一種旋轉體與固定體之間的高速雷射數據傳輸系統的製作方法

2023-10-17 14:41:34

專利名稱：一種旋轉體與固定體之間的高速雷射數據傳輸系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基於光纖通信的旋轉體和固定體之間的高速數據傳輸系統，尤其 涉及適用於工業CT系統、安檢儀和醫用CT系統中的旋轉體和固定體之間的高速數據傳輸 系統。
背景技術：
在工業技術領域中，有很多應用場合需要將旋轉體上的數據信息傳輸到固定體 上，典型的應用如在工業CT系統、安檢儀和醫用CT系統中，在對被檢對象進行檢測時，需要 實時地將旋轉體上檢測到的信息高速高可靠性地傳輸到固定體上。最初的數據傳輸系統是 通過電刷和導電環的方式來實現的，但由於旋轉體在旋轉時電刷和導電環之間的接觸電阻 值在不斷地變化，這種變化會產生很大的信號噪聲，從而降低了數據傳輸的可靠性，因此不 能用來傳輸高速數據信號。特別是在高壓環境下，旋轉體和固定體之間的高壓放電引起的 高壓噪聲更大。另外，由於碳刷和滑環之間的接觸摩擦，也影響了數據傳輸系統的使用壽 命。隨著具有多排X光探測器的高速工業CT系統和醫用CT系統在實際檢測中得到廣 泛應用，系統在單位時間內採集到的檢測數據大大增加，採用碳刷和滑環接觸的方式來實 現數據傳輸是越來越不可靠和理想的了。因此，業界提出了用無線電容耦合的方式來代替 上述的碳刷滑環方式，但是無線電容耦合的電磁場比較容易受到外界電壓、電流和電磁場 的幹擾，因此高速數據傳輸的準確性以及傳輸速率受到限制和影響。為了解決上述的問題，業界還提出了基於光學的信號傳輸系統，如在公開號為 CN101006925A的專利申請中，公開了一種基於光纖的數據傳輸系統，其中，在旋轉體上沿圓 周方向固定若干個電光轉換元件(如雷射二極體)和聚焦透鏡作為信號發射部分，在固定 體上沿圓周方向設置一段有限長度的光纖束來接收發射部分發射的光信號並傳送到光電 轉換元件，保證在實際工作中，至少有一束髮射部分發射的光束能夠落在固定體上的光纖 束上。在公開號為CN 1989905A的專利申請中，同樣公開了一種基於光纖的數據傳輸系統， 與CN101006925A不同的是，這個專利申請中在旋轉體上只設置了一個電光轉換元件(如激 光二極體)和聚焦透鏡作為信號發射部分，在固定體上沿圓周方向布滿光纖來接收發射的 光信號並傳送到光電轉換元件。但上述這兩種系統都採用了較多的雷射器或光纖，成本較 高，實用性受到限制。

發明內容
本發明的目的在於提供一種基於光纖通信的用於旋轉體和固定體之間的高速高 可靠性數據傳輸系統，尤其適用於工業CT、安檢儀和醫用CT的滑環系統中，以實現將旋轉 體上的檢測數據高速高可靠地傳輸到固定體上，該高速高可靠性數據傳輸系統包括數據 採集裝置，其設置在旋轉體上；光纖分路器，其設置在旋轉體上；旋轉發射裝置，其設置在 旋轉體上；旋轉杆機構，其設置在固定體上；光纖旋轉連接器，其設置在該固定體上；光纖
3合路器，其設置在固定體上。其中數據採集裝置具有將X光接收裝置轉換的模擬電信號轉換為數字電信號和 將該數字電信號轉換為數字光信號並通過光纖將其傳輸出去的功能，該數據採集裝置與光 纖分路器相連，將雷射信號分路傳送到旋轉發射裝置中。旋轉發射裝置主要包括旋轉發射套，旋轉發射控制部分和光纖準直鏡。旋轉杆機 構主要包括旋轉控制部分，可伸縮部分，彈簧，接收套和光纖耦合鏡。其中光纖準直鏡可以 將光纖中的光準直成平行光向空間發射，光纖耦合鏡可以將空間的平行光聚焦到光纖中。 光纖旋轉連接器可以將各路旋轉的光纖中的光傳輸到各自對應的固定的光纖中，從而再經 過光纖合路器傳輸到安檢儀或CT系統的圖像處理裝置中。


圖1是本發明所提出的數據傳輸系統的原理示意圖；圖2是本發明的實施例中的發射套與接收套的配合原理圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明所提出的光纖數據傳輸系統包括旋轉體110，數據採集裝置 140，光纖準直鏡150，旋轉發射裝置160，旋轉杆機構170，光纖耦合鏡180，固定體210，光 纖旋轉連接器220和光合路器230。其中，數據採集裝置140和旋轉發射裝置160都安裝 在旋轉體110上，光纖準直鏡150安裝在旋轉發射裝置160的發射套162中，X光發射裝置 120和X光接收裝置130也安裝在旋轉體110上；旋轉杆機構170、光纖旋轉連接器220和 光纖合路器230都安裝在固定體210上，光纖耦合鏡180安裝在旋轉杆機構170的接收套 174中，固定體210最外側的細線表示固定體210的框架。在CT系統的掃查過程中，旋轉體110由電機帶動旋轉，在圖1中沒有示出電機，X 光發射裝置120持續發射X光並隨旋轉體110旋轉，所述的X光穿過位於該X光發射裝置 120和X光接收裝置130之間的被檢對象並被X光接收裝置130所接收到，X光接收裝置 130可以將接收到的X光的能量轉換為模擬電信號，該X光接收裝置130可以為單排或多排 的X光探測器陣列。該X光接收裝置130與數據採集裝置140相連，並將檢測到的模擬電信號傳送到 該數據採集裝置140，經過模數轉換和相應的數據處理後轉換成數字電信號，在高速CT系 統中，數據採集裝置140 —般還包括電光轉換單元141，將數字電信號轉換為數字光信號並 通過光纖傳輸給光纖準直鏡150。在實際的系統中，數據採集裝置140通過光纖分路器與所 有的光纖準直鏡150相連接。旋轉發射裝置160等間距地固定在旋轉體110的圓周上，本實施例中選用4個旋 轉發射裝置160，間隔90度安裝。旋轉發射裝置160主要包括發射旋轉控制部分161、發射 套162和光纖準直鏡150，其中，光纖準直鏡150安裝在發射套162中，發射套162的前端為 錐體狀，發射套162由發射旋轉控制部分161控制而旋轉，發射旋轉控制部分161由控制電 路和電機以及執行機構和拉簧組成。旋轉杆機構170安裝在旋轉體110的右上角45度方向上，距離旋轉體圓心的距離 為^倍的旋轉體半徑。旋轉杆機構170主要包括接收旋轉控制部分171、旋轉杆可伸縮部分172、彈簧173、接收套174和光纖耦合鏡180，其中接收旋轉控制部分171由控制電路和電 機以及執行機構組成，其控制旋轉杆機構170的旋轉；旋轉杆可伸縮部分172為中空管狀， 可自由伸縮，其伸長後的最長長度大於旋轉體110的半徑，收縮後的最短長度小於(V2-1) 倍的旋轉體110半徑；彈簧173安裝在旋轉杆可伸縮部分172中間，與接收套174固定在一 起；接收套174的前端為凹錐體狀，剛好與發射套162的前端相配合；光纖耦合鏡180安裝 在接收套174中。發射套162、接收套174、光纖準直鏡150和光纖耦合鏡180的安裝和配 合如圖2所示。如圖1所示，當旋轉體110逆時針旋轉時，發射旋轉控制部分161控制發射套162 順時針旋轉，並始終對著旋轉杆機構170的旋轉中心，接收旋轉控制部分171控制旋轉杆 可伸縮部分172順時針旋轉，並保證接收套174始終與發射套162相對，在旋轉過程中，發 射套162與接收套174的配合使得旋轉杆可伸縮部分172先收縮再伸長，使得光纖準直鏡 150和光纖耦合鏡180的位置在旋轉過程中不變化。當旋轉發射裝置160A逆時針旋轉到 160D所在的位置時，160B也旋轉到160A所在的位置，這時旋轉杆可伸縮部分172A也旋轉 到172D所在的位置，並且172B旋轉到172A所在的位置，發射套162B與接收套174B開始 配合。當旋轉體110再逆時針旋轉時，即160A從160D的位置處再逆時針旋轉時，發射旋轉 控制部分161中的拉簧拉著發射套162旋轉180度，回到可以與接收套配合的狀態。這樣在旋轉體110的旋轉過程中，接收套與發射套一一配合併接替，始終有接收 套與發射套配合著，從而保證光纖準直鏡和光纖耦合鏡是相對著的，從而保證通信的順暢。 光纖耦合鏡將光信號匯聚到光纖中再傳輸到四芯光纖旋轉連接器220中，光纖旋轉連接器 220將旋轉光纖中的光信號傳輸到固定光纖中，再經過四合一光纖合路器230傳輸到圖像 處理裝置中。在本發明中，旋轉發射裝置160、光纖準直鏡150、光纖耦合鏡180和旋轉杆可伸縮 部分172的個數優選為4個，但可以根據實際的需要設置任意個數的旋轉發射裝置160、光 纖準直鏡150、光纖耦合鏡180和旋轉杆可伸縮部分172，並根據此設定旋轉杆機構與旋轉 體圓心的距離。
權利要求
一種基於光纖通信的旋轉體和固定體之間的高速數據傳輸系統，其特徵在於，該高速數據傳輸系統包括數據採集裝置，其設置在旋轉體上；旋轉發射裝置，其設置在旋轉體上；旋轉杆機構，其設置在固定體上；光纖旋轉連接器，其設置在固定體上；光纖合路器，其設置在固定體上。
2.如權利要求1中所述的高速數據傳輸系統，其中的數據採集裝置將模擬電信號轉換 為數字電信號並將該數字電信號轉換為數字光信號，並通過光纖將其傳輸出去。
3.如權利要求1中所述的高速數據傳輸系統，其中的旋轉發射裝置相隔90度地設置在 該旋轉體上，該旋轉發射裝置主要包括發射旋轉控制部分、發射套和光纖準直鏡，光纖準直 鏡安裝在發射套中。
4.如權利要求1中所述的高速數據傳輸系統，其中的旋轉杆機構主要包括接收旋轉控 制部分、旋轉杆可伸縮部分、彈簧、接收套和光纖耦合鏡，光纖耦合鏡安裝在接收套中。
5.如權利要求1中所述的高速數據傳輸系統，其中發射套為凸錐體結構，接收套為凹 錐體結構，並且發射套的凸錐體與接收套的凹錐體錐角相等。
6.如權利要求1中所述的高速數據傳輸系統，其中當旋轉體旋轉時，在一對發射套和 接收套配合著旋轉90度之後，另一對發射套和接收套開始相配合，並且配合著旋轉90度。
全文摘要
一種旋轉體和固定體之間的高速雷射數據傳輸系統，該系統基於光纖通信技術，適用於工業CT、高端安檢儀或醫用CT的滑環系統中，以實現將旋轉體上的檢測數據高速高可靠地傳輸到固定體上，該系統包括設置在旋轉體上的數據採集裝置、旋轉發射裝置、旋轉杆機構、接收套以及設置在固定體上的光纖旋轉連接器和光合路器。由於本發明採用光纖通信來實現數據的高速傳輸，傳輸速率高、誤碼率低並且抗幹擾能力強，滿足了工業CT、高端安檢儀或醫用CT中大數據量高速傳輸的要求。
文檔編號H04B10/12GK101873174SQ201010212399
公開日2010年10月27日 申請日期2010年6月29日 優先權日2010年6月29日
發明者徐圓飛, 楊繼文, 王稷 申請人:北京航星機器製造公司