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[摘 要]本文结合我公司目前所使用的光纤连接器的结构特征，重点分析了该类连接器端接夹具的设计和研磨参数的计算，最后根据该类连接器的结构特征设计了相应的检测仪器。本课题在光纤端面加工工艺所涉及的相关技术和检测仪器的研究，对提高光纤连接器端面加工质量，改善光纤连接器性能以及光纤连接器端接工艺的研究具有实际意义。
[关键词]光纤线缆 冷压端接 研磨夹具 光纤连接器
中图分类号：TF046.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-019-01
1 POF类连接器的结构分析和端接夹具的方案设计
1.1 POF类连接器的结构分析
POF类光纤连接器主要用于1mm塑料光纤，于HP发送器和接收器兼容。由于1mm塑料光纤的重量轻、制造工艺简单、成本低廉，所以在光纤通讯领域内，塑料光纤的用量日益增大，与之相应的POF类光纤连接器的用量也日益增加。POF类光纤连接器从紧固方式上可分为带闩锁结构和不带闩锁结构，从插头数量上可分为单插头结构和双插头结构，从端接方式上可分为有压接结构和无压接结构。我公司目前所使用的光纤连接器属于单插头带闩锁结构的压接式连接器，光纤由连接器自带的金属环和连接器连接（用特制的压接模具迫使连接器的金属环发生微变形，以增加光纤和连接器之间的摩擦力，实现两者之间的端接）。
1.2 端接夹具的方案设计
1.2.1 冷压模具的设计
不同的压接模具有不同的用途，不管是点压式、坑压式还是条压式，都对光纤的纤芯造成了一定量的物理变形，这样以来就会对光纤的通讯性能造成影响。既要保证端子的压接可靠又要保持光纤的纤芯不变形，可以采用迫使连接器的金属环发生微变形，增加光纤和连接器之间的摩擦力，这种新的端接方案。
1.2.2 研磨夹具的设计
（1）球面半径：一般光纤连接器的端面被研磨成球面，球面半径R的大小必须在IEC国际标准规定的范围以内。
（2）光纤高度：由于光纤和插芯的材料不同，硬度也不同，所以研磨时的消耗量也不同，从而光纤和插芯间会有高度差，这个高度差就是光纤高度。光纤高度必须满足IEC国际标准的要求。必须指出的是，根据IEC国际标准，光纤高度比插芯端面低，也就是连接器端面为凹时的光纤高度符号为正。这与有些厂家测量仪器的定义不同。
（3）球面顶点偏心：光纤连接器一般以连接器的插芯的中心为基
准。但是，在研磨光纤连接器时，得到的球面的顶点不一定在连接器插芯的中心。从而产生球面项点偏心误差。球面顶点偏心I地必须满足IEC国际标准的要求。
（4）APC角度：APC角度又称为研磨倾斜角度，在IEC国际标准中定义为在光纤连接器的插芯的中心轴上，并且与先端球面相切的平面和与插芯的中心轴垂直的平面之问的夹角。
从上述几点可以看出：要使光纤连接器的研磨参数达到以上标准要求，就必须保证设计的研磨夹具既能制动连接器的轴向转动也能制动连接器的径向倾斜，同时研磨材料也得选择合理。
2 光纤连接器研磨参数的计算
2.1 研磨轨迹和研磨质量的关系
本文中所提到的研磨方式为超精密脆硬性材料干式研磨，整个研磨过程相当于机械加工中的切削运动，只不过本文中的切削工具为游离分布的SiO2颗粒。在整个研磨过程中，沿着研磨轨迹的切线方向会留下相应的切削面和切削划痕。在研磨颗粒大小和分布密度相同的情况下，不同的研磨轨迹研磨质量也有差异，因此我们分别以一字轨迹、十字轨迹、圆形轨迹、随机轨迹和8字轨迹，对其连接器的端面进行研磨。研磨颗粒大均为3μm，研磨压力均为O.25Mpa，研磨时间均为80s。
2.2 磨料颗粒度与研磨质量的关系
我们用平均颗粒度为1μm～9μm粗细的颗粒对连接器的端面进行研磨，其它工艺参数均保持一致，光纤研磨表面的粗糙度与研磨颗粒大小并非线性关系，随着磨料颗粒度的增大光纤表面的粗糙度也随之增大。磨料颗粒度对光纤表面粗糙度的影响（磨料粒度为3μm）存在一个转折点，表面粗糙度随磨料粒度变化比较平缓。因此，光纤表面粗糙度磨料颗粒度的影响较为明显。需要说明的是：光纤表面的粗糙度数值越小，表示研磨质量越高。当磨料颗粒度在1μm～3μm粗细时，光纤表面光滑，几乎看不到任何划痕。
2.3 研磨压力与研磨质量的关系
研磨压力也直接影响光纤表面粗糙度，压力不同，砂纸颗粒的磨削深度也不同。实验条件：只选用颗粒度为3μm的SiO2砂纸进行研磨实验，分别在研磨压力为0.4MPa和0.25MPa，研磨轨迹为8字，研磨时间均为60s的条件下对光纤连接器端面进行研磨，随着研磨压力的增大，表面粗糙度也随着增大。说明研磨
压力越大，磨削深度越大，因此光纤表面质量下降。
2.4 研磨时间与研磨质量的关系
研磨时间和研磨质量有着怎样的关系，是不是研磨时间越长，研磨质量就越高？下面我们以颗粒度为3μm的SiO2砂纸，研磨压力为0.25MPa，研磨轨迹为8字的条件下对光纤连接器端面进行研磨，随着研磨时间的增加，表面粗糙度也随着降低，光纤端面的质量随之提高，但是两者并非呈现出线型关系，当研磨时间超过70s以后，光纤表面的粗糙度已经没有实质性的变化。这就说明，并非研磨时间越长研磨质量就越高。
3 端接夹具的选型和检测仪器的设计
3.1 端接夹具的选型
通过对各个厂家工装夹具参数的对比和分析，最后认定安华高公司生产的HFBR-4597Z（压接钳）和HFBR-4593Z（研磨组套）符合本文设计方案，能够满足该光纤的加工要求。
3.2 检测仪器的设计
任何一道工序都要有相应的检测手段，光纤线缆的冷压端接也不例外，为了测量光纤端接质量的好坏，就需要设计相应的检测仪器。结合我公司产品的线路特性以及光缆的导光特性，最后确定该光缆检测仪主要由：发光源、光电转换器件、检测显示器件等组成。发光源的波长为650nm，检测显示器件为最常用的发光二极管。
4 结论
（1）POF类塑料光纤连接器的冷压模具应采用双边微变形结构。该模具加工工艺简单，压接质量可靠，适用于工业化大批量生产。（2）光纤连接器的研磨夾具应采用轴向制动，底部带4点检测标示的工装。该工装轻巧便捷、成本低廉、使用简单。（3）实验证明，当磨料颗粒大小为3μm，研磨压力为0.25MPa，研磨轨迹为8字形状，研磨时间在80s时，可以加工出高性能的光纤连接器。
参考文献：
[1] 孟庆闯，孙建章，吕玉山.光纤连接器端面抛光计算分析.沈阳理工大学学报.2007，6.第6期.
[2] 陈国庆，陈志彬，刘丽，万华，王毅.光纤线缆接头通用规范.GJB1659A-2009.
[3] 机械电子工业部第二十三研究所，邮电部武汉邮电科学研究院.光纤光缆连接器.GB/T12507-1990.
[关键词]光纤线缆 冷压端接 研磨夹具 光纤连接器
中图分类号：TF046.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）26-019-01
1 POF类连接器的结构分析和端接夹具的方案设计
1.1 POF类连接器的结构分析
POF类光纤连接器主要用于1mm塑料光纤，于HP发送器和接收器兼容。由于1mm塑料光纤的重量轻、制造工艺简单、成本低廉，所以在光纤通讯领域内，塑料光纤的用量日益增大，与之相应的POF类光纤连接器的用量也日益增加。POF类光纤连接器从紧固方式上可分为带闩锁结构和不带闩锁结构，从插头数量上可分为单插头结构和双插头结构，从端接方式上可分为有压接结构和无压接结构。我公司目前所使用的光纤连接器属于单插头带闩锁结构的压接式连接器，光纤由连接器自带的金属环和连接器连接（用特制的压接模具迫使连接器的金属环发生微变形，以增加光纤和连接器之间的摩擦力，实现两者之间的端接）。
1.2 端接夹具的方案设计
1.2.1 冷压模具的设计
不同的压接模具有不同的用途，不管是点压式、坑压式还是条压式，都对光纤的纤芯造成了一定量的物理变形，这样以来就会对光纤的通讯性能造成影响。既要保证端子的压接可靠又要保持光纤的纤芯不变形，可以采用迫使连接器的金属环发生微变形，增加光纤和连接器之间的摩擦力，这种新的端接方案。
1.2.2 研磨夹具的设计
（1）球面半径：一般光纤连接器的端面被研磨成球面，球面半径R的大小必须在IEC国际标准规定的范围以内。
（2）光纤高度：由于光纤和插芯的材料不同，硬度也不同，所以研磨时的消耗量也不同，从而光纤和插芯间会有高度差，这个高度差就是光纤高度。光纤高度必须满足IEC国际标准的要求。必须指出的是，根据IEC国际标准，光纤高度比插芯端面低，也就是连接器端面为凹时的光纤高度符号为正。这与有些厂家测量仪器的定义不同。
（3）球面顶点偏心：光纤连接器一般以连接器的插芯的中心为基
准。但是，在研磨光纤连接器时，得到的球面的顶点不一定在连接器插芯的中心。从而产生球面项点偏心误差。球面顶点偏心I地必须满足IEC国际标准的要求。
（4）APC角度：APC角度又称为研磨倾斜角度，在IEC国际标准中定义为在光纤连接器的插芯的中心轴上，并且与先端球面相切的平面和与插芯的中心轴垂直的平面之问的夹角。
从上述几点可以看出：要使光纤连接器的研磨参数达到以上标准要求，就必须保证设计的研磨夹具既能制动连接器的轴向转动也能制动连接器的径向倾斜，同时研磨材料也得选择合理。
2 光纤连接器研磨参数的计算
2.1 研磨轨迹和研磨质量的关系
本文中所提到的研磨方式为超精密脆硬性材料干式研磨，整个研磨过程相当于机械加工中的切削运动，只不过本文中的切削工具为游离分布的SiO2颗粒。在整个研磨过程中，沿着研磨轨迹的切线方向会留下相应的切削面和切削划痕。在研磨颗粒大小和分布密度相同的情况下，不同的研磨轨迹研磨质量也有差异，因此我们分别以一字轨迹、十字轨迹、圆形轨迹、随机轨迹和8字轨迹，对其连接器的端面进行研磨。研磨颗粒大均为3μm，研磨压力均为O.25Mpa，研磨时间均为80s。
2.2 磨料颗粒度与研磨质量的关系
我们用平均颗粒度为1μm～9μm粗细的颗粒对连接器的端面进行研磨，其它工艺参数均保持一致，光纤研磨表面的粗糙度与研磨颗粒大小并非线性关系，随着磨料颗粒度的增大光纤表面的粗糙度也随之增大。磨料颗粒度对光纤表面粗糙度的影响（磨料粒度为3μm）存在一个转折点，表面粗糙度随磨料粒度变化比较平缓。因此，光纤表面粗糙度磨料颗粒度的影响较为明显。需要说明的是：光纤表面的粗糙度数值越小，表示研磨质量越高。当磨料颗粒度在1μm～3μm粗细时，光纤表面光滑，几乎看不到任何划痕。
2.3 研磨压力与研磨质量的关系
研磨压力也直接影响光纤表面粗糙度，压力不同，砂纸颗粒的磨削深度也不同。实验条件：只选用颗粒度为3μm的SiO2砂纸进行研磨实验，分别在研磨压力为0.4MPa和0.25MPa，研磨轨迹为8字，研磨时间均为60s的条件下对光纤连接器端面进行研磨，随着研磨压力的增大，表面粗糙度也随着增大。说明研磨
压力越大，磨削深度越大，因此光纤表面质量下降。
2.4 研磨时间与研磨质量的关系
研磨时间和研磨质量有着怎样的关系，是不是研磨时间越长，研磨质量就越高？下面我们以颗粒度为3μm的SiO2砂纸，研磨压力为0.25MPa，研磨轨迹为8字的条件下对光纤连接器端面进行研磨，随着研磨时间的增加，表面粗糙度也随着降低，光纤端面的质量随之提高，但是两者并非呈现出线型关系，当研磨时间超过70s以后，光纤表面的粗糙度已经没有实质性的变化。这就说明，并非研磨时间越长研磨质量就越高。
3 端接夹具的选型和检测仪器的设计
3.1 端接夹具的选型
通过对各个厂家工装夹具参数的对比和分析，最后认定安华高公司生产的HFBR-4597Z（压接钳）和HFBR-4593Z（研磨组套）符合本文设计方案，能够满足该光纤的加工要求。
3.2 检测仪器的设计
任何一道工序都要有相应的检测手段，光纤线缆的冷压端接也不例外，为了测量光纤端接质量的好坏，就需要设计相应的检测仪器。结合我公司产品的线路特性以及光缆的导光特性，最后确定该光缆检测仪主要由：发光源、光电转换器件、检测显示器件等组成。发光源的波长为650nm，检测显示器件为最常用的发光二极管。
4 结论
（1）POF类塑料光纤连接器的冷压模具应采用双边微变形结构。该模具加工工艺简单，压接质量可靠，适用于工业化大批量生产。（2）光纤连接器的研磨夾具应采用轴向制动，底部带4点检测标示的工装。该工装轻巧便捷、成本低廉、使用简单。（3）实验证明，当磨料颗粒大小为3μm，研磨压力为0.25MPa，研磨轨迹为8字形状，研磨时间在80s时，可以加工出高性能的光纤连接器。
参考文献：
[1] 孟庆闯，孙建章，吕玉山.光纤连接器端面抛光计算分析.沈阳理工大学学报.2007，6.第6期.
[2] 陈国庆，陈志彬，刘丽，万华，王毅.光纤线缆接头通用规范.GJB1659A-2009.
[3] 机械电子工业部第二十三研究所，邮电部武汉邮电科学研究院.光纤光缆连接器.GB/T12507-1990.