Управляемый затвор для световодов Советский патент 1992 года по МПК G02B26/04 G02B6/26 

Изобретение относится к области волоконной оптики, в частности к технике волоконно-оптической связи, и может быть использовано при создании устройств.коммутации световых потоков в волоконных световодах.

Известен магнитоуправляемый коммутационный элемент, который содержит гер- метизиоованный баллон, два световода со шлифованными торцами, установленными консольной встречно друг другу внутри баллона, Г-образную ферромагнитную шторку, снабженную дополнительной ферромагнитной пластиной, шторка укреплена консоль- но в одном из торцов герметизированного баллона тзким образом, что ее меньший участок с ферромагнитной пластиной расположен над зазором между торцами световодов, в противоположном торце герметизированного баллона консольно установлена вторая ферромагнитная пластина с возможностью контакта с ферромагнитной пластиной на шторке.

Этот известный магнитоуправляемый коммутационный элемент имеет следующие недостатки:

низкую виброустойчивость в момент отсутствия воздействующего на шторку управляющего магнитного поля, обусловленную конструкцией шторки в виде защемленного плоского упругого элемента с грузом на конце,

возможность управления шторкой только воздействием магнитного поля в незначительном диапазоне ча.стоты переключений.

Эти недостатки говорят об ограниченности функциональных возможностей коммутационного элемента, что сужает технологическое его использование в различных устройствах оптической связи.

Известен управляемый затвор для световодов, работа которого основана на управляемом перемещении магнитной жидкости в зазоре между световодами и ко- тсрый содержит постоянный магнит и электромагнит для изменения положения магнитной жидкости.

Недостатком известного затвора является отсутствие возможности контактного управления.

1Л

о о ел

ND

Целью изобретения является обеспечение возможности как контактного, так и бесконтактного управления.

На фиг. 1 показан общий вид затвора; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Волоконно-оптический переключатель содержит герметичный корпус 1. волоконный световод 2, подводящий излучение, во- локонный световод 3, отводящий излучение, капсулу 4 из оптически прозрачного материала с плоской верхней и цилиндрической нижней частями, эластичное дно 5, магнитную жидкость 6, кольцевой постоянный магнит 7, герметичные уплотняющие прокладки 8 и 9, крышку 10, снабженную в центре отверстием.

Корпус 1 изготовлен из двух половинок, снабженных V-образными канавками для установки световодов и полостями для установки исполнительного механизма. Световоды 2 и 3 жестко с помощью клея установлены в V-образной канавке нижней части корпуса 1. Величина зазора между световодами 2 и 3 зависит от толщины плоской части капсулы 4 и выставляется так, чтобы плоская часть капсулы 4 входила вплотную между торцами световодов 2 и 3, но без усилия. Эластичное дно 5 герметически с помощью клея соединено с цилиндрической частью капсулы 4 снизу. Кольцевой магнит 7 имеет поперечное намагничивание и установлен на цилиндрической части капсулы 4 так, чтобы его южный полюс был обращен к эластичному дну 5. Магнитная жидкость 6 вводится в капсулу 4 через отверстие в ее верхней плоской части до полного заполнения цилиндрической части и не более 10% обьема плоской части. Отверстие после ввода магнитной жидкости 6 можно закрыть или оставить открытым, так как вытекание ее исключено при наличии магнита 7, который надежно удерживает ее в капсуле 4. Капсула 4 с надетым магнитом 7 уста- наоливается в полости нижней части корпуса 1 так, чтобы уровень магнитной жидкости 6 плоской части, введенной в зазор световодов 2 и 3, находился под их тор- цами. Крышка 10 через прокладку 9 устанавливается на нижней части корпуса 1 так, чтобы ее отверстие находилось напротив эластичного дна 5. Верхняя часть корпуса 1 соединяется с нижней через герметичную прокладку 8.

Корпус 1 и крышка 10 изготовлены из ударопрочного фенопласта типа У5-301-41. В качестве световодов 2,3 использовался волоконно-оптический жгут с полимерной защитой и с сердцевиной из полимерных оптических волокон диаметром 50 мкм, объединенных в круглый шлифованный торец диаметром 3 мм.

Капсула 4 изготовлена из оптически прозрачной пластмассы на основе поликрилатов. имеющей коэффициент преломления почти одинаковый с материалом волокна. Высота плоской части 15 мм, толщина 2,5 мм, ширина 5,5 мм, высота цилиндрической части 6 мм, наружный диаметр 5,5 мм, толщина стенок 0,75 мм.

Эластичное дно 5 капсулы 4 изготовлено из маслобензостойкой резины типа СКУ- 8 и имеет высоту 1.5 мм, внешний диаметр 7 мм, толщину 0,3 мм.

В качестве магнитной жидкости 6 использовалась магнитная жидкость на основе керосина с частицами магнетита, стабилизированными олеиновой кислотой, которая имеет намагниченность насыщения

36 КА/м. Кольцевой магнит 7 изготовлен из феррита бария и имеет внутренний диаметр 6 мм, наружный 10 мм, высоту 5 мм. Напряженность магнитного поля в рабочей точке 150 КА/м.

Герметические уплотнительные прокладки 8 и 9 выполнены из резины типа СКН-40.

Высокая виброустройчивость предлагаемого переключателя обеспечивается тем,

что возникающая под воздействием поля кольцевого магнита 7 в магнитной жидкости 6 объемная магнитная сила значительно превосходит силу ее тяжести. Например, в нашем случае при обеспеченной намагниченности магнитной жидкости 6 до М 36 КА/м, средней величине градиента напряженности магнитного поля Н 107Д/м2, магнитной постоянной 4п-10 7 Гн/м, плотности магнитной жидкости

кг/м и ускорении м/с2 можно рассчи- сколько раз объемная магнитная сила jU0 МуН превосходит силу тяжести магнитной жидкости Рд

jU0 MgH 4 n

рд

ю

-7

36 10J 10х

10J 10

45.

Это говорит о том, что только вибрации с ускорениями более 45 могут вызвать колебания уровня магнитной жидкости 6 в объеме плоской части капсулы 4 и нарушить работу переключателя, что подтверждает высокую виброустойчивость предлагаемого волоконно-оптического переключателя.

Волоконно-оптический переключатель работает следующим образом.

При отсутствии воздействия на магнитную жидкость 6 со стороны эластичного дна 5 в виде силового (контактного) или магнитного (неконтактного), магнитное поле кольцевого магнита 7 надежно удерживает уро- вень магнитной жидкости в объеме плоской части капсулы 4, находящейся под торцами световодов 2 и 3, что обеспечивает свободное прохождение светового потока из световода 2 через прозрачную плоскую часть капсулы 4 в световод 3.

При контактном воздействии на магнитную жидкость 6 со стороны эластичного дна 5 любым устройством, вызывающим, например, перемещение магнитной жидкости из эластичного дна 5 только на 0,5 мм по всей его площади в цилиндрическую часть капсулы 4, то в результате разницы объемов пло- ской и цилиндрической части, уровень магнитной жидкости б в плоской части поднимается от исходного на 5 мм. Поскольку магнитная жидкость на основе магнетита имеет черный цвет и практически непроз- рачна при слое 1 мм, то она надежно перекрывает поток света от световода 2 в световод 3.

После снятия контактного воздействия на эластичное дно 5 магнитная жидкость 6 под действием магнитного поля кольцевого магнита 7 возвращается в исходное состояние, т.е. занимает свой начальный уровень под торцами световодов, открывая зазор и обеспечивая передачу через него светового потока из световода 2 в световод 3.

При неконтактном воздействии на магнитную жидкость 6 со стороны эластичного дна 5, которое может осуществляться как подведением постоянного магнита, так и включением установленного под ним электромагнита, происходит взаимодействие внешнего поля с полем кольцевого магнита, которое должно быть согласным. В нашем случае использовался электромагнит, обес- печивающий напряженность магнитного поля 60 КА/м, которое взаимодействовало согласно с магнитным полем кольцевого магнита 7 и направлено снизу вверх. При включении управляющего электромагнита возникающее внешнее магнитное поле воздействует на магнитную жидкость 6 со стороны эластичного дна 5, складываясь с

магнитным полем кольцевого магнита 7. Суммарное магнитное поле перемещает магнитную жидкость 6 из цилиндрической части капсулы 4 в ее плоскую часть и перекрывает зазор световодов 2, 3. В нашем случае уровень магнитной жидкости 6 в плоской части капсулы 4 поднимается на 6 мм от исходного, что обеспечивало надежное перекрытие зазора и прекращение передачи светового потока из световода 2 в световод 3.

При снятии внешнего магнитного воздействия, которое может осуществляться удалением постоянного магнита или выключением электромагнита, под действием поля кольцевого магнита 7 уровень магнитной жидкости 6 е плоской части капсулы 4 возвращается в исходное состояние, обеспечивая передачу светового потока из световода 2 в световод 3.

Из всего этого можно сделать вывод, что предлагаемый волоконно-оптический переключатель надежно работает при контактном и неконтактном воздействии на его исполнительный механизм, а это и подтверждает расширение его функциональных возможностей.

Формула изобретения

Управляющий затвор для световодов, содержащий герметичный корпус с установленными в нем двумя световодами, оптически соединенные через зазор между торцами, магнитную жидкость, постоянный магнит и средство перемещения магнитной жидкости в зазоре между торцами световодов, отличающийся тем, что. с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения контактного управления затвором, магнитная жидкость помещена в оптически прозрачную капсулу, имеющую расположенную в зазоре между торцами световодов плоскую часть и цилиндрическую часть, при этом постоянный магнит расположен на цилиндрической части, основание которой выполнено эластичным. а уровень заполнения капсулы магнитной жидкостью находится вне торцов световодов.

I-«-

Использование: в волоконно-оптических линиях связи. Сущность изобретения: в зазоре между торцами световодов 2 и 3 установлена оптически прозрачная капсула 4, частично заполненная магнитной жидкостью 6, при этом на нижнюю цилиндрическую часть капсулы надет кольцевой постоянный магнит, а дно 5 капсулы 4 выполнено эластичным. 2 ил.

ло

//////У/////Л