[发明专利]一种用于旋转关节的光信号传输系统及方法

说明书

本发明提供一种用于旋转关节的光信号传输系统及方法。该系统包括：中空圆柱形转子，中空圆柱形定子，分别设置在所述转子和所述定子内圆柱壁上的多组光电探测器，若干光信号源以及光信号收发通道。光信号源中发出的光束经过光信号收发通道到达相应的光电探测器，由所述相应的光电探测器把光信息转换为电信号。所述光信号传输系统中光信号进行双工对称通信，没有上行链路和下行链路的区分。本发明提供的技术方案可容易地拓展成多通道双工通信的光信号传输系统，没有光纤旋转关节的轴磨损和光纤耦合问题，通信可靠且工作寿命长。

技术领域

本发明属于光通信领域，具体涉及一种用于旋转关节的光信号传输系统。

背景技术

旋转关节的信息传输设备一般应用在滑环设备，活动关节的信息传输/活动关节的光雷达也是其应用的范围。滑环设备的旋转端和固定端的电气连接，供电、信号均是通过导电滑环来传输。滑环设备的导电滑环触点与环体长期摩擦，将导致信号传导性能下降、可靠性低、抗电磁干扰能力差，这将造成通过滑环的高速传输的数字信号急剧衰减，使得通信将变得不可靠。

光纤滑环是在传统的导电环中加装光纤旋转连接器，通过机械拔插机构进行柔性连接，光纤滑环中选用光纤准直器、道威棱镜、微型精密轴系、机械连接及调整机构组成，特别对于多通道光纤滑环制造成本非常高。光纤滑环具有以下优点：(1)用光纤传递信号，无泄密，无电磁干扰，可以远距离传输；(2)产生的灰尘少，寿命长；(3)体积小、重量轻，不锈钢材料；(4)损耗小(1.0dB)、旋转速率高(1000rpm)。但是由于多通道的光纤滑环之间轴系需要精密对准，而长时间齿轮的磨损将导致光纤收发对准出现问题，影响信息传输的可靠性。

现阶段旋转关节光信号传输系统存在以下不足：

1.空间光信息的双工信息传输过程中，其中一个方向光损耗大，存在双向光束的波长的规划导致光波长固定不够灵活，光信号传输系统中上下行链路不对称。

2、存在长时间齿轮的磨损将导致光纤收发对准出现问题，进而造成光纤滑环使用寿命缩短。

发明内容

为了克服旋转关介光信号传输系统存在的上述不足，本发明提供的一种用于旋转关节的光信号传输系统。通过本发明提供的技术方案克服现有旋转机构光信号传输系统中上下行链路不对称的问题、达到双工对称，并且无上下行波长的规划约束，通信波长的设置灵活；并延长旋转关节光信号传输系统的使用寿命。

本发明提供的技术方案具体实现为：一种用于旋转关节的光信号传输系统，该系统包括：中空圆柱形转子，与所述转子通过轴承衔接的中空圆柱形定子，分别设置在转子和定子内表面的多组光电探测器及调理电路，由中空圆锥形体和聚束透镜组成、完全相同的两组聚束光路，若干光信号源，两个相同的分光镜及两个托盘。其中、所述转子、定子相对设置，两者内表面共同构成一个封闭圆柱形空间；分别固定在所述转子、定子内部空间的两个托盘与所述定子、转子的圆柱面形成的光信号传输空间。

任一托盘朝另一个托盘的一面中央位置设有所述聚束光路，两组聚束光路关于所述光信号传输空间中的某个圆形横截面对称；另一个面中央位置设有所述光信号源和所述分光镜，所述分光镜与所述任一托盘固定连接；任一托盘上的光信号源发射出的光信号经过设置于该托盘上的分光镜合成一束光束后通过设置于该托盘上聚束光路中的聚束透镜进行聚束得到中间空心的光束后，传递到另一托盘上的圆锥形体外表面发生反射到达相应的光电探测器及调理电路，由相应的光电探测器及调理电路进行接收转换成电信号以实现光信号的传输。所述光电探测器及调理电路用于聚集光信号并转换成电信号放大；其由聚焦透镜，光电响应器一体化探测器，聚焦透镜前端的滤光片和电信号调理电路组成。

进一步地、所述光信号源包括：光源、电光调制(驱动)器以及光束准直/准形系统。所述电光调制器用于将待传输的电信号数据对光源发出的光束载波进行调制。所述光束准直/准形系统用于对调制好的光束进行准直以减小光束的发散角。