一种无源光纤转换装置的制作方法

本实用新型涉及光信号转换装置，尤其涉及一种无源光纤转换装置。

背景技术：

在使用光纤接收/发射光信号时，如图1、2和3所示，发现市面上所有光纤转换装置100中均为有源的光纤耦合器10’，且为塑料光纤耦合器。这种光纤耦合器10’设置在光纤转换装置100的壳体101上，该光纤耦合器10’的封装盖21内设置的光接收芯片24及其插脚252、光发射芯片23及其插脚251均位于同一垂直面上设置，与光接收孔26和光发射孔27相对应的光接收定位孔32和光发射定位孔31各自对应的轴线则分别与光接收芯片24和光发射芯片23所在平面相垂直。外接光纤线60通过接头61插入光接收孔26和/或光发射孔27，并使其光芯63与光接收芯片24和/或光发射芯片23对接，这样，外接光纤线60基本上与插脚25呈垂直状态。然而，这种直列式的光纤耦合器10’的插脚25都通过人工焊接垂直固定焊接在电路板30上，需要通过电路板30进行供电，也称为有源光纤耦合器10’，其在多种情景应用下，给用户带来极大的不便之处，如，光纤耦合射器10’外形体积大、手动直插焊接，也就限制了其使用效果和生产效率。

技术实现要素：

基于上述问题，本实用新型所要解决的问题在于提供一种包括设置在电路板上任一位置设置光纤耦合器、外形尺寸小，且对外接的光纤线之间无需提供相应电源的无源光纤转换装置。

本实用新型的技术方案如下：

一种无源光纤转换装置，包括壳体，在壳体的内腔设有电路板，在电路板上设置有光纤耦合器，在壳体壁上设有光纤转接器，光纤耦合器与光纤转接器之间采用光纤连接器进行光信号连接。

所述无源光纤转换装置中，其光纤耦合器包括基体和若干个插脚，所述若干个插脚由所述基体的基底垂直向下引出；在所述基体的上表面设置的光发射孔和光接收孔分别对应所述基体中设置的光发射芯片和光接收芯片。

所述无源光纤转换装置，其中，还包括一设置在所述基体上表面的定位卡盖，在所述定位卡盖上沿垂直方向设置有光接收定位孔和光发射定位孔，所述光接收定位孔和光发射定位孔分别位于所述光接收孔和光发射孔的上方。

所述无源光纤转换装置，其中，光纤连接器包括光纤线以及分别设置在光纤线两端的连接头，其中，所述光纤线通过两端的搜书连接头分别与上述光纤耦合器及光纤转接器连接；其中，每个所述连接头的规格尺寸相同，或者每个所述连接头的规格尺寸不相同。

所述无源光纤转换装置，其中，所述光纤线为单芯双向光纤线，该单芯双向光纤线包括一根光芯；所述光芯的每一端各设有一个所述连接头，在每个所述连接头内并排设有两个光纤头；所述光芯的每端分别对接两个所述光纤头；或者

所述光芯的每一端各设有两个独立的所述连接头，在每个所述连接头内单独设有一个光纤头，所述光芯的每端分别对接两个所述光纤头。

所述无源光纤转换装置，其中，所述光纤线为双芯双向光纤线；该双芯双向光纤线包括两根光芯；两根所述光芯的每端各共用一个所述连接头，每个所述连接头内并排设有两个光纤头；或者

每根所述光芯两端各两个独立的所述连接头，在每个所述连接头内单独设有一个光纤头。

所述无源光纤转换装置，其中，所述光纤耦合器包括基体和若干个插脚，所述若干个插脚由所述基体的基底垂直向下引出；在所述基体的上表面设置的光发射孔或光接收孔对应所述基体中设置的光发射芯片或光接收芯片。

所述无源光纤转换装置，其中，所述光纤耦合器还包括一设置在所述基体上表面的定位卡盖，在所述定位卡盖上沿垂直方向设置有光接收定位孔或光发射定位孔，所述光接收定位孔或光发射定位孔位于所述光接收孔或光发射孔的上方。

所述无源光纤转换装置，其中，所述光纤连接器包括光纤线以及分别设置在光纤线两端的连接头，其中，所述光纤线通过连接头分别与所述光纤耦合器及所述光纤转接器连接。

所述无源光纤转换装置，其中，所述光纤线为单芯单向光纤线；所述单芯单向光纤线中的光芯两端各设一个所述连接头；在每个所述连接头内设有一个光纤头。

本实用新型提供的无源光纤转换装置，将光纤耦合器与光纤转接器分列设置，两者之间通过光纤连接器进行光信号连接；这样，光信号通过光纤连接器到光纤转接器时，光纤转接器则呈现为无源的光纤转接器，在与外接的光纤线连接时，无需电源供电就可提供光信号；又由于光纤耦合器采用基体的基底与若干插脚垂直设计，其外形规格尺寸较小，便于在电路板的任何位置进行贴片式安装，装配方便，又可以缩小无源光纤转换装置的规格尺寸。

附图说明

图1为现有光纤耦合器结构示意图；

图2为图1中a-a部分剖视图；

图3为现有有源光纤转换装置结构示意图；

图4为本实用新型光纤耦合器结构示意图；

图5为图4中b-b部分剖视图；

图6为本实用新型无源光纤转换装置结构示意图；

图7a、7b为单芯双向光纤线结构示意图；

图8a、8b为双芯双向光纤线结构示意图；

图9为具有单光发射芯片的光纤耦合器结构示意图；

图10为图9中b’-b’部分的剖视图；

图11为单芯单向光纤线结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较佳实施例作进一步详细说明。

实施例一

如图4、5和6所示，本实用新型提供的一种无源光纤转换装置100，包括壳体101，在壳体101的内腔102设有电路板30。本实施例中，考虑到安装便利性，壳体101设置成底盒1012和上盖1011，底盒1012和上盖1011盖合后通过螺丝1013固定连接。安装时，打开上盖1011，将电路板30设置在内腔102的底部，即电路板30固定设置在壳体101的底部。在其他实施例中，根据设计需要，电路板30也可以设置在壳体101的内侧壁。在电路板30上设置有光纤耦合器10以及其他电器件301等，在壳体101壁上设有光纤转接器50，其通过外接的光纤线60进行光信号接收/发射，光纤耦合器10与光纤转接器50之间采用光纤连接器40进行光信号连接。光纤耦合器10将发射光依次通过光纤连接器40、光纤转接器50以及外接光纤线60发射出去；同理，外接的光纤线60将外界的光信号依次通过光纤转接器50、光纤连接器40被光纤耦合器10所接收。鉴于光纤转接器50是独立设置在壳体101壁上，其无需通过电路板30进行供电，因此，与现有有源光纤转换器需要通过电路板30提供电源相比，该光纤转接器50无需电路板提供电源，也称为无源光纤转接器50，相应地，该光纤转换装置也称为无源光纤转换装置100。

上述无源光纤转换装置100中，光纤耦合器10呈长方体贴片式结构设计，便于通过smt贴片机焊接在电路板30上。光纤耦合器10包括基体20和若干个插脚25，若干个插脚25由基体20的基底22垂直向下引出，且基底22的底表面与水平面平行；在基体20的上表面设置的光发射孔27和光接收孔26分别对应基体20中的光发射芯片23和光接收芯片24，即光发射孔27与光发射芯片23相对应设置，光接收孔26与光接收芯片24相对应设置。具体结构设计如下：

光纤耦合器10的基体20包括基底22、光发射芯片23、光接收芯片24以及封装盖21；基底23位于基体20的底部，封装盖21为基体20的上部。光发射芯片23和光接收芯片24则呈水平平铺式间隔排列设置在基底22的上表面，而封装盖21则层叠在基底22的上表面并将光发射芯片23和光接收芯片24外边缘密封封装起来。本实施例中，有两个芯片，分别是光发射芯片23和光接收芯片24，在其他实施例中，可以有多个数量相一致的光发射芯片23和光接收芯片24，且两者呈交错水平间隔排列设置在基底22的上表面；或者多个光发射芯片23以及多个光接收芯片24分区间隔水平排列设置在基底22上表面；也可以是数量不相同的光发射芯片23和光接收芯片24，按照光转换需要进行排列设计。

上述光发射芯片23和光接收芯片24的各自对应的若干个插接脚(251,252)分别均匀间隔排列在基底22的两侧，且若干个插接脚25与光发射芯片23和光接收芯片24所在平面相垂直，也即插接脚25与基底22表面相垂直。这样设计，便于使用smt贴片机安装在电路板30上。封装盖21与基底22将光发射芯片23和光接收芯片24密封封装在一起.

在封装盖21上沿垂直方向设置有光发射孔27和光接收孔26，光发射孔27和光接收孔26分别位于光发射芯片23和光接收芯片24各自所在区域的上方，也即是，光发射孔27位于光发射芯片23所在区域的正上方，光接收孔26位于光接收芯片24所在区域的正上方。光发射孔27与光接收孔26规格尺寸相一致，光发射芯片23与光接收芯片24规格尺寸相一致，且光发射孔27与光发射芯片23的外形尺寸相一致，即光发射芯片23和光接收芯片24的外形尺寸分别与光发射孔27和光接收孔26横截面的外形尺寸相一致，尽可能的使光发射芯片23发射的发射光信号通过光发射孔27发送出去，以及使输入的光接收信号通过光接收孔26输送至光接收芯片24上，以达到尽可能减少光信号损失。

光发射孔27和光接收孔26可以是圆形，或椭圆形，或方形，根据需要进行设计。本实用性为圆形，可以实现盲查，操作方便。

对于光发射芯片23和光接收芯片24的各自对应的插接脚25，每个芯片的插接脚25数量可以是3个，也可以是2个，或者光发射芯片23和光接收芯片24的插接脚25数量一共为6个，4个或3个，这需要根据实际需求进行设计。

上述光纤耦合器10，一般还包括一设置在封装盖21上表面的定位卡盖11，定位卡盖11与封装盖21在两个长度方向的对应侧边采用卡合或扣合设计，便于拆卸装配。定位卡盖11的上端面沿垂直方向设置有光接收定位孔31和光发射定位孔32，光接收定位孔31和光发射定位孔32分别位于光接收孔27和光接发射孔26的上方，且光接收定位孔31与光接收孔27的中心轴线重合，光发射定位孔32与光接发射孔26的中心轴线重合。

定位卡盖11的材质可以是不锈钢、铝合金或塑料，其厚度约为2～5mm。如果定位卡盖11的厚度过高，则加大了光纤耦合器的垂直方向高度，进而需要提高整个光纤耦合器10与定位盖11的共同厚度，无形中则需要一个较大的垂直空间尺寸；如果定位卡盖11的厚度过低，相应的光接收定位孔31和光发射定位孔32的高度也下降，则光纤线插接在光接收定位孔31和/或光发射定位孔32中时，则可能存在垂直方向上因有效定位孔的固定高度偏低而造成光纤线松脱。因此，定位卡盖11的优选厚度为4mm。

如图6所示，与上述光纤耦合器10配套连接使用的光纤连接器40，包括光纤线404以及设置在光纤线404两端的连接头(401和402)，连接头(401和402)的外径略大于光纤线404的外径，便于与封装盖21上的光发射定位孔32和/或光接收定位孔31形成过盈配合，实现牢固连接。本实施例中，与光纤耦合器10配套连接的连接头401可以是橡胶、塑料或五金材质，其可以设置为标准光纤线连接头或者其他构造的连接头，外形构造可以设计为卡扣结构(与设置在光接收孔27和/或光接发射孔26上的卡槽适配卡合固定连接)或外螺纹结构(与设置在光接收孔27和/或光接发射孔26内壁的内螺纹适配螺接固定连接)，这样可以将光纤线404与光纤耦合器固定连接，从而保证接收或发送光信号通过光纤线401的高耦合率，当光纤连接器40与光纤耦合器10对接时，光纤线404的连接头401通过光纤耦合器10的光接收孔27和/或光接发射孔26适配卡合对接后，使光纤线40的光芯403与光纤耦合器10的光接收芯片24光和/或发射芯片23垂直正对；相应地，光纤线404上的另一连接头402则可以与光纤转接器50进行卡接或插接。其中，光纤转接器50的对外接口，也称为应用端口，可以与生产工控转接器、汽车信号转接器、航空转接器等转接器61进行对接，对接时，转接器61内的光芯63与光纤线404的光芯403正面垂直对接，避免光出现折射损失。这样，光纤连接器40的光纤线404的两个连接头(401和402)可以是根据需要，设置成定制光纤接头、标准光纤接头等。对于光纤线404两端的连接头(401和402)，根据需要，可以设置成相同规格的尺寸(如，两个连接头均为标准连接头)，也可以成不同规格的尺寸(如，连接头401为标准连接头，连接头402为定制光纤接头，或者连接头401为定制光纤接头，连接头402为标准连接头)。

如图5所示，由于光接收芯片23或光发射芯片24的插接脚25分别与光接收芯片23和光发射芯片24所在平面相垂直，即与基底22的表面相垂直，将插接脚25设置呈贴片式结构，则可以采用smt工艺在电路板30上进行贴片装配焊接；由于该光纤耦合器10采用贴片式设计，其外形规格尺寸较小，且光接收孔27和光发射孔26的轴线又分别与光接收芯片23和光发射芯片24所在平面相垂直，故使得该光纤耦合器11可以在电路板的任何位置进行设置安装，同时，该光纤耦合器11与外界之间的光信号传输则采用光纤连接器来实现。

由于光纤连接器40在电路板30上可以起到“跳线”作用，即将两个不同位置的元器件进行光信号连接起来。此时的光纤耦合器10相对目前市面上使用的有源塑料光纤耦合器10’(如图1所示)而言，则可以看成是一个光纤转接器50外部无需电源的光纤耦合器，并通过光纤连接器40可以使含有本申请的光纤耦合器10的光纤转接器50与任何其他工控转接头进行匹配安装；将光纤耦合器10专用接口转为通用接口；用户可以自由选择接头，不同种型号光纤线404跨接，达到耐压(电压、压力)、抗电磁干扰、可变损耗(对接收灵敏度饱和点高的，可将光功率调入其范围-10db)、安装方便，任意角度(对贴片式光纤耦合器更方便)实现多元化，简便化的塑料光纤传递；让使用者更灵活，避免浪费。

本实施例中，上述光纤连接器40的光纤线404可以是单芯双向光纤线，也可以是双芯双向光纤线。

如图7a和7b所示，单芯双向光纤线，即一根光芯的每端可以分别对接一个连接头，也可以是一根光芯的每端对接两个连接头，4041光芯外面被塑料保护层405隔离包覆，此时4041光芯为总线光芯。

如图7a所示，当光芯4041的每端对接一个连接头(401或402)时，可是每个连接头也称为并线连接头，在每个连接头(401或402)内并排对应设有两个光纤头(即4031和4032为一对并列光纤头,4033和4034为一对并列光纤头)，此时光芯4041的每端分别对接两个光纤头403，每个光纤头(4031，4032,4033或4034)分别用于对接发射光信号和/或接收光信号；4041光芯的每端与两个光纤头的连接则呈“y”字型结构。这种两个连接头的单芯双向光纤线，其每个连接头(401或402)内并排设计的两个光纤头(4031和4032，或者4033和4034)一般是通过一体设计成型的，如，塑料材质的热塑成型，金属材质的锻压成型或热熔成型等。

如图7b所示，当光芯4041的每端分别对接两个连接头(即4011和4012为一对独立的连接头，4021和4022为一对独立的连接头)时，也即是四个独立的连接头(4011，4012，4021，4022)，此时每个连接头也称为单线连接头，即在每个单线连接头(4011，4012，4021，4022)内单独对应设有一个光纤头(4031，4032,4033，4034)，此时光芯4041的每端也是分别对接两个光纤头(4031和4032为一对,4033和4034为一对)，每个光纤头(4031，4032,4033或4034)分别用于对接发射光信号和/或接收光信号。这种四个连接头的单芯双向光纤线，其每个连接头与其内的单个光纤头(4031，4032,4033或4034)一般是通过一体设计成型的，如，塑料材质的热塑成型，金属材质的锻压成型或热熔成型等。

上述单芯双向光纤线，其发射光信号和接收光信号采用半双工的工作模式进行，具体如下：

以图7a为例进行说明。当光纤耦合器10的光发射芯片23发射光信号时，发射光信号el则通过光纤线404的发射光芯，即光纤头4031发出至光芯4041,传输至与光芯4041相连接的出射光芯，即光纤头4033，在经由光纤头4043传输至各光纤转接器50，此时，入射光芯，即光纤头4034是不工作的，即不接收、不传输外界输入进来的光信号；相应地，下一个光纤传输周期到来时，外界光信号il经入射光芯，即光纤头4034、光芯4041输入，由接收光芯，即光纤头4032接收后传输至光接收芯片24，此时，发射光芯，即光纤头4031不工作。这样，一根“一分为二”的光纤线404即可实现半双工的光信号传输的工作模式，大大降低了外界转接器的数量，又可以降低光损耗以及提升光传输效率。

单芯双向光纤线，其属于半双工信号传输，在某一个时间段内，只能进行接收信号或发射信号传输，其主要应用于电力、汽车、飞机、火车、航空飞行器等领域的控制数据信号传输。

如图8a和8b所示，光纤线404是双芯双向光纤线。双芯双向光纤线表示光纤线404为两根光芯403并排设置，外面被塑料保护层405隔离包覆。双芯双向光纤线也可以是两个单芯单向光纤线并线包覆在一起得到。

如图8a所示，当两根光芯403的每端各共用一个连接头(401或402)，此时连接头也称为并线连接头，即每个连接头(401或402)内并排对应设有两个光纤头(4031和4032为一对并列的光纤头,4033和4034为一对并列的光纤头)。

如图8b所示，当每根光芯403两端各两个独立的连接头(4011和4012为一对独立的连接头,4021和4022为一对独立的连接头)时，此时连接头为单线连接头，即在每个连接头(4011，4012,4021，4022)内单独对应设有一个光纤头(4031，4032,4033，4034)。

双芯双向光纤线的连接原理与单芯双向光纤线的连接相同，在此不再赘述。但是，双芯双向光纤线的光信号传输原理与单芯双向光纤线的传输原理不同。双芯双向光纤线可以同时传输光发射信号和光接收信号，相互独立，互不干扰，可以全时段段进行独立工作，也就是说，双芯双向光纤线属于全双工信号传输，在任何时间段内，都可以同时进行接收信号和发射信息传输，主要用于光纤网络通讯领域，如，光纤电视信号传输、互联网网络信号传输等。

实施例二

与实施例一的区别在于：

如图9和10所示，光纤耦合器10上只有一个芯片，即在光纤耦合器10的基体20中只有光发射芯片23或光接收芯片24，也就是说，只有一个芯片；同时，在封装盖21上也只设置了光发射孔27或光接收孔26，对应基体20中的光发射芯片23或光接收芯片24，即即光发射孔27与光发射芯片23相对应设置，或者光接收孔26与光接收芯片24相对应设置。本实施例中，基体2上设置的芯片为光发射芯片23，对应地，封装盖21上只有一个光发射孔27。在其他实施中，基体2上设置的芯片为光接收芯片24；对应地，封装盖21上只有一个光接收孔26。

相应地，定位卡盖11上也只设有一个光接收定位孔31位于光接收孔26的上方，或者只有一个光发射定位孔32位于光接收孔27的上方。本实施例中，对应光发射孔27的为光发射定位孔32。在其他实施例中，定位卡盖11则是光接收定位孔26。

此时，光纤连接器中的光纤线则采用单芯单向光纤线，如图11所示。单芯单向光纤线404中的光芯4041两端各设一个连接头(401，402)；在每个连接头(401或402)内设有一个光纤头403。这种单芯单向光纤线只能用于传输发射光信号或接收光信号，即任何时候，传输发射光信号的光纤线只能传输发射光信号，传输接收光信号的光纤线只能传输接收光信号。由于单芯单向光纤线是单向数据信号传输，一般适用于生产车间的自动化生产线上的控制数据信号传输，以及其他工业控制领域中的控制数据信号传输，如，工业机械手、变频调速、电机控制、工业设备故障信号传递等。

本实用新型申请提供的无源光纤转换装置具有如下优点：

1、光耦合器采用贴片式设计，外形尺寸小，可以在电路板上的任何地方进行安装设置，同时，由于采用光纤连接器作为“跳线”进行装置内光信号接收和/或发射，使得该装置适合于安装空间比较紧凑的应用场合，如，汽车、飞机、航空飞行器、工业控制器等；

2、在壳体壁上设置光纤转接器与外界的应用端口连接时，并通过光纤连接器实现对外的应用端口为无源驱动，且可任意角度耦合，可灵活适应于不用的应用场合；

3、光纤连接器的光纤线可以实现耐高压(电压、压力)，且可调节光纤线的光衰，以适应不同光接收芯片的光强饱和点。

应当理解的是，上述针对本实用新型较佳实施例的表述较为详细，并不能因此而认为是对本实用新型专利保护范围的限制，本实用新型的专利保护范围应以所附权利要求为准。