СОЕДИНИТЕЛЬ ОПТОВОЛОКОННЫХ КАБЕЛЕЙ С ВЫНЕСЕННЫМ ФИКСИРУЮЩИМ ЗАЖИМОМ
FIBRE-OPTIC CABLE CONNECTOR HAVING REMOVABLE FIXING CLAMP

Область применения
Настоящее изобретение относится к оптическому соединителю.
Уровень техники
Механические соединители оптических волокон широко применяются в области телекоммуникаций. Так, например, широко используются оптоволоконные соединители типов LC, ST, FC и SC.
Тем не менее, предлагаемые к продаже соединители для оптических волокон недостаточно пригодны для применения в полевых условиях. Как правило, такие соединители имеют в своей основе трубку и для их установки требуется приклеить оптическое волокно к трубке. Процесс скрепления волокна с трубкой может быть достаточно трудоемким и сложно выполнимым в полевых условиях. После скрепления обычно требуется полировка, требующая от исполнителя достаточно высокого мастерства.
Известны также соединители оптических волокон с вынесенным фиксирующим зажимом. Их примеры описаны в патенте США 5337390. В таких соединителях для фиксации оптического волокна вместо клея используется механический зажимной элемент.
Известны также гибридные соединители для сращивания оптических волокон, примеры которых описаны в патенте Японии 3445479, патентных заявках Японии 2004-210251 (WO 2006/019516) и 2004-210357 (WO 2006/019515). Однако такого типа гибридные соединители не совместимы с соединителями стандартных типов и требуют сборки большого количества мелких деталей, что достаточно неудобно в полевых условиях. Сборка большого количества мелких деталей, каждая из которых должна быть установлена в правильном положении, с большой вероятностью может привести к неправильной сборке соединителя, что в свою очередь может привести к повреждению волокна или уменьшению скорости передачи сигнала по кабелю.
Известны также соединители с трубками, жестко закрепленными в заводских условиях. При использовании таких соединителей задний конец трубки механически скрепляется со свободным концом оптического волокна, а пространство между задним и передними концами трубки заполняется гелем, имеющим нужный коэффициент преломления. Недостатком применения такого способа в полевых условиях, особенно в среде с большими колебаниями температуры воздуха, является то, что коэффициент преломления геля может значительно меняться при изменениях температуры, в результате чего в соединителе может возникать большое число отражений света, что в свою очередь будет ухудшать скорость прохождения сигнала через данное соединение.
Еще один негативный эффект, который может возникать, - это движение концов соединенных оптических волокон относительно друг друга, вызванное различным тепловым расширением оптических волокон и материалов соединителей в пределах рабочего диапазона температур. Если соединение выполняется в полевых условиях и слишком велика длина, на которую выступает конец волокна из трубки до соединения волокон, то при прикреплении его к другому соединителю могут возникать чрезмерные силы, действующие на данное волокно при тепловом расширении, в результате чего по границе скрепления может образоваться трещина и соединение будет нарушено.
Сущность изобретения
В соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения предлагается оптический соединитель для оконцевания оптоволоконных кабелей, содержащий корпус соединителя, размер и форма которого таковы, что он сопрягается с ответным соединителем, и корпус зажимной втулки. Корпус зажимной втулки включает трубку, надежно закрепленную в отверстии в корпусе зажимной втулки, и данная трубка включает осевое отверстие, определяющее ось. Корпус зажимной втулки включает также гибкие стенки и корпусную часть, расположенную в целом в центральной части корпуса зажимной втулки. Корпусная часть включает отверстие, принимающее зажимное устройство, предназначенное в свою очередь для зажима оптического волокна. Трубка имеет возможность осевого смещения независимо от осевого смещения оптического волокна и зажимного устройства. Зажимное устройство включает зажимной элемент и крышку с исполнительным механизмом, и при этом зажимной элемент содержит первое и второе плечо из гибкого материала, соединенные между собой петлей, и при этом каждое плечо включает канал для зажатия принимаемого в них оптического волокна после приведения в действие крышки с исполнительным механизмом.
Еще в одном воплощении настоящего изобретения корпусная часть корпуса зажимной втулки включает гнездо для приема зажимного элемента, так что первая часть зажимного элемента совмещается с внутренней стенкой корпусной части, а вторая часть принимаемого зажимного элемента взаимодействует с упругим элементом, расположенным в корпусной части корпуса зажимной втулки. В одном из воплощений упругий элемент содержит пружинный рычаг.
Еще в одном из воплощений крышка с исполнительным механизмом содержит один или более кулачков, расположенных на внутренней части крышки и взаимодействующих с плечами зажимного элемента, которые сдвигаются друг к другу под действием исполнительного механизма, и при этом крышка достаточно свободно сидит в корпусной части, так что после ее закрытия и срабатывания исполнительного механизма она может расширяться и сжиматься вместе с зажимным элементом в соответствии с изменениями температуры окружающей среды. В одном из воплощений зажимной элемент и крышка с исполнительным механизмом изготавливаются из одного материала. В другом воплощении корпус зажимной втулки дополнительно включает буферный зажим, зажимающий буферную оболочку оптического волокна, находящегося в кабеле.
Еще в одном воплощении изобретения трубка и корпус зажимной втулки определяют первый отрезок, а зажимное устройство и зажатое в нем оптическое волокно определяют второй отрезок, и при этом первый отрезок и второй отрезок имеют существенно одинаковый эффективный коэффициент теплового расширения, так что оба отрезка изменяются по длине в существенно одинаковой пропорции в пределах рабочего диапазона температур. В одном из воплощений изобретения после приведения в действие зажимного устройства и соединения оптоволоконного соединителя с одним из следующий устройств: муфта, переходник или розетка, окончательное контактное усилие, непосредственно приложенное к оптическому волокну, составляет не более 20% от суммарного контактного усилия, приложенного к волокну вместе с соединителем.
В одном из воплощений корпус зажимной втулки имеет гибкую структуру внешних стенок, а именно в виде согнутых по дуге пластин, и при этом часть контактного усилия, приложенного к трубке, передается дугообразным внешним стенкам.
Еще в одном из воплощений настоящего изобретения оптоволоконный соединитель содержит корпус соединителя, размер и форма которого таковы, что он сопрягается с ответным соединителем, а также расположенный в нем корпус зажимной втулки. Корпус зажимной втулки включает трубку, надежно закрепленную в отверстии в корпусе зажимной втулки, и данная трубка включает осевое отверстие, определяющее ось. Корпус зажимной втулки включает также корпусную часть, расположенную в целом в центральной части корпуса зажимной втулки, и имеет отверстие, принимающее зажимное устройство, предназначенное в свою очередь для зажима оптического волокна. Трубка имеет возможность осевого перемещения независимо от осевого смещения оптического волокна и зажимного устройства. Оптоволоконный соединитель включает также кулачковый штифт. Когда зажимной элемент располагается в корпусной части, соответствующая часть зажимного элемента совмещается с первой частью кулачкового штифта и кулачковый штифт взаимодействует с ним таким образом, что после срабатывания кулачкового штифта зажимное устройство смещается в осевом направлении к трубке, в результате чего из трубки выступает отрезок оптического волокна нужной длины. В одном из воплощений кулачковый штифт входит в отверстие в корпусе втулки в направлении, поперечном по отношению к оси волокна, и содержит элемент эксцентричный цилиндрической формы, который выполнен с возможностью захождения в корпус втулки через данное отверстие. В другом воплощении кулачковый штифт включает первую часть, имеющую первый диаметр, и вторую часть, имеющую второй диаметр, больший, чем первый диаметр.
Еще в одном из воплощений настоящего изобретения оптический соединитель включает корпус соединителя, размер и форма которого таковы, что он сопрягается с ответным соединителем, а также расположенный в нем корпус зажимной втулки. Соединитель включает также зажимное устройство, предназначенное для зажима оптического волокна, и данное зажимное устройство включает зажимной элемент, зажимающий волокно, и крышку с исполнительным механизм, взаимодействующую с зажимным элементом. Корпус зажимной втулки включает трубку, надежно закрепленную в отверстии в корпусе втулки, и данная трубка включает осевое отверстие, определяющее ось. Корпус зажимной втулки включает также корпусную часть, расположенную в целом в центральной части корпуса втулки, и имеет отверстие, принимающее зажимное устройство, и при этом зажимной элемент содержит первое и второе плечо из гибкого материала, соединенные между собой петлей, и при этом каждое плечо включает канал для зажатия принимаемого в них оптического волокна после приведения в действие крышки с исполнительным механизмом. Соединитель рассчитан на работу в температурном диапазоне шириной по меньшей мере 100°C.
В одном из воплощений крышка совмещается с корпусом зажимной втулки, и при этом корпус втулки и крышка изготовлены из первого материала, а зажимной элемент изготовлен из второго материала. Крышка с исполнительным механизмом имеет коэффициент теплового расширения в направлении оси волокна, существенно отличающийся от коэффициента теплового расширения корпуса зажимной втулки в том же направлении - оси волокна). В одном из воплощений крышка с исполнительным механизмом имеет коэффициент теплового расширения в направлении оси волокна, больший, чем коэффициент теплового расширения корпуса втулки в том же направлении - оси волокна.
Приведенное выше описание сущности изобретения не имеет целью описать все его воплощения. Более подробно примеры данных воплощений описаны ниже, в разделе «Подробное описание изобретения», со ссылками на соответствующие чертежи.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет подробно описано в соответствии приведенными ниже, не ограничивающими его, примерами в сопровождении нижеследующих чертежей.
Фиг.1. Аксонометрический вид примера корпуса оптического соединителя в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.
Фиг.2. Аксонометрический вид примера корпуса зажимной втулки оптического соединителя в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.
Фиг.3. Аксонометрический вид корпуса зажимной втулки оптического соединителя в разрезе, в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.
Фиг.4. Сечение корпуса зажимной втулки оптического соединителя в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.
Фиг.5. Вид сверху корпуса зажимной втулки оптического соединителя в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения.
Фиг.6. Оптический соединитель в соответствии с одним из воплощений настоящего изобретения в разобранном виде.
Фиг.7-9. Виды сверху оптического соединителя в соответствии с настоящим изобретением на различных этапах его установки.
Фиг.10. Аксонометрический вид другого воплощения корпуса втулки оптического соединителя в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.11. Сечение (вид сверху) части оптического соединителя с кулачковым штифтом, вставленным в первое положение, воплощением настоящего изобретения, изображенным на фиг.10.
Фиг.12. Сечение (вид сверху) части оптического соединителя с кулачковым штифтом, вставленным во второе положение, воплощением настоящего изобретения, изображенным на фиг.10.
Фиг.13. Аксонометрический вид в разрезе воплощения соединителя, изображенного на фиг.10.
Фиг.14. Соединитель, изображенный на фиг.10, в разобранном виде.
Фиг.15-16. Виды сверху воплощений оптического соединителя, изображенного на фиг.10, на различных этапах его установки.
Фиг.17A. Аксонометрический вид еще одного воплощения оптического соединителя в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг.17B. Сечение воплощения оптического соединителя, изображенного на фиг.17A.
Фиг.17C. Оптический соединитель, изображенный на фиг.17A, в разобранном виде.
Фиг.17D. Увеличенное сечение фрагмента оптического соединителя, изображенного на фиг.17A.
Фиг.18A-18D. Виды и сечение крышки с исполнительным механизмом воплощения оптического соединителя, изображенного на фиг.17A.
Фиг.19A и 19B. Аксонометрические виды крышки и корпуса зажимной втулки воплощения оптического соединителя, изображенного на фиг.17A, с указанием направления инжекции материала при формовании.
Поскольку настоящее изобретение допускает разнообразные модификации и альтернативные воплощения, ниже на различных его примерах обсуждаются его характерные особенности со ссылками на прилагаемые чертежи. Следует, однако, понимать, что настоящее изобретение не ограничивается воплощениями, приводимыми в подробном описании. Напротив, все возможные модификации и альтернативные воплощения в масштабах данного изобретения ограничиваются лишь прилагаемой формулой.
Подробное описание изобретения
В настоящем подробном описании изобретения приводятся ссылки на сопровождающие его чертежи, образующие часть настоящего описания и в которых в качестве примеров приводятся некоторые его конкретные воплощения. В их отношении следует отметить, что терминология, связанная с направлениями, например, такие понятия, как «верхний», «нижний», «передний», «задний», используется в расположении тех или иных объектов на описываемых чертежах. Так как на практике компоненты описываемых воплощений могут быть расположены в различных ориентациях, используемая терминология в отношении направлений и ориентации относится лишь к данному примеру и ни в коей мере не является ограничивающей. Следует понимать, что кроме описанных возможны и иные воплощения изобретения и, кроме того, в самих воплощениях возможны различные структурные или логические изменения в пределах масштаба настоящего изобретения. Поэтому приведенное ниже подробное описание ни в коей мере не следует рассматривать в ограничивающем смысле, так как полный масштаб настоящего изобретения определяется лишь прилагаемой формулой.
Настоящее изобретение относится к оптическому соединителю. В частности, описанные ниже воплощения оптического соединителя обладают повышенной термической стабильностью (способностью работать в условиях перепадов температур в пределах широкого диапазона). В одном из воплощений изобретения оптический соединитель имеет такую конфигурацию, что положение конца волокна по отношению к торцу трубки остается существенно постоянным в пределах широкого диапазона температур. Торец волокна, в зависимости от воплощения, может находиться заподлицо с торцом трубки или же выступать за пределы торца трубки на заданную длину. Использование соединителей, предлагаемых в соответствии с настоящим изобретением, позволяет обеспечивать приемлемые значения контактного усилия на конец волокна, на которое данный соединитель установлен, в пределах широкого диапазона температур.
На фиг.1 изображен аксонометрический вид первого воплощения оптоволоконного соединителя 100. В разобранном виде он представлен на фиг.6, а на фиг.2-5 приводятся подробные чертежи различных компонентов данного оптического соединителя. Оптический соединитель предназначен для сопряжения с ответным элементом. Примерами ответных элементов являются соединительная муфта, переходник под соединитель или розетка под соединитель. Кроме того, как показано на фиг.1, данное воплощение оптического соединителя имеет конфигурацию стандарта SC. Однако, как это будет понятно сведущим в данной области техники, оптические соединители в соответствии с настоящим изобретением могут быть выполнены и под другие стандарты, например по стандартам ST, FC и LC.
Оптоволоконный соединитель 100 может включать корпус 101 соединителя, имеющий корпус 112 корпуса и башмак 180 для защиты волокна от изгиба. В данном воплощении корпус 112 рассчитан на сопряжение с ответным элементом стандарта SC (например, муфтой, переходником или розеткой SC). Оптоволоконный соединитель 100 включает также каркас 116, расположенный внутри корпуса 112, обеспечивающий общую жесткость соединителя 100. Кроме того, каркас 116 включает по меньшей мере одно отверстие 117, обеспечивающее доступ к зажимному устройству, расположенному внутри соединителя, для приведения его в действие. Каркас 116 может дополнительно включать крепежный элемент 118, обеспечивающий его сцепление с башмаком 180, предохраняющим волокно от нежелательного напряжения вследствие возможных изгибов. В одном из воплощений изобретения корпус 112 и каркас 116 могут быть изготовлены, например сформованы из полимерного материала, хотя могут также использоваться металлические или прочие достаточно жесткие материалы. Корпус 112 предпочтительно должен фиксироваться на внешней поверхности каркаса 116 при помощи зацепов. Соединитель 100 дополнительно включает корпус 120 зажимной втулки, расположенной и удерживаемой внутри соединителя. В некоторых воплощениях изобретения корпус 120 зажимной втулки является многоцелевым элементом, который может содержать в себе зажимное устройство 140 и буферный зажим волокна (пример буферного зажима показан на фиг.6 - поз.126). В одном из предпочтительных воплощений соединитель 100 включает механизм смещения. В воплощении, показанном на фиг.1-6, механизм смещения содержит гибкие элементы, такие как, например, внешняя гибкая стенка или дугообразные стенки 127 корпуса 120 зажимной втулки. Данный механизм 127 в виде гибких дугообразных стенок обеспечивает распределение контактных усилий на оконцованное волокно должным образом, так что трубка и волокно принимают на себя усилия в нужной пропорции при установке, соединении с ответным кабелем. Кроме того, элемент 127 в виде гибких стенок может играть роль нейтрализатора колебаний температуры, так как он будет расширяться и сжиматься, компенсируя тепловое расширение других частей соединителя. В качестве альтернативы дугообразным стенкам корпус зажимной втулки может включать структурные стенки, изготовленные из эластичного материала. Более подробные данные о распределении контактных усилий будут представлены ниже. Кроме того, элемент в виде внешних стенок из эластичного материала ограничивает осевое смещение трубки, вызванное тепловым расширением/сжатием.
Поскольку корпус 120 зажимной втулки обеспечивает осевое смещение трубки, за счет такой конструкции, а также за счет правильного подбора материалов компонентов соединителя, которые будут подробнее описаны ниже, обеспечивается то, что положение конца оптического волокна по отношению к торцу втулки может оставаться практически неизменным в широком диапазоне температур, например в диапазоне от примерно -40°C до примерно 75°C (стандарт Telcordia GR326), или даже в диапазоне от примерно -40°C до примерно 80°C. Конец волокна предпочтительно должен находиться заподлицо с торцом трубки. В альтернативных воплощениях торец волокна может выступать за пределы торца трубки на заданную длину.
Кроме того, конфигурация торца зажимной втулки такова, что она может совершать ограниченное осевое смещение в пределах каркаса 116. Так, например, корпус 120 зажимной втулки может включать полочку 125, которая может использоваться как фланец, обеспечивающий сопротивление усилию пружины 155, расположенной между корпусом зажимной втулки и каркасом, возникающему, когда трубка 132 заходит в соединитель, например при соединении его с ответным соединителем. В одном из воплощений изобретения корпус втулки может быть изготовлен или сформован из полимерного материала, хотя могут также использоваться металлические или прочие достаточно жесткие материалы. Так, например, корпус зажимной втулки может быть структурно выполнен из одного материала методом инжекционного формования. Окончательный выбор материала корпуса втулки может быть сделан исходя из требований к соединителю по параметрам термической стабильности, как это будет описано ниже.
Структурно корпус 120 втулки включает первую концевую часть 121, имеющую отверстие, предназначенное для приема трубки 132, в котором она находится, когда соединитель собран. Трубка 132 может быть изготовлена из керамики, стекла, пластмассы или металла и предназначена для вставки в нее оптического волокна и его оконцевания. В одном из воплощений трубка 132 является керамической. В другом воплощении трубка 132 является стеклянной. Окончательный выбор материала трубки может быть сделан исходя из требований к соединителю по параметрам термической стабильности, как это будет описано ниже. Волокно, оконцованое с помощью соединителя, может быть стандартным одномодовым или многомодовым оптическим волокном, как, например, волокно SMF 28 (производства Corning Inc.). Трубка 132 предпочтительно должна быть расположена заподлицо с фланцевой частью 121а и закреплена в корпусе зажимной втулки при помощи эпоксидного или иного подходящего клея. Альтернативным решением является посадка трубки 132 в первом конце 121 корпуса 120 зажимной втулки с натягом до упора во фланцевую часть 121а. Корпус 120 зажимной втулки дополнительно включает корпусную часть 123, имеющую отверстие 122, в которое может быть вставлено зажимное устройство 140, в результате чего оно располагается в центральной полости корпуса 120 зажимной втулки. В одном из воплощений корпус втулки ограничивает осевое смещение зажимного устройства, вызываемое тепловым расширением/сжатием.
В одном из воплощений зажимное устройство 140 может включать зажимной элемент 142 и крышку 144 с исполнительным механизмом. Зажимной элемент 142 устанавливается в корпусной части 123 корпуса 120 зажимной втулки, так что он практически фиксируется внутри гнезда 143, сформированного в корпусной части. Когда зажимной элемент 142 устанавливается в гнезде 143, часть элемента совмещается с задней стенкой 123а корпусной части 123. Второй конец элемента зажимного 142 располагается напротив упругого элемента 129, которым может, например, являться пружинный рычаг. В одном из предпочтительных воплощений зажимной элемент 142 представляет собой лист гибкого материала, разрезанный на две полоски (два плеча), соединенные между собой петлей. При этом оба плеча элемента включают канал для зажима волокна и обеспечения оптимального распределения сил, сжимающих помещенное в канал оптическое волокно. В одном из воплощений зажимной элемент может включать канавку V-образного сечения в одном плече и широкую канавку прямоугольного сечения в другом плече, в результате чего обеспечивается контакт волокна с зажимным элементом по трем линиям. Гибким материалом может быть, например, алюминий или анодированный алюминий. Зажимное устройство 140 позволяет технику, проводящему монтаж, зажать оптическое волокно, обрезанное отдельно от трубки. В качестве альтернативы зажимное устройство может быть выполнено в форме традиционно применяемого устройства для механического сращивания волокон, как это будет понятно сведущим в данной области техники. Так, например, в одном из альтернативных воплощений зажимное устройство может включать механический зажим, приводимый в действие при помощи клина.
Крышка 144 предпочтительно должна иметь такую конфигурацию, чтобы она входила в зацепление с зажимным элементом 142, в результате чего элемент 142 зажимал бы вставленное в него волокно. Крышка может быть сформирована или сформована из полимерного материала, хотя могут использоваться и металлы, и другие подходящие материалы. В одном из предпочтительных воплощений крышка 144 может быть изготовлена из того же материала, что и зажимной элемент 142. В альтернативных воплощениях для изготовления крышки может быть использован материал, имеющий по меньшей мере близкое значение коэффициента теплового расширения по отношению к коэффициенту теплового расширения материала зажимного элемента. Описание такого воплощения оптоволоконного соединителя будет приведено ниже. Кроме того, размер крышки обеспечивает достаточно свободную ее посадку в корпусной части 123, так что, войдя в полное зацепление с зажимным элементом, крышка будет иметь некоторую возможность осевого расширения/сжатия совместно с расширением/сжатием элемента 142 при изменении температуры.
При выполнении операции по оконцеванию волокна крышка 144 переводится из открытого положения в закрытое, то есть вниз в воплощении, изображенном на фиг.6, и расположенные внутри крышки 144 кулачки, скользя по плечам элемента, сдвигают их друг к другу. Оконцоваваемое стекловолокно располагается в канавке 147, образованной элементом 142, и по мере прижатия плечей элемента друг к другу крышкой 144 волокно зажимается в данной канавке. Будучи зажатым, волокно может перемещаться относительно трубки.
Еще в некоторых воплощениях крышка 144 может быть разделена на первую часть крышки и вторую часть крышки, и при этом первая часть крышки может быть предназначена для фиксации элемента 142 в корпусной части, а вторая часть крышки может действовать как исполнительный механизм, заставляющий элемент 142 фиксировать волокно. Как было сказано выше, описанные выше воплощения имеют механизм, обеспечивающий большую устойчивость соединителя против перепадов температур в широком диапазоне. В частности, как было сказано выше, корпусная часть может включать упругий элемент 129, например пружинный рычаг, соприкасающийся с элементом 142. При изменениях температуры элемент 142 может расширяться или сжиматься в осевом направлении и пружинный рычаг 129 будет его поджимать, в результате чего элемент 142 будет оставаться в своем гнезде 143. Осевое усилие, оказываемое пружинным рычагом 129 на элемент 142, подбирается исходя из ожидаемого распределения контактных усилий в соединителе и их изменений в ожидаемом рабочем диапазоне температур.
Кроме того, корпус зажимной втулки обеспечивает возможность движения трубки независимо от волокна. Как было указано выше, корпус втулки может иметь гибкую структуру стенок. В предпочтительном воплощении, изображенном на фиг.2, корпус втулки 120 включает дугообразные стенки 127 (на чертеже показана только одна из них). Дугообразные стенки 127 являются гибкими и за счет этого обеспечивают возможность осевого перемещения трубки 132, плотно сидящей относительно фланца 121a корпуса втулки. В качестве альтернативы боковые стенки могут включать эластичный материал, образующий по меньшей мере часть стенок корпуса втулки, обеспечивая им требуемую гибкость. В Таблице 1 приводятся данные по изменению длины различных компонентов соединителя при изменении температуры на 120°C. В данном примере трубка изготовлена из керамического материала, корпус втулки сформован из пластмассы (Vectra), зажимной элемент изготовлен из алюминия, а волокно изготовлено в сущности из диоксида кремния (стекла).
Таблица 1
Изменение длины компонентов соединителя при изменении температуры
Компоненты
коэфф. теплового расширения 10<sup>-6</sup>°C<sup>-1</sup>
длина, мм
dL/dT нм/°C
T<sub>max</sub> °C
T<sub>min</sub> °C
ΔT °C
ΔL нм
Керамическая трубка
10,6
10,0
-106
80
-40
120
-12720
Пластмассовый корпус (Vectra)
6,0
9,5
-57
80
-40
120
-6840
Алюминиевый элемент
23,6
6,5
153
80
-40
120
18408
Стекловолокно
0,75
13,0
10
80
-40
120
1170
Итого
0
18
Приведенные выше результаты испытаний показывают, что может быть достигнуто пренебрежимо малое суммарное изменение длины (на 18 нм) при изменении температуры на 120°C. Выбор материалов компонентов соединителя согласно таблице обеспечивает такое взаимоотношение их коэффициентов теплового расширения, что положение конца волокна относительно торца трубки будет сохраняться в широком диапазоне температур. Кроме того, применяемые в описанных выше воплощениях соединителя компоненты обеспечивают нужное контактное усилие, приложенное к концу волокна для установления и поддержания хорошего оптического контакта с ответным волокном. В результате этого устраняются нежелательные недогрузка или перегрузка конца волокна, ухудшающие оптический контакт. Остальную нагрузку могут взять на себя прочие компоненты соединителя, например трубка 132 и корпус 120 зажимной втулки.
Как было указано выше, соединитель 100 в соответствии с воплощениями, представленными на фиг.1-6, обеспечивает компенсацию теплового расширения его компонентов и оптимальное распределение нагрузок в нем за счет применения втулки с гибкой структурой стенок (в виде дугообразных стенок или за счет использования пластичного материала) с оптимальными характеристиками упругости (величины изгиба в зависимости от приложенной силы).
1
2
Структура соединителя 100 может также обеспечивать оптимальное распределение сил при его установке так, чтобы непосредственно к волокну не прикладывалось чрезмерное усилие, которое могло бы вызвать его разрыв. На фиг.7-9 подробно представлены сечения соединителя 100 до и после соединения его с ответным разъемом (который для простоты представлен лишь в виде трубки 190). Как показано на чертежах, структура соединителя может обеспечивать два практически параллельных отрезка, состоящих из расширяющих элементов (см. фиг.4): первый отрезок P, содержащий зажимной элемент и зажатое им волокно, протяженное через трубку, и второй отрезок Р, содержащий трубку и корпус втулки, от торцевой поверхности 133 трубки до задней стенки 123а корпусной части 123. В одном из предпочтительных воплощений изобретения данные параллельные отрезки могут иметь практически одинаковый эффективный коэффициент теплового расширения, так что с изменениями температуры эффективные длины данных участков будут меняться практически в одинаковой степени. Перед соединением соединителя с ответным элементом зажимной элемент 140 закрепляется внутри корпуса 120 втулки так, что часть элемента 140 упирается в стенку 123а. Область, в которой волокно 105 оптоволоконного кабеля 115, является зажатой, обозначена как область 176 на фиг.7, а область, в которой волокно 105 может свободно двигаться в трубке, обозначена как область 177. В данном воплощении конец волокна 105 находится заподлицо с торцом трубки 133. Соединение соединителя с ответным элементом начинается, как показано на фиг.8, с того, что трубка 190 ответного элемента приводится в контакт с трубкой 132 соединителя 100 по поверхности контакта 192. На данной поверхности контакта приводятся также в контакт волокно 105 первого соединителя и волокно 106 ответного соединителя. Пружина 155 соединителя 100 оказывает необходимое предварительное усилие на корпус соединителя. Так, например, данное предварительное усилие может составлять от примерно 7,8 H до примерно 11,8 в типичных соединителях стандарта Telcordia GR326.
После этого, как показано на фиг.9, трубки 132 и 190 приводятся в контакт с полной силой и концы волокон 105 и 106 располагаются заподлицо с торцами соответствующих втулок. В одном из предпочтительных воплощений изобретения втулка несет примерно 90% прилагаемой нагрузки, передавая ее корпусу 120 втулки. В то же время, волокно несет не более 20% суммарной нагрузки, а предпочтительно - до 10% контактного усилия. Часть усилия, приложенного к трубке 132, передается к боковым стенкам 127 корпуса 120, которые выгибаются наружу в направлении стрелок 107. Кроме того, сжимается пружина 155. Таким образом, гибкая структура внешних стенок 127 корпуса втулки обеспечивает оптимальное распределение контактных усилий внутри соединителя 100, так что при соединении его с ответным соединителем на волокно и трубку прикладываются соответственно нужные доли общего контактного усилия.
Дополнительные черты соединителя 100 могут включать буферный зажим 126 корпуса втулки, который может иметь конфигурацию, позволяющую ему зажимать буферный слой оптоволоконного кабеля 115. В одном из воплощений буферный зажим может быть выполнен как структурная часть корпуса втулки. По своей конфигурации буферный зажим может включать одну или более продольных прорезей, то есть иметь вид цангового зажима. Кроме того, внутренняя поверхность буферного зажима может включать гребни или зазубрины соответствующего профиля (не показаны), позволяющие легко вставить волокно в одном направлении и препятствующие его вытягиванию в другом направлении.
В одном из воплощений изобретения буферный зажим 126 может быть предназначен для зажима стандартной буферной оболочки оптического волокна внешним диаметром, например 900 мкм, 250 мкм, или оболочки большего или меньшего диаметра по сравнению с указанными. В данном воплощении соединитель 100 может включать втулку 160, имеющую сквозное отверстие, в качестве исполнительного механизма, скользящего по внешней поверхности буферного зажима 126 и зажимающего его. Втулка 160 может быть изготовлена из полимерного или металлического материала. Предпочтительно, чтобы твердость втулки 160 была больше твердости материала, из которого изготовлен буферный зажим 126. Работа зажимного механизма в виде зажима и втулки, а также альтернативных зажимных механизмов описана в патенте США 7280733, ссылка на который приводится в данном случае целиком.
Во избежание крутых изгибов волокна на границе соединителя и кабеля может использоваться башмак 180. В одном из изобретений башмак 180 представляет собой обычный конусообразный «хвост».
Альтернативные структуры защитного башмака, подходящие для соединителя 100, описаны в патенте США 7280733, ссылка на который уже приводилась выше.
Описанные выше воплощения соединителя позволяют проводить эффективное оконцевание в полевых условиях оптических волокон буферным слоем диаметром 250 мкм, 900 мкм или нестандартного диаметра, без необходимости использования источника питания, клея, дорогостоящих инструментов или сложной полировки на месте. Описанный выше соединитель, выполненный по стандарту SC, предназначенный для оптических волокон диаметром 250 или 900 мкм может иметь суммарную длину менее чем примерно 2 дюйма.
Еще в одном из воплощений изобретения предлагается процедура оконцевания волокна в полевых условиях. Для этого может, например, использоваться соединитель, аналогичный или идентичный соединителю 100. Подлежащими оконцеванию волокнами могут быть оптические волокна диаметром 900 мкм в составе распределительного кабеля с покрытием общим диаметром 3,5 мм. Сначала с кабеля снимаются защитные слои, и волокна обрезаются с помощью обычно применяемого для этого ножа перпендикулярно оси (или, если требуется, под углом к ней). Пластмассовая защитная оболочка волокна может быть также удалена с помощью традиционно применяемого механического устройства для зачистки оптических волокон. Затем начисто вытирается стеклянная поверхность волокна. После подготовки конца кабеля освобожденный от защитной оболочки участок волокна вставляется в соединитель, а именно в корпус зажимной втулки, и далее в трубку, пока конец волокна не выйдет из торца 133 трубки на требуемую длину. Крышка 144 с исполнительным механизмом надавливается на элемент 142, зажимающий стекловолокно, и буферный зажим обжимается втулкой вокруг буферного слоя волокна.
После того как волокно зажато в зажимном элементе, конец волокна вместе с торцом трубки полируются традиционно для этого применяемым в полевых условиях способом, так что конец волокна становится расположенным заподлицо с торцом трубки. В качестве альтернативы возможна полировка конца кабеля и трубки таким образом, чтобы после ее окончания волокно немного выступало из трубки. Так, например, конец кабеля и торец трубки могут полироваться при согнутых на контролируемую величину дугообразных боковых стенках корпуса обжимной втулки, при этом трубка перемещается в осевом направлении, так что она выдвигается из соединителя. По окончании процесса полировки стенки втулки возвращаются в нормальное состояние, заставляя трубку смещаться в осевом направлении вовнутрь соединителя, и в результате этого из торца трубки немного выступает волокно.
В другом воплощении изобретения может быть использована более жесткая конструкция зажимной втулки, а конец волокна может выступать на требуемую величину из торца втулки для достижения правильного распределения контактных усилий при соединении соединителя с ответным элементом. При установлении контакта длина выступающей части волокна уменьшается до тех пор, пока конец волокна не расположится заподлицо с торцом втулки, при этом контактное усилие на волокно растет, достигая требуемого значения. Дальнейшая часть контактного усилия будет практически полностью принята трубкой.
На фиг.14 в разобранном виде представлен оптоволоконный соединитель 200 в соответствии с альтернативным воплощением настоящего изобретения, а на фиг.10-13 представлены подробные чертежи отдельных его компонентов. Оптический соединитель 200 предназначен для соединения с ответным элементом стандартов SC, ST, FC и/или LC.
Оптоволоконный соединитель 200 может включать корпус 212 соединителя и защитный башмак 280 для волокна. В данном воплощении корпус 212 имеет конфигурацию для подключения соединителя к ответным элементам (например, соединительной муфты, переходника или розетки) стандарта SC. Внутри корпуса 112 расположен каркас 216, придающий общую жесткость соединителю 200. Кроме того, каркас 216 дополнительно включает по меньшей мере одно отверстие 217, обеспечивающее доступ к зажимному элементу, расположенному внутри соединителя, для приведения его в действие.
Каркас 216 может дополнительно включать крепежный элемент 218, предназначенный для скрепления каркаса с защитным башмаком 280, предназначенным для защиты волокна от повреждений вследствие чрезмерного его изгиба. Корпус 212 и каркас 216 могут быть изготовлены или сформованы из полимера, хотя для их изготовления могут также использоваться металл или другие подходящие, достаточно жесткие материалы. Корпус 212 предпочтительно должен фиксироваться на внешней поверхности каркаса 216 защелкиванием.
Соединитель 200 дополнительно включает корпус 220 зажимной втулки, расположенный внутри корпуса соединителя. В отличие от корпуса 120 зажимной втулки, описанного выше, корпус 220 зажимной втулки может содержать более жесткие внешние стенки. В корпусе 220 зажимной втулки может находится зажимное устройство 240 и зажим 226 для зажатия буферного слоя волокна. Кроме того, корпус зажимной втулки имеет конфигурацию, обеспечивающую возможность его осевого перемещения внутри каркаса 216. Так, например, корпус 220 втулки может включать полочку 225, которая может использоваться в качестве фланца для упора в него пружины 255, расположенной между корпусом зажимной втулки и каркасом. Пружина оказывает на зажимную втулку усилие, когда, например, трубка 232 соединяется с ответным элементом. Корпус 220 зажимной втулки может быть изготовлен или сформован из полимера, хотя для его изготовления могут также использоваться металл или другие подходящие материалы. Так, например, корпус 220 зажимной втулки может быть изготовлен при помощи инжекционного формования из одного структурно целого материала. Окончательный выбор подходящих материалов для изготовления корпуса зажимной втулки осуществляется исходя из требований к температурной стабильности соединителя.
По своей структуре корпус 220 втулки включает первую концевую часть 221, имеющую отверстие, предназначенное для приема трубки 232. Трубка 232 может быть изготовлена из керамики, стекла, пластмассы или металла и предназначена для вставки в нее оптического волокна и его оконцевания. В одном из воплощений трубка 232 является керамической. В другом воплощении трубка 232 является стеклянной. Окончательный выбор материала трубки может быть сделан исходя из требований к соединителю по параметрам термической стабильности. Волокно, оконцевание которого производится с помощью соединителя, может быть стандартным одномодовым или многомодовым оптическим волокном. Трубка 232 предпочтительно должна быть закреплена в корпусе зажимной втулки при помощи эпоксидного или иного подходящего клея. Альтернативным решением является посадка трубки 232 в первую концевую часть 221 корпуса 220 зажимной втулки с натягом.
Корпус 220 зажимной втулки дополнительно включает корпусную часть 223, в которой имеется отверстие 222, в которое может быть вставлено зажимное устройство 240, в результате чего оно располагается в центральной полости корпуса 220 зажимной втулки. В одном из воплощений корпус зажимной втулки обеспечивает возможность осевого смещения зажимного устройства, что в свою очередь необходимо для обеспечения возможности выступа конца волокна из соединителя во время монтажа. В одном из воплощений зажимное устройство 240 может включать элемент 242 и крышку 244 с исполнительным механизмом. Зажимной элемент 242 устанавливается в корпусной части 223 корпуса 220 зажимной втулки в зафиксированном (или структурном) гнезде 243. В одном из предпочтительных воплощений зажимной элемент 242 представляет собой лист гибкого материала, разрезанный на две полоски (два плеча), соединенные между собой петлей. При этом оба плеча элемента включают канал для зажима волокна для обеспечения оптимального распределения сил, сжимающих помещенное в канал оптическое волокно. Эластичным материалом может быть, например, алюминий или анодированный алюминий. В качестве альтернативы зажимное устройство может быть выполнено в форме традиционно применяемого устройства для механического сращивания волокон, как это будет понятно сведущим в данной области техники. Так, например, в одном из альтернативных воплощений зажимное устройство может включать механический зажим, приводимый в действие при помощи клина.
Крышка 244 предпочтительно должна иметь такую конфигурацию, чтобы она входила в зацепление с зажимным элементом 242, в результате чего элемент 242 зажимал бы вставленное в него волокно 205. Крышка может быть изготовлена или сформована из полимерного материала, хотя для ее изготовления могут использоваться и металлы, и другие подходящие материалы. В одном из предпочтительных воплощений крышка 244 может быть изготовлена из того же материала, что и элемент 242, или из аналогичного ему материала. Кроме того, размер крышки обеспечивает достаточно свободную ее посадку в корпусной части 223, так что, войдя в полное зацепление с элементом 242, крышка 244 будет иметь некоторую возможность осевого перемещения совместно с элементом 242.
При монтаже соединителя крышка 244 перемещается из открытого положения в закрытое, то есть вниз в воплощении, изображенном на фиг.14, и расположенные внутри крышки 244 один или несколько кулачков, скользя по плечам зажимного элемента, сдвигают их друг к другу. Стеклянное волокно 205 располагается в канавках элемента 242, и, по мере прижатия плеч элемента друг к другу крышкой 244, волокно зажимается в данной канавке. Будучи зажатым, волокно может перемещаться относительно трубки.
Когда элемент 242 вставлен в гнездо 243, соответствующая часть элемента совмещается с первой частью 261 кулачкового штифта 260. Еще одна часть элемента 242 упирается в упругий элемент 229, которым может быть, например, пружинный рычаг. Кулачковый штифт представляет собой элемент цилиндрической формы, который вставляется в корпусную часть корпуса зажимной втулки через отверстие 262 в направлении, поперечном оси волокна. Для удержания штифта 260 на своем месте и совмещения его с элементом 242 могут иметься направляющий элемент или канавка (не показаны).
В одном из предпочтительных воплощений изобретения кулачковый штифт 260 имеет первую часть 261a, имеющую первый диаметр, и вторую часть 261b, имеющую второй диаметр, больший, чем первый диаметр. После полировки торцов волокна и трубки штифт 260 вставляется далее, так что элемент 242 начинает упираться во вторую часть штифта 261b, имеющую больший диаметр, в результате чего он движется вперед в осевом направлении, двигая волокно, и из трубки начинает выступать небольшой отрезок волокна. Большой и малый диаметры штифта 260 подбираются таким образом, что в результате работы данного кулачкового механизма достигается выступ волокна из торца трубки на нужную длину. В качестве альтернативы кулачковый штифт 260 может включать эксцентрично расположенный цилиндр (собственно кулачок), так что при повороте его на пол-оборота под воздействием кулачка происходит смещение элемента 242 с крышкой 244. Воздействие штифта на элемент (срабатывание кулачкового механизма) может быть достигнуто при помощи простого инструмента, который может быть вставлен через предусмотренное для доступа к штифту 260 отверстие в каркасе 216. В качестве еще одной альтернативы смещение элемента 242 и крышки 244 может осуществляться при помощи клиновидного элемента, вставляемого в корпусную часть 223 корпуса зажимной втулки.
В предпочтительном воплощении изобретения волокно 205 должно выступать на расстояние от примерно 10 мкм до примерно 25 мкм, более предпочтительно - на расстояние примерно 10-20 мкм. Данное расстояние определяется исходя из значения контактного усилия на волокно, которое должно достигаться при соединении волокон.
Структура соединителя 200 может также обеспечивать оптимальное распределение контактных усилий на кабель при его установке так, чтобы непосредственно к волокну не прикладывалось чрезмерное усилие, которое могло бы вызвать его разрыв. На фиг.15-16 представлены сечения соединителя 100 до и после соединения его с ответным соединителем (который для простоты представлен лишь в виде трубки 290).
Перед соединением зажимной элемент устанавливается и закрепляется в корпусе 220 зажимной втулки, вставляется штифт 260 и в результате срабатывания кулачкового механизма достигается выступ конца волокна 204 из торца 233 трубки на требуемую длину (перед вставкой штифта конец волокна предпочтительно должен быть отполирован заподлицо с торцом втулки, как это будет описано ниже). Волокно 205 оптоволоконного кабеля 215, зажатое элементом 242, может перемещаться внутри трубки 232.
Соединение кабелей начинается, как показано на фиг.16, с того, что конец 204 волокна первого кабеля приводится в контакт с волокном 206 второго кабеля. Волокно 205 сжимается под воздействием силы со стороны волокна второго кабеля до тех пор, пока торцы трубок не сомкнутся на границе 292. После их соприкосновения остальную часть усилия со стороны второго волокна с его соединителем принимает на себя трубка 232. Пружина 255 сообщает нужное усилие корпусу 220 зажимной втулки.
Так, например, суммарное контактное усилие между двумя соединителями может составлять от примерно 7,8 H до примерно 11,8 H. При начальном выступе волокна на 10-20 мкм окончательная нагрузка на торец волокна 205 составит от примерно 0,6 H до примерно 1,4 H, что обеспечивает хороший оптический контакт. Остальная часть нагрузки принимается трубкой и корпусом 220 зажимной втулки. В данном воплощении соединителя жесткость сборки из трубки и корпуса втулки примерно в 1000 раз выше жесткости столба оптического волокна.
Таким образом, после того, как волокно сжимается (или изгибается), и его торец выравнивается с торцом трубки, трубка 232 несет на себе основную часть контактного усилия.
Дополнительные черты соединителя 200 могут включать буферный зажим 226 корпуса втулки, который может иметь конфигурацию, позволяющую ему зажимать буферный слой оптоволоконного кабеля 215. Буферный зажим может иметь такую же или аналогичную конструкцию, что и буферный зажим 126, описанный выше.
В одном из воплощений изобретения буферный зажим 226 может быть предназначен для зажима стандартной буферной оболочки оптического волокна. В качестве исполнительного механизма, заставляющего зажим сжимать буферный слой волокна, соединитель 200 может включать втулку 265, скользящую по внешней поверхности буферного зажима 226 и зажимающую его. Втулка 265 может быть изготовлена из полимерного или металлического материала. Работа зажимного механизма в виде зажима и втулки была описана выше (смотри описание соединителя 100).
Во избежание крутых изгибов волокна на границе соединителя и волокна может использоваться башмак 280. В одном из изобретений башмак 280 представляет собой обычный конусообразный «хвост». Башмак 280 может иметь и другую структуру или форму, как было описано выше.
В одном из воплощений настоящего изобретения предлагается также процедура оконцевания оптического волокна в полевых условиях. Для этого может, например, использоваться соединитель, аналогичный или идентичный соединителю 200. Подлежащими оконцеванию волокнами могут быть оптические волокна диаметром 900 мкм в составе распределительного кабеля с покрытием общим диаметром 3,5 мм. Сначала с кабеля снимаются защитные слои и обрезаются волокна с помощью традиционно применяемого ножа. Пластмассовая защитная оболочка волокна может быть также удалена с помощью традиционно применяемого механического устройства для зачистки оптоволоконных кабелей. Затем начисто вытирается стеклянная поверхность волокна.
После подготовки конца волокна освобожденный от защитной оболочки участок волокна вставляется в соединитель, а именно, в корпус зажимной втулки и далее в трубку, пока конец волокна не выйдет из торца 233 трубки на требуемую длину. Крышка 244 с исполнительным механизмом надавливается на элемент 242, зажимающий стекловолокно, и буферный зажим 226 обжимается втулкой вокруг буферного слоя волокна.
После того как волокно зажато в зажимном элементе, конец волокна вместе с торцом трубки полируются традиционно применяемым в полевых условиях способом, так что конец волокна становится расположенным заподлицо с торцом трубки.
По окончании процесса полировки конца волокна заподлицо с торцом трубки в зажимную втулку вставляется кулачковый штифт, вмещающий зажимное устройство 240, так что при этом достигается выступ конца волокна из трубки на нужную величину, например, на 10-20 мкм.
На фиг.17C в разобранном виде представлен оптоволоконный соединитель 300 в соответствии с еще одним альтернативным воплощением настоящего изобретения, а на фиг.17A-17B, 17D, 18A-18D и 19A-19B представлены подробные чертежи отдельных его компонентов. Оптический соединитель 300 предназначен для соединения с ответным элементом стандартов SC, ST, FC и/или LC.
Оптоволоконный соединитель 300 может включать корпус 312 соединителя и защитный башмак 380 для волокна. В данном воплощении корпус 312 имеет конфигурацию, обеспечивающую подключение соединителя к ответным элементам (например, соединительной муфты, переходника или розетки) стандарта SC. Как показано на фиг.17C, внутри корпуса 312 может быть расположен каркас 316, придающий общую жесткость соединителю 300. Кроме того, каркас 316 дополнительно включает по меньшей мере одно отверстие 317, обеспечивающее доступ к зажимному элементу, расположенному внутри соединителя, для приведения его в действие. Каркас 316 может дополнительно включать крепежный элемент 318, предназначенный для скрепления каркаса с защитным башмаком 380. Корпус 312 и каркас 316 могут быть изготовлены или сформованы из тех же материалов, что и соответствующие детали в воплощениях, описанных выше. Корпус 312 предпочтительно должен фиксироваться на внешней поверхности каркаса 316 защелкиванием.
Соединитель 300 дополнительно включает корпус 320 зажимной втулки, расположенный внутри корпуса соединителя и удерживаемый в нем. Корпус зажимной втулки имеет конфигурацию, обеспечивающую возможность его небольшого осевого перемещения внутри каркаса 316. Так, например, корпус 320 зажимной втулки может включать полочку, которая может использоваться в качестве фланца для упора в него пружины 355, расположенной между корпусом зажимной втулки и каркасом. Пружина оказывает на зажимную втулку усилие, когда, например, трубка 332 приводится в контакт с трубкой ответного соединителя. В корпусе 320 зажимной втулки может находиться зажимное устройство 340 и зажим 326 для буферного слоя волокна.
Зажимное устройство 340 включает зажимной элемент 342 и крышку 344 с исполнительным механизмом. Зажимной элемент 342 может быть установлен в гнезде 343 корпуса 320 зажимной втулки. В отличие от корпуса 120 зажимной втулки, описанного выше, корпус 320 зажимной втулки может содержать более жесткие внешние стенки.
В предпочтительном воплощении изобретения оптический соединитель 300 включает корпус 320 зажимной втулки и крышку 344 с исполнительным механизмом, изготовленные из одного и того же материала, но имеющие различный коэффициент теплового расширения в направлении оси волокна. В частности, крышка с исполнительным механизмом имеет коэффициент теплового расширения в направлении оси волокна, существенно отличающийся от коэффициента теплового расширения корпуса зажимной втулки в том же направлении. В результате этого оптоволоконный соединитель может устойчиво работать в условиях изменения температуры в достаточно широком диапазоне (то есть больше 100°C), например, от -40°C до 80°C.
Корпус 320 втулки включает первую концевую часть 321, имеющую отверстие, предназначенное для приема трубки 332. Трубка 332 может быть изготовлена из керамики, стекла, пластмассы или металла и предназначена для вставки в нее оптического волокна и его оконцевания. В одном из воплощений трубка 232 является керамической. В другом воплощении трубка 232 является стеклянной. Волокно, оконцевание которого производится с помощью соединителя, может быть стандартным одномодовым или многомодовым оптическим волокном. Трубка 332 предпочтительно должна быть закреплена в корпусе зажимной втулки при помощи эпоксидного или иного подходящего клея. Альтернативным решением является посадка трубки 332 в первую концевую часть 321 корпуса 320 зажимной втулки с натягом. В данном воплощении корпус 320 зажимной втулки может быть изготовлен или сформован из полимерного материала, в частности из полимера, характеризующегося анизотропией коэффициента теплового расширения.
В данном воплощении зажимное устройство 340 включает зажимной элемент 342 и крышку 344 с исполнительным механизмом. Зажимной элемент 342 может быть установлен в гнезде 343 корпусной части корпуса 320 зажимной втулки. В одном из предпочтительных воплощений зажимной элемент 342 представляет собой лист гибкого материала, разрезанный на две полоски (два плеча), соединенные между собой петлей. При этом оба плеча элемента включают канал для зажима волокна и обеспечения оптимального распределения сил, сжимающих помещенное в канал оптическое волокно. Гибким материалом может быть, например, алюминий или анодированный алюминий. Зажимной элемент 343 имеет, однако, форму, отличную от формы зажимных элементов 142 и 242 воплощений, описанных выше. В частности, зажимной элемент 343 имеет две раздельные зоны сжатия 341A и 341B, взаимодействующие с крышкой 344. Кроме того, между двумя данными зонами сжатия 341A и 341B может быть сделан вырез. Корпус 320 зажимной втулки может при этом включать выступ 328, протяженный в сторону выреза в зажимном элементе и предназначенный для удержания зажимного элемента на месте, пока на него не надета крышка (и исполнительный механизм не приведен в действие) или когда крышка с него снята.
Крышка 344 имеет такую конфигурацию, что она входит а в зацепление с зажимным элементом 342, в результате чего элемент 342 надежно фиксирует вставленное в него волокно. В данном воплощении, как показано на фиг.17B и 17D, стенки крышки при ее надавливании плотно садятся на элемент 342. При монтаже соединителя крышка 344 переводится из открытого положения в закрытое, то есть вниз в воплощении, изображенном на фиг.17C, и расположенные внутри крышки 344 один или несколько кулачков, такие как, например, кулачки 343A и 343B, показанные на фиг.18D, скользя по плечам зажимного элемента, сдвигают их друг к другу. В одном из воплощений изобретения внутренняя поверхность крышки 344 включает кулачки 343A и 343B, имеющие такую форму, что они оказывают различное сжимающее усилие на зоны 341A и 341B зажимного элемента. Кулачки могут быть протяженными по всей длине крышки 344 или по части ее длины. В одном из предпочтительных воплощений изобретения сжимающее усилие, оказываемое кулачками на зону 341A (ближайшую к трубке 332), больше, чем сжимающее усилие, оказываемое на зону 341B. В другом воплощении усилие, оказываемое на зону 341B, практически равно нулю. Стекловолокно располагается в канавках элемента 342, и, по мере прижатия плеч элемента друг к другу крышкой 344, волокно зажимается в данной канавке. Зажатое волокно должно выступать из трубки на расстояние от примерно 10 мкм до примерно 25 мкм, более предпочтительно - на расстояние примерно 10-20 мкм. Данное расстояние определяется исходя из значения контактного усилия на волокно, которое должно достигаться при сращивании волокон. Кроме того, в данном воплощении крышка 344 включает четыре фиксирующие ножки 348A-348D (смотри, например, фиг.18A-18B), предназначенные для удержания крышки в постоянном положении относительно корпуса 320 зажимной втулки. Каждая из фиксирующих ножек 348A-348D может включать выступы 349A и 349B на внешней поверхности, как показано на фиг.18B и 18D. Выступ (или выступы) первого типа 349A могут использоваться для предварительной фиксации крышки 344 в гнезде 343 корпуса зажимной втулки до приведения в действие исполнительного механизма крышки. При полном зажатии крышки 344 на элементе 342 выступ (или выступы) второго типа 349 В входят в зацепление с корпусом зажимной втулки и окончательно фиксируют крышку 344 на своем месте.
В данном воплощении крышка 344 на своей нижней поверхности может включать усиливающие стенки по обоим краям кулачковых поверхностей. Данные стенки предназначены для придания крышке большей жесткости, чтобы она могла надежно удерживать плечи зажимного элемента в сжатом положении. Кроме того, крышка 344 на своей нижней поверхности может включать гребни 345A и 345B (смотри, например, фиг.18C), которые заходят в вырез между зонами 341A и 341B зажимного элемента и помогают таким образом крышке занять правильное положение (смотри, например, фиг.17B and 17D). Благодаря данным гребням 345A и 345B элемент 342 сохраняет свое положение относительно крышки в процессе работы соединителя.
В данном воплощении зажимное устройство 340, в частности его крышка 344, фиксируется на корпусе 320 зажимной втулки и за счет этого совершает контролируемое осевое движение, вызываемое тепловым расширением. Так, например, крышка 344 может фиксироваться на корпусе 320 зажимной втулки таким образом, что они совмещаются определенным образом. Так, например, крышка 344 на стороне 346 (дальней по отношению к трубке 332 - смотри фиг.19A и 19BF) может иметь шип 346, входящий в зацепление с ответным пазом 327 в отверстии корпуса зажимной втулки (соединение типа «ласточки хвост»). Для обеспечения контролируемого теплового расширения в осевом направлении, вызванного изменениями температуры, крышка 344 изготавливается такой длины, что когда она полностью посажена в корпус втулки, между передним краем крышки и передней внутренней стенкой 325 корпуса зажимной втулки остается небольшой воздушный зазор 324 (фиг.17D). Кроме точки или поверхности совмещения, крышка и зажимной элемент могут иметь минимальный контакт с корпусом зажимной втулки, что позволяет избежать негативные эффекты, вызываемых их взаимным трением при тепловом расширением. В предпочтительных воплощениях корпус зажимной втулки и крышка могут быть изготовлены из одного и того же полимерного материала. Так, например, крышка 344 и корпус 320 зажимной втулки могут быть сформированы из жидкокристаллического полимера. В качестве такого полимера может, например, быть использован жидкокристаллический полимер VECTRA LCP Al 30 производства Ticona Company. Необходимо, однако, отметить, что в данном воплощении крышка 344 имеет коэффициент теплового расширения, существенно отличающийся от коэффициента теплового расширения корпуса 320 зажимной втулки в том же направлении. Вследствие этого расстояние между трубкой 332 и элементом 342 с ростом температуры уменьшается контролируемым образом. При таком устройстве элемент 342 удерживается вдоль своей основной оси в соединителе главным образом за счет крышки, а не за счет корпуса зажимной втулки.
Жидкокристаллические полимеры характеризуются тем, что имеют первый коэффициент теплового расширения - вдоль направления их течения при формовании), и второй коэффициент теплового расширения в направлении, перпендикулярном направлению их потока при формовании. В материалах, применяемых в данном воплощении, первый коэффициент теплового расширения меньше второго коэффициента. Соответственно, как показано на фиг.19A и 19B, крышка 344 и корпус 320 зажимной втулки могут изготавливаться с помощью инжекционного формования таким образом, что крышка 344 формуется из жидкокристаллического полимера при его подаче в направлении стрелок 372, в то время как корпус 320 зажимной втулки формуется из жидкокристаллического полимера при его подаче в направлении стрелок 373, перпендикулярном направлению стрелок 372. За счет этого крышка 344 может иметь коэффициент теплового расширения в осевом направлении, близкий к коэффициенту теплового расширения металлического элемента 342.
В данном воплощении коэффициенты теплового расширения крышки и элемента вдоль их основной оси подбираются таким образом, чтобы они были больше, чем коэффициент теплового расширения корпуса втулки. В результате этого передний край элемента (находящийся ближе к трубке) при увеличении температуры придвигается ближе к заднему концу трубки.
В таблице 2 приводятся данные по изменению длины отдельных компонентов оптического соединителя при изменении температуры на 120°C.
В данном примере трубка изготовлена из керамического материала, крышка и корпус втулки изготовлены из жидкокристаллического полимерного материала VECTRA LCP Al 30, но направления инжекции материала при их формовании были перпендикулярны (направление инжекции полимера при формовании корпуса зажимной втулки было параллельным оси, по которой располагается волокно). Стекловолокно было изготовлено на основе диоксида кремния. Коэффициенты теплового расширения компонентов, приведенные в таблице, являются коэффициентами теплового расширения в направлении оси волокна.
Таблица 2
Изменение длины компонентов соединителя при изменении температуры
Компоненты
коэфф.
длина,
dL/dT
T<sub>max</sub>
T<sub>min</sub>
ΔT
ΔL
теплового расширения 10<sup>-6</sup>°C<sup>-1</sup>
мм
нм/°C
°C
°C
°C
нм
Керамическая трубка
10,6
10,5
-111,3
80
-40
120
-13356
Корпус зажимной втулки (Vectra)
6,0
10,5
-63,0
80
-40
120
-7560
Крышка (Vectra, поперечн.)
18,5
9,0
166,5
80
-40
120
19980
Стекловолокно
0,7
12,0
7,8
80
-40
120
936
Итого
0
0
Приведенные в таблице данные показывают, что при правильном подборе материалов соединитель 300 может быть составлен таким образом, что будет достигнут практический полный баланс теплового расширения (ΔL=0) в пределах значительного диапазона изменений температуры. Обратите внимание, что коэффициент теплового расширения крышки может быть достаточно близким по значению к коэффициенту теплового расширения алюминиевого элемента (смотри Таблицу 1), хотя они изготовлены из различных материалов. Обратите внимание, что компоненты соединителя, изготовленные из одного и того же материала, могут тем не менее иметь сильно различающиеся коэффициенты теплового расширения (так как он зависит от направления подачи материала при их формовании). Таким образом, правильный подбор материалов обеспечивает взаимную компенсацию коэффициентов теплового расширения, так что относительное положение конца волокна и торца втулки сохраняется в довольно широком диапазоне температуры.
Дополнительные черты соединителя 300 могут включать буферный зажим 326 корпуса втулки, который может иметь конфигурацию, позволяющую ему зажимать буферный слой оптоволоконного кабеля. Буферный зажим может иметь такую же или аналогичную конструкцию, что и буферный зажим 126, описанный выше. В одном из воплощений изобретения буферный зажим 326 может быть предназначен для зажима стандартной буферной оболочки оптического волокна. В качестве исполнительного механизма, заставляющего зажим сжимать буферный слой волокна, соединитель 300 может включать втулку 365, скользящую по внешней поверхности буферного зажима 226 и зажимающую его. Втулка 365 может быть изготовлена из полимерного или металлического материала. Работа зажимного механизма в виде зажима и втулки аналогична работе соответствующих втулок 160 и 265 воплощений, описанных выше.
Кроме того, соединитель 300 может дополнительно включать стопорное устройство 375. Устройство 375 предназначено для временного удержания на месте втулки 365, приводящей в действие буферный зажим, до оконцевания волокна. Кроме того, устройство 375 совместно с другими элементами, например стопорным кольцом (не показано), может использоваться для стопорения стандартно применяемых элементов, обеспечивающих жесткость оптоволоконных кабелей, таких как, например, арамидовые элементы.
Во избежание крутых изгибов волокна на границе соединителя и волокна может использоваться башмак 380. В одном из изобретений башмак 280 представляет собой обычный конусообразный «хвост». Башмак 280 может иметь и другую структуру или форму, как было описано выше. Кроме того, соединитель 300 может включать дополнительный кольцевой буртик (не показан), расположенный на заднем конце башмака 380, обжимающий защитное покрытие кабеля.
Соединитель 300 предназначен для оконцевания оптических волокон в полевых условиях. Процедура оконцевания волокон данным соединителем аналогична процедурам установки других воплощений соединителя, описанным выше.
Описанные выше оптические соединители могут использоваться во многих типичных приложениях, где используются обычные оптические соединители, таких как, например, прокладка распределительных и соединительных кабелей. В частности, они могут использоваться для оконцевания оптических волокон межсетевых и кроссовых линий и располагаться в распределительных шкафах, комнатах для оборудования, цоколях, стеновых панелях и розетках для подключения оптоволоконных кабельных линий. Описанные выше оптические соединители могут также использоваться для оконцевания оптоволоконных кабелей в оптическом оборудовании. Возможны и иные области применения описанных выше оптических соединителей, по одному или группой. Отличительной чертой описанных выше оптических соединителей является то, что они рассчитаны на работу в условиях больших перепадов температуры и поэтому могут применяться в самых различных приложениях, в том числе в полевых условиях.
После прочтения настоящего описания сведущим в данной области техники будут очевидны различные возможные изменения в рамках настоящего изобретения без отхода от его масштабов, а также многочисленные возможные области его применения.