结果可以看出，光链路最大插入损耗为0.778dB，远远小于1.2 dB，符合标准要求，表明优化后的防尘OD正交光连接器对接性能优良。3.2光纤连接器强度分析3.2.1连接器的模态振型连接器的结构设计会影响其使用寿命，因此对优化后的防尘OD正交光连接器的强度进行仿真分析至关重要。由于连接器的模型结构比较复杂，零部件多，难以用简单的板壳单元和梁单元模拟，六面体单元难以划分网格，易出现计算问题，同时该网格485101520250连接器接触件光路通道编号（b）第二组数据图7 多模插人损耗测试结果极细小，对计算求解造成困难，因此常采用三维实体单元划分网格。为评价连接器的抗振动能力，采用有限元法对其进行模态分析，得到其前六阶振型见图8。由图8 可知，前三阶振型中变形最大的位置集中于子板连接器的基座部分，可知此处的结构刚度较弱,需对其结构进行改进；后三阶振型中变形最大的位置集中在子板连接器的外壳部分，此处结构刚度较弱，加厚此处结构尺寸或者改变材料属性可以使其强度增高。3.2.2连接器的模态频率通过3.2.1节中的模态分析计算得到防尘OD正交光纤连接器的十二阶模态频率，结果见表1。由表1可知，一阶模态固有频率为7.2 Hz,表示连接器的结构刚度较低，易被外界激励导致共振；5101520250.00连接器接触件光路通道编号（c）第三组数据5101520252023年第3期No.322023(a）一阶振型(c）三阶振型(e）五阶振型图8 防尘OD正交光连接器的前六阶振型表1防尘OD正交光连接器的固有频率模态阶数固有频率一阶模态7.2二阶模态9.5三阶模态100四阶模态126五阶模态154六阶模态169前六阶模态的固有频率变化幅度较小，可知连接器的频率稳定，随着模态阶数的增加，固有频率不断上333333333353333333333333333333333333电线电缆Wire&Cable升，但增长幅度有限。因此,连接器的整体强度仍需提高。4结论本工作优化了防尘OD正交光连接器的结构，(b)二阶振型其背板连接器和子板连接器均采用双防尘门结构，与传统OD正交光连接器的结构对比，优化后的双防尘门结构连接器比单开门扭簧结构更易实现对灰尘的有效遮挡；通过连接器性能测试，光链路最大插人损耗为0.7 7 8 dB，远远小于1.2 dB，结果表明，优化后的防尘OD正交光连接器双开门弹簧结构能(d）四阶振型有效改善灰尘对连接器性能的影响。同时,采用有限元法对其进行模态分析，仿真模拟了连接器的整体强度性能，为后续连接器的结构改进提供理论依据。参考文献：(f）六阶振型1走赵效忠，李晓黎，万华，等.快速插拔小型高密度光纤连接器的研制 J.光纤与电缆及其应用技术,2 0 19(6)：17-2 0.2王保启，潘煦，傅正华连接器：CN106526759BP.2 0 19-Hz08-09.模态阶数固有频率七阶模态770八阶模态807九阶模态809十阶模态1029十一阶模态1048十二阶模态1 0612023年6 月Jun.,20233王保启，周海波，王宏仓。一种连接器壳体和连接器：CN106299841BP.2018-03-06.4肖聪图.光纤连接器模块：CN104991317B【P】.2 0 16-12-0 7.5张新立，唐群植，伍浩成，等.防潮密封型光纤连接器J.光电工程,2 0 2 0,47(12)：7 8-8 4.6施武作，廖翼，王涛，等.光纤连接器拔插工具的设计及运用J.电工技术,2 0 2 0(2：12 7-12 8.7许练，周晓楠，马秋丽，等.全海深光纤水密连接器的设计J.现代传输,2 0 2 0(6)：31-33.8陆兆辉，芦春锋，周丰，等.一种中空式光纤旋转连接器 J.现代传输，2 0 17（2）：7 1-7 4.电线电缆杂志已启用线上投审稿系统为了提升办刊质量，加强刊物信息化建设，加快稿件处理速度，缩短稿件审读周期，提高编辑工作效率，更好地为广大作者服务，电线电缆杂志自2 0 2 1年9 月1日起正式启用在线投审稿系统，欢迎新老作者积极投稿。电线电缆杂志线上投审稿系统官方网址http：/d x d l.c b p t.c n k i.n e t投稿请点击页面“作者投审稿系统”，进行注册投稿。感谢各位作者和读者一直以来对电线电缆杂志的大力支持，欢迎您提出宝贵意见和建议。有您的参与，电线电缆行业技术交流将越来越好！电话：[phone]邮箱：电线电缆编辑部49