Comment fonctionne une liaison de fibres optiques en plastique HFBR?

Les liaisons à fibre optique en plastique HFBR sont largement utilisées pour la transmission de signaux à courte distance dans le contrôle industriel, l'automatisation d'usine, l'électronique de puissance et les équipements nécessitant une isolation électrique.

Les familles de produits HFBR et Versatile Link associées à Avago et Broadcom comprennent des émetteurs et récepteurs actifs ainsi que des connecteurs et câbles passifs. Cependant, un lien complet ne dépend d’aucun composant.

Il fonctionne comme un système électrique-optique-électrique :

Contrôleur → Émetteur HFBR → Lumière rouge 650 nm → Câble POF 1 mm → Récepteur HFBR → Sortie électrique

Le câble n'est qu'une partie de ce chemin. Une communication fiable dépend de la collaboration de l'émetteur, du récepteur, de la fibre, des connecteurs, du débit du signal, de la température et de la perte optique totale.

Comprendre ces relations aide les ingénieurs à sélectionner le bon assemblage de câbles POF, à estimer une distance de transmission réaliste et à diagnostiquer les défaillances de liaison.

Qu'est-ce qu'une liaison à fibre optique en plastique HFBR ?

Une liaison HFBR transfère un signal entre deux circuits électroniques via une fibre optique plastique.

L'émetteur convertit l'entrée électrique en lumière rouge modulée. Le câble POF transporte le signal optique de l'autre côté, où le récepteur le reconvertit en sortie électrique.

Le chemin optique étant non conducteur, il peut prendre en charge l’isolation galvanique entre les circuits lorsque la conception complète de l’équipement maintient la distance d’isolation requise.

POF est donc utile lorsque la communication sur cuivre peut être affectée par :

• Interférence électromagnétique

• Boucles de masse

• Différences de tension

• Commutation des transitoires

• Équipement électrique électriquement bruyant

Ces caractéristiques rendent les liaisons HFBR POF pertinentes pour le contrôle industriel, l'isolation de tension et les applications sensibles aux EMI/RFI.

Les émetteurs, récepteurs et connecteurs HFBR sont des composants différents

Les numéros de pièce HFBR peuvent identifier soit des dispositifs optoélectroniques actifs, soit des connecteurs passifs.

Par exemple:

• Les modèles HFBR-15xx et AFBR-16xx sont généralement des émetteurs.

• Les modèles HFBR-25xx et AFBR-26xx sont généralement des récepteurs.

• HFBR-4501Z, HFBR-4511Z et les modèles associés sont des connecteurs POF passifs.

• Un assemblage de câbles HFBR POF fini contient de la fibre et des connecteurs mais aucun émetteur ou récepteur actif.

Le HFBR-4501Z couramment utilisé est un connecteur simplex gris, tandis que le HFBR-4511Z est bleu. Ces couleurs sont couramment utilisées pour aider à identifier les côtés de l'émetteur et du récepteur lors de l'installation.

Cependant, la fibre optique en plastique elle-même est passive et non directionnelle.

Cette distinction est importante car les codes de connecteur ne peuvent à eux seuls déterminer le débit de données, la puissance optique ou la distance de transmission maximale. Les modèles exacts d’émetteur et de récepteur sont également requis.

Pour un exemple de connexion passive terminée, voir leAssemblage de câbles POF HFBR-4501 à HFBR-4511.

Comment le signal électrique devient une lumière rouge à 650 nm

Le processus de transmission commence par un MCU, un PLC, un circuit de contrôle de porte ou un autre contrôleur électronique.

Le contrôleur génère un signal électrique numérique transportant des informations telles que :

• Commandes de contrôle

• État de l'équipement

• Signaux de défaut

• Impulsions de déclenchement

• Données de position ou de vitesse

• Données de communication série

Le circuit de commande de l'émetteur contrôle une LED rouge en fonction de ce signal d'entrée. Les modifications du signal électrique produisent des impulsions optiques correspondantes qui transportent les données à travers la fibre.

La polarité d'entrée exacte, le courant requis et les circuits externes dépendent du modèle d'émetteur.

Certains émetteurs HFBR nécessitent un pilote externe ou une résistance de limitation de courant. Les appareils AFBR plus récents peuvent intégrer davantage de fonctions électroniques. La fiche technique du transmetteur doit donc être vérifiée avant la conception de l'interface électrique.

Pourquoi les liens HFBR utilisent une lumière rouge à 650 nm

De nombreux produits HFBR et Versatile Link fonctionnent dans la région visible de la lumière rouge, normalement décrite comme étant d'environ 650 ou 660 nm en fonction du composant et des conditions de test.

Cette longueur d'onde est bien adaptée à la fibre optique plastique PMMA car :

• Le PMMA POF possède une fenêtre de transmission pratique dans la région rouge.

• Les LED rouges sont fiables et économiques.

• La lumière LED peut être couplée efficacement dans un grand noyau POF de 1 mm.

• Une lumière rouge visible peut faciliter les vérifications d’installation de base.

• Les émetteurs et récepteurs industriels correspondants sont largement disponibles.

Un système doit toujours être évalué en utilisant la longueur d’onde spécifiée pour l’émetteur, le récepteur et la fibre exacts. Tous les produits HFBR ou AFBR n'ont pas des caractéristiques optiques identiques.

Pourquoi le POF de 1 mm est courant dans les liens industriels

Le POF industriel à indice de progression a normalement un noyau beaucoup plus grand que la fibre de communication en silice standard.

Le grand noyau optique offre plusieurs avantages pratiques :

• Couplage LED-fibre plus facile

• Une plus grande tolérance aux erreurs mineures d’alignement

• Structures de connecteurs plus simples

• Résiliation plus rapide

• Coût d’assemblage réduit

• Installation pratique dans des liaisons industrielles courtes

POF possède également normalement une ouverture numérique relativement grande, lui permettant d'accepter la lumière sur une plus large gamme d'angles d'entrée.

Cependant, la description « 1 mm POF » n'établit pas une compatibilité complète. Différentes fibres et câbles finis peuvent avoir différents :

• Structures de noyau et de gainage

• Ouvertures numériques

• Valeurs d'atténuation

• Bandes passantes

• Matériaux de la veste

• Températures de fonctionnement

• Performances en traction et en flexion

• Propriétés ignifuges ou de résistance chimique

Le câble doit donc être choisi en fonction à la fois de la liaison optique et de l'environnement d'installation.

Comment les connecteurs affectent les performances optiques

Le connecteur maintient le POF dans la bonne position par rapport à l'émetteur ou au récepteur.

La qualité de la connexion dépend de :

• Diamètre de fibre correct

• Coupe précise et contrôle de la longueur

• Planéité des extrémités et état de surface

• Position de la fibre à l'intérieur du connecteur

• Qualité de sertissage ou de rétention

• Insertion complète dans le port optique

• Verrouillage du connecteur et résistance aux vibrations

• Protection contre les contaminations

Une face d'extrémité rugueuse, inclinée, contaminée ou endommagée peut réduire la puissance optique couplée au récepteur.

Les pertes du connecteur et des extrémités doivent donc être incluses dans le calcul complet de la liaison.

Pour une communication full-duplex, deux canaux optiques indépendants sont normalement requis. Ceci peut être mis en œuvre avec deux assemblages simplex ou un système de câbles et de connecteurs duplex compatible.

Qu'est-ce qui détermine la distance de transmission maximale du HFBR ?

La distance maximale est déterminée par la liaison complète, et non par la seule atténuation de la fibre.

Le point de départ est le bilan de puissance optique :

Budget optique disponible (dB) = Sortie minimale de l'émetteur (dBm) − Limite de sensibilité du récepteur (dBm)

Le budget disponible doit couvrir toutes les sources de pertes :

Perte totale de liaison = perte de fibre + perte de connecteur + perte de courbure + perte d'extrémité + marge de sécurité

La marge de sécurité doit tenir compte :

• Changements de température

• Vieillissement des composants

• Variation de production

• Contrainte d'installation

• Contamination

• Exigences de performance à long terme

Par exemple, si le budget optique disponible est de 14 dB et que la liaison complète installée produit 11 dB de perte, la marge restante est de 3 dB.

Ceci n'est qu'un calcul indicatif. Les valeurs réelles doivent provenir des fiches techniques des composants sélectionnés et des spécifications du câble fini.

Pourquoi une distance maximale publiée n'est pas universelle

Un émetteur et un récepteur peuvent être spécifiés pour une distance maximale particulière, mais cette valeur ne s'applique que dans des conditions définies.

Par exemple, la fiche technique publiée de la série HFBR-0508Z pour l'émetteur HFBR-1528Z et le récepteur HFBR-2528Z spécifie les distances suivantes lorsqu'elles sont utilisées avec le POF à très faible perte défini de 1 mm et les circuits recommandés :

• Jusqu'à 50 m à +25°C

• Jusqu'à 40 m entre 0°C et +70°C

• Jusqu'à 30 m entre −40°C et +85°C

• Débits de signal de DC à 10 MBd

Les composants actifs restent les mêmes, mais la distance spécifiée diminue à mesure que la plage de températures de fonctionnement requise s'élargit.

La distance maximale de liaison peut également changer en raison de :

• Variation de sortie de l'émetteur

• Sensibilité du récepteur

• Vitesse de communication

• Qualité et atténuation des fibres

• Perte de connecteur et d’extrémité

• Cintrage des câbles

• Courant d'entraînement

• Tension d'alimentation

• Vieillissement des composants

• Marge de fiabilité requise

C'est pourquoi un câble qui fonctionne à 20 m sur une machine peut ne pas fonctionner à la même distance sur une autre machine.

Problèmes courants de liaison HFBR POF

Une séquence de diagnostic pratique est la suivante :

1. Confirmez les numéros de pièce exacts de l’émetteur et du récepteur.

2. Vérifiez les circuits de commande électrique et de sortie du récepteur.

3. Testez le système avec un assemblage de câbles courts connu.

4. Inspectez l’insertion du connecteur et l’état de l’extrémité.

5. Supprimez les virages serrés et la pression mécanique.

6. Comparez la perte installée avec le budget optique disponible.

7. Répétez le test sous la température de fonctionnement requise.

Informations requises pour sélectionner un câble HFBR POF

Avant de sélectionner ou de personnaliser un assemblage de câbles, collectez :

1. Numéro de pièce de l'émetteur

2. Numéro de pièce du récepteur

3. Maquette d'équipement et photographies portuaires

4. Longueur de câble requise

5. Taux de signal

6. Plage de température de fonctionnement

7. Configuration simplex ou duplex

8. Modèle de connecteur et exigence de verrouillage

9. Acheminement des câbles, conditions de courbure, de vibration et de traction

10. Propriétés requises de résistance à la chemise, aux flammes ou aux produits chimiques

11. Exigences de quantité et d’emballage

12. Critères d'acceptation optiques, dimensionnels ou environnementaux

Pour les projets de remplacement, les marquages ​​originaux des câbles, les photographies des connecteurs et le manuel de l'équipement sont également utiles.

Le code du connecteur et la longueur du câble à eux seuls peuvent ne pas révéler l'intégralité des exigences du système.

Fabrication de câbles et d'assemblages POF industriels Ruiara

Ruiara fabriquecâbles POF industrielset assemblages de câbles compatibles HFBR pour les applications d'automatisation industrielle, d'électronique de puissance, de stockage d'énergie et de contrôle d'équipement.

Pour les projets sélectionnés, Ruiara combine des matériaux PMMA POF importés qualifiés, y compris les options Mitsubishi Chemical ou Toray lorsque cela est spécifié, avec un traitement interne des câbles et des assemblages.

Le périmètre de fabrication contrôlable comprend :

• Extrusion et gainage de câbles

• Diamètre extérieur et couleur du câble

• Structures simplex, duplex et renforcées

• Options de gaines en PVC, PE, PUR et spécifiques à l'application

• Contrôle personnalisé de la longueur et des dimensions

• Assemblage et sertissage des connecteurs

• Découpe et finition des extrémités des fibres

• Bottes, capuchons anti-poussière et structures anti-traction

• Impression de câbles, étiquettes et marque privée

• Emballage personnalisé

• Inspection optique et dimensionnelle spécifique au projet

Cette étendue de traitement permet au câble fini d'être adapté aux exigences de température, de flexibilité, de résistance à la traction, de flexion, d'abrasion et d'installation.

Le résultat ne se limite pas à un POF nu standard ou à une structure de câble fixe. La gaine du câble, la structure mécanique et l'ensemble connecteur peuvent être développés en fonction de l'application réelle.

Foire aux questions

Un émetteur HFBR utilise-t-il une LED ou un laser ?

Les émetteurs HFBR Versatile Link traditionnels utilisent généralement une LED rouge. La source de lumière exacte, la longueur d'onde et les exigences de conduite doivent être confirmées à partir de la fiche technique de l'émetteur sélectionné.

N'importe quel câble POF de 1 mm peut-il être utilisé dans une liaison HFBR ?

Pas nécessairement. Le diamètre n'est qu'un paramètre. L'ouverture numérique, l'atténuation, la bande passante, la structure de la gaine, la plage de température, la compatibilité des connecteurs et la perte complète de l'assemblage doivent également être pris en compte.

Les modèles d'émetteur et de récepteur HFBR-4501 et HFBR-4511 sont-ils ?

Les numéros HFBR-4501Z et HFBR-4511Z identifient les types de connecteurs simplex passifs. Des numéros de référence distincts pour l'émetteur et le récepteur actifs sont nécessaires pour déterminer le débit de données, la puissance optique et la distance maximale.

Un ensemble de câbles HFBR-4501/4511 peut-il être installé dans les deux sens ?

Le POF lui-même n'est pas directionnel. Cependant, la convention des connecteurs gris et bleu permet d'identifier les côtés émetteur et récepteur prévus. La documentation de l'équipement et la géométrie des ports doivent toujours être suivies lors de l'installation.

Quelle est la distance maximale d’une liaison HFBR POF ?

Il n’existe pas de distance maximale universelle. Cela dépend de l'émetteur, du récepteur, du débit du signal, de l'atténuation de la fibre, de la perte d'assemblage, de la température, du circuit de commande et de la marge de sécurité requise.

Pourquoi la liaison fonctionne-t-elle avec un câble court mais échoue-t-elle avec un câble plus long ?

Un câble plus long introduit une perte optique supplémentaire. Lorsque la puissance reçue tombe en dessous du niveau d'entrée requis par le récepteur (ou que la marge restante devient trop petite), la communication peut devenir instable ou s'arrêter.

Conclusion

Une liaison à fibre optique plastique HFBR fiable dépend du chemin électrique-optique-électrique complet.

L'émetteur doit émettre suffisamment de lumière rouge, le câble et les connecteurs doivent maintenir la perte optique dans les limites du budget disponible et le récepteur doit obtenir une puissance optique suffisante pour récupérer le signal.

La distance, le débit de données, la température, la qualité de l'extrémité, la courbure et la construction du câble affectent tous le résultat final.

Pour l'évaluation des candidatures, contacter Ruiaraavec les références de l'émetteur et du récepteur, le modèle de l'équipement, la longueur requise, le débit du signal, la température de fonctionnement, le type et la quantité de connecteur.

Ruiara peut vous aider à confirmer une configuration d’assemblage de câbles POF standard ou personnalisée appropriée.