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光学产品需要更小型,轻量级连接器

2020-12-30 14:40:49 来源:深圳市连接器行业协会 李亦平 作者:Bob Stanton 点击:1226

小型、轻型的军事、医疗和监控设备中的最新一代高科技数码相机尺寸越来越小。 高速微型互连产品使得即使在最严格的操作条件下也可以捕获和发送图像。

高速相机、机器学习和机器人技术正在改变来自光学镜头数据传输的互连世界。目前大多从旧的,标准微型和纳米尺寸中选择连接器,但几乎都需要调整物理和电气性能来满足新的相机产品。例如,随着图像分辨率和帧速率的增加,旧的铜连接器线缆必须能处理高速数字传输。当使用双线缆时,设计人员必须选择并行同轴或差分对数据传输。同时,必须仔细匹配传播速率,确保信号的正反两面同时到达摄像机处理板。

便携式机器人系统“Talon”Mark2在演习中。

2012年3月,在加利福尼亚州“中国湖”海军武器实验基地进行移动演习期间,爆炸物处理行动支持单位(EODOSU)的人员使用配备先进光学技术的便携式机器人“Talon” Mark2,接近疑似炸弹制造者的建筑物。 (图片由美国海军提供。)

除了高级光学设备中的透镜发展外,光子捕获过程更快,电荷耦合器件(CCD)和相应的CMOS芯片的输出速率也在增加。并行芯片接收也在扩展图像捕获的广度和分辨率。因此,处理速度从每秒60帧迅速增加到每秒300帧。 这将数字信号数据速率从旧的5Gb/s提高到10Gb/s以上。为了处理更高速度,需要新的电缆和连接器来管理图像传输过程中的信号完整性。 此外,红外光谱扫描和混合光频监测支持使用高光谱成像。这种光学技术用于军事监视,农业管理,甚至食品分析等。还用于机场面部识别安全扫描的高分辨率成像。这些多光谱成像系统实际上捕获了图像数据的许多波长频带的立方体结构,这些波段必须在收集后进行处理,因此将推动高速以太网处理系统,以及互连技术的发展。

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微型相机中连接空间缩小

由于在移动终端或者环境严苛中光学应用越来越多,再一次看到小型、坚固和轻量级的互连解决方案的需求。标准连接器已被设计为小的,轻量级的,并满足规格,如MIL-DTL-83513的微型连接器和MIL-DTL-32139的纳米尺寸连接器,这些连接器都使用小的PIN脚,载流能力确定,并在操作过程中保持恒定的信号完整性。为了做到这一点,PIN脚通常是由高回火铍铜弹簧或弯曲元件,然后镀镍和黄金来制造。弹簧强度必须在整个温度循环和日常使用中保持一致,关键元件上的电镀在整个使用寿命中保持非常低的接触电阻。 在许多情况下,微型或纳米同轴线缆被用来匹配摄像机的信号,以及防止干扰。

Omnetics的超微型PZN连接器(如图所示)。

Omnetics的超微型PZN连接器提供了非常坚固的连接,可用于高可靠性的应用,如卫星、机器人、医疗设备和相机等。

微型相机可用于内窥镜、眼镜和微型无人机。便携式监视设备使用视觉、红外或多光谱LiDAR扫描仪的成像数据。监视飞机和卫星不断地遥测和传输关键区域的图像。这些相机尺寸小的和重量轻,坚固耐用,足以承受使用期间或碰撞着陆时的冲击和振动。微型监控摄像机还必须提高分辨率和运行更快的帧速率。数据处理和存储以及远程图像传输系统也经常包含在相机包中。目前,在整个公共空间中标准监控摄像机系统仍被广泛应用,但定制设备日益受到青睐。

在医疗领域,一些最小的相机被定制生产,包括光学探针和图像传感器,如气管食道镜、导管和内窥镜等。连接器使用纳米铍铜弹性引脚,确保在诊断过程的恒定接触。这些线缆外披是绝缘的特氟龙,直径可小到32-36AWG。医疗应用必须具备数千个连接和断开使用周期。 由于这些严格的性能要求,连接器必须在洁净室里组装以及高水平的质量检查,确保可靠性。微型医疗连接器使用抵抗细菌生长的材料,并承受使用期间的高压灭菌。

用于隐蔽监视设备的纳米连接器需要线缆传输数据。纳米相机提供隐形性能,可用于便携式系统。微型数据设备现在需要超小型连接器,如极化纳米结构。 表面安装的插座与PCB上其他活动部件的大小和高度相适应。纳米互连引脚和插座配合方式需要在崎岖环境中保持信号完整性,并且易于插入和断开。板设计者为满足最小尺寸和重量来确定连接器的引脚数。

严酷环境中的坚固互连

当需要应用在更隐蔽的环境中时,设计工程师可以选择定制版本的MIL-DTL-32135纳米D连接器。纳米D连接器提供了金属连接器的极端强度,尺寸和重量都被设计到最小,用于整个军事个人包,无人机,和飞机武器系统等,他们可靠性和易用性得到证明。

Omnetics提供MIL-DTL-32135纳米D连接器的广泛配置。 微型和纳米选择非常适合缩小光学应用。

某些秘密军事系统经常在黑暗中使用。在这些应用中,连接器不能反射光,必须易于操作。包括特殊的黑色电镀和拇指缩进通常被设计在这类型连接器中。用户可以在完全黑暗中匹配和断开它们,不需要检测。特殊的隐蔽设计往往在连接器PIN针数上有所不同,但始终尽可能小。由于需要准确的引脚数,快速旋转固体建模系统被用来调整现有的高可靠性纳米D连接器。

机载摄像机的互联面临着自身的特殊挑战。标准要求包括快速和容易匹配的连接器,特别是对于正在记录机载存储模块中数据系统。随着高分辨率能力和帧速率的增加,从摄像机流到存储单元的数字数据量呈指数增长。线缆传输速度需超过5Gb/s才能满足。人们可以考虑使用FireWire电缆(IEEE1394)配备泄放路径,来控制在信号传输速度和潜在的噪音。飞机在高振动环境下运行,如果设计不正确,就会给内联电缆带来电噪声。无人机上的连接器必须保持完整,并在碰撞着陆时达到性能要求。航空航天电子系统必须是小型和轻型的。适应无人机和直升机的系统,轻量级部件的优点在于当设计正确时,它们能够承受更强的冲击。地面远程军事监视系统需要与军用机载摄像机类似的规格。

在标准连接器和定制连接器之间的选择通常是一个时间和成本问题。然而,今天,高可靠性定制标准的变化可以更快,比过去成本更低。大多数标准连接器模型都存在于连接器供应商工厂的实体建模软件中,这意味着系统设计师可以与连接器供应商合作,以适应甚至调整这些连接器的尺寸,满足新的相机和监视系统,而无需付出更多。工程系统将数据发送到三维建模或数控机床,就可以做出产品,在非常短的时间内满足客户要求。

随着尺寸和重量的减小,而数据链接速度的提高,相机的特定应用和互连越来越重要。 图像设计师可以直接与连接器设计师合作,快速为新仪器设计提供可靠的解决方案,保证这些组件将在严苛的应用环境中达到所需要的性能要求。

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