一種用於滑環的高速光學數據傳輸系統的製作方法

2023-05-02 08:17:26

專利名稱：一種用於滑環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空間雷射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空間雷射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；旋轉連杆裝置，其設置在旋轉體上；雷射發射裝置，其 設置在旋轉連杆裝置上；滑道裝置，其設置在固定體上；接收裝置，其設置在該固定體上。
其中數據採集裝置與雷射發射裝置相連，具有將X光接收裝置轉換的模擬電信號 轉換為數字電信號的功能。雷射發射裝置具有將數字電信號轉換為數字光信號通過空間傳輸出去。旋轉連杆裝置間隔90度安裝在旋轉體上，旋轉連杆裝置可以在一定角度範圍內 旋轉，該角度範圍至少大於180度。本發明中的滑道裝置由第一滑道、第二滑道和限位滑道組成，滑道是光滑並且曲 率變化連續的，限位滑道位於第一滑道和第二滑道交接處。接收裝置用於接收發射裝置發射的雷射信號，並將其傳輸給圖像處理裝置。


圖1是本發明所提出的數據傳輸系統的原理示意圖；圖2是旋轉連杆裝置旋轉到兩段滑道交接處時的側視圖；圖3是圖1中一種接收裝置的側視圖；圖4是本發明另一種實施例的原理圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明所提出的空間雷射數據傳輸系統包括旋轉體110，數據採集裝 置140，雷射發射裝置150，旋轉連杆裝置160，滑道裝置170，接收裝置180和固定體200。 其中，數據採集裝置140和旋轉連杆裝置160安裝在旋轉體110上，雷射發射裝置150安裝 在旋轉連杆裝置160上，X光發射裝置120和X光接收裝置130也安裝在旋轉體110上；滑 道裝置170和接收裝置180安裝在固定體200上。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。數據採集裝置 140再將轉換後的數字電信號傳輸給所有的雷射發射裝置150。雷射發射裝置150將數字電信號轉換為數字光信號，通過雷射二極體將其發射出 去，在雷射二極體前加上準直鏡以實現光束的準直發射。旋轉連杆裝置160主要由大滾輪161，小滾輪162，限位裝置163，軸承164，支撐座 165，連杆166，拉簧167組成，如圖2所示。拉簧167始終具有讓連杆166繞著軸承164在圖 1中逆時針旋轉的力，以保證連杆166在圖1中具有逆時針旋轉的趨勢，但限位裝置163限 定連杆166隻能逆時針旋轉到圖1中160A，160B和160C所示的位置處，即雷射發射裝置發 射的雷射光線與旋轉體110圓心到軸承164中心的連線垂直。大滾輪161與滑道裝置170 配合，當旋轉發射裝置160在接收裝置180右邊區域時，大滾輪161與第一滑道170A配合， 第一滑道170A支撐著大滾輪161，當旋轉發射裝置160在接收裝置180左邊區域時，大滾 輪161與第二滑道170B配合，第二滑道170B壓著大滾輪161。如圖1所示，當旋轉體110逆時針旋轉到圖1所在的位置時，拉簧167拉著連杆166，但限位裝置163限定連杆166隻 能旋轉到如圖1所示的位置處，剛好這個位置雷射發射裝置發射的雷射對準接收裝置的中 心，旋轉體110逆時針旋轉時，第一滑道170A支撐著大滾輪161，使得旋轉連杆裝置160在 隨著旋轉體110逆時針旋轉時，連杆166順時針旋轉，並帶動雷射發射裝置150A也同樣順 時針旋轉，設定第一滑道170A的形狀，使得雷射發射裝置150A在旋轉過程中始終對著接收 裝置180的中心位置。當旋轉連杆裝置160旋轉到兩段滑道的交接處時，這時兩段滑道對大滾輪161都 沒有約束，為了防止在這個時刻拉簧167將連杆166拉偏到左邊，在兩段滑道的中間設置一 小段限位滑道170C，這時，限位滑道170C支撐著小滾輪162，以保證旋轉體110再逆時針旋 轉時，旋轉體110上的支撐座165先於大滾輪161逆時針旋轉，從而保證第二滑道170B壓 著大滾輪161，從而壓著連杆166順時針旋轉，設定第二滑道170B的形狀，使得雷射發射裝 置150A在旋轉過程中始終對著接收裝置180的中心位置。當雷射發射裝置150A旋轉到150D所在的位置時，也變成與150D —樣的狀態了， 這時，150B也旋轉到150A所在的位置處，可以開始下一次的通訊了，當150A旋轉到150D之 後的位置時，拉簧167拉著連杆166逆時針旋轉，使其旋轉到如圖1中虛線所表示的狀態， 並以這個狀態再次旋轉到150A所在的位置。這樣，四個雷射發射裝置150A，150B, 150C, 150D交替進行數據通訊，從而保證通 訊的不間斷性。接收裝置180是一個雷射檢測器，該雷射檢測器具有檢測面，可以檢測到雷射發 射裝置150發射的雷射信號，接收裝置180將檢測到的信號再傳輸給圖像處理裝置190，以 供處理。接收裝置180也可以是一個如圖3所示的裝置，圖3是圖1中一種接收裝置的側 視圖，接收裝置180具有錐體狀反射體181，聚焦透鏡182和雷射檢測器183，雷射發射裝置 發射的雷射經過錐體狀反射體181的反射後，反射到聚焦透鏡182的有效區域內，再經過聚 焦透鏡182的聚焦匯聚到雷射檢測器上，雷射檢測器再將檢測到的信號傳輸到圖像處理裝置中。在本發明中，旋轉連杆裝置160和雷射發射裝置150的個數優選為4個，滑道裝置 的個數優選為1個，接收裝置180的個數為1個，但可以根據實際的需要設置任意個數的 旋轉連杆裝置160、雷射發射裝置150、滑道裝置170和接收裝置180，如兩個旋轉連杆裝置 160、兩個雷射發射裝置150和兩個接收裝置180，以及四段滑道170A、170B、170D、170E，如 圖4所示，虛線狀的旋轉連杆裝置表示旋轉過程中出現的位置。
權利要求
一種基於空間雷射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；旋轉連杆裝置，其設置在旋轉體上；雷射發射裝置，其設置在旋轉連杆裝置上；滑道裝置，其設置在固定體上；接收裝置，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。
3.如權利要求1中所述的高速數據傳輸系統，其中的旋轉連杆裝置均布在該旋轉體 上，由大滾輪，小滾輪，限位裝置，軸承，支撐座，連杆，拉簧組成，並且旋轉連杆裝置可以在 一定角度範圍內旋轉，該角度範圍至少大於180度。
4.如權利要求1中所述的高速數據傳輸系統，其中的雷射發射裝置將數字電信號轉換 為數字光信號並通過空間傳輸出去。
5.如權利要求1中所述的高速數據傳輸系統，其中的滑道裝置由第一滑道、第二滑道 和限位滑道組成，滑道是光滑並且曲率變化連續的，限位滑道位於第一滑道和第二滑道的 交接處。
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，滑道裝置引導旋 轉連杆裝置旋轉，使得雷射發射裝置始終對著接收裝置的中心位置，並且當一個旋轉連杆 裝置將要旋轉出滑道作用區域時，另一個旋轉連杆裝置旋轉到滑道作用區域。
7.如權利要求1中所述的高速數據傳輸系統，其中的接收裝置為雷射檢測器。
全文摘要
一種旋轉體和固定體之間的雷射數據傳輸系統，該系統基於空間雷射通信技術，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、旋轉連杆裝置、雷射發射裝置以及設置在固定體上的滑道裝置和接收裝置。由於本發明採用空間雷射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G01N23/00GK101884547SQ20101022735
公開日2010年11月17日 申請日期2010年7月15日 優先權日2010年7月15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