光纖旋轉連接裝置及信號傳輸方法
2023-05-15 22:57:51 2
光纖旋轉連接裝置及信號傳輸方法
【專利摘要】一種光纖旋轉連接裝置，包括光纖滑環，貫穿光纖滑環的轉子和定子開設有一個滑環通孔，定子中設置一個道威稜鏡，貫穿道威稜鏡的入射斜面和出射斜面開設有稜鏡通孔，在定子中，在稜鏡通孔的出射斜面外側，設置第一光纖通道，在轉子中，在稜鏡通孔的入射斜面外側與第一光纖通道相應的位置設置第二光纖通道。本發明的光纖旋轉連接裝置，改變了光信號在滑環中的傳輸位置，使得滑環中心軸位置，以及以中心軸為軸線的滑環中心位置可以用於其他信號傳輸介質，使得在同一個滑環的有限安裝空間內完成多種傳輸介質的信號傳輸，大大提高了空間利用效率，使得各種介質滑環有集成利用的可能。還包括一種信號傳輸方法。
【專利說明】光纖旋轉連接裝置及信號傳輸方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種信號傳輸裝置及方法，特別是涉及一種旋轉部件信號傳輸的滑環及方法。
【背景技術】
[0002]在工業設備的高端領域中，多有諸如公轉、自轉等多元相對運動的要求。其中旋轉體需要功能能源以及控制信號源，因此需要在旋轉體與聯接的電器部件間傳輸功能電源、弱電信號、光信號、氣壓、水壓、油壓等不同能源介質，因此必須使用旋轉連通裝置滑環，負責為旋轉體連通、輸送能源與信號的電氣部件。根據傳輸介質來區分，滑環分為電滑環、流體滑環、光滑環。滑環通常安裝在設備的旋轉中心，主要由旋轉與靜止兩大部分組成。旋轉部分連接設備的旋轉結構並隨之旋轉運動，稱為「轉子」，靜止部分連接設備的固定結構的能源，稱為「定子」。使旋轉體在無限旋轉運動的同時，還能進行其它運動、或檢測旋轉狀態下的工作狀況。
[0003]根據使用情況製作成各種特殊外形，混合傳輸電源、光源、流體壓力源，或與其它電氣元件配裝使用，如:特殊異形、超大外形，連體齒輪、鏈輪、皮帶輪、插頭，電源與光源混合，電源與壓力流體混合，配裝光、電、聲、溫傳感器、光纖收發器、壓力表、氣動元件等，組合成一種多功能的電氣件總成，以達到節省空間、簡化設計結構的特殊要求。
[0004]現今絕大多數的光纖旋轉關節(光纖旋轉連接裝置)為共軸旋轉關節，共軸型光纖旋轉關節的旋轉耦合器件位於中心，此類器件的特點是光器件的光軸與互連器件中心軸重合，這種結構可以保證連接器具有簡單的光路，為製作旋轉關節提供較簡便的方法。
[0005]但在動態信號傳輸過程中，有時伴隨氣、油和水等介質的傳輸，如有些雷達信號傳輸過程中要伴隨高壓氣體的傳輸，這些介質需要一個傳輸通道，且該通道經常設置在中心軸的位置；有時在旋轉關節的中心軸的部分需要放置滾軸、轉桶等器件，甚至是人體，其目的是進行拉伸、滾動或掃描等操作。由於中心軸被其他介質或器件佔用，光信號不能沿著與旋轉關節中心軸重合的光軸進行傳輸，而大部分旋轉關節的光傳輸通道都佔據旋轉關節中心軸或附近區域，造成此類光纖旋轉關節不能滿足上述場合的應用。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種光纖旋轉連接裝置，解決光纖旋轉連接裝置只能利用滑環中心軸位置傳送光信號，其他信號傳輸介質無法與光信號在同一個滑環上進行多類型信號傳輸的技術問題。
[0007]本發明的另一個目的是提供一種光纖旋轉連接裝置信號傳輸的方法，解決多傳輸介質共同進行信號傳輸的技術問題。
[0008]本發明的光纖旋轉連接裝置，包括光纖滑環，貫穿光纖滑環的轉子和定子開設有一個滑環通孔，定子中設置一個道威稜鏡，貫穿道威稜鏡的入射斜面和出射斜面開設有稜鏡通孔，在定子中，在稜鏡通孔的出射斜面外側，設置第一光纖通道，在轉子中，在稜鏡通孔的入射斜面外側與第一光纖通道相應的位置設置第二光纖通道，所述第一光纖通道和第二光纖通道的末端分別連接光纖準直器。
[0009]所述滑環通孔的軸線與光纖滑環的軸線重合，道威稜鏡入射斜面與出射斜面的旋轉主軸與滑環通孔的軸線平行，稜鏡通孔的軸線與光纖滑環的軸線重合，稜鏡通孔的內徑與滑環通孔的內徑相同，第一光纖通道和第二光纖通道的軸線重合。
[0010]本發明的光纖旋轉連接裝置，包括光纖滑環，貫穿光纖滑環的轉子和定子開設有一個滑環通孔，定子中設置一個道威稜鏡，所述道威稜鏡設置在滑環通孔孔壁的外側，在定子中，在稜鏡通孔的出射斜面外側，設置第一光纖通道，在轉子中，在稜鏡通孔的入射斜面外側與第一光纖通道相應的位置設置第二光纖通道，所述第一光纖通道和第二光纖通道的末端分別連接光纖準直器。
[0011]道威稜鏡入射斜面與出射斜面的旋轉主軸與滑環通孔的軸線平行，第一光纖通道和第二光纖通道的軸線重合。
[0012]本發明的光纖旋轉連接裝置，包括光纖滑環，貫穿光纖滑環的轉子和定子開設有一個滑環通孔，在定子中設置一個道威稜鏡，所述道威稜鏡為一個圓柱體，圓柱體的中心開設有稜鏡通孔，圓柱體的上端面和下端面向圓柱體的重心傾斜，圓柱體軸線所處截面的形狀為軸對稱的兩個等腰梯形；在定子中，在稜鏡通孔的出射斜面外側，設置第一光纖通道，在轉子中，在稜鏡通孔的入射斜面外側與第一光纖通道相應的位置設置第二光纖通道，所述第一光纖通道和第二光纖通道的末端分別連接光纖準直器。
[0013]所述滑環通孔的軸線與光纖滑環的軸線重合，道威稜鏡入射斜面與出射斜面的旋轉主軸與滑環通孔的軸線平行，稜鏡通孔的軸線與光纖滑環的軸線重合，稜鏡通孔的內徑與滑環通孔的內徑相同，第一光纖通道和第二光纖通道的軸線重合。
[0014]利用光纖滑環進行信號傳輸的方法包括以下步驟:
[0015]Si，在光纖滑環上貫穿轉子和定子開設有一個與光纖滑環中心軸線重合的滑環通孔；
[0016]s2，在定子中設置入射斜面與出射斜面的旋轉主軸與滑環通孔的軸線平行的道威稜鏡，貫穿道威稜鏡的入射斜面和出射斜面開設有與滑環通孔相同孔徑和軸線的稜鏡通孔；
[0017]S3，在道威稜鏡的入射斜面和出射斜面的外側的相應位置，在定子中設置有一個光纖通道，在轉子中設置有另一個光纖通道；
[0018]S4,在各光纖通道末端連接光纖準直器。
[0019]s5,轉子旋轉,光信號通過道威稜鏡傳輸；
[0020]s6，其他信號傳輸介質通過滑環通孔傳輸信號。
[0021]所述步驟s2，可以替換為以下步驟:
[0022]在定子中設置入射斜面與出射斜面的旋轉主軸與滑環通孔的軸線平行的道威稜鏡，道威稜鏡環繞在滑環通孔的孔壁外側。
[0023]步驟s2中所述道威稜鏡為一個圓柱體，圓柱體的中心開設有稜鏡通孔，稜鏡通孔的軸線與光纖滑環的軸線重合，圓柱體的上端面和下端面向圓柱體的重心傾斜，圓柱體軸線所處截面的形狀為軸對稱的兩個等腰梯形。
[0024]本發明的光纖旋轉連接裝置，改變了光信號在滑環中的傳輸位置，使得滑環中心軸位置，以及以中心軸為軸線的滑環中心位置可以用於其他信號傳輸介質，使得在同一個滑環的有限安裝空間內完成多種傳輸介質的信號傳輸，大大提高了空間利用效率，使得各種介質滑環有集成利用的可能。圓柱形的空心道威稜鏡的應用，利用迴轉體代替了慣用的道威稜鏡結構，大大降低了滑環中光學器件的加工難度。
[0025]本發明的信號傳輸方法可以最大的提高上述滑環的信號傳輸效率，為光信號傳輸以及其他信號傳輸介質提供更加靈活的路由解決方案。
[0026]下面結合附圖對本發明的實施例作進一步說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為本發明光纖旋轉連接裝置的結構示意圖(一)；
[0028]圖2為本發明光纖旋轉連接裝置的結構示意圖(二)；
[0029]圖3為本發明光纖旋轉連接裝置中道威稜鏡的一種結構。。
【具體實施方式】
[0030]如圖1和圖2所示，本實施例中的光纖滑環上貫穿轉子01和定子02開設有一個滑環通孔03，滑環通孔03的軸線與光纖滑環的軸線重合，在定子02中設置一個道威稜鏡04，道威稜鏡04入射斜面與出射斜面的旋轉主軸與滑環通孔03的軸線平行，貫穿道威稜鏡04的入射斜面和出射斜面開設有稜鏡通孔05，稜鏡通孔05的軸線與光纖滑環的軸線重合，稜鏡通孔05的內徑與滑環通孔03的內徑相同。
[0031]在定子02中，在稜鏡通孔05的出射斜面外側，設置第一光纖通道06，在轉子01中，在稜鏡通孔05的入射斜面外側與第一光纖通道06相應的位置設置第二光纖通道07，第一光纖通道06和第二光纖通道07的軸線重合。
[0032]第一光纖通道06和第二光纖通道07的末端可以分別連接光纖準直器。
[0033]本實施例利用道威稜鏡04的全反射特性改變了光信號的傳輸路徑，使得光信號的傳輸可以避開光纖滑環的滑環通孔03區域，在保證光信號傳輸質量的同時，將該區域預留給其他信號傳輸介質及傳輸結構，實現了單一光纖滑環中傳輸信號的多樣性。
[0034]利用光纖準直器可以保證輸入光信號到達道威稜鏡04入射斜面時為平行光，道威稜鏡04出射斜面輸出的平行光可以耦合入光纖通道，進而使得在光線好的傳輸過程中能量集中，衰耗較少。
[0035]在上述實施例基礎上，道威稜鏡04可以設置在滑環通孔03孔壁的外側，避免在道威稜鏡04上開設稜鏡通孔05降低加工難度。這樣在例如扁盒滑環形狀下，可以環繞滑環通孔03孔壁設置多個道威稜鏡04及相應的光纖通道，提高光信號傳輸效率，優化傳輸路徑。
[0036]利用光纖滑環進行信號傳輸的方法包括以下步驟:
[0037]Si，在光纖滑環上貫穿轉子01和定子02開設有一個與光纖滑環中心軸線重合的滑環通孔03 ；
[0038]s2，在定子02中設置入射斜面與出射斜面的旋轉主軸與滑環通孔03的軸線平行的道威稜鏡04，貫穿道威稜鏡04的入射斜面和出射斜面開設有與滑環通孔03相同孔徑和軸線的稜鏡通孔05;
[0039]s3，在道威稜鏡04的入射斜面和出射斜面的外側的相應位置，在定子02中設置有一個光纖通道，在轉子Ol中設置有另一個光纖通道；
[0040]s4,在各光纖通道末端連接光纖準直器。
[0041]s5，通過轉子的旋轉或周期旋轉，光信號周期性通過道威稜鏡04傳輸；
[0042]s6，其他信號傳輸介質通過滑環通孔03傳輸信號。
[0043]利用本方法可以將光纖滑環的中心軸線區域分配給其他信號傳輸介質和傳輸結構。
[0044]對於步驟s2，可以替換為以下步驟:
[0045]在定子02中設置入射斜面與出射斜面的旋轉主軸與滑環通孔03的軸線平行的道威稜鏡04，道威稜鏡04環繞在滑環通孔03的孔壁外側。這樣的稜鏡設置可以適應特定的滑環形狀，例如扁盒狀。
[0046]如圖3所示，對於步驟s2中的道威稜鏡04可以為一個圓柱體，圓柱體的中心開設有稜鏡通孔05，圓柱體的上端面和下端面向圓柱體的重心傾斜，圓柱體軸線所處截面的形狀為軸對稱的兩個等腰梯形；在定子02中，在稜鏡通孔05的出射斜面外側，設置第一光纖通道06，在轉子01中，在稜鏡通孔05的入射斜面外側與第一光纖通道06相應的位置設置第二光纖通道07，所述第一光纖通道06和第二光纖通道07的末端分別連接光纖準直器。滑環通孔03的軸線與光纖滑環的軸線重合，道威稜鏡04入射斜面與出射斜面的旋轉主軸與滑環通孔03的軸線平行，稜鏡通孔05的軸線與光纖滑環的軸線重合，稜鏡通孔05的內徑與滑環通孔03的內徑相同，第一光纖通道06和第二光纖通道07的軸線重合。
[0047]以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，並非對本發明的範圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種光纖旋轉連接裝置，包括光纖滑環，其特徵在於:貫穿光纖滑環的轉子(01)和定子(02)開設有一個滑環通孔(03)，定子(02)中設置一個道威稜鏡(04)，貫穿道威稜鏡(04)的入射斜面和出射斜面開設有稜鏡通孔(05)，在定子(02)中，在稜鏡通孔(05)的出射斜面外側，設置第一光纖通道(06)，在轉子(01)中，在稜鏡通孔(05)的入射斜面外側與第一光纖通道(06)相應的位置設置第二光纖通道(07),所述第一光纖通道(06)和第二光纖通道(07)的末端分別連接光纖準直器。
2.根據權利要求1所述的光纖旋轉連接裝置，其特徵在於:所述滑環通孔(03)的軸線與光纖滑環的軸線重合，道威稜鏡(04)入射斜面與出射斜面的旋轉主軸與滑環通孔(03)的軸線平行，稜鏡通孔(05)的軸線與光纖滑環的軸線重合，稜鏡通孔(05)的內徑與滑環通孔(03)的內徑相同，第一光纖通道(06)和第二光纖通道(07)的軸線重合。
3.一種光纖旋轉連接裝置，包括光纖滑環，其特徵在於:貫穿光纖滑環的轉子(01)和定子(02)開設有一個滑環通孔(03)，定子(02)中設置一個道威稜鏡(04)，所述道威稜鏡(04 )設置在滑環通孔(03 )孔壁的外側，在定子(02 )中，在稜鏡通孔(05 )的出射斜面外側，設置第一光纖通道(06 )，在轉子(OI)中，在稜鏡通孔(05 )的入射斜面外側與第一光纖通道(06)相應的位置設置第二光纖通道(07)，所述第一光纖通道(06)和第二光纖通道(07)的末端分別連接光纖準直器。
4.根據權利要求3所述的光纖旋轉連接裝置，其特徵在於:道威稜鏡(04)入射斜面與出射斜面的旋轉主軸與滑環通孔(03)的軸線平行，第一光纖通道(06)和第二光纖通道(07)的軸線重合。
5.一種光纖旋轉連接裝置，包括光纖滑環，其特徵在於:貫穿光纖滑環的轉子(01)和定子(02)開設有一個滑環通孔(03)，在定子(02)中設置一個道威稜鏡(04)，所述道威稜鏡(04)為一個圓柱體,圓柱體的中心開設有稜鏡通孔(05),圓柱體的上端面和下端面向圓柱體的重心傾斜，圓柱體軸線所處截面的形狀為軸對稱的兩個等腰梯形；在定子(02)中，在稜鏡通孔(05)的出射斜面外側，設置第一光纖通道(06)，在轉子(01)中，在稜鏡通孔(05)的入射斜面外側與第一光纖通道(06)相應的位置設置第二光纖通道(07)，所述第一光纖通道(06)和第二光纖通道(07)的末端分別連接光纖準直器。
6.根據權利要求5所述的光纖旋轉連接裝置，其特徵在於:所述滑環通孔(03)的軸線與光纖滑環的軸線重合，道威稜鏡(04)入射斜面與出射斜面的旋轉主軸與滑環通孔(03)的軸線平行，稜鏡通孔(05)的軸線與光纖滑環的軸線重合，稜鏡通孔(05)的內徑與滑環通孔(03)的內徑相同，第一光纖通道(06)和第二光纖通道(07)的軸線重合。
7.利用光纖滑環進行信號傳輸的方法包括以下步驟: Si，在光纖滑環上貫穿轉子(01)和定子(02)開設有一個與光纖滑環中心軸線重合的滑環通孔(03); s2，在定子(02)中設置入射斜面與出射斜面的旋轉主軸與滑環通孔(03)的軸線平行的道威稜鏡(04)，貫穿道威稜鏡(04)的入射斜面和出射斜面開設有與滑環通孔(03)相同孔徑和軸線的稜鏡通孔(05)； s3，在道威稜鏡(04)的入射斜面和出射斜面的外側的相應位置，在定子(02)中設置有一個光纖通道，在轉子(01)中設置有另一個光纖通道； s4,在各光纖通道末端連接光纖準直器。s5,轉子旋轉,光信號通過道威稜鏡(04)傳輸； s6，其他信號傳輸介質通過滑環通孔(03)傳輸信號。
8.根據權利要求7所述的信號傳輸方法，其特徵在於:所述步驟s2，可以替換為以下步驟: 在定子(02)中設置入射斜面與出射斜面的旋轉主軸與滑環通孔(03)的軸線平行的道威稜鏡(04)，道威稜鏡(04)環繞在滑環通孔(03)的孔壁外側。
9.根據權利要求7所述的信號傳輸方法，其特徵在於:步驟s2中所述道威稜鏡(04)為一個圓柱體，圓柱體的中心開設有稜鏡通孔(05)，稜鏡通孔(05)的軸線與光纖滑環的軸線重合，圓柱體的上端面和下端面向圓柱體的重心傾斜，圓柱體軸線所處截面的形狀為軸對稱的兩個等腰梯形。
【文檔編號】G02B6/38GK103837941SQ201410069998
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月27日 優先權日:2014年2月27日
【發明者】陸兆輝 申請人:中國電子科技集團公司第八研究所