CN102684789B - 离轴旋转光通信系统 - Google Patents

Abstract

一种离轴旋转光通信系统，电脑、光端机和旋转部件左、右各一套对称排列；左端电脑发出信号，经网卡将信号传给光端机，通过单模光纤与旋转部件通信，右端旋转部件将接收的光信号发送给右端的光端机，再由右端电脑接收信号，整个通信过程是双向可逆的；旋转部件的光滑环通过单模光纤与光端机、光分路器、准直器连接；两个旋转盘中心位置分别设置有圆孔，两个圆孔连接旋转轴，离圆孔等距离处设置准直器插口，且准直器插口之间距离相等；左端旋转部件与右端旋转部件之间距离为0.1mm～500mm；各个准直器的中轴线与旋转盘的旋转轴相互平行，并且与旋转盘面垂直。本发明具有双向高速传输光信号的功能。可广泛用于智能控制、工业生产、军事装备等领域。

Description

离轴旋转光通信系统

技术领域

本发明涉及一种离轴旋转条件下的光通信系统。该系统主要用于雷达，坦克炮塔，直升机旋翼等环境下的实时通信系统。

背景技术

在一些通信系统中，信号在相对旋转的部件之间高速传输，需要旋转连接结构以确保通信顺畅，也相应地需要各种各样的旋转连接器件。用来传输电信号的接触式旋转连接器件称为电滑动环，用来传输高速光信号的非接触式旋转器件称为光纤旋转连接器或光滑环。随着光通信技术的发展，许多专家致力于研究新型的光纤旋转连接器件及其在通信系统中的具体应用，这些旋转连接器件确保了通信系统在复杂环境条件下能够实现各种不同的功能。

由于光纤旋转连接器使用光信号进行传输，因此通信过程中无电磁泄漏现象，其保密性好，并且可以抗电磁干扰；它的结构能够实现无接触传输，无磨损，因此具有使用寿命长，转速高等优点。目前，基于光纤旋转连接器的通信系统在军事、航天以及工业等领域得到普遍应用，例如用于图像的传输、数据的收集、深潜器缆控系统和无线测量系统等。常见的光纤旋转连接器其体积较小，相对旋转部件虽然是非接触式的，但其间距也非常小，也有把相对分开一定距离的两个准直器应用到轴上旋转光纤通信系统中的设计方案。通常这些光纤旋转连接器都是轴上旋转的，且旋转轴中心位置都有准直器，在这种情况下，两根光纤或其他光通信器件将直接被固定在旋转轴上。

相对旋转部件之间间距小，且中心轴位置无法留空，使这些传统的旋转连接通信系统在实际应用中具备局限性。而当光通信系统中的旋转部件之间的距离增大，且旋转中心必须留空时，传统结构的光纤旋转连接器显然就不再适用。例如当雷达的旋转轴中心位置设计有波导管时，准直器不能放置在中心轴位置，在这种情况下，旋转连接器件中所用到的准直器必须围绕导波管外侧离轴旋转，设计成离轴旋转的结构。又如在旋转平台中传输高压气体时，同样也需要一种类似结构的离轴旋转系统来实现通信功能。

发明内容

本发明公开了一种离轴旋转光通信系统，它可以有效克服现有的光纤旋转连接器由于两根光纤或其他光通信器件直接被固定在旋转轴上，造成旋转部件之间间距小，且中心轴位置无法留空，使应用受限制等弊端，本发明可使光信号在离轴条件下，在较大间距并相对旋转的两个筒状部件之间实现双向高速传输，对于智能工业、军事等实时监控系统具有很大的实用价值。

本发明技术方案是这样实现的：

一种离轴旋转光通信系统，由带网卡的电脑、光端机和旋转部件构成，其特征在于：所述带网卡的电脑、光端机和旋转部件左、右各一套，对称排列；左端电脑发出信号，经网卡将信号传给左端的光端机，左端光端机通过单模光纤与左端的旋转部件通信，右端旋转部件将接收的光信号发送给右端的光端机，再由右端电脑接收信号，整个通信过程是双向可逆的；

1)所述旋转部件包括：光滑环、光分路器、准直器、单模光纤和旋转盘，光滑环的一端通过单模光纤与光端机连接,同时其另一端通过单模光纤依次与光分路器、准直器连接，确保单模光纤在整个旋转过程中不缠绕；

2)两个旋转盘中心位置分别设置有圆孔，通过两个圆孔连接一根旋转轴，离圆孔等距离处设置准直器插口，且每个准直器插口之间距离相等；

3)左端旋转盘设置3个左端准直器插口，三个准直器分别插入左端准直器插口中；右端旋转盘设置4个右端准直器插口，四个准直器分别插入右端准直器插口中；

4)左端旋转部件准直器与右端旋转部件准直器之间距离为0.1mm～500mm；

5)各个准直器的中轴线与旋转盘的旋转轴相互平行，并且与旋转盘面垂直；

所述旋转轴为空心圆柱筒，圆柱筒内置雷达的波导管或者高压气体。

所述的光分路器为平面波导型，对1310nm和1550nm光具有相同的平均分光比。

本发明根据两个旋转盘中心所留出的孔径，设计出符合要求的准直器直径，使光信号经过准直器后在旋转过程中一直处于连通状态，保证光信息在较大间距且相对旋转的两个筒状部件之间的可靠传输。结合光端机、光分路器、语音视频采集卡、电脑等设备，系统在复杂的环境下具备单向实时监控的功能，也可实现双向高速传输光信息的功能。可广泛用于智能控制、工业生产、军事装备等领域。

附图说明

图1是本发明的离轴旋转光通信系统的结构框架图；

图2是本发明中旋转部件在旋转轴面上的剖示图；

图3是在与旋转轴垂直的截面上准直器耦合示意图；

图4是本发明的一个实施例的总体结构框架示意图。

1.电脑，2.光端机，3.光滑环，4.光分路器，5.准直器，6.旋转部件，101.单模光纤，102.旋转盘，201.右端准直器插口，202.左端准直器插口，203圆孔，301.监控设备，302.光发射机，303.光放大器，304.光接收机，305.采集卡。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

一种离轴旋转光通信系统，如图1所示：由带网卡的电脑1、光端机2和旋转部件6构成，所述带网卡的电脑、光端机和旋转部件左、右各一套，对称排列；左端电脑1发出信号，经网卡将信号传给左端的光端机2，左端光端机通过单模光纤101与左端的旋转部件6通信，右端旋转部件6将接收的光信号发送给右端的光端机2，再由右端电脑1接收信号，整个通信过程是双向可逆的；

1)所述旋转部件如图2所示：包括：光滑环3、光分路器4、准直器5、单模光纤101和旋转盘102，光滑环3的一端通过单模光纤101与光端机2连接，同时其另一端通过单模光纤101依次与光分路器4、准直器5连接，确保单模光纤在整个旋转过程中不缠绕；

2)两个旋转盘102中心位置分别设置有圆孔203，通过两个圆孔连接一根旋转轴，离圆孔等距离处设置准直器插口，且每个准直器插口之间距离相等；

3)左端旋转盘设置3个左端准直器插口202，三个准直器分别插入左端准直器插口202中；右端旋转盘设置4个右端准直器插口201，四个准直器分别插入右端准直器插口201中；

4)左端旋转部件准直器与右端旋转部件准直器之间距离为0.1mm～500mm；

5)各个准直器的中轴线与旋转盘的旋转轴相互平行，并且与旋转盘面垂直；

所述旋转轴为空心圆柱筒，圆柱筒内置雷达的波导管，或者高压气体。

所述的光分路器为平面波导型，对1310nm和1550nm光具有相同的平均分光比。

本发明根据旋转盘圆孔203的尺寸要求，设计准直器5的出射光斑、外径尺寸及旋转盘102的结构。

如图3所示，在转盘旋转过程中，7个准直器的中轴线始终保持与旋转轴平行、等距，系统左端的3个准直器出射光斑与右端的4个准直器的出射光斑在旋转轴垂直面上重叠部分由阴影表示，可以看出旋转部件之间的准直器保持良好的耦合效率。

图4是本发明的一个实施例的总体框架示意图。它主要由监控设备301、数字视频光端机，包括光发射机302和光接收机304、光放大器303、光滑环3、光分路器4、准直器5、步进电机、单模光纤101、视频采集卡305以及带网卡的电脑1等组成。系统中的旋转部件6由光滑环3、光分路器4以及准直器5构成，旋转部件6分左右两部分，由步进电机控制其转速和水平间距。

监控设备301从外界获取实时的影音信号，经光发射机302将电信号转换为光信号，必要时，使用光放大器303将光信号放大后再输出到旋转部件6，光放大器303的放大倍数可以根据实施过程中准直器5的耦合效率和光信号在传输过程中的各种损耗值进行调节，确保光接收机304可以接收到正常工作的光信号。

在实施方案中，为确保旋转部件6所用的光纤在旋转过程中不缠绕，必须用到光滑环3，光滑环3一端固定，另外一端可以与旋转部件6连接，同步旋转。旋转部件6左端的1×3光分路器4确保一路的光信号传输到3个准直器5，右端1×4光分路器4确保四路的光信号经4个准直器5传输到右端的光滑环3。

光接收机304将右端接收到的光信号转换为电信号传送给图像语音采集卡305，通过电脑1软件处理，可以实时播放语音视频，达到实时监控的目的，并且可以将接收到的影音数据存储于电脑1磁盘中。

Claims (3)

1.一种离轴旋转光通信系统，由带网卡的电脑、光端机和旋转部件构成，其特征在于：所述带网卡的电脑、光端机和旋转部件左、右各一套，对称排列；左端电脑发出信号，经网卡将信号传给左端的光端机，左端光端机通过单模光纤与左端的旋转部件通信，右端旋转部件将接收的光信号发送给右端的光端机，再由右端电脑接收信号，整个通信过程是双向可逆的； 

1)所述旋转部件包括：光滑环、光分路器、准直器、单模光纤和旋转盘，光滑环的一端通过单模光纤与光端机连接、同时其另一端通过单模光纤依次与光分路器、准直器连接； 

2)两个旋转盘中心位置分别设置有圆孔，通过两个圆孔内连接一根旋转轴，离圆孔等距离处设置准直器插口，且每个准直器插口之间距离相等； 

3)左端旋转盘设置3个左端准直器插口，三个准直器分别插入左端准直器插口中；右端旋转盘设置4个右端准直器插口，四个准直器分别插入右端准直器插口中； 

4)左端旋转部件的准直器与右端旋转部件的准直器之间距离为0.1mm～500mm； 

5)各个准直器的中轴线与旋转盘的旋转轴相互平行，并且与旋转盘面垂直 。

2.根据权利要求1所述的离轴旋转光通信系统，其特征在于：所述的光分路器为平面波导型，对1310nm和1550nm光具有相同的平均分光比。 

3.根据权利要求1所述的离轴旋转光通信系统，其特征在于：所述旋转轴为空心圆柱筒，圆柱筒内置雷达的波导管或者高压气体。