ЦЕНТРАТОР Российский патент 1994 года по МПК G02B6/36 

Изобретение относится к технике разъемного соединения оптических волокон, предназначено для соединения армированных наконечниками волокон и может быть использовано в волоконных системах передачи оптического диапазона.

Известен центратор, выполненный в виде сплошной втулки из податливого эластичного упругого материала с отверстием, радиус поперечного сечения которого несколько меньше радиуса поперечного сечения соединяемых волноводов. Волокна вставляются в отверстие втулки с противоположных концов до соприкосновения, центрируясь и удерживаясь в состыкованном состоянии за счет упругих сил.

Этот центратор не обеспечивает надежную стыковку волокон в условиях вибрации, тянущих усилий, прикладываемых к волноводам, и иных воздействий, возможных в полевых условиях. Под действием внешних факторов волокна расходятся из состыкованного состояния, что вызывает нежелательные потери излучения.

Практический интерес при создании волоконных систем различного назначения представляют разъемные соединители, в которых волокна оконцованы жесткими армирующими наконечниками, обеспечивающими как совмещение волокон, так и их защиту, и позволяющими прочно, надежно и жестко закрепить волновод в соединителе.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является центратор (см. фиг. 1), выполненный в виде цилиндрической втулки. Втулка имеет круглое поперечное сечение и постоянную толщину стенки.

При вставлении наконечников круглого сечения, которыми оконцованы оптические волокна, с противоположных сторон в разрезную втулку, внутренний радиус которой несколько меньше наружного радиуса наконечников, втулка упруго разжимается и частично аккомодирует наконечники, поджимая их наружные образующие поверхности к своей внутренней поверхности (см. фиг. 2).

Однако при разжимании разрезной втулки наконечниками ее внутреннее сечение перестает быть круглым, в силу чего поджатие асимметрично, наконечники испытывают неоднородные по азимутальной координате сдавливающие усилия, и в итоге фиксация и центровка наконечников в известном соединительном элементе неидеальна.

В известном центраторе отсутствует надежная фиксация наконечников, возможны перекосы наконечников и подверженность их вибрационным, ударным и иным механическим воздействиям, что влечет за собой увеличение и нестабильность потерь излучения при соединении волноводов. Например, еще на этапе вставления наконечника во втулку, когда на него действуют разнообразные механические силы, возможно его смещение вверх вниз или занятие им перекошенного положения в вертикальной плоскости (поскольку наконечник оказывается незафиксированным, как этом видно, в вертикальной плоскости фиг. 2. Это приводит к взаимному наклону продольных осей соединяемых волноводов, т. е. к нарушению продольной балансировки, и к поперечному смещению их торцов, а в итоге - к нежелательным потерям излучения.

Кроме того, при вставлении в такую втулку с противоположных концов наконечников с несколько различающимися наружными радиусами (что зачастую может иметь место на практике) наконечники не центрируются втулкой друг относительно друга, поскольку каждый из них стремится разжать свой участок механически-единой втулки по-своему, переводя ее круговое внутреннее сечение в свое некруговое и сбивая продольную центральную ось внутреннего объема втулки. В силу этого создается поперечное взаимное смещение наконечников, что влечет за собой, в частности, нежелательное увеличение потерь излучения в соединении. Для устойчивого центрирования наконечников необходимо, чтобы они обжимались в соединительном элементе радиально-симметрично.

Кроме того, для центрирования наконечников необходимо,чтобы центральная ось внутреннего объема центратора была сбалансирована, не сбивалась (не искривлялась, не изламывалась), даже в случае некоторого различия наружных радиусов вставляемых наконечников.

В известном центраторе, более того, при достаточно значительной разнице внешних радиусов наконечников наконечник с меньшим наружным радиусом может оказаться совсем незакрепленным: наконечник большего радиуса раздвинет разрезную втулку настолько широко, что она не будет охватывать наконечник меньшего радиуса на всей его длине, и не будет обеспечена не только центровка, но даже фиксация наконечников во втулке. Очевидно, что балансировка наконечников при этом также не обеспечена.

Целью изобретения является улучшение поперечной центровки и продольной балансировки наконечников соединительным элементом.

Сущность изобретения заключается в выполнении центратора, содержащим поддерживающий элемент - втулку, который извне подпирает вставленные в него по внутренней образующей поверхности центрирующие шайбы из упругого материала, обеспечивающие совершенно раздельное центрирование и балансировку каждого из двух наконечников благодаря раздельному обжатию их центрирующими шайбами на каждой из двух половин длины устройства как минимум по краям длины наконечников.

Цель достигается тем, что в центратор, содержащий цилиндрическую втулку, введены центрирующие шайбы из эластичного материала, вставленные во втулку, причем внутренний диаметр втулки больше наружного диаметра соединяемых наконечников, внутренний диаметр каждой шайбы меньше наружного диаметра устанавливаемого в нее наконечника, на величину, обеспечивающую беззазорное соединение шайбы и наконечника, а шайбы размещены по крайней мере у краев втулки и с каждой стороны от середины длины втулки.

На фиг. 1 показан известный центратор; на фиг. 2 - частичное обжатие наконечника в известном центраторе; на фиг. 3-6 - построение центратора согласно изобретению (примеры конкретного выполнения).

Центратор (фиг. 3) содержит жесткий поддерживающий элемент 1 в виде цилиндрической жесткой втулки с осевым отверстием круглого поперечного сечения и четыре эластичные центрирующие шайбы 2, 3, 4, 5 из резиноподобного материала (например, фторопласта или полиуретана) в виде колец с постоянной толщиной стенки. Центрирующие шайбы вставлены внутрь втулки 1, причем под каждую шайбу в осевом отверстии втулки предусмотрен соответствующий кольцевой паз 6 (для предотвращения смещения шайб вдоль втулки). На каждой половине длины втулки 1 размещено по две шайбы: одна на самом краю втулки (-2,5), другая - у середины втулки (-3,4). Внутренний диаметр поддерживающего элемента - втулки 1 превышает наружный диаметр наконечников и обеспечивает их свободное вставление во втулку, внутренний диаметр шайб несколько меньше диаметра наконечников. Упругие свойства шайб одинаковы по длине и по окружности.

Вся структура устройства симметрична.

Центрирующие шайбы имеют фаски на краях осевых отверстий (для облегчения ввода-вывода наконечников).

При вставлении наконечников круглого поперечного сечения, которыми оконцованы волокна, с противоположных концов в центратор (фиг. 3), шайбы несколько разжимаются, "раздаются" наконечниками. При этом со стороны шайб в силу их подпертости извне втулкой развиваются механические силы, направленные внутрь втулки. Тем самым наконечники оказываются обжатыми каждый парой центрирующих шайб. Причем поскольку каждый из наконечников фиксируется с помощью своей пары шайб - 2,3 или 4,5 - наконечники центрируются в устройстве полностью независимо друг от друга. В силу симметричности всей конструкции механические силы и моменты, воздействующие на наконечники, сбалансированы, и наконечники центрируются и не перекашиваются даже при различии диаметров соединяемых наконечников.

При этом, чем больше центрирующих шайб в устройстве, тем меньше сказываются их индивидуальные особенности из-за статического усреднения свойств, и тем лучше центровка и продольная балансировка наконечников.

Центрирующие шайбы могут иметь не только прямоугольное продольное сечение (фиг. 3), а, например, круглое, квадратное и т.д.

В примере конкретного выполнения центратора (фиг. 4 ) эластичные центрирующие шайбы ограничены внутри втулки буртиком 7 и накладной шайбой 8, приклеенной к торцу втулки, а концевые центрирующие шайбы отделены от срединных центрирующих шайб посредством разделительных колец 9, 10.

В примере конкретного выполнения центратора (фиг. 5) концевые центрирующие шайбы с внешних сторон сами имеют буртики 11, 12, которые приклеены к торцам втулки, и тем самым поддерживают целостность структуры центратора.

В других примерах конкретного выполнения предлагаемого центратора число центриpующих шайб может быть иным, большим двух на каждый наконечник. Обязательным является, чтобы центрирующие шайбы обеспечивали обжим наконечника как минимум у края втулки и у ее середины, т.е. наконечники фиксируются и центрируются по крайней мере у места вставления во втулку и у места стыковки их торцов - в двух крайних точках длины вставленных наконечников - для достижения продольной балансировки - выравнивания осей наконечников.

В примере конкретного выполнения центратора (фиг. 6) центрирующие шайбы занимают всю длину вставляемых наконечников.

Осевое отверстие центрирующих шайб может быть не круглым, а иметь, например, форму правильного многоугольника. При этом под его диаметром (который должен быть несколько меньше диаметра наконечников) следует понимать диаметр вписанной окружности.

Оценивая технико-экономическую эффективность изобретения, следует отметить его преимущества перед центратором, выбранным в качестве прототипа.

В прототипе при вставлении наконечников кругового сечения круговое сечение разрезной втулки переходит в некруговое, что вызывает радиально-несимметричное обжатие наконечников, не обеспечивающее симметричный охват образующей поверхности наконечников и их надежную фиксацию. При механических воздействиях на наконечники возможны их перекосы в центраторе, т.е. нарушение осевой балансировки, следствием чего является нежелательное увеличение и нестабильность потерь излучения. Это имеет место как при вставлении наконечников, когда они проталкиваются во втулку, взаимодействуют со втулкой и друг с другом, так и в процессе эксплуатации, когда соединитель испытывает ударные, вибрационные и иные нагрузки.

При некотором различии наружных радиусов соединяемых наконечников прототип не обеспечивает центровку волноводов, так как каждый наконечник разжимает своей механически неразвязанный участок втулки по-своему, сбивая центральную ось внутреннего объема втулки и создавая поперечное смещение наконечников. Поперечное смещение вызывает наибольшие потери излучения при соединении волноводов. Взаимный наклон осей наконечников также нежелателен.

Для наиболее оптимального взаимного центрирования и осевой балансировки наконечников круглого поперечного сечения в центраторе он должен отвечать следующим конструкционным требованиям:
- независимость при центровании каждого из двух соединяемых наконечников, обеспечивающая раздельность и индивидуальность аккомодации своего наконечника, соответствующей половиной длины соединительного элемента;
- конструкционное единство центратора, обеспечивающее центрирование соединенных наконечников относительно общей продольной оси;
- радиальная симметричность конструкции при вставленном наконечнике, обеспечивающая равномерность кругового обжатия соединительным элементом наружной образующей поверхности наконечника, и, как следствие, центровку;
- центровка каждого наконечника как минимум в двух точках длины для продольной балансировки оси.

Центратор согласно изобретению отвечает всем названным требованиям:
- каждая половина центратора (относительно середины его длины) фиксирует своей наконечник независимо от другой;
- центровка наконечников осуществляется относительно продольной оси единой втулки, обеспечивающей конструкционное единство устройства;
- эластичные центрирующие шайбы обжимают соединяемые наконечники равномерно по окружности;
- каждый наконечник фиксируется и центрируется как минимум у стыковочного торца и у края втулки, чем достигается балансировка продольной оси наконечника (избегается наклон оси наконечника относительно продольной оси втулки).

В центраторе наконечники испытывают радиально-симметричное сжатие, центрирующее их друг относительно друга даже в случае некоторого различия их радиусов. Вставляемые наконечники, даже с различающимися радиусами, разжимают свои механически развязанные шайбы без нарушения радиальной симметричности устройства, причем как минимум по краям длины каждого из наконечников, при этом вся структура сохраняет продольную ось неискаженной, прямолинейной, несмешанной, ненаклоненной.

Радиально-симметричный обжим наконечников в центраторе обеспечивает надежную независимую фиксацию наконечников, сохраняя тем самым их центровку и осевую балансировку в условиях неблагоприятных внешних воздействий и некоторого различия радиусов.

При использовании центратора согласно изобретению в соединителе требования к точности внешнего радиуса наконечников облегчаются.

Центратор может быть реализован из современных материалов: металла, пластмассы (втулка), полимеров (эластичный шайбы). Он может быть использован для соединения оптических волокон типов ТХО.735.094 ТУ, ТХО.735.093 ТУ, ТХО. 735.087 ТУ, оконцованных наконечниками вилок ОС-РБ /05/1-1/0-В по РФЗ.906.019 ТУ.

Использование: волоконно-оптические линии связи. Сущность изобретения: центратор содержит цилиндрическую втулку, в которой установлены центрирующие шайбы из эластичного материала, размещенные по крайней мере у ее краев и с каждой стороны от середины ее длины, причем внутренний диаметр втулки больше наружного диаметра наконечников, а внутренний диаметр каждой шайбы меньше наружного диаметра устанавливаемой в нее шайбы на величину, обеспечивающую беззазорные соединения шайбы и наконечника. 6 ил.

ЦЕНТРАТОР для соединения оптических наконечников, содержащий цилиндрическую втулку, отличающийся тем, что, с целью улучшения поперечной центровки и осевой балансировки, во втулке установлены центрирующие шайбы из эластичного материала, размещенные по крайней мере у ее краев и с каждой стороны от середины ее длины, причем внутренний диаметр втулки больше наружного диаметра наконечников, а внутренний диаметр каждой шайбы меньше наружного диаметра устанавливаемого в нее наконечника на величину, обеспечивающую беззазорное соединение шайбы и наконечника.