一种空间光学遥感器通信装置的光纤传输保护装置

1.一种空间光学遥感器通信装置的光纤传输保护装置，所述的空间光学遥感器通信装置包括发送端和接收端，发送端内的光发送模块的尾纤、接收端内的光接收模块的尾纤分别通过光纤连接器与外部的光纤连接；其特征在于：在所述的尾纤外增加引导模块，该引导模块包括上盖和下底座，下底座截面为U型凹槽，尾纤置于上述凹槽内，上盖两边为限位条，下底座上有限位槽，上盖合盖之后，限位条处于限位槽内，使上盖与下底座之间通过合扣式安装。
2.根据权利要求1所述的一种空间光学遥感器通信装置的光纤传输保护装置，其特征在于：当尾纤与电路板长度不匹配时，所述的引导模块还包括一个环纤部分，该环纤部分的下底座由内圈和外圈组成的大环圈，内圈与外圈之间加工导向凹槽，导向凹槽内放置尾纤，内圈弯曲半径≥10mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种空间光学遥感器通信装置的光纤传输保护装置，其特征在于：所述的光纤连接器包括插头和插座；插座穿过并固定于箱体结构件上，插头和插座包含多个通道，每个通道的连接关系如下：去掉内外保护层的尾纤固定在光纤连接器插座的接触件中，接触件的卡钩卡在连接器插座的卡环内，去掉内外保护层的光纤固定在光纤连接器插头的接触件中，接触件的卡钩卡在连接器插头的卡环内。
4.根据权利要求3所述的一种空间光学遥感器通信装置的光纤传输保护装置，其特征在于：所述的光纤外增加保护外壳进行保护，所述的保护外壳包括两部分，第一部分为光纤靠近接触件的两端，每端长度大于27.5mm，采用硬质轻材料形成的直线圆筒结构，光纤的其余部分采用柔性材料形成的圆筒结构保护。

一种空间光学遥感器通信装置的光纤传输保护装置\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及空间光学遥感器，特别涉及空间光学遥感器的高速数据传输系统。\n背景技术\n[0002] 自20世纪70年代以来，光纤通信技术在电信等民用领域得到突破性快速发展，它以光纤为载体，光纤为媒质，感知或传输外界被测量信号的新型技术，因其具有抗电磁干扰能力强、安全性高、重量轻、尺寸小等优点，引起了各发达国家政府的极大重视和青睐。\n[0003] 光纤通信技术应用于空间光学遥感器具有无可比拟的优势：提高数据传输系统的速度和容量；光纤具有极好的抗射频干扰(RFI)和抗电磁干扰(EMI)，能够提升数据传输系统的可靠性和安全性；减少空间光学遥感器的体积和重量；方便航天器载荷系统的调测和安装。\n[0004] 民用商业光收发模块按照使用方式一般分为两种：非热插拔(1×9、SFF)，可热插拔(GBIC、SFP、XENPAK、XFP)。目前商业普遍使用热插拔光收发模块，这些光收发模块需要外接光纤连接器与外接光纤耦合，目前常用的有FC，SC，ST，LC等。\n[0005] 问题一，商业用的可插拔光纤连接方式不适用空间光学遥感器的空间应用环境。\n[0006] 商业上可插拔式连接，多是光纤与光收发模块的连接时靠光纤连接器的连接头进行相接触的。这种连接器的使用场景多是地面上网络机房中的静态、恒温、防尘等优良环境。而航天应用环境比较恶劣，空间光学遥感器的光纤通信系统需要忍受瞬间冲击、振动的发射力学冲击以及空间轨道运行环境下的频繁颤振影响。同时还有空间体积受限，重量受限，遭受空间各种辐射，不可维修性等航天独有的应用特点。\n[0007] 若采用商用普通光纤连接器，则光纤结合处特别容易发生磨损从而导致损耗增大甚至失效。尤其是对于单模光纤连接器，光纤的对接为几微米，连接器若发生微小的错位，就会导致信号损耗陡然增加，衰减剧增，甚至发生线路信号中断的重大问题。\n[0008] 因此，航天环境下应用的光纤连接器必须具备连接可靠、体积小、重量轻、便于操作，可拆卸/可安装方式(符合航天器装配规范)等特点。\n[0009] 问题二，光收发模块的尾纤与结构件外框上光纤连接器的走线问题。\n[0010] 不同于商用的光收发模块，航天应用的光收发模块一般采用焊接式固定在电路板上，以保证可靠性。这种片式的光收发模块体积小(例如VTT SPFI002-6G型号的光收发模块尺寸小，为48引脚QFN封装，尺寸仅为17×17×5mm3)，所以不可能采用上述连接头对接光收发模块，都采用尾纤连接的方式：从光收发模块的内部通过一小段光纤(即尾纤)将光信号引出，因为这部分的光纤一般位于电路板上，处于机箱结构件的内部，没有图5所示航天特种光纤上的增强材料和外护套。\n[0011] 一方面，航天应用的光收发模块的尾纤一般设计较长，是为了兼顾电路板上光收发模块的器件位置布局的不同而考虑的。另一方面，光纤尾纤较细，尤其是单模光纤(单模光纤在传输速度和抗辐射两大方面都优于多模光纤，因此空间光学遥感器多采用单模光纤)，因为只传输一种模式，纤芯直径较细，通常在4μm～10μm范围内，纤芯包层是\n125μm，加上外保护层--涂敷层的直径大约是1mm。印制电路板上有各种芯片器件，细长的尾纤无法直接在印制电路板上很好固定。如果不进行走线导向设计，空间光学遥感器在经历地面多项力学实验，火箭瞬间发射振动冲击，空间轨道运行时的颤振之后，光纤尾纤很容易遭到碰撞并受到损坏，光收发模块到光纤连接器的尾纤连接可靠性得不到有效保证。\n[0012] 问题三，多路光纤时，若采用单芯连接方式的连接头，则无法实现集成式多芯连接，并且占用体积较大。\n[0013] 尾纤另一端的连接头，一般为Diamond AVIM或Radiall LuxCis或FC或ST等单芯连接头。如果光纤通道很多，这样就需要多个单芯连接头，且都需要安装在结构框架上，于是占用很多空间，不能实现集成式多芯连接。\n[0014] 问题四，多路光纤采用多个单芯连接方式时，系统安装、测试不便，容易出现安装错误。\n[0015] 光纤连接时，需要逐个安装光纤连接器。当光纤连接器很多时，测试调试时需要安装多个连接器，使用不便，而且多个相同连接头容易出现插错的问题。\n发明内容\n[0016] 本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，采用长度可调引导式固定方式，集约式连接的光纤连接装置，提高空间光学遥感器数据图像光纤传输的可靠性和可操作性。\n[0017] 本实用新型的技术解决方案是：一种空间光学遥感器通信装置的光纤传输保护装置，所述的空间光学遥感器通信装置包括发送端和接收端，发送端内的光发送模块的尾纤、接收端内的光接收模块的尾纤分别通过光纤连接器与外部的光纤连接；在所述的尾纤外增加引导模块，该引导模块包括上盖和下底座，下底座截面为U型凹槽，尾纤置于上述凹槽内，上盖两边为限位条，下底座上有限位槽，上盖合盖之后，限位条处于限位槽内，使上盖与下底座之间通过合扣式安装。\n[0018] 当尾纤与电路板长度不匹配时，所述的引导模块还包括一个环纤部分，该环纤部分的下底座由内圈和外圈组成的大环圈，内圈与外圈之间加工导向凹槽，导向凹槽内放置尾纤，内圈弯曲半径≥10mm。\n[0019] 所述的光纤连接器包括插头和插座；插座穿过并固定于箱体结构件上，插头和插座包含多个通道，每个通道的连接关系如下：去掉内外保护层的尾纤固定在光纤连接器插座的接触件中，接触件的卡钩卡在连接器插座的卡环内，去掉内外保护层的光纤固定在光纤连接器插头的接触件中，接触件的卡钩卡在连接器插头的卡环内。\n[0020] 所述的光纤外增加保护外壳进行保护，所述的保护外壳包括两部分，第一部分为光纤靠近接触件的两端，每端长度大于27.5mm，采用硬质轻材料形成的直线圆筒结构，光纤的其余部分采用柔性材料形成的圆筒结构保护。\n[0021] 本实用新型与现有技术相比有益效果为：\n[0022] (1)本实用新型通过尾纤引导模块的引导作用，可以实现导向光纤并固定和保护光纤。将光纤限制在引导模块中，引导光纤走向，满足一定的弯曲半径，保护光纤不受损坏；\n当尾纤过长时，可将光纤通过环绕的方式，将过长的光纤限制在环形圈内，从而实现调节光纤导向长度。\n[0023] (2)采用ELIO系列的光纤连接器，这种连接器采用插座和插头对接方式，插座安装在结构件的面板上，插头可以和其进行对接，实现安装或拆卸。满足卫星的整机装配规范。ELIO光纤连接器是经ARINC 801，EN4531，BS1379等标准认证的产品。它使用标准\n38999壳体和特殊绝缘安装板。接触件装入连接器或从连接器中取出都很方便，不需要工具(有卡口式保持系统)。每个接触件单独密封(接触件自带密封套管)接触件容易清擦，不必卸出，以插座一边为基准面。设计结实，能够耐极强的振动。\n[0024] (3)ELIO系列的光纤连接器有多个光纤通路可供选择，共有1，2，4，6，11，19种通路的连接器型号。多芯通路可以实现集成在一个连接器上，大大减少了由多个单芯连接器占用的体积。\n[0025] (4)本实用新型采用多路光纤集成连接器，替代了多个单芯的光纤连接器组合，这样安装一个光纤插头即可，安装便利，同时可避免多个插座误插错。\n附图说明\n[0026] 图1为本实用新型空间光学遥感器通信装置示意图；\n[0027] 图2a为本实用新型引导模块横截面示意图；\n[0028] 图2b为本实用新型引导模块横截面示意图(合盖)；\n[0029] 图2c为本实用新型引导模块横截面示意图(支撑型)；\n[0030] 图2d为本实用新型引导模块横截面示意图(双通道型)；\n[0031] 图2e为本实用新型引导模块横截面示意图(双通道支撑型)；\n[0032] 图3为本实用新型光纤连接装置原理框架图；\n[0033] 图4为本实用新型环纤部分示意图；\n[0034] 图5为本实用新型光纤连接器示意图；\n[0035] 图6为本实用新型光纤连接器尾部光纤弯曲度要求；\n[0036] 图7为本实用新型光纤保护外壳示意图；\n[0037] 图8为本实用新型尾纤连接头安装效果图。\n具体实施方式\n[0038] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清晰明白，以下结合具体实施方式，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。\n[0039] 本实用新型涉及一种空间光学遥感器通信装置的光纤传输保护装置，空间光学遥感器通信装置如图1所示，一般包括发送端和接收端，发送端与接收端之间通过抗辐射光纤4连接；发送端包括FPGA发送组件1、光发送模块2(自带尾纤U)、第一光纤连接器3，接收端包括第二光纤连接器5、光接收模块6(自带尾纤U)、FPGA接收组件7；FPGA发送组件\n1、光发送模块2、第一光纤连接器3、抗辐射光纤4、第二光纤连接器5、光接收模块6、FPGA接收组件7构成了通信装置的基本物理层链路，工作方式为点对点单工通信模式，实现了空间光学遥感器图像数据高速上传到卫星平台的数传分系统。各部分的连接关系如下：\n[0040] FPGA发送组件1，光发送模块2安装于箱体结构件A的电路板a上；光发送模块2通过尾纤连接第一光纤连接器3；第一光纤连接器3贯穿箱体结构件A，并固定于其表面；\n第二光纤连接器5贯穿箱体结构件B并固定于其表面；抗辐射光纤4位于箱体结构件A与箱体结构件B之间，连接第一光纤连接器3和第二光纤连接器5；光接收模块6，FPGA接收组件7安装于箱体结构件B的电路板b上，光接收模块6通过尾纤连接第二光纤连接器5。\n[0041] 为了增加光纤连接的可靠性，同时减小多通道光纤所占的空间体积，对上述通信装置增加保护装置，主要包括三个方面：\n[0042] 一、对尾纤的保护\n[0043] 尾纤通过导引模块进行保护，导引模块如图2a、图2b所示，分为上下两部分合扣式安装方式，上部分为半圆形上盖(横截面)，下部分为U型凹槽底座(横截面)。其中在上盖的两边有限位条，底座上有限位槽。盒盖之后，限位条处于限位槽内，方便于安装，且防止上盖溜滑。图2d、2e表明该引导模块既可以引导单通道光纤，还可以引导多通道光纤，如两通道(根据实际设计需求而定)。\n[0044] 引导模块的上盖和下底座均可以采用塑料材质，这样重量轻，且非导电材质，在印制电路电路板上可以安全使用。如采用金属材质，则会引起电路电路板上芯片器件的短路的问题。\n[0045] 固定方式：在电路板上、引导模块的两边有安装固定孔，采用固定束线将引导模块整体固定在电路板上(图4中V表示电路板上的安装孔)。然后采用两侧点胶固定工艺方式，加强引导模块的稳固性。\n[0046] 按照安装形式，可分为两种，一是引导模块的底面紧贴电路板上表面；二是靠支架在电路板的上方支撑起引导模块(如图2c)。区分两种安装方式的是依据印制电路板的布局情况来决定的：当印制电路板的布局不紧张，上表面(TOP层)的芯片器件较少，有较大富裕空间时，采用第一种安装方式合适；当上表面布局紧张，芯片器件很多时，采用第二种方法将给印制电路板腾出一部分的布局空间，使之不占用电路板的芯片布局。\n[0047] 如图3所示，尾纤引导模块分含环纤部分的引导模块和不含环纤部分的引导模块两种。如图中，C表示通道1：为含环纤部分的引导模块，D表示通道2：为不含环纤部分的引导模块。区分的原因是：当尾纤的长度合适，与电路板的布局长度较匹配时，选择第二种引导模块恰当；当尾纤过长时，选择第一种引导模块恰当。\n[0048] 如图4所示，含环纤部分的引导模块又包含导向部分W和环纤部分E。\n[0049] 1)导向部分作用是限制尾纤的走线，将其约束在其自身空间内，引导尾纤走向。主要作用是保护了细长尾纤不受到损坏，其次还限制了尾纤的弯曲半径，避免弯曲半径过小而导致尾纤产生断裂损坏。\n[0050] 2)环纤部分作用是为了调整尾纤过长的情况，将光纤在环纤部分绕上相应的圈数，则长度过长影响导向的问题就可以得到解决。\n[0051] 如图4所示，环纤部分是由内圈R和外圈S组成的大环圈。该环圈可根据尾纤的长度来决定其大小，内圈可以设定为固定值直径为20mm(满足弯曲半径≥10mm)，外圈可以根据实际的长度来调整其外径设计大小。\n[0052] 其中，环圈内部有外扩式螺旋状的导槽设计(图4中Q为导槽，T为导槽隔离环)，这种设计是将尾纤限定在导槽Q内部，这样很好避免了环圈内的尾纤的混乱状况。\n[0053] 二、光纤连接器的改进\n[0054] 光纤连接器包括插头和插座(图3中插头为H3，J5；插座为G3，K5)；插座穿过并固定于箱体结构件上，插头和插座包含多个通道，每个通道的连接关系如下：去掉内外保护层的尾纤固定在光纤连接器插座的接触件(由图5中的X、Y、Z三者组成)中，接触件安装在连接器的插座中，使接触件的卡钩卡在连接器插座的卡环内；去掉内外保护层的尾纤固定在光纤连接器插头的接触件，接触件安装在连接器的插头中，使接触件的卡钩卡在连接器插头的卡环内。\n[0055] (1)光收发模块的尾纤连接头设计\n[0056] 该处尾纤部分不需要任何类型的连接头，只出一根光纤即可。但需要对光纤头部进行专门处理(即固定在连接器的接触件上)，从而可以连接到ELIO系列的光纤连接器，如图5所示。\n[0057] 第一步，安装上后部密封圈和柔性套(Z)，并套上弹簧(Y)；\n[0058] 第二步，剥掉光纤的外保护层，并在尾部涂上粘合胶；\n[0059] 第三步，在ST陶瓷套管(X)的尾部套圈上注入粘合胶，将第三步产生的裸纤(即剥去保护套的光纤)插入到ST陶瓷套管(X)，用压线钳将套管的尾部紧压处理；\n[0060] 第四步，在120度高温环境下，烘干处理15分钟；\n[0061] 第五步，对ST陶瓷套管(X)的头部进行打磨加工处理。\n[0062] 这样就完成了ELIO系列光纤连接器尾纤连接头的制作，可以直接连接到光纤连接器的插头上。\n[0063] 同样，连接器之间的抗辐射光纤4的两端光纤连接头制作也按照上述方式。\n[0064] (2)光纤或尾纤与连接器的安装&拆除方法\n[0065] 安装方式有两步骤：其一，将接触件沿光纤连接器的相应的通道，推入至连接器的顶端；其二，将接触件右转90度，即将接触件的卡钩卡在连接器内的卡环内。依靠连接器内的限位导槽，弹簧和卡钩的共同作用，接触件就可靠地安装在光纤连接器的插座或插头上。\n安装的效果图如图5所示。\n[0066] 拆除方式对应于安装也有两个步骤(即安装的反过程)：其一，用力向上推挤接触件，将接触件左转90度，是接触件的卡钩脱离连接器内的卡环；其二，将接触件沿光纤连接器的相应的通道退出，即完成拆卸。\n[0067] 三、抗辐射光纤的保护\n[0068] 位于结构件A和结构件B之间的光纤需要进行保护设计，一方面防止在航天应用环境下，光纤受破坏；一方面，如图6所示，光纤连接器的后部光纤有弯曲度要求，长度至少为27.5mm。\n[0069] 如图7所示，光纤保护外壳设计有两部分：一部分是保护壳的两端设计(如图7中的I_1部分)，即保护光纤连接器的后部光纤部分。采用硬质塑料，直线圆筒状，要求长度大于27.5mm，这样可以满足弯曲度的要求；一部分是中间部分的设计(如图7中的I_2部分)，采用柔性可弯曲塑质圆筒，这样既能很好保护好光纤，又满足安装、测试方便。\n[0070] 如图8所示，在光纤连接器插座部分的尾纤连接方面，插座的安装在结构件上，要求尽可能贴近电路板，这样就很好解决上述的弯曲度问题。\n[0071] 本实用新型未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。