光电滑环性能动态监测技术分析

何功 李雅楠

摘要：光电滑环能够较好服务于运动部件间的可靠光电连接保障，满足光电信号和电功率的传输需要，传统电滑环存在的通道间隔离度差、高频抗干扰能力低、大数据量传输能力不足等问题均得到较好解决。为保证光电滑环全寿命周期内的应用可靠性，本文围绕光电滑环性能动态监测技术开展具体研究。

关键词：光电滑环;性能;动态监测

引言：光电滑环性能[1]动态监测技术的应用需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的常温环境检测装置设计、水密环境检测装置设计、多指标一体化测试扩展等内容，则提供了可行性较高的光电滑环性能动态监测技术应用路径。为更好控制光电滑环性能，实际工况的更为真实模拟、可靠性设计的针对性开展同样需要得到重视。

1.光电滑环动态检测装置设计

1.1设计思路

光电滑环传统检测装置存在无法输出稳定连续的光电信号、无法检测产品可靠寿命值、无法检测转速理论设计值等缺陷，因此其无法满足实际工况需要。在本文研究的光电滑环动态检测装置设计，设计未采用近似的方法进行检测，而是结合先进综合式航电系统UAN概念，选用网络光纤链路失效重构技术，配合链路元器件产品真实情况模拟，即可有效保证光电滑环的实用性。

1.2常温环境检测装置设计

常温环境光电滑环检测装置由支架平台、电滑环、光滑环、锥齿轮传动、调速电机、相关光电性能测试设备组成，主要部件功能如下：（1）光滑环。可制作1-20芯光滑环，需结合被测试产品类型，锥齿轮转动轴与光滑环转动端连接，通过电滑环中心、锥齿轮轴的转子出线端随轴一起转动，以此用于转子端光连接，与测试设备连接由光滑环定子端负责。（2）电滑环。可制作不同耐压耐电流等级、不同芯数的电滑环，需结合被测试产品类型，锥齿轮轴与电滑环一边转动端连接，被测试产品转子端与另一边转动端连接。（3）调速电机。主要用于控制转速及转动功率输出变化。在测试装置中接入被测试产品，测试装置的转子端光电线与产品的转子端光电线连接，测试装置中电滑环转动端与被测产品转动端连接。在光性能指标的测试时，光纤滑环转子端出线与定子端出线连入光源光功率测试系统，并在保证锥齿轮转动功率传输稳定的前提下，以某一速度转动电机，光性能指标可由此完成在线测试，如实时转速、插入损耗、旋转寿命等。在电性能指标的测试时，需将被测试产品转子出线端与定子出线端接入电性能测试设备系统，以此基于某一速度转动产品，完成转动力矩、旋转寿命、耐电压、动态接触电阻等性能指标的在线测试。

1.3水密环境检测装置设计

对于应用水下探测装置、鱼雷、深水机器人、深海潜水艇、航母、舰船中的光电滑环，必须对其大数据光、电信号动态传输性能开展针对性检测，水下目标探测定位精度也需要同时得到重视，以此满足航空反潜作战需要。因此，必须保证水密光电滑环能够实现光电信号的连续传输，且不会受到一定水压与转速的影响。基于水密光电滑环检测需要，需针对性设计水密环境检测装置，该装置需实现0～1000rpm范围转速、1～30MPa范围的压力罐压力调节，实现0.1r/s的转速控制精度，以及不小于30MPa的输入主转动轴耐水压指标。此外，标准光滑环、电滑环均需拥有不低于1000万转的使用寿命，且能够通过光源光功率计仪器实现光插入损耗数据的曲线连续输出，以及直流数字电阻测试仪的电动态接触电阻曲线连续输出。密封失效情况下，试验装置不得出现高压水压引发的装置破坏危险。在常温环境试验装置基础上，为适应水密环境需要，需针对性设置压力罐装置，以此满足不同水压条件的测定需要，而通过模拟实际工况，即可满足具体检测需要。研究采用的水密环境检测装置由光功率计、调速电机、变速转动装置、压力罐、压力表、定子输出装置（被测产品）、被测产品、转子输出装置（被测产品）、标准20芯光纤滑环、光源组成，由此即可实现一定水压环境下、以一定转速光电信号动态传输的水密光电滑环产品实际工况模拟。采用寿命、转速均高于被测产品的标准20芯光纤旋转滑环，以及由锥齿轮减速机构和变速电机组成的变速传动装置。通过保证被测滑环产品的与20芯光纤滑环的转速一致，并在压力灌中放入通过水密连接器连接的二者转子端光连接。测试转子轴密封、测试转子与被测转子连接部分、水密光电连接器接续属于被测产品转子输出装置主要构成，接头定子输出装置则需要在压力罐中放入水密光电连接器，压力罐的实际压力值可基于压力表显示。通过由光功率和光源组成的光测试链路，可实现光性能的测试。采用闭环控制的控制系统设计，反馈器件为光电编码器，配合信号倍频模块进行处理，即可准确计算主轴实际旋转速度完成驱动器的输出电流调整、转速指令比较、电机转速调节、主轴转速精确控制。在具体的一体化测试中，需在上述装置中置入标准20芯光纤滑环，并在光源光功率系统中连入静止端光纤和旋转端光纤，以此开展静态置零操作。在具体的装置连接和参数设置中，需在压力罐中放入被测水密光纤滑环，完成安装后需针对性设置被测转速、压力罐压力值，配合光功率显示[2]。

2.工况模拟

2.1产品测试

基于水密光电滑环的一体化监测，本文围绕其开展典型产品实际工况模拟，在水密环境检测装置支持下，水密光电滑环系列产品在变速高压条件下的旋转速度、插入损耗、耐水压、寿命均可得到较好检测，在连接试验中，装置的适用效果较为优秀。以50万转、100rpm旋转速度、寿命全过程中插入损耗测试作为研究对象，结合《电连接器试验方法》、《光纤光缆旋转接头总规范》、《军用装备实验室环境试验方法》等要求，即可基于10.5d开展試验，全寿命84h、每天工作8h，一共需10.5d，由此开展测试，可确定数据曲线满足设计技术指标要求，并能够可靠性研究提供数据支撑。

2.2多指标一体化测试扩展

通过输入主轴密封性能、调速电机减速机构参数、压力罐参数的更改或调整，即可较好满足水密光电滑环产品在不同转速、不同水压下的光插入损耗检测，并得出关系曲线。以水密光电滑环产品为例，在水压压力为3MPa、5MPa、10MPa情况下，可分别开展光插入损耗测试，配合转速的针对性设置，产品的实际使用工况即可实现更为真实的模拟，技术指标真实状况也能够得到更好反映，光电滑环性能动态检测装置的实用性可见一斑[3]。

结论：

简而言之，作为旋转平台的核心关键器件，光电滑环能够较好服务于光电信号及能量动态传输，在雷达系统、风力发电、高空气球等领域均有着较为广泛应用。基于此，本文简单介绍了一种新型的光电滑环动态检测装置设计，并基于工况模拟直观展示其性能，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。

参考文献：

[1] 光纤旋转连接器的实验研究，王光辉，天津大学硕士学位论文，2007

[2]丁玲，胡媛媛，刘桢，王世明，张超，胡冠华.光电搜索跟踪设备实时数据传输方法研究[J].电子制作，2017（15）：47-48+50.

[3]李旭.中型锚系无线声呐浮标系统设计研究[J].数字技术与应用，2017（07）：184+187.