ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК G02B6/35 

Изобретение относится к волоконной оптике и предназначено для переключения оптического сигнала в волоконно-оптических линиях связи.

Наиболее близким аналогом к изобретению является волоконно-оптический переключатель, особенности устройства и принцип работы которого описаны в [1]
Известный переключатель содержит подвижный и неподвижный держатели, выполненные из немагнитного материала. Неподвижный держатель жестко закреплен на немагнитном основании. Подвижный держатель перемещается между двумя фиксаторами. Под подвижным держателем на основании установлен постоянный магнит. Второй постоянный магнит прикреплен сверху к подвижному элементу таким образом, что его полюсы ориентированы противоположно полюсам постоянного магнита. Группы оптических волокон расположены на неподвижном и подвижном держателях, причем торцы оптических волокон направлены навстречу друг другу, их оси перпендикулярны направлению движения подвижного держателя между фиксаторами. Расстояние между осями оптических волокон равняется ходу подвижного держателя между фиксаторами. Рядом с постоянным магнитом установлен магнитопровод электромагнита таким образом, что полюсы электромагнита находятся напротив полюсов постоянного магнита. При отсутствии питания электромагнита подвижный держатель притягивается к полюсам электромагнита, в результате чего он перемещается вплотную к первому фиксатору и удерживается в этом положении. Перемещение подвижного держателя к другому фиксатору и удержание его в этом положении происходит при прохождении через обмотку электромагнита постоянного тока. При этом полюсы электромагнита и полюсы постоянного магнита взаимно отталкиваются. При отключении постоянного тока происходит перемещение подвижного элемента вплотную к первому фиксатору.

Недостатками данного переключателя являются высокое энергопотребление и, как следствие, большие габариты и масса. Затраты электроэнергии велики, так как для удержания корпуса в положении вплотную к фиксатору требуется непрерывное прохождение постоянного тока через обмотку электромагнита и сила тока тем больше, чем более высокие требования предъявляются к переключателю по стойкости к механическим воздействиям (вибрациям и ударам).

Задачей изобретения является снижение энергопотребления волоконно-оптического переключателя, уменьшение его габаритов и массы.

Сущность изобретения заключается в том, что в волоконно-оптическом переключателе, содержащем немагнитное основание, неподвижный держатель, закрепленный на немагнитном основании, подвижный держатель, два фиксатора, постоянный магнит, электромагнит, две группы оптических волокон, расположенные параллельно друг другу, причем одна группа волокон закреплена на подвижном, а другая на неподвижном держателе таким образом, что оси оптических волокон ориентированы перпендикулярно направлению движения подвижного элемента между двумя фиксаторами, магнитопровод электромагнита выполнен таким образом, что полюсы электромагнита направлены навстречу друг другу, подвижный элемент выполнен из ферромагнитного материала и расположен в зазоре между полюсами электромагнита, служащими одновременно фиксаторами при его перемещении, постоянный магнит закреплен на магнитопроводе электромагнита под подвижным элементом так, что один его полюс направлен к магнитопроводу электромагнита, а второй к подвижному элементу.

На фиг. 1 представлена схема волоконно-оптического переключателя, где: 1 неподвижный держатель; 2 подвижный держатель; 3 немагнитное основание; 4, 5 две группы оптических волокон; 6 магнитопровод; 7 обмотка; 8 - постоянный магнит.

На фиг. 2 представлено схематическое распределение силовых линий магнитного поля в одном из двух стабильных рабочих состояний волоконно-оптического переключателя, где 9 силовые линии поля постоянного магнита.

На фиг. 3 представлено схематическое распределение силовых линий магнитного поля в процессе переключения волоконно-оптического переключателя в начальный момент переключения, где: 9 силовые линии поля постоянного магнита; 10 силовые линии поля электромагнита.

На фиг. 4 представлено схематическое распределение силовых линий магнитного поля в процессе переключения заявляемого волоконно-оптического переключателя в конечный момент переключения, где: 9 силовые линии поля постоянного магнита, 10 силовые линии поля электромагнита.

Волоконно-оптический переключатель содержит немагнитное основание 3, на котором закреплены неподвижный держатель 1 и электромагнит, состоящий из магнитопровода 6 и обмотки 7, причем полюсы электромагнита расположены над немагнитным основанием 3 и направлены навстречу друг другу. Подвижный держатель 2 расположен в зазоре между полюсами электромагнита. Под ним в центре магнитопровода 6 закреплен постоянный магнит 8 таким образом, что один его полюс направлен к магнитопроводу 6, а другой к подвижному держателю 2. Подвижный держатель 2 изготовлен из ферромагнитного материала и перемещается между полюсами электромагнита, служащими одновременно фиксаторами. Оптические волокна 4, 5 расположены торцами навстречу друг другу на неподвижном 1 и подвижном 2 держателях 4 соответственно так, что их оси перпендикулярны направлению движения подвижного держателя 2. Расстояние между осями оптических волокон равняется ходу подвижного держателя 2 между полюсами электромагнита.

Волоконно-оптический переключатель работает следующим образом.

Переключатель может находиться в двух стабильных рабочих состояниях: в первом подвижный держатель 2 вплотную прижат к одному из полюсов электромагнита, во втором к другому. Удержание подвижного держателя 2 в каждом из двух стабильных рабочих состояний осуществляется магнитным полем постоянного магнита 8, силовые линии которого замыкаются по контуру: магнитопровод 6 подвижный держатель 2. Перемещение подвижного держателя 2 из первого стабильного рабочего состояния во второе происходит при подаче импульса электрического напряжения на обмотку 7. При прохождении электрического тока по обмотке 7 индуцируется магнитное поле, компенсирующее поле постоянного магнита 8. Силовые линии магнитного поля электромагнита замыкаются через магнитопровод 6 и имеют противоположную направленность силовым линиям поля постоянного магнита 8. Подвижный держатель 2 под воздействием индуцированного поля перемещается во второе стабильное рабочее состояние. При прекращении прохождения электрического тока подвижный держатель 2 остается в этом состоянии до подачи на обмотку 7 следующего импульса электрического напряжения противоположной полярности.

Расположение постоянного магнита 8 на магнитопроводе 6 электромагнита позволяет удерживать подвижный элемент 2 вплотную последовательно то к одному, то к другому полюсу электромагнита без потребления дополнительной электрической энергии. Энергопотребление уменьшается также за счет того, что в изобретении используются при работе переключателя кратковременные импульсы электрического напряжения, то есть ток через обмотку электромагнита протекает только в момент переключения и перехода подвижного держателя 2 из одного стабильного рабочего положения в другое, в то время как в прототипе во время работы переключателя в одном из стабильных рабочих состояний необходимо постоянное протекание электрического тока через обмотку электромагнита.

Снижение массогабаритных характеристик предлагаемого волоконно-оптического переключателя по сравнению с прототипом достигается за счет уменьшения размеров обмотки электромагнита. В силу описанных выше конструктивных особенностей при прочих равных условиях (сечениях проводов обмотки и площади поперечного сечения магнитопровода электромагнита) у предлагаемого переключателя магнитное сопротивление цепи электромагнита существенно меньше, чем у прототипа. Вдвое меньше оказывается и величина магнитного поля, необходимая для перехода переключателя из одного рабочего стабильного состояния в другое. Соотношение между числом ампер-витков обмоток электромагнита переключателя-прототипа и заявляемого переключателя выражается следующей формулой:

где I₁ ток в обмотке электромагнита прототипа;
W₁ число витков обмотки электромагнита прототипа;
I₂ ток в обмотке электромагнита заявляемого переключателя;
W₂ число витков обмотки электромагнита заявляемого переключателя;
L₁ расстояние, на которое перемещается подвижный элемент при работе волоконно-оптического переключателя-прототипа;
l₁ величина воздушного зазора между подвижным элементом и полюсом электромагнита прототипа в отсутствие питания электромагнита;
L₂ расстояние, на которое перемещается подвижный элемент при работе заявляемого переключателя;
l₂ величина воздушного зазора между подвижным элементом и постоянным магнитом в заявляемом переключателе.

В изобретении отношение L₂/l₂ равно 3. При таком же значении отношения L₁/l₁ из формулы следует, что

Таким образом, при равном числе витков в обмотках электромагнитов заявляемого переключателя и прототипа, ток в обмотке предлагаемого волоконно-оптического переключателя в 3 раза меньше, чем в прототипе, соответственно, меньше масса и габариты заявляемого волоконно-оптического переключателя.

Сущность изобретения: волоконно-оптический переключатель содержит немагнитное основание 3, на котором закреплены неподвижный элемент 1 и электромагнит, состоящий из магнитопровода 6 и обмотки 7. Центральная часть магнитопровода 6 закреплена на немагнитном основании 3, а полюсы электромагнита расположены в плоскости над немагнитным основанием 3 и направлены навстречу друг другу. Подвижный элемент 2 расположен в зазоре между полюсами электромагнита, под ним на центральной части магнитопровода 6 закреплен постоянный магнит 10 таким образом, что один его полюс направлен к магнитопроводу 6, а другой - к подвижному элементу 2. Подвижный элемент 2 изготовлен из ферромагнитного материала и перемещается между полюсами электромагнита, служащими одновременно фиксаторами. На подвижном элементе 2 закреплена группа оптических волокон 4, имеющая хотя бы одно оптическое волокно, а на неподвижном элементе 1 - группа оптических волокон 5, имеющая не менее двух оптических волокон, торцами навстречу торцам волокон из группы 4 таким образом, что оси оптических волокон из групп 4, 5 ориентированы перпендикулярно направлению движения подвижного элемента 2 между полюсами электромагнита. Расстояние между осями оптических волокон равняется ходу подвижного элемента 2 между полюсами электромагнита. 4 ил.

Волоконно-оптический переключатель, содержащий немагнитное основание, на котором установлен неподвижный держатель, подвижный держатель, два фиксатора, постоянный магнит, электромагнит с магнитопроводом, размещенный на немагнитном основании, две группы оптических волокон, расположенных параллельно одна другой, причем одна группа оптических волокон закреплена на подвижном, а другая на неподвижном держателе, при этом торцы оптических волокон одной группы расположены напротив торцов оптических волокон другой группы, подвижный элемент установлен с возможностью перемещения между двумя фиксаторами перпендикулярно оптическим осям волокон, отличающийся тем, что подвижный элемент выполнен из ферромагнитного материала, фиксаторы выполнены в виде полюсов электромагнита, направленных навстречу друг другу, постоянный магнит закреплен на магнитопроводе электромагнита под подвижным держателем, при этом один полюс постоянного магнита направлен к магнитопроводу электромагнита, а другой к подвижному держателю.