CN101888271A - 一种旋转体与固定体之间的光学数据传输系统 - Google Patents

Abstract

一种旋转体和固定体之间的高速无线数据传输系统，该系统基于无线激光通信技术，适用于工业CT或医用CT的滑环系统中，以实现将旋转体上的检测数据高速高可靠地传输到固定体上，该系统包括设置在旋转体上的数据采集装置、光纤准直镜和设置在固定体上的激光接收装置。由于本发明采用无线激光通信来实现数据的高速传输，传输速率高、误码率低并且抗干扰能力强，满足了工业CT或医用CT中大数据量高速传输的要求。

Description

一种旋转体与固定体之间的光学数据传输系统

技术领域

本发明涉及一种基于无线光通信的旋转体和固定体之间的高速数据传输系统，尤其涉及适用于工业CT系统和医用CT系统中的旋转体和固定体之间的高速数据传输系统。

背景技术

在工业技术领域中，有很多应用场合需要将旋转体上的数据信息传输到固定体上，典型的应用如在工业CT系统和医用CT系统中，在对被检对象进行检测时，需要实时地将旋转体上检测到的信息高速高可靠地传输到固定体上。最初的数据传输系统是通过电刷和导电环的方式来实现的，但由于旋转体在旋转时电刷和导电环之间的接触电阻值在不断地变化，这种变化会产生很大的信号噪声，从而降低了数据传输的可靠性，因此不能用来传输高速数据信号。特别是在高压环境下，旋转体和固定体之间的高压放电引起的高压噪声更大。另外，由于碳刷和滑环之间的接触摩擦，也影响了数据传输系统的使用寿命。

随着具有多排X光探测器的高速工业CT系统和医用CT系统在实际检测中得到广泛应用，系统在单位时间内采集到的检测数据大大增加，采用碳刷和滑环接触的方式来实现数据传输是越来越不可靠和理想的了。因此，业界提出了用无线电容耦合的方式来代替上述的碳刷滑环方式，但是无线电容耦合的电磁场比较容易受到外界电压、电流和电磁场的干扰，因此高速数据传输的准确性以及传输速率受到限制和影响。

为了解决上述的问题，业界还提出了基于光学的信号传输系统，如在公开号为CN101006925A的专利申请中，公开了一种基于光纤的数据传输系统，其中，在旋转体上沿圆周方向固定若干个电光转换元件(如激光二极管)和聚焦透镜作为信号发射部分，在固定体上沿圆周方向设置一段有限长度的光纤束来接收发射部分发射的光信号并传送到光电转换元件，保证在实际工作中，至少有一束发射部分发射的光束能够落在固定体上的光纤束上。在公开号为CN 1989905A的专利申请中，同样公开了一种基于光纤的数据传输系统，与CN101006925A不同的是，这个专利申请中在旋转体上只设置了一个电光转换元件(如激光二极管)和聚焦透镜作为信号发射部分，在固定体上沿圆周方向布满光纤来接收发射的光信号并传送到光电转换元件。但上述这两种系统都采用了较多的激光器或光纤，成本较高，实用性受到限制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无线激光通信的用于旋转体和固定体之间的高速高可靠性数据传输系统，尤其适用于工业CT或医用CT的滑环系统中，以实现将旋转体上的检测数据高速高可靠地传输到固定体上，该高速高可靠性数据传输系统包括：设置在旋转体上的数据采集装置；设置在沿旋转体圆周方向上的若干个光纤准直镜；设置在固定体上的激光接收装置。

其中数据采集装置与光纤准直镜相连，具有将X光接收装置转换的模拟电信号转换为数字电信号和将该数字电信号转换为数字光信号并通过光纤将其传输出去的功能。

光纤准直镜可以将光纤中的激光扩束为平行光束，光纤准直镜沿旋转体内径和外径之间的一个圆周等间距地固定在旋转体上，并沿旋转体的轴向发射激光。

激光接收装置由平面反射镜、聚焦透镜和激光检测器组成，平面反射镜固定在固定体上，与激光发射方向成45度夹角，为了不占用旋转体中间的空间，平面反射镜反射的激光与入射的激光在一个水平面上。光束经过平面反射镜的反射后照射到聚焦透镜上，由聚焦透镜将光线聚焦到激光检测器上。激光检测器再将接收到的信号传送给图像处理单元。

附图说明

图1是本发明所提出的数据传输系统的原理示意图；

图2是图1中所示的原理图的俯视图；

图3是图1中所示的原理图的左视图。

具体实施方式

如图1所示，本发明所提出的无线激光数据传输系统包括旋转体110，数据采集装置140，光纤准直镜150，角度编码器160，激光发射切换电路170，固定体210，激光接收装置220。其中，数据采集装置140，光纤准直镜150，角度编码器160，激光发射切换电路170，都安装在旋转体110上，X光发射装置120和X光接收装置130也安装在旋转体110上，旋转体110的粗线圆周为旋转体内径，细线圆周为旋转体外径，虚线圆周为光纤准直镜150安装圆周，图1中只示意性地画出了两个光纤准直镜150A，150B，并没有完全画出所有的光纤准直镜150；激光接收装置220由平面反射镜221，聚焦透镜222和激光检测器223组成，激光接收装置220安装在固定体210上，固定体210最外侧的细线表示固定体210的框架。

在CT系统的扫查过程中，旋转体110由电机带动旋转，在图1中没有示出电机，X光发射装置120持续发射X光并随旋转体110旋转，所述的X光穿过位于该X光发射装置120和X光接收装置130之间的被检对象并被X光接收装置130所接收到，X光接收装置130可以将接收到的X光的能量转换为模拟电信号，该X光接收装置130可以为单排或多排的X光探测器阵列。

该X光接收装置130与数据采集装置140相连，并将检测到的模拟电信号传送到该数据采集装置140，经过模数转换和相应的数据处理后转换成数字电信号，在高速CT系统中，数据采集装置140一般还包括电光转换单元141，将数字电信号转换为数字光信号并通过光纤传输给光纤准直镜150。在实际的系统中，数据采集装置140通过光纤分路器与所有的光纤准直镜150相连接，为了简明起见，图1中只示出了数据采集装置140将数字光信号通过光纤传输给两个光纤准直镜150A和150B。

激光接收装置220由平面反射镜221、聚焦透镜222和激光检测器223组成，该平面反射镜221与激光发射方向成45度夹角，为了不占用旋转体中间的空间，平面反射镜反射的激光与入射的激光在一个水平面上。光束经过平面反射镜221的反射后照射到聚焦透镜222上，由聚焦透镜222将光线聚焦到激光检测器223上。激光检测器223再将接收到的信号传送给图像处理单元。

图2是图1中所示的原理图的俯视图，图3是图1中所示的原理图的左视图，图2和图3中的白色的光纤准直镜150是光纤准直镜150旋转到某一个位置处时的状态。

如图2和图3所示，由角度编码器160可以得知，当光纤准直镜150A旋转到平面反射镜221的有效反射区域时，通过切换电路170切换光纤准直镜150A发射激光信号，沿旋转体110轴向发射到平面反射镜221上，平面反射镜221将其反射到聚焦透镜222上，再由聚焦透镜222聚焦到激光检测器223的检测面上。在光纤准直镜150A即将要旋转出平面反射镜221的有效反射区域时，下一个光纤准直镜150B已经旋转到平面反射镜221的有效反射区域了，这时切换电路170将切换光纤准直镜150B发射激光，关闭光纤准直镜150A，从而保证通信的不间断性，而且在光纤准直镜150A从进入平面反射镜221的有效反射区域到转出平面反射镜221的有效区域，光纤准直镜150A发射的激光信号都在平面反射镜221的有效反射区域内，同样，聚焦透镜222的孔径也足够聚焦所有从平面反射镜221反射的光线。

光纤准直镜150的个数与光纤准直镜150所在的圆周的半径和平面反射镜221的长度确定的三角形A的顶角的角度相关，在本实施例中三角形A的顶角是40度，那么光纤准直镜150的个数就是9个，以此类推，可以根据不同的半径和反射镜221的长度确定不同个数的光纤准直镜150。

Claims (5)

1.一种基于无线激光通信的旋转体和固定体之间的高速数据传输系统，其特征在于，该高速数据传输系统包括：

设置在旋转体上的数据采集装置；

等间距地设置在旋转体圆周上的光纤准直镜；

设置在固定体上的激光接收装置，其主要由平面反射镜、聚焦透镜和激光检测器组成。

2.如权利要求1中所述的高速数据传输系统，其中的数据采集装置将模拟电信号转换为数字电信号并将该数字电信号转换为数字光信号，通过光纤将其传输出去。

3.如权利要求1中所述的高速数据传输系统，其中的光纤准直镜沿旋转体轴向发射激光信号。

4.如权利要求1中所述的高速数据传输系统，其中的激光接收装置中的平面反射镜与激光发射方向成45度夹角，该平面反射镜反射的激光与入射的激光在一个水平面上，该聚焦透镜可以将该平面反射镜反射的光束汇聚到激光检测器的检测面上，该激光检测器为光电二极管。

5.如权利要求1中所述的高速数据传输系统，其中当旋转体旋转时，旋转到该平面反射镜有效反射区域内的光纤准直镜开始发射激光信号，在该激光反射装置即将要旋转出该平面反射镜的有效反射区域时，保证下一个光纤准直镜已经旋转到该平面反射镜的有效反射区域内。

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