Переход волоконно-оптический

Переход волоконно-оптический

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к волоконно-оптической технике, а именно к проходным устройствам для герметичного ввода оптического волокна через перегородку, и может быть использовано для ввода оптического волокна в загрязненную зону, в частности используется в камере специального назначения (КСН), содержащей после подрыва взрывного устройства высокотоксичные экологически опасные продукты.

Известен узел продольной герметизации оптических кабелей [патент РФ №2091828, МПК⁶ G02B 6/24, 6/44, опубл. 27.09.1997 г.], который представляет собой устройство гермоузла, применяемого в кабельных переходах между областями с различным давлением. Устройство содержит герметично установленный в стенке корпус с размещенными в нем оптическими кабелями, освобожденными от оплетки и помещенными в герметизирующий материал. На посадочной поверхности корпуса выполнены канавки для установки в них уплотнительных колец. Герметизирующий материал и корпус, представляющие единое целое, выполнены из одного и того же компаунда. В состав компаунда входит эпоксидная диановая смола, титанорганический сложный полиэфир, лапрол марки 503 и катализатор.

Данное устройство просто в выполнении. Отсутствие разнородных материалов исключает возникновение и накопление внутренних напряжений в узле, что препятствует снижению прочности оптических волокон и повышает срок их эксплуатации.

Однако недостатком данного узла герметизации является низкая ударопрочность при проведении взрывного эксперимента:

- так как корпус с волокнами, залитыми в компаунд, представляет единое целое, то ударопрочность устройства будет падать с увеличением количества оптических кабелей;

- так как компаунд является хрупким материалом для взрывного воздействия, то при ударах по корпусу возможны трещины или полное его разрушение. В данной конструкции герметизирующий элемент является единственным для всех волокон, размещенных в корпусе, что также является недостатком, так как появление трещины в одном из волокон приведет к нарушению герметичности всей конструкции. Данный процесс герметизации пучка из волокон, освобожденных от оплетки оптического кабеля, является ненадежным при исследовании объекта, содержащего высокотоксичные экологически опасные продукты, после подрыва его в полости КСН;

- так как каждое волокно представляет собой кварцевую нить, покрытую защитной оболочкой (акрил, металл), то при наличии высокого давления и высокотоксичных материалов возможно их проникновение между кварцевой нитью и оболочкой. Удаление оболочки привело бы к возникновению царапин, рисок на кварцевой нити, что в свою очередь приведет к обрыву нити. Все это отрицательно влияет на герметичность, ударопрочность конструкции и может привести к потере герметичности камеры при взрыве экологически опасных объектов в полости КСН.

Известен герметичный оптоволоконный ввод [патент РФ №2484505, МПК G02B 6/36, опубл. 10.06.2013 г.]. Данное устройство содержит герметично установленный в стенке металлический корпус, выполненный составным из двух скрепленных по резьбе частей, каждая из которых снабжена проходными ступенчатыми отверстиями для оптического волокна, на посадочной поверхности обеих частей корпуса, размещенных с образованием внутренней полости между ними, выполнены канавки для установки в них уплотнительных колец, место стыка частей закреплено снаружи накидной гайкой.

Оптическое волокно закреплено в установленном герметично на корпусе металлическом держателе. Держатель волокна выполнен в виде двух цилиндрических втулок, поджатых к корпусу со стороны входа и выхода волокна при помощи гаек и имеющих на посадочной поверхности диаметральные канавки с уплотнительными кольцами. Оптическое волокно металлизировано и герметично закреплено в осевом отверстии каждой втулки клеем, при этом в одной из втулок волокно дополнительно закреплено при помощи пластичного металлического припоя. Устройство принимается за прототип как наиболее близкое по технической сущности к заявляемому.

Данное устройство по сравнению с вышеприведенным аналогом повышает ударопрочность ввода в условиях взрывного воздействия.

Однако недостатком данного ввода является:

- относительно низкая эксплуатационная надежность устройства, определяемая тем, что в прототипе оптическое волокно закреплено в установленном герметично на корпусе металлическом держателе, выполненном в виде двух цилиндрических втулок, поджатых к корпусу со стороны входа и выхода волокна при помощи гаек и имеющих на посадочной поверхности диаметральные канавки с уплотнительными кольцами. Наличие уплотнений и втулок снижает надежность герметизации перехода в целом, так как герметизация держателя является дополнительной и не связана с герметизацией оптического волокна. Наличие многоступенчатой технологии сборки и присутствие большой доли ручного труда не позволяет гарантировать как надежную стабильность качества герметизации (вклейку каждого волокна производят индивидуально, вручную, поэтому качество заливки каждого волокна может отличаться друг от друга.), так и целостность оптических волокон (волокна повергаются неизбежным изгибам и механическим воздействиям сопрягаемых заглушек и гаек). При этом предварительная пайка волокна в цилиндрической втулке и последующая заливка клеем в глубокий «стакан» может привести к образованию в заливочном пространстве воздушной пробки, что также снижает качество герметизации волокна. Причем наличие металлического припоя приводит к тому, что волокна подвергаются дополнительным тепловым и механическим нагрузкам (пайка легкоплавким припоем 100°С);

- ограниченная область применения: во-первых, используют специальные термостойкие металлизированные волокна, которые в широкой разновидности оптических волокон занимают лишь небольшую часть; во-вторых, из-за необходимых для герметизации каждого волокна в держателе дополнительных конструктивных элементов (втулки, гайки) ограничено общее количество волокон, так как габариты ввода в стенку КСН, как правило, ограничены.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении эксплуатационной надежности устройства при расширении области применения.

Технический результат достигается тем, что в переходе волоконно-оптическом, содержащем герметично установленный в стенке металлический корпус, выполненный составным из двух скрепленных по резьбе частей, каждая из которых снабжена проходными ступенчатыми отверстиями для оптического волокна, на посадочной поверхности обеих частей корпуса, размещенных с образованием внутренней полости между ними, выполнены канавки для установки в них уплотнительных колец, место стыка частей закреплено снаружи накидной гайкой, согласно изобретению во внутреннюю полость введены две перегородки, установленные соосно с упором друг в друга и в части корпуса, каждая из перегородок имеет проходные отверстия под оптические волокна, соосные отверстиям соответствующей им части корпуса, и выемку на торце, образующую с отверстиями соответствующей части корпуса единую заполненную клеем полость, а каждое отверстие каждой части корпуса на части длины со стороны входа и выхода волокон выполнено соизмеримо с диаметром оптического волокна, при этом отверстия в перегородках со стороны внутренней полости герметизированы, в каждой из частей корпуса выполнен канал для заливки клея, сообщающийся с выемкой соответствующей перегородки.

Введение во внутреннюю полость двух перегородок, установленных соосно с упором друг в друга и в части корпуса, каждая из перегородок имеет проходные отверстия под оптические волокна, соосные отверстиям соответствующей им части корпуса, и выемку на торце, образующую с отверстиями соответствующей части корпуса единую заполненную клеем полость, при этом отверстия в перегородках со стороны внутренней полости герметизированы, в каждой из частей корпуса выполнен канал для заливки клея, сообщающийся с выемкой соответствующей перегородки, дает возможность создать двухконтурный переход, повышенной безопасности, сквозь который продольно «транзитом» проходят n загерметизированных клеем одновременно волоконно-оптических линий. Перегородки, установленные с упором друг в другом и в части корпуса, создают монолитную конструкцию составного перехода, повышающую ударопрочность конструкции. Соосность отверстий в перегородке и соответствующей ей части корпуса обеспечивает свободное прохождение оптического волокна без повреждения оболочки. Перегородками, герметизированными со стороны внутренней полости, создаются в каждой из частей корпуса заливочные камеры, а канал для заливки клея обеспечивает подачу клея извне в выемку соответствующей перегородки, связанную общим объемом со ступенчатыми отверстиями для оптических волокон, с выходом для контроля заливки через меньший диаметр ступенчатого отверстия.

Выполнение каждого отверстия каждой части корпуса на части длины со стороны входа и выхода волокон соизмеримо с диаметром оптического волокна позволяет минимизировать объем герметизирующего клея до оптимальных размеров клеевого шва для повышения надежности заливки. Заливка клея ведется через больший диаметр ступенчатого отверстия, поток клея на границе перепадов диаметров от большего к меньшему создает перепад давления, что повышает качество заливки. При этом ориентация ступенчатых отверстий со стороны входа и выхода соизмеримо диаметру оптического волокна позволяет продевать оптические волокна в каналы ступенчатых отверстий без повреждений, а также визуально контролировать качество заливки по выступанию клея в местах, соизмеримых с диаметром оптического волокна, являющиеся выходом для излишка клея.

Перечисленные особенности делают конструкцию предлагаемого технического решения более надежной в эксплуатации, что существенно для проходного разъема, используемого при проведении взрывных экспериментов в КСН.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки (введение во внутреннюю полость двух перегородок, установленных соосно с упором друг в друга и в части корпуса, каждая из перегородок имеет проходные отверстия под оптические волокна, соосные отверстиям соответствующей им части корпуса, и выемку на торце, образующую с отверстиями соответствующей части корпуса единую заполненную клеем полость, а каждое отверстие каждой части корпуса на части длины со стороны входа и выхода волокон выполнено соизмеримо с диаметром оптического волокна, при этом отверстия в перегородках со стороны внутренней полости герметизированы, в каждой из частей корпуса выполнен канал для заливки клея, сообщающийся с выемкой соответствующей перегородки) не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

Изобретение поясняется чертежом, где представлен общий вид перехода волоконно-оптического.

Устройство выполнено следующим образом.

Переход волоконно-оптический состоит из герметично установленного в стенке КСН металлического корпуса, выполненного составным из двух скрепленных по резьбе частей 1 и 2, размещенных с образованием внутренней полости А между ними. Переход представляет собой двухконтурный переход (часть 1, 2 корпуса) сквозь стенку КСН, где «транзитом» проходят n волоконно-оптических линий (например, 40 штук). В каждой части 1, 2 выполнены проходные ступенчатые отверстия 3, 4 соответственно по количеству оптических волокон 5. В полость А введены две перегородки 6, 7 с проходными отверстиями 8, 9 соответственно под группу оптических волокон 5. Перегородки 6, 7 установлены с упором друг в друга и в части 1, 2 соответственно. Отверстия 8 перегородки 6 соосны отверстиям 3 части 1 корпуса, а отверстия 9 перегородки 7 соосны отверстиям 4 части 2 корпуса. При этом отверстия 8, 9 со стороны полости А герметизированы герметиком. Каждая из перегородок 6, 7 имеет на торце выемку 10, 11 соответственно. Отверстия 3, 4 с выемкой 10, 11 соответственно образуют две заполненные клеем полости. Для заливки клея каждая из частей 1, 2 содержит канал 12, 13 соответственно, закрытый снаружи соответствующей заглушкой 14, 15. Причем каждое отверстие 3 на части длины со стороны входа и каждое отверстие 4 на части длины со стороны выхода перехода выполнено соизмеримо с диаметром оптического волокна 5. На посадочной поверхности обеих частей 1, 2 корпуса выполнены канавки для установки в них уплотнительных колец 16. Место стыка частей 1, 2 закреплено снаружи накидной гайкой 17. Переход снабжен элементами для установки других ответных частей.

Сборка осуществляется следующим образом.

Вначале формируют заливочную камеру первого контура перехода, для чего к части 2 корпуса прикрепляют винтами (не показано) перегородку 7, обращенную выемкой 11 к отверстиям 4 части 2 корпуса с обеспечением соосности групп отверстий 4 и 9. В отверстия 4, 9 продевают оптические волокна 5. В местах входа волокон 5 в отверстия 9 волокна 5 герметизируют герметиком. Полость, образованную выемкой 11 с отверстиями 4, заливают клеем ЭЛ-20 через канал 13, в дальнейшем запираемый заглушкой 15 (например, винтом). При этом качество заливки указанной полости контролируют по выступанию клея в местах выхода оптических волокон 5 из части 2 корпуса. Затем формируют заливочную камеру второго контура перехода, для чего к перегородке 7 части 2 корпуса присоединяют перегородку 6 при помощи винтов (не показано), обращенную выемкой 10 наружу. При этом волокна 5 в перегородке 6 герметизируют герметиком. Далее устанавливают часть 1 корпуса с образованием полости 10, обеспечивая соосность групп отверстий 3 и 8. Место стыка частей 1, 2 закрепляют снаружи накидной гайкой 15. Заливку полости, образованной выемкой 10 с отверстиями 3, выполняют аналогичным образом с установкой соответственно заглушки-винта 14 и контролем качества заливки в местах входа волокон 5 в часть 1 корпуса. Переход собран и готов к работе.

Итак, предлагаемая конструкция перехода проста, герметизация волокон каждого контура перехода производится за одну операцию, «блоком», при этом условия заливки для всех волокон одинаковые и соответственно от волокна к волокну качество заливки близко, что повышает надежность каждого оптического канала и всего перехода в целом. Трудоемкость изготовления уменьшена, ручной труд по герметизации волокон сведен к минимуму. Минимизация элементов конструкции, исключение держателя и дополнительных элементов герметизации по сравнению с прототипом значительно увеличивает количество волокон в одном ограниченном объеме (разъеме), что существенно для проходного разъема, используемого при проведении взрывных экспериментов в КСН. Исключение дополнительного крепления пайкой волокон в одном из контуров прототипа значительно расширяет номенклатуру использованных оптических волокон. Перечисленные конструктивные особенности значительно расширяют область применения.

На предприятии был изготовлен и установлен переход волоконно-оптический в загрязненную зону через металлическую стенку КСН. Были проведены испытания, результаты которых подтверждают герметичность КСН в месте установки перехода как во время, так и после проведения испытаний. Попадание продуктов взрыва в окружающую среду при использовании известных методик и средств регистрации не было зафиксировано, что особенно важно в случае взрыва экологически опасных объектов.

Таким образом, представленные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующей совокупности условий:

- устройство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, относится к волоконно-оптической технике, а именно к проходным устройствам для герметичного ввода оптического волокна через перегородку;

- средство, воплощающее заявленное изобретение при его осуществлении, способно обеспечить повышение эксплуатационной надежности устройства при расширении области применения;

- для заявляемого устройства в том виде, в котором оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке и известных до даты приоритета средств и методов.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

Переход волоконно-оптический, содержащий герметично установленный в стенке металлический корпус, выполненный составным из двух скрепленных по резьбе частей, каждая из которых снабжена проходными ступенчатыми отверстиями для оптического волокна, на посадочной поверхности обеих частей корпуса, размещенных с образованием внутренней полости между ними, выполнены канавки для установки в них уплотнительных колец, место стыка частей закреплено снаружи накидной гайкой, отличающийся тем, что во внутреннюю полость введены две перегородки, установленные соосно с упором друг в друга и в части корпуса, каждая из перегородок имеет проходные отверстия под оптические волокна, соосные отверстиям соответствующей им части корпуса, и выемку на торце, образующую с отверстиями соответствующей части корпуса единую заполненную клеем полость, а каждое отверстие каждой части корпуса на части длины со стороны входа и выхода волокон выполнено соизмеримо с диаметром оптического волокна, при этом отверстия в перегородках со стороны внутренней полости герметизированы, в каждой из частей корпуса выполнен канал для заливки клея, сообщающийся с выемкой соответствующей перегородки.