军用光纤连接器失效模式分析.pdf

《军用光纤连接器失效模式分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第2期2012年4月机电元件ELEClRoM哐CHANICALcohⅡ．('NEN’ISVOL32Nn2Apr．2012军用光纤连接器失效模式分析王献锋1。刘(1．驻洛阳地区代表室，河南洛阳，471003；2．涛2。乔东旭2中航光电科技股份有限公司，河南洛阳，471003)摘要：针对国内军用光纤通讯系统的应用，研究了军用光纤连接器的典型应用环境条件。总结了光纤连接器的典型失效模式分析。可以为军用光纤连接器可靠性相关研究提供依据。关键词：光纤连接器；失效模式Doj：lO．3969巧．j姗．1000一6133．2012．眈．Oll中

2、图分类号：TN913．7文献标识码：A文章编号：1000一6133(2012)02—0045—051引言光纤连接器是光纤通信领域应用最广泛的无源光器件之一，用以实现光纤与光纤之间的活动连接。随着光纤通讯技术的逐步推广应用，连接器随光纤通讯设备尤其是军用光纤通讯设备被延伸到户外的恶劣环境中，其工作环境包括沙漠、雨林、高原和极寒等各种极端条件。在长期的使用中，光纤连接器已经暴露出易损伤、不稳定等可靠性问题，如美国F／A一18战斗机上使用的MIL—D亿一38999型光纤连接器出现了光纤端面易污染、易损伤且难以修复的问题。因此，光纤连接

3、器的可靠性问题逐渐引起了军方的重视。国内对地面军用光纤连接器的使用已经积累了一些经验，但机载、弹载和星载等方面的应用则刚刚起步，迫切需要对光纤连接器的可靠性问题进行深入的研究，提前预知其失效的可能性，并采取预防措施，提高其可靠性水平，以满足军备发展的需要。与工业用光纤连接器相比，军用光纤连接器承受的环境温度范围较宽，要求的工作温度范围为一55℃一+125℃，且温度变化快，通常要求5lIlin内从一个温度极点变化到另一个温度极点；承受的振动更为剧烈，随机振动的加速度均方根值达到26．49以上，冲收藕日期：201l—IO一∞击量值也

4、达到159以上；要求环境密封能力强，能耐液体和砂尘的侵蚀。2光纤连接器简化模型光纤连接器的简化模型如图1所示，其核心结构是对插的两个壳体(壳体1和壳体3)中包含对接接触的光纤接触件，光纤接触件前端的插针体从两端伸入壳体2中的套管内部相互接触并保持一定的端面压力。套管与两端接触件的插针之间为高精度小间隙或小过盈配合，从而保证了插针中光纤之间的同轴，两个插针在外力(例如在接触件内安装弹簧，由弹簧提供外力)的作用下迫使光纤端面紧密接触，从而实现了光纤之间的物理对接。图l光纤连接器的典型结构示意图接触件内部的结构如图2所示。剥离护套的光

5、机电元件2012年缆成为裸纤后，利用环氧树脂热固化剂粘固在高精度的插针孔内。法兰盘外部套装弹簧和支撑弹簧的活动套。该活动套有定位台阶，用于接触件在连接器壳体中的定位。当接触件前端插针端面承受向后的压力时，法兰盘相对于活动套向后运动，安装于法兰盘与活动套上的弹簧被压缩，其产生的弹力与插针端面承受的压力相平衡，连接器对接时该弹力即为光纤端面间实现物理接触的端面压力。接触件的抗拉结构将光缆中抗拉元件(通常为芳纶纤维)和光缆外皮固定在接触件尾部，当固定在法兰盘尾部时，该接触件在承受拉力时，法兰盘和插针会随光缆后退；当固定在活动套尾部时，

6、该接触件在承受拉力时，法兰盘和插针不会随光缆后退。图2接触件内部结构示意图面3典型失效模式及其机理分析经过长期的统计显示，光纤连接器的失效模式包括光纤断裂、粘接失效、光纤凸出和凹入、光纤端面污染、光纤端面损伤和陶瓷件破碎、光缆破裂、液体浸入等。其中，以前几类失效最为常见，并具有极大危害。下文针对这些典型失效模式进行分析。3．1光纤断裂光纤断裂会引起光传输信号功率的严重下降，甚至于信号中断，是必须尽量避免发生的严重故障。光纤断裂根据断裂位置不同可以分为连接器外部、接触件尾部和接触件内部。3．1．1法兰盘插针内部接触件内部的光纤断裂

7、主要有以下方面的原因：胶粘剂热涨冷缩应力、胶粘剂中气泡作用。1)胶粘剂热胀冷缩应力导致的光纤断裂由图2可见，光纤、插针采用环氧树脂胶粘接在一起，但这三者的热膨胀系数却并不相同。在300℃以下，插针体常用材料二氧化锆陶瓷的热膨胀系数约为11×10一，二氧化硅光纤的热膨胀系数约为0．5×10。6¨1，而常用环氧胶粘剂353ND的90℃以下的热膨胀系数约为54×10～，90℃以上为260×10“【21。显然，环氧胶粘剂的热膨胀系数大于插针和光纤的热膨胀系数。正是这一差别引发了2类典型的光纤断裂形式。类型I：无支承光纤断裂图2所示无支承

8、光纤是在插针尾部锥形区域后边的空隙，在该区域内可能会没有胶粘剂，由此造成一段光纤悬空，称为无支承光纤。在环氧树脂胶在高温固化后，温度从环氧树脂硬化点逐步冷却，环氧树脂对插针和法兰盘问无支承的光纤(如图2所示)产生轴向的压缩力，迫使光纤发生微弯，当轴向力超过一定的