Fundamentos y definiciones sobre las juntas rotativas de fibra óptica (FORJ)
La junta rotativa de fibra óptica (FORJ – Fiber Optical Rotatory Joint) es el equivalente óptico del anillo deslizante eléctrico, más comúnmente llamado Slipring. Permite la transmisión ininterrumpida de una señal óptica durante la rotación a lo largo del eje de la fibra. FORJ es ampliamente utilizado en sistemas de guía de misiles, sistemas robóticos, vehículos de control remoto (ROV), sistemas de perforación petrolera, sistemas de detección, dispositivos médicos (OCT), comunicaciones en general y muchas otras aplicaciones de «campo» donde la transmisión por medio de una fibra o cable óptico entre una parte estática y otra móvil debe estar en continua rotación, evitando así el desgaste por torsión mecánica.
1. Tecnología
Viendo la cantidad de patentes que hay en el mercado, es fácil ver la multitud de tecnologías patentadas en el campo de las juntas rotativas de fibra óptica, no obstante, las más comunes son de dos canales o de varios canales. Servotecnica utiliza tecnologías FORJ de puerto dual (2 canales) y de puerto múltiple (multicanal), ofreciendo así a nuestros clientes un producto de excelente rendimiento.
2. Parámetros clave
La función de los FORJ es transmitir potencia y / o señales entre dos o más cables de fibra óptica colocados en rotación libre entre ellos. Por lo tanto, es importante que el dispositivo tenga una pérdida de inserción baja (IL), un cambio mínimo en el efecto rotacional de las pérdidas de inserción (WOW) y una pérdida de retorno alta (RL), estos son los tres parámetros básicos que se deben conocer y que identifican la cantidad de reflexión generada por un FORJ y, en consecuencia, su calidad.
Vamos a ver estos tres parámetros fundamentales con más detalle:
Pérdida de inserción (IL): Son las pérdidas de potencia de señal debido a la inserción de un dispositivo en una línea de transmisión o fibra óptica y se expresa normalmente en decibelios (dB). La cantidad de conexiones de fibra y componentes en el FORJ puede causar pérdidas significativas; por lo tanto, es esencial mantener una pérdida de inserción relativamente baja a través de las juntas rotativas de fibra óptica. La pérdida de inserción típica de nuestros FORJ de un solo canal es de 0.5dB y 3dB para canales duales y múltiples.
Efecto rotacional de las pérdidas de inserción (WOW): Debido a la rotación continua del FORJ, no es raro ver variaciones de pérdida de inserción mientras el FORJ está girando. Sin embargo, si esta variación supera un cierto umbral, la relación señal a ruido se degradará.
Tenga en cuenta que, si WOW es un parámetro crítico para su aplicación, deberá seleccionar uno de nuestros FORJ de un solo canal para garantizar WOW de menos de 0.25 dB.
El WOW, finalmente, también se utiliza como indicador del estado de salud general del dispositivo.
Pérdida de retorno (RL): La pérdida de retorno es una medida de la cantidad de reflexión acumulada en un sistema óptico. Una reflexión de -45 dB equivale a una pérdida de retorno de 45 dB. Si bien es posible lograr una pérdida de retorno de 60 dB con fibras monomodo, para los FORJ multicanal, esto generalmente da como resultado una pérdida de 40 dB.
Una pérdida de retorno de 40 dB es el requisito estándar entre los componentes pasivos monomodo (como los FORJ) suficiente para garantizar el funcionamiento adecuado del sistema. Todos los FORJ ofrecidos por Servotecnica cumplen con este requisito.
3. Canal único o canales múltiples
El monocanal FORJ tiene una estructura mecánica muy simple que permite que el dispositivo sea altamente fiable, duradero en el tiempo, compacto y que pueda girar a alta velocidad.
Es importante considerar que un FORJ de una sola fibra puede transportar decenas (si no cientos) de canales de datos y que incluso en combinación con un multiplexor tiene un coste mucho menor en comparación con un FORJ de múltiples canales.
Para aquellos que aún necesitan dos canales o más, Servotecnica ofrece FORJs con un diseño coaxial capaz de satisfacer las especificaciones más exigentes manteniendo costes razonables y dimensiones reducidas. Además, esta tecnología garantiza la ausencia de “puntos muertos” llamados black points.
Los FORJ multicanal tienen una estructura mecánica más compleja. Estos dispositivos requieren una alineación óptica cuidadosa para mantener un buen rendimiento en las tres áreas clave mencionadas anteriormente. La alineación o el diseño ópticos inadecuados no solo comprometerían el rendimiento óptico, sino que podrían dar lugar a situaciones tales como: alta pérdida de longitud de onda, alta PDL (pérdida dependiente de la polarización), alta PMD (dispersión del modo de polarización) y alta diafonía (ver más detalles a continuación). El diseño multicanal de las juntas rotativas de Servotecnica le permite alinear hasta 12 canales estándar, además de una variedad de personalizaciones.
La diafonía, mide el ruido o la interferencia electromagnética que se puede generar entre dos canales adyacentes. Cuanto mayor sea el índice, menor será la interferencia. Por ejemplo, la diafonía de 60 dB representa una interferencia en canales adyacentes de 1 parte por millón.
El requisito de diafonía varía de un sistema a otro; en general, cuanto mayor sea el balance óptico del sistema, mayor debe ser el índice de diafonía. Todos los FORJ duales y multicanal que ofrece Servotecnica suelen ofrecer una diafonía superior a 60 dB.
4. Monomodo vs. multimodo
El CORE de fibra más pequeño (9micras) mantiene los haces ópticos en su forma más pura con un perfil gaussiano matemáticamente perfecto. La capacidad de ancho de banda de la fibra monomodo es mucho mayor que la de las fibras multimodo. Su ancho de banda también depende mucho menos de la longitud de la fibra y se puede ampliar fácilmente. En general, los sistemas multimodo aún ofrecen la ventaja de costes sobre los monomodo. Sin embargo, la brecha se está reduciendo a medida que crece la popularidad de las fibras monomodo.
5. Dimensiones
El tamaño SI importa y la historia de los componentes pasivos de fibra óptica lo ha demostrado ampliamente. De hecho, las soluciones cada vez más compactas han sido el motor de la innovación.
No es raro combinar la transmisión de fibra con anillos colectores eléctricos, juntas giratorias de radiofrecuencia o juntas giratorias con paso de fluidos, con el posicionamiento del FORJ en el centro del sistema; esto significa que su diámetro es un factor determinante para el tamaño total del sistema.
Los FORJ más pequeños significan un menor coste para todo el sistema.
6. Conector de fibra o hembra (Pigtail o receptáculo)
Un FORJ se puede terminar con fibra libre (pigtail) o conectores hembra (receptáculos) en ambos extremos del dispositivo. Normalmente, la versión de fibra flexible tiene un rendimiento óptico más repetible, ya que elimina la incertidumbre en los empalmes de conectores. Además, los conectores defectuosos en la versión en pigtail se pueden restaurar o volver a terminar fácilmente, mientras que un fallo similar en la versión con receptáculos (conectores hembra) podría resultar irreversible.
Por estas razones, Servotecnica y Contaval recomiendan la versión pigtail a la mayoría de los clientes. Sin embargo, para aplicaciones que no permiten el uso de terminación de fibra fija en el dispositivo, nuestra serie FORJ R ofrece conectores hembra de formato FC y ST. También es posible mezclar y combinar fibra y receptáculo en una solución en configuraciones personalizadas.
7. Agujero pasante
Casi todos los FORJ estándar disponibles en el mercado no tienen orificio pasante y, cuando están presentes, no son FORJ realmente pasivos, ya que reemplazan la fibra de salida con un fotodetector. Diseñar un FORJ pasivo con un orificio pasante es muy complejo. Servotecnica y Contaval ofrecen varios modelos pasivos con orificio pasante para las más variadas aplicaciones.
Todos nuestros FORJ se pueden personalizar para satisfacer necesidades específicas.
Llámenos si no encuentra una solución inmediata en nuestro sitio web, y le ayudaremos a definir el producto que busca.
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