стихи. 1-75-12-Медведев-АВ-Конструирование-технология-производства-элек. Конструирование и технология
 Скачать 1.92 Mb.
|
3.7. Волоконно-оптические цепиОдной из важнейших сфер применения ЭА является передача информации. К числу новых направлений передачи сигналов относятся волоконно-оптические системы передачи (ВОСП) и системы с инфракрасным каналом (ИК), в которых вместо электрического тока носителем информации является свет. При использовании ИК-канала инфракрасное излучение передается непосредственно через атмосферу, что ограничивает рабочую дальность значениями от единиц до десятков метров. Основными преимуществами ВОСП является широкая полоса пропускания, высокая скорость передачи данных, большая дальность передачи без восстановления информации, нечувствительность к электромагнитным помехам, малый вес и размеры оптических кабелей. Упрощенная схема передачи информации по оптическому кабелю приведена на рис. 3.2.  Рис. 3.2 Передающий модуль обеспечивает преобразование электрического сигнала в оптический для его передачи по оптическому кабелю. Приемный модуль осуществляет обратное преобразование сигнала в электрический вид. Для высокоскоростной двухсторонней связи применяются два оптических волокна, каждое из которых предназначено для передачи данных в одном направлении. Передающий и приемный модули поставляются в виде функционально законченных узлов, размером не более спичечного коробка. В состав дискретных передающих модулей входит лазерный излучатель, термоэлектрический охладитель, термистор для контроля температуры, фотодиод обратной связи, встроенный модулятор. Интегральные передающие модули, кроме перечисленного, содержат схему управления лазером, системы стабилизации температуры и мощности излучения, выходы сигнализации неисправности. Дискретные приемные модули содержат фотодиод и интегральный малошумящий усилитель. В состав интегральных приемных модулей дополнительно входят схемы обработки сигнала и сигнализации неисправности. Волоконно-оптические компоненты монтируются извне или интегрируются специализированными предприятиями и используются в составе аппаратуры без доработки, как и другие готовые комплектующие изделия. Основным элементом оптических кабелей и шнуров является оптическое волокно (ОВ). ОВ имеет сердцевину из легированного кварцевого стекла, по которой распространяется свет, и отражающую оболочку из чистового кварцевого стекла, имеющую более низкий, чем у сердцевины, показатель преломления (рис. 3.3).  Рис. 3.3 Высокая чистота материала сердцевины позволяет направлять свет по ОВ на большие расстояния без усиления. Поверх оболочки ОВ наложено покрытие их акрилата, которое повышает механическую прочность волокна и защищает его от влаги и агрессивных химических соединений. ОВ подразделяются на одномодовые (SMF) и многомодовые (MMF). Одномодовое волокно имеет диаметр сердцевины около 9 мкм и по нему может передаваться только один световой луч (мода). Это устраняет межмодовую дисперсию и позволяет достичь максимальной пропускной способности. Однако одномодовые ОВ требуют применения дорогих лазеров и предъявляют высокие требования к качеству монтажных работ. Поэтому одномодовые ОВ преимущественно используются на магистральных ВОСП. Многомодовое волокно имеет больший диаметр сердцевины (обычно 50 или 62,5 мкм) и позволяет передавать одновременно много мод. Больший диаметр сердцевины упрощает соединение многомодовых ОВ и позволяет использовать недорогие излучатели, например, светодиоды. Для локальных сетей используют также пластиковое оптическое волокно (POF), позволяющее обеспечить минимальную стоимость волоконно-оптических компонентов и монтажных работ. Затухание сигнала в пластиковых ОВ на 2–3 порядка больше, чем в стеклянных, что ограничивает дальность связи расстояниями в сотни метров. ОВ всегда используются в составе оптических кабелей или шнуров (рис. 3.4).  Рис. 3.4 Интегральный силовой элемент 1 воспринимает механические нагрузки, действующие на кабель. Он представляет собой металлический трос или гибкий стержень из пластмассы, работающий на растяжение. Вокруг центрального силового элемента закручены оптические волокна 2 в защитных трубках 3. Общее число оптических волокон в кабеле от одного до нескольких сотен. Свободное пространство вокруг заполнено пастообразным водоотталкивающим заполнителем на основе минеральных масел. Поясная изоляция 4 представляет собой пластмассовую ленту, стягивающую отдельные оптические модули. Элементы 1–4 образуют сердечник кабеля. Поверх поясной изоляции намотана влагонабухающая лента 5 из полимера с высокой поглощающей способностью. Бронепокров и наружная оболочка 6 защищают кабель от механических повреждений и внешней среды. В качестве бронепокрова используется гофрированная стальная лента или оцинкованная проволока, а наружная оболочка выполняется из полиэтилена или полихлорвинила. Концы магистрального оптического кабеля вводятся в распределительные устройства – шкафы кроссовые оптические (кроссы). Конструкция такого шкафа позволяет произвести сварное соединение волокон оптического кабеля с пигтейлями – отрезками одножильного оптического кабеля, на одном из концов которого установлен соединитель. ЭА, имеющая оптические входы, соединяется с оптическими портами шкафа при помощи оптических соединительных шнуров. Емкость шкафов может достигать 96 портов. Оптические шнуры представляют собой отрезки одно- или двухволоконного оптокабеля, на обоих концах которого установлены оптические соединители. Для производства оптических шнуров (патч-кордов) используется одномодовый или многомодовый оптокабель с диаметром внешней оболочки 0,9 или 3 мм. Кабель под внешней оболочкой содержит кевларовые нити, повышающие прочность. При создании волоконно-оптических систем возникает необходимость соединять оптические кабели друг с другом либо подключать их к блокам аппаратуры. Соединения оптических волокон могут быть разъемными и неразъемными. Неразъемные соединения применяются при наращивании кабелей, подключении магистрального кабеля к внутренней стационарной разводке здания и в других случаях, когда не требуется оперативное изменение конфигурации волоконно-оптической сети. Неразъемные соединения выполняются сваркой, механическим соединением, клеевым соединением. Сварочное соединение выполняется с помощью специальных сварочных установок мощностью около 50 Вт и массой порядка 10 кг, которые позволяют работать как в помещении, так и в полевых условиях на трассе. В качестве источника тепла используется электрическая дуга, луч лазера или газовое пламя. К недостаткам сварки относят высокую стоимость сварочной установки, необходимость высокой квалификации монтажника, неудобство выполнения соединения в колодцах кабельной канализации. Средние потери на стыке сварочного соединения не превышают 0,1–0,15 дБ. Механическое соединение обеспечивается специальными механическими «спайсами», между которыми зажимаются концы соединяемых волокон, зачищенные от защитных оболочек и устанавливаемые вплотную друг к другу так, чтобы непараллельность торцов составляла не более 1–2°. Оставшийся воздушный зазор между торцами волокон заполняется иммерсионной жидкостью с таким же показателем преломления, как и у оптоволокна. Среднее затухание у таких соединителей составляет 0,1 дБ. В клеевых соединениях центрирование оптоволокна осуществляется с помощью прецизионной трубки, V-образной канавки и др. Применяемый клей должен иметь показатель преломления, близкий к показателю преломления оптоволокна. Разъемные соединения реализуются с помощью оптических соединителей (разъемов) и используются для подключения оптических линий к аппаратуре и в других случаях, когда может потребоваться оперативное изменение топологии системы. В настоящее время в мире стандартизовано более 20 типов оптических разъемов. Основными параметрами оптического соединителя являются вносимое затухание и обратное отражение. Для наиболее распространенных типов соединителей среднее вносимое затухание не превышает 0,2 дБ, максимальное – 0,4 дБ. Под обратным отражением понимается отражение части света от места контакта волокон в соединителе. Отражение возникает из-за разности показателей преломления светопроводящих сред и особенно велико, если торцы оптических волокон разделены воздушным зазором (переход «кварц – воздух – кварц»). Обязательным условием минимизации обратного отражения является наличие физического контакта между сердцевинами оптоволокна в разъемном соединении. Для создания физического контакта используется закругление торцов сердечников соединителей с радиусом кривизны 10–25 мм. При этом оптические волокна соприкасаются только выступающими частями в точке расположения их сердцевин. Библиографический списокБраун, М. Источники питания. Расчет и конструирование / М. Браун. – Киев : МК-Пресс, 2007. – 288 с. Григорьян, С.Г. Конструирование электронных устройств систем автоматизации и вычислительной техники / С.Г. Григорьян. – Ростов н/Д : Феникс, 2007. – 303 с. Конструирование силовых полупроводниковых преобразовательных агрегатов / С.Р. Резинский [и др.]. – М. : Энергия, 1973. – 288 с. Медведев, А.М. Технология производства печатных плат / А.М. Медведев. – М. : Техносфера, 2005. – 360 с. Медведев, В.А. Конструирование полупроводниковых преобразователей : учеб. пособие / В.А. Медведев. – Тольятти : ТГУ, 2005. – 90 с. Славик, И. Конструирование силовых полупроводниковых преобразователей / И. Славик. – М. : Энергоатомиздат, 1984. – 222 с. Фрумкин, Г.Д. Расчет и конструирование радиоаппаратуры / Г.Д. Фрумкин. – М. : Высш. шк., 1989. – 463 с. Содержание Введение ................................................................................................. 3 Глава 1. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ (ЭА) .............................................................................. 4 Требования и факторы, влияющие на конструкцию ............ 4 Стандартизация в конструировании ..................................... 6 Виды, обозначение и комплектность конструкторских документов .................................................................................... 8 Условия эксплуатации электронной аппаратуры ................ 15 Методы поиска конструктивных решений .......................... 21 Надежность электронной аппаратуры (ЭА) ........................ 26 Задачи и методы компоновки электронной аппаратуры .... 38 Глава 2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ БЛОКОВ И ШКАФОВ .........................................................................................4 1 Базовые несущие конструкции (БНК) ................................ 41 Готовые несущие конструкции и корпуса ........................... 43 Конструктивные схемы блоков ............................................ 45 Расположение элементов в конструкции ............................ 46 Устройства отображения информации ................................ 47 Глава 3. КОНСТРУКЦИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ОПТИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ ................................................. 50 Печатные платы (ПП) .......................................................... 50 Печатные узлы ...................................................................... 52 Микросборки ........................................................................ 54 Электрический жгутовой монтаж ........................................ 55 Электрические провода и кабели ......................................... 56 Электрические контактные соединения ............................. 58 Волоконно-оптические цепи .............................................. 63 Библиографический список ................................................................ 68 Учебное издание Медведев Валерий Александрович КОНСТРУИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ Учебное пособие Редактор Е.Ю. Жданова Технический редактор З.М. Малявина Компьютерная верстка: И.И. Шишкина Дизайн обложки: Г.В. Карасева Подписано в печать 24.09.2013. Формат 60×84/16. Печать оперативная. Усл. п. л. 4,07. Тираж 50 экз. Заказ № 1-75-12. Издательство Тольяттинского государственного университета 445667, г. Тольятти, ул. Белорусская, 14   |