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Slip rings con tecnologia a blocchi conduttivi (conductive blocks)<\/h2>\n\n
Gli Slip Ring conductive blocks (detti anche slip rings carbon brush) \u00e8 probabilmente la pi\u00f9 semplice. Viene impiegata soprattutto per applicazioni a basso contenuto tecnologico, tipicamente per trasmissione di potenza o segnali semplici. Le spazzole sono composte da blocchi modellati in modo tale da entrare in contatto con gli anelli. I materiali dei blocchi variano dalla pi\u00f9 classica grafite per la trasmissione di potenza, alle pi\u00f9 complesse leghe in metalli preziosi per la trasmissione di segnali. Le spazzole sono tipicamente caricate tramite una molla per mantenere costante il contatto anche in caso di shock e vibrazioni e per compensare il consumo dei blocchi nel tempo. L\u2019elevata usura di questa tecnologia porta alla necessit\u00e0 di manutenzione a intervalli regolari per evitare il ristagno della polvere conduttiva nello slip ring. <\/p>\n\n Questa tipologia \u00e8 stata la pi\u00f9 utilizzata in passato grazie alle performance che possono essere raggiunte in dimensioni contenute. Questa tecnologia non prevede l\u2019utilizzo di spazzole o anelli. Al loro posto \u00e8 utilizzato un metallo liquido che, essendo un conduttore, garantisce la trasmissione tra la parte statica e quella in rotazione. Il metallo liquido pi\u00f9 utilizzato \u00e8 stato il mercurio, ora sostituito a volte con una lega di Gallio (Ga).<\/p>\n\n Ad oggi, questa tecnologia \u00e8 usata da pochi mercati per le limitazioni imposte dalla normativa RoHS sull\u2019uso dei metalli pesanti e la loro natura tossica in caso di perdite.<\/p>\n\n Questa tipologia \u00e8 attualmente la pi\u00f9 utilizzata per la flessibilit\u00e0 intrinseca di utilizzo che ne permette l\u2019impiego in un vasto ventaglio di applicazioni dalla trasmissione di potenze elevate a quelle di segnali ad alta frequenza. Le spazzole possono essere monofilari per piccoli Slip Rings capsule (con carcassa), o multifilari per Slip Rings pi\u00f9 grandi. La tecnologia di Slip Rings a spazzole multifilari \u00e8 la pi\u00f9 indicata in termini di qualit\u00e0 di contatto e durata; usura e polvere sono limitate grazie alla poca frizione tra i contatti.<\/p>\n\n Le spazzole multifilari sono composte da un fascio di sottili filamenti metallici a garanzia di un contatto di qualit\u00e0 e usura limitata grazie all\u2019elevato grado di flessibilit\u00e0. Anche in questo caso, come per la tecnologia a blocchetti conduttivi, possono essere utilizzati diversi materiali di contatto e substrati per garantire performance migliori. Solitamente vengono utilizzate leghe di acciaio o di altri metalli poveri per la trasmissione di potenza e una lega di oro temperata \u00e8 utilizzata per la trasmissione di segnali elettrici. Questa differenza d\u2019impiego di materiali \u00e8 dovuta fondamentalmente per le migliori capacit\u00e0 conduttive dell\u2019oro nel tempo, in quanto non teme l\u2019ossidazione.<\/p>\n\n Gli Slip Ring Wireless, sono una tipologia nuova sul mercato. Il principo di base \u00e8 l\u2019accoppiamento capacitivo o induttivo per la trasmissione di potenza e segnali eccitando le bobine (o coils) attraverso la fornitura ad alta frequenza senza contatto tra la parte rotativa e quella statica, le quali, all\u2019occorrenza, possono anche essere tenute separate da materiali appositi. Generalmente, l\u2019efficienza \u00e8 minore se comparate ad altre tecnologie ed \u00e8 direttamente proporzionale alla distanza tra le due parti. A dire il vero, questa ticonologia non ha ancora conosciuto un grado di sviluppo cos\u00ec elevato sul mercato, il vantaggio principale \u00e8 l\u2019assenza di usura e la possibilit\u00e0 di avere un elevato grado di tenuta\/protezione. Gli svantaggi sono la bassa potenza fino a 150W, la bassa efficienza e la necessit\u00e0 di installare un\u2019elettronica attiva in grado di eccitare la bobina. La trasmissione dei fieldbus \u00e8 solitamente ottenuta attraverso un modulo wifi o bluetooth integrato nell\u2019elettronica. Questo vuol dire che per ogni fieldbus hai bisogno di un modulo dedicato, modulo che, nel caso non fosse disponibile, dovrebbe essere sviluppato. Questa tipologia di Slip Rings pu\u00f2 venire impiegata in mercati di nicchia caratterizzati da elevate velocit\u00e0 di rotazione e difficile manutenzione.<\/p>\n\n Un giunto rotante a fibra ottica \u00e8 l’equivalente ottico di uno Slip Ring elettrico. Questi dispositivi permettono una rotazione continua di una o pi\u00f9 fibre ottiche, mantenendo inalterati i segnali trasmessi lungo l’asse di trasmisione delle fibre. I FORJ sono ampiamente utilizzati nei sistemi medicali (OCTs) ed in altri diverse applicazioni dove \u00e8 essenziale che le fibre ottiche non si intreccino.
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\nEsistono centinaia di brevetti per la gestione dei FORJ a 2 o pi\u00f9 canali ma solo alcune sono realizzabili a costi accettabili dal mercato.
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\nI FORJ sono quindi componenti passivi con una funzione ben precisa: assicurare che la trasmissione sulla fibra ottica avvenga nel miglior modo possibile, con le minime perdite mentre una delle due estremit\u00e0 \u00e8 in rotazione. Per valutare la qualit\u00e0 di un FORJ ci sono parametri fondamentali da tenere in considerazione, nella fattispecie:<\/p>\n\n Per i FORJ a singolo canale (che esso sia SM o MM), la struttura meccanica abbastanza semplice permette di avere dimensioni molto compatte, alte velocit\u00e0 di rotazione (tipicamente fino a 10000 RPM) ed una elevata affidabilit\u00e0 con un degrado delle prestazioni praticamente inesistente.
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\nLa struttura meccanica dei FORJ a pi\u00f9 canali invece, \u00e8 assai pi\u00f9 complicata e richiede degli allineamenti ottici che tipicamente sono eseguiti manualmente ove siano necessarie performance molto elevate.
\nPur non portando ad una completa mancanza di segnale, un allineamento scorretto produce degli effetti indesiderati di ordine secondario, come potrebbero essere degli IL o RL fortemente dipendenti dalla lunghezza d’onda trasmessa, alte PMD (Polarization Mode Dispertion) e problemi di Crosstalk, ovvero interferenze tra i diversi canali ottici. Tipicamente si possono accettare differenze di 0.5-1 dB sull’IL per lunghezze d’onda da 1310 nm a 1550 nm. Allo stesso modo, il PMD \u00e8 la misura dell’allungamento di un impulso, dovuto alla diversa velocit\u00e0 di trasmissione dei modi ortogonali di polarizzazione. Il PMD non \u00e8 considerato se la banda di trasmissione \u00e8 inferiore a 1 Gbit\/s.
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\nUn altro parametro importante nella scelta di un FORJ \u00e8 sicuramente la dimensione. Il FORJ \u00e8 un componente che tipicamente viene integrato in altri dispositivi rotanti (Slip Ring, Rotary Joint a radiofrequenza, ecc.) occupando l centro del sistema rotante. La dimensione del FORJ quindi, influir\u00e0 significativamente su quello che saranno le dimensioni finali del sistema finito. Un FORJ pi\u00f9 piccolo influir\u00e0 positivamente sul costo del sistema finale.
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\nI FORJ possono anche essere utilizzati in applicazioni sottomarine, dove \u00e8 necessaria una compensazione per l’aumento di pressione dovuto alla profondit\u00e0. Lo stesso liquido di riempimento pu\u00f2 essere sfruttato come liquido di lubrificazione e per matchare i coefficienti all’interfaccia rotore\/statore.<\/p>\n\nPro<\/strong><\/td> Contro<\/strong><\/td><\/tr> Elevata densit\u00e0 di potenza per singolo circuito<\/td> Continua manutenzione<\/td><\/tr> Facilmente personalizzabile comprando separatamente solo spazzole e anelli costruendo la meccanica in casa<\/td> Non adatto per segnali complessi quali encoder, bus di campo, ecc.<\/td><\/tr> Economici<\/td> Possono presentarsi scintille tra i circuiti in presenza di polveri<\/td><\/tr> <\/td> Elevata variazione della resistenza dinamica (rumore)<\/td><\/tr> <\/td> Le dimensioni dei circuiti di contatto sono simili a quelle di potenza<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n ![\"\"](\"https:\/\/servotecnica.com\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/conductive-blocks-en.webp\")
<\/figure><\/div>\n\nMetalli liquidi<\/h2>\n\n
Pro<\/strong><\/td> Contro<\/strong><\/td><\/tr> Circuiti ad alta densit\u00e0 di corrente<\/td> Limitazioni RoHS<\/td><\/tr> Alta densit\u00e0 di corrente elettrica<\/td> Configurazione complessa con pi\u00f9 di 10 circuiti<\/td><\/tr> Economici<\/td> <\/td><\/tr> Non richiede manutenzione<\/td> <\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n ![\"\"](\"https:\/\/servotecnica.com\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/metal-liquid-slip-rings-mercury-en.webp\")
<\/figure><\/div>\n\nSpazzole filari (fiber brush)<\/strong><\/h2>\n\n
Pro<\/strong><\/td> Contro<\/strong><\/td><\/tr> Ottimo rapporto volume-corrente<\/td> Soggetto ad usura (anche se minima)<\/td><\/tr> Non richiede manutenzione<\/td> Prezzo superiore a quelli a blocchetti conduttivi<\/td><\/tr> Trasmissione di segnali elettrici ad elevata frequenza fino a 10GHz<\/td> <\/td><\/tr> Nessuna limitazione RoHS<\/td> <\/td><\/tr> Poca variazione della resistenza dinamica (rumore)<\/td> <\/td><\/tr> Nessuna scintilla \/ polvere<\/td> <\/td><\/tr> Sono possibili configurazioni complesse fino a centinaia di circuiti<\/td> <\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n ![\"\"](\"https:\/\/servotecnica.com\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/slip-rings-fiber-brush-EN.webp\")
<\/figure><\/div>\n\nSlip Rings Wireless o Contactless<\/h2>\n\n
Pro<\/strong><\/td> Contro<\/strong><\/td><\/tr> Non ha usura<\/td> Bassa potenza<\/td><\/tr> Non richiede manutenzione<\/td> Bassa efficienza<\/td><\/tr> Alto grado di protezione<\/td> Elettronica attiva<\/td><\/tr> <\/td> Poca possibilit\u00e0 di personalizzazione <\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n ![\"\"](\"https:\/\/servotecnica.com\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/slip-rings-wireless-contactless-en.webp\")
<\/figure><\/div>\n\nTabella riassuntiva sulle diverse tecnologie di Slip Rings<\/h2>\n\n
Type<\/strong><\/td> Power<\/strong><\/td> Signals<\/strong><\/td> Speed<\/strong><\/td> Circuit Density<\/strong><\/td> Lifetime<\/strong><\/td> Custom<\/strong><\/td> Costs<\/strong><\/td><\/tr> Conductive blocks<\/td> +++<\/td> +<\/td> ++<\/td> +<\/td> +<\/td> +++<\/td> +++<\/td><\/tr> Liquid metal<\/td> ++<\/td> +<\/td> ++<\/td> ++<\/td> +<\/td> +<\/td> ++<\/td><\/tr> Fiber brush<\/td> ++<\/td> +++<\/td> ++<\/td> +++<\/td> ++<\/td> +++<\/td> ++<\/td><\/tr> Wireless<\/td> +<\/td> ++<\/td> +++<\/td> +<\/td> +++<\/td> +<\/td> +<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n Slip Rings a Fibra Ottica (o FORJ – Fiber Optic Rotary Joints)<\/h2>\n\n
![\"\"](\"https:\/\/servotecnica.com\/wp-content\/uploads\/2023\/03\/how-does-a-fiber-optic-slip-ring-work.webp\")
<\/figure><\/div>\n\n