一種旋轉體與固定體之間的高速光學數據傳輸系統的製作方法

2023-06-07 00:29:26 2

專利名稱：一種旋轉體與固定體之間的高速光學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。在公開號為CN101794504A的專利申請中，公開了一種基於光纖通信的數據傳輸 系統，其通過旋轉體上的帶輪帶動同步帶轉動，在帶輪上間隔180度設置兩個雷射準直鏡， 在同步帶上等間隔設置三個雷射準直鏡，同步帶的長度是帶輪周長的1. 5倍，同步帶與帶 輪嚙合180度，保證任意時刻都有一對雷射準直鏡是配合相對的，這樣就將旋轉體帶輪上 的雷射數據傳輸到同步帶上的光纖中。其實，除此之外還有很多方式能夠實現上述功能， 如在帶輪上等間距設置三個雷射準直鏡，在同步帶上也等間距設置三個雷射準直鏡，同步 帶的長度與帶輪周長相等，同步帶與帶輪嚙合120度，這樣同樣可以保證任意時刻都有一對雷射準直鏡是配合相對的，就將旋轉體帶輪上的雷射數據傳輸到同步帶上的光纖中。還 有很多種這樣的設置方式，在這就不一一列出。

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；發射裝置，其設置在旋轉體上；光纖準直鏡，其安裝在發射 裝置中；曲線導軌和滑塊，其中曲線導軌設置在固定體上，滑塊安裝在曲線導軌上；接收裝 置，其設置在滑塊上；光纖耦合鏡，其設置在接收裝置中；光纖旋轉連接器，其設置在固定 體上；光合路器，其設置在固定體上；在旋轉體旋轉過程中，至少有一對發射裝置與接收裝 置相對或嚙合，使得至少有一對光纖準直鏡和光纖耦合鏡相對或嚙合。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，通過光纖將其傳輸出去。其中的發射裝置至少為兩個，發射裝置到旋轉體的中 心均相等。其中的曲線導軌是封閉的，並有一部分曲線導軌與以旋轉體中心為圓心，發射裝 置到該中心的距離為半徑所形成的圓周的一部分圓周重疊，該重疊部分的弧長大於或等於 該圓周上任意兩個相鄰發射裝置之間的弧長。其中的曲線導軌是封閉的，並有一部分曲線 導軌緊貼以旋轉體中心為圓心，發射裝置到該中心的距離為半徑所形成的圓周的一部分圓 周的外側，該部分曲線導軌與旋轉體中心所形成的夾角大於或等於該圓周上任意兩個相鄰 發射裝置與旋轉體圓心形成的夾角。其中的接收裝置設置在曲線導軌上，並且接收裝置之 間用鋼絲緊繃地連接著。其中的光纖旋轉連接器位於曲線導軌所圍成形狀的中間。其中的 發射裝置具有凸錐體結構。其中的接收裝置具有凹錐體結構，其錐角與發射裝置的凸錐體 的錐角相等，接收裝置與發射裝置可以完全嚙合。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旋轉的光纖中的光傳輸到固定的光纖中。


圖1是根據本發明提出的實施例中的數據傳輸系統的原理示意圖；圖2是根據本發明提出的實施例中的發射裝置的剖面圖；圖3是根據本發明提出的實施例中的滑塊和接收裝置的剖面圖； 圖4是根據本發明提出的另一種實施方式的原理示意圖。
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，發射裝置150，光纖準直鏡160，光纖耦合鏡170，接收裝置180，滑塊190，曲線導軌 200，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，發射裝置 150，光纖準直鏡160都安裝在旋轉體110上，旋轉體110是一圓盤狀物體，X光發射裝置120 和X光接收裝置130也安裝在旋轉體110上；曲線導軌200、光纖旋轉連接器220和光合路 器230都安裝在固定體210上，滑塊190安裝在曲線導軌200上，接收裝置180設置在滑塊 190上，光纖耦合鏡170安裝在接收裝置180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160。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160相連接。發射裝置150固定在旋轉體110的圓周上，光纖準直鏡160安裝在發射裝置150 中，沿旋轉體110的徑向發射雷射信號，本實施例中選用2個發射裝置150A和150B，間隔 180度安裝。圖2是發射裝置沿垂直紙面方向的剖視圖，發射裝置具有凸錐體形結構。曲 線導軌200安裝在固定體上，圖3是滑塊和接收裝置沿垂直紙面方向的剖視圖，接收裝置固 定在滑塊上。曲線導軌200的長度是旋轉體110周長的1. 5倍，在曲線導軌200上等間距 安裝3個接收裝置180A，180B和180C，這三個接收裝置之間是用剛性較好的鋼絲緊繃地連 接著，或用其它的材料的線連接接收裝置。如圖3所示，光纖耦合鏡170固定安裝在接收裝 置180中，接收裝置180具有凹錐體形結構，其錐角與發射裝置的凸錐體的錐角相等，在實 際運行中，凸錐體和凹錐體是完全相嚙合的。如圖1所示，接收裝置180A和180B分別與發 射裝置150A和150B相對並嚙合，這時光纖準直鏡160A、160B分別與光纖耦合鏡170A、170B 相對，從而可以進行光傳輸，實現高速光通信。在旋轉體110旋轉時，固定在旋轉體110上 的發射裝置150也隨之旋轉，由於發射裝置與接收裝置錐體的嚙合從而帶動接收裝置180 轉動，從而帶動滑塊190在曲線導軌200上滑動。這樣當發射裝置150A從圖1所示的位置 處順時針旋轉到發射裝置150B所在的位置處的過程中，接收裝置180A也從圖1所示的位 置處向接收裝置180B所在的位置處逆時針旋轉，並且在旋轉過程中，始終保持光纖準直鏡 160A與光纖耦合鏡170A相對，從而保證光纖準直鏡160A發射的雷射信號能完全被光纖耦 合鏡170A獲取到。當發射裝置150A順時針旋轉180度時，發射裝置150B也順時針旋轉180度，這時， 接收裝置180A逆時針旋轉到180B所在的位置處，180C逆時針旋轉到180A所在的位置處， 並與發射裝置150B相對並嚙合，這樣發射裝置與接收裝置交替相對嚙合，從而實現光通信 的不間斷通信。光纖準直鏡160可以將光纖中的光準直成平行光向空間發射，光纖耦合鏡170可 以將空間的平行光聚焦到光纖中，光纖旋轉連接器220可以將旋轉的光纖中的光傳輸到固 定的光纖中，在本發明中採用的是三通道光纖旋轉連接器，光纖旋轉連接器位於曲線導軌 所圍成形狀的中間，可以設置一旋轉機構使得光纖旋轉連接器的旋轉端隨滑塊同步旋轉， 將光纖旋轉連接器的三個固定光纖通道連接到三合一的光合路器230上，合成一路光纖輸 出，輸出到圖像處理裝置中。更為優選的是，可以將光纖耦合鏡170A、170B和170C的光纖都連接到三合一的光纖合路器的三路輸入端上，在光纖耦合鏡170A、170B和170C旋轉時，保證光纖合路器也同 步旋轉，再通過光纖將光纖合路器的一路輸出端連接到一個單通道的光纖旋轉連接器的旋 轉端，並保證光纖旋轉連接器的旋轉端與光纖合路器同步旋轉，這樣就可以用一個單通道 的光纖旋轉連接器來代替三通道的光纖旋轉連接器，從而降低了產品的成本。在本發明中，發射裝置150和光纖準直鏡160的個數優選為2個，接收裝置180和 光纖耦合鏡170的個數優選為3個，但可以根據實際的需要設置任意個數的發射裝置、光纖 準直鏡、光纖耦合鏡和接收裝置。例如如圖4所示，可以設置兩段曲線導軌對稱安裝，這兩 段曲線導軌的長度為旋轉體周長的四分之三，兩個發射裝置間隔90度安裝，採用兩個發射 裝置與六個接收裝置交替嚙合的方法實現不間斷的光通信。最後通過一個二合一的光合路 器將光信號傳輸到圖像處理裝置。發射裝置具有凸錐體形結構，至少為兩個，設置在該旋轉體上，並相隔一定的角 度。雖然本發明的實施例中的曲線導軌長度是旋轉體周長的1. 5倍，但並不局限於此，本領 域技術人員可以採用任何能夠實現本發明的長度的曲線導軌來實現本發明。雖然本發明的實施例中的發射裝置具有凸錐體結構，接收裝置具有凹錐體結構， 它們可以完全嚙合，從而保證安裝在它們中的光纖準直鏡和光纖耦合鏡完全對準，但也可 以採用其它的可以實現光纖準直鏡和光纖耦合鏡完全對直的結構來實現本發明，甚至在機 械結構的精度保證條件之下，發射裝置和接收裝置並不接觸，而是相隔一定的距離，由發射 裝置和接收裝置的承載機構保證它們之間是對準的。
權利要求
一種基於光纖通信的旋轉體和固定體之間的數據傳輸系統，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；發射裝置，其設置在旋轉體上；光纖準直鏡，其安裝在發射裝置中；曲線導軌和滑塊，其中曲線導軌設置在固定體上，滑塊安裝在曲線導軌上；接收裝置，其設置在滑塊上；光纖耦合鏡，其設置在接收裝置中；光纖旋轉連接器，其設置在固定體上；光合路器，其設置在固定體上；在旋轉體旋轉過程中，至少有一對發射裝置與接收裝置相對或嚙合，使得至少有一對光纖準直鏡和光纖耦合鏡相對或嚙合。
2.如權利要求1中所述的數據傳輸系統，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，通過光纖將其傳輸出去。
3.如權利要求1中所述的數據傳輸系統，其中的發射裝置至少為兩個，發射裝置到旋 轉體的中心均相等。
4.如權利要求1中所述的數據傳輸系統，其中的曲線導軌是封閉的，並有一部分曲線 導軌與以旋轉體中心為圓心，發射裝置到該中心的距離為半徑所形成的圓周的一部分圓周 重疊，該重疊部分的弧長大於或等於該圓周上任意兩個相鄰發射裝置之間的弧長。
5.如權利要求1中所述的數據傳輸系統，其中的曲線導軌是封閉的，並有一部分曲線 導軌緊貼以旋轉體中心為圓心，發射裝置到該中心的距離為半徑所形成的圓周的一部分圓 周的外側，該部分曲線導軌與旋轉體中心所形成的夾角大於或等於該圓周上任意兩個相鄰 發射裝置與旋轉體圓心形成的夾角。
6.如權利要求1中所述的數據傳輸系統，其中的接收裝置設置在曲線導軌上，並且接 收裝置之間用鋼絲緊繃地連接著。
7.如權利要求1中所述的數據傳輸系統，其中的光纖旋轉連接器位於曲線導軌所圍成 形狀的中間。
8.如權利要求3中所述的數據傳輸系統，其中的發射裝置具有凸錐體結構。
9.如權利要求5中所述的數據傳輸系統，其中的接收裝置具有凹錐體結構，其錐角與 發射裝置的凸錐體的錐角相等，接收裝置與發射裝置可以完全嚙合。
全文摘要
一種旋轉體和固定體之間的高速光纖數據傳輸系統，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、發射裝置、光纖準直鏡、曲線導軌、滑塊、接收裝置、光纖耦合鏡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G02B6/42GK101982942SQ201010283499
公開日2011年3月2日 申請日期2010年9月16日 優先權日2010年9月16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