Brevet FR2681148A1 — publié le 19930312

JOINT TOURNANT ELECTRO-OPTIQUE. L'invention concerne un joint tournant électro-optique. Ce dernier a pour fonction d'assurer la continuité d'une liaison électrique et/ou optique d'un point fixe à un point tournant. Dans un tel dispositif, on peut définir trois organes essentiels, à savoir: la partie mécanique permettant la rotation, la partie optique et la partie électrique. En ce qui concerne la partie mécanique et la partie électrique, on trouve dans l'art connu un certain nombre de dispositifs répondant aux critères de qualité relatifs notamment aux exigences de concentricité et d'alignement. En revanche, pour ce qui est de la partie optique, de nombreux problèmes se posent qui n'ont pas encore été parfaitement résolus dans l'art antérieur. Certes, un certain nombre de solutions ont été proposées et particulièrement la mise en place de lentilles à l'interface de jonction des deux fibres optiques alignées. Un tel système s'applique difficilement aux fibres monomodes et conduit à des systèmes souvent très coûteux. Certes, le brevet américain 4,786,136 divulgue un joint tournant pour fibre optique ne comportant pas de lentille, dans lequel l'alignement et la concentricité des deux fibres sont obtenus grâce à la mise en place de roulement au voisinage du point de liaison des deux fibres. Il s'agit cependant d'un dispositif compliqué et qui risque d'être peu fiable au fur et à mesure de l'usure des roulements ou dès le début, du fait d'un montage imprécis. Ce problème devient encore plus difficile à résoudre lorsque précisément les deux exigences de continuité de transmission des signaux électrique et optique doivent coexister dans une configuration de double joint tournant. L'invention concerne un joint tournant électro-optique palliant ces inconvénients en mettant en oeuvre une combinaison de moyens simples, efficaces et sûrs. Elle concerne plus particulièrement un joint tournant électro-optique (C) comportant, associé à un joint tournant électrique (B), deux connecteurs optiques (3, 4) équipés chacun à l'une de leur extrémité d'un embout de centrage (3a, 4a) percé d'un trou capillaire pour le passage des fibres optiques (l et 2) monomode ou multimode formant un joint optique (A); caractérisé en ce que ces deux connecteurs (3, 4) tournent à l'intérieur d'un arbre tournant (11), leurs embouts flottants étant disposés face à face selon l'axe (xy) de cet arbre tournant (11) et plaqués l'un contre l'autre pour former une interface optique (6) constituée de deux points optiques, tandis que des ressorts (7, 8) les mettent en appui permanent l'un contre l'autre et qu'un manchon en céramique (10) disposé au niveau de cet interface garantit le centrage permanent de ces deux fibres (1, 2) par rapport à cet axe (xy) en empêchant tout déplacement latéral. L'invention sera mieux comprise à l'aide des explications qui vont suivre et de la figure unique jointe qui est une coupe brisée d'un joint tournant électro-optique conforme à l'invention. La figure illustre un joint tournant (A) selon l'invention capable, d'une part, de maintenir en alignement et en appui deux extrémités de fibres optiques, d'autre part, de faire tourner 1 'une par rapport à 1 'autre ces deux fibres selon un angle de rotation de 360" sans que cela nuise à la continuité et à la qualité de la transmission du signal optique, ctest-à-dire, sans affaiblissement notable A ce joint (A) peut être associé un contact tournant électrique (B), l'ensemble (A) et (B) constituant un joint tournant électro-optique (C) conforme à l'invention. La première et la seconde fibres optiques (1) et (2) sont maintenues dans deux connecteurs (3) et (4) alignés sur le même axe (xy). Chacun de ces connecteurs (3) et (4) comporte à l'une de ses extrémités un embout (3a, 4a) porte-fibre, dans lequel est percé un trou capillaire pour le passage de celle-ci. Selon une caractéristique importante de l'invention, les deux embouts (3a) et (4a) porte-fibre en céramique sont positionnés jointivement pour former une interface (6) et, un ressort (7, 8) placé à l'intérieur de chacun de ces embouts porte-fibre assure sur les points optiques de la fibre concernée une pression nécessaire et suffisante pour assurer la continuité de la ligne de transmission optique. Selon une autre caractéristique de l'invention, pour assurer la fiabilité de l'alignement et pour éviter tout risque de déplacement latéral, un manchon en céramique (10) couvre l'interface (6) et le déborde de part et d'autre sur une longueur totale choisie en fonction des dimensions des embouts porte-fibre et des efforts susceptibles d'être mis en jeu. Les connecteurs (3) et (4) doivent tourner indépendamment l'un de l'autre en restant parfaitement centrés suivant un axe (xy). Pour cela, le connecteur (3) est rendu solidaire d'un arbre tournant (11) par l'intermédiaire d'une bride (3e) faisant partie intégrante du connecteur (3) fixé à l'extrémité de l'arbre (11) dans une cavité prévue à cet effet au moyen d'une pluralité de vis passant par des trous (15). De ce fait, le connecteur (3) va être entraîné dans sa rotation par l'arbre (11), lequel arbre (11) est lui-même centré dans un boîtier intermédiaire (30) par deux roulements (33) et (34) placés à chacune de ses extrémités. En ce qui concerne le connecteur (4) et afin qu'il puisse tourner dans l'arbre tournant (11), il est rendu d'une part, solidaire du premier boîtier intermédiaire (30) par une bride (4e) (partie intégrante du connecteur (4)) par des vis traversant des trous (16) et, d'autre part, il est centré à l'extrémité de l'arbre tournant (11) par une partie cylindrique (4m) (partie intégrante du connecteur (4)) d'un diamètre extérieur correspondant au diamètre intérieur de cette extrémité de l'arbre (11) avec le jeu nécessaire pour permettre la rotation différentielle du premier boîtier intermédiaire (30) et de l'arbre tournant (11). Ce premier boîtier intermédiaire (30) est relié à un second boîtier intermédiaire (40) par un bouchon (32) en libérant une cavité (200) dans laquelle, conformément à l'invention, un joint électrique tournant (B) est mis en place. Celui-ci comporte un bornier fixe d'entrée (22) et un connecteur de sortie (21) tournant avec l'arbre de centrage (11) et relié à une sortie (23). Tout l'ensemble décrit précédemment est à son tour protégé par un boîtier extérieur (41) relié au second boîtier intermédiaire (40) par une pluralité de butées telles que (43), (44), tandis qu'un roulement à aiguilles (42) assure la rotation l'une par rapport à l'autre des deux pièces (40) et (41). Un couvercle (45) équipé d'une oreille (46) munie d'un trou (47) pouvant éventuellement recevoir un crochet ou tout autre système d'attelage ferme ce boîtier extérieur qui peut être rendu étanche par la mise en place d'une pluralité de joints tels que (100), (101), (102), etc... Un tel ensemble supporte sans dommage des pressions élevées telles que celles que l'on rencontre dans des fonds marins. Il est opérationnel dans la gamme des vitesses de rotation allant jusqu'à 2 tours/seconde avec un affaiblissement de 0,4 dB + 0,2 dB. L'expérience montre qu'après 2.000.000 tours, aucune dégradation n'est encore intervenue. Un tel ensemble conforme à l'invention trouve notamment une application dans le domaine de la transmission de données recueillies au niveau d'un poisson remorqué, tel qu'une caméra par exemple, ou tout autre engin que l'on met dans l'eau au bout d'un câble, cette transmission pouvant se faire soit de la surface vers le fond marin, soit de ce fond vers la surface. REVENDICATIONS 1) Joint tournant électro-optique (C) comportant, associé à un joint tournant électrique (B), deux connecteurs optiques (3, 4) équipés chacun à l'une de leur extrémité un embout de centrage (3a, 4a) percé d'un trou capillaire pour le passage des fibres optiques (1 et 2) monovoie, monomode ou multimode formant un joint optique (A); caractérisé en ce que ces deux connecteurs (3, 4) tournent à l'intérieur d'un arbre tournant (11), leurs embouts étant disposés face à face selon l'axe (xy) de cet arbre tournant (11) et plaqués l'un contre l'autre pour former une interface optique (6) tandis que des ressorts (7, 8) mettent en appui permanent les deux extrémités des fibres (1, 2) l'une contre l'autre et qu'un manchon en céramique (10) disposé au niveau de cet interface garantit le centrage permanent de ces deux fibres (1, 2) par rapport à cet axe (xy) en empêchant tout déplacement latéral. 2) Joint tournant (C) selon la revendication 1; caractérisé en ce que la liaison du connecteur (3) avec l'arbre tournant (11) est assuré au moyen d'une bride (3e) fixée à l'extrémité de l'arbre (11) dans une cavité prévue à cet effet, au moyen d'une pluralité de vis passant par des trous (15). 3) Joint tournant (C) selon l'une des revendications 1 et 2; caractérisé en ce que, pour que le connecteur (4) puisse tourner dans l'arbre tournant (11), il est d'une part, rendu solidaire d'un premier boîtier intermédiaire (30) par une bride (4e) au moyen des vis traversant des trous (16) et, d'autre part, il est centré à l'extrémité de l'arbre tournant (11) par une partie cylindrique (4m) d'un diamètre extérieur correspondant (au jeu près) au diamètre intérieur de cette extrémité de l'arbre (11), cette bride (4e) et cette partie cylindrique (4m) faisant partie intégrante du connecteur (4). 4) Joint tournant électro-optique (C) selon l'une des revendications précédentes; caractérisé en ce que le joint tournant électrique (B) est constitué d'un bornier fixe (22) et d'un contact tournant (21) comportant une sortie (23), ce contact (21) étant solidaire de la rotation de l'arbre de centrage (11). 5) Joint tournant électro-optique (C) selon l'une des revendications précédentes; caractérisé en ce que le premier boîtier intermédiaire (30) est relié à un second boîtier intermédiaire (40) par un bouchon (32) en libérant une cavité (200) dans laquelle est placé le joint tournant électrique (B). 6) Joint tournant selon l'une des revendications précédentes; caractérisé en ce qu'un boîtier extérieur (41) protège l'ensemble (A + B), ce boîtier (41) étant relié au second boîtier intermédiaire (40) par une pluralité de butées (43, 44), tandis qu'un roulement à aiguilles (42) assure la rotation l'un par rapport à l'autre des deux boîtiers (40, 41). 7) Joint tournant selon l'une des revendications précédentes; caractérisé en ce qu'un couvercle (45) ferme le boîtier extérieur (41).