CN102914823B - 一种双通道光纤旋转连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双通道光纤旋转连接器，分为中心通道和旁轴通道。位于旋转轴上的中心入射准直器和中心接收准直器通过直接对准耦合构成旋转连接器的中心通道，实现中心通道光信号的旋转连续传输。与旋转连接器同轴的凸透镜和凹透镜、旁轴入射准直器以及轴上旁轴接收器构成旋转连接器的旁轴通道；旁轴入射准直器发出平行光通过凸透镜和凹透镜后进入旁轴接收器，由透镜的轴对称性质来保证旁轴光信号的旋转连续传输。凸透镜和凹透镜的间距由旁轴接收器决定；旁轴接收器可以是光纤准直器，也可以是大芯径光纤。凸透镜的中心打有一小孔，用于固定中心接收准直器。本发明具有结构简单、插入损耗小、耦合精度高、性能稳定可靠的优点。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信技术领域，尤其涉及一种双通道光纤旋转连接器，特别是应用于相对旋转装置之间具有两路通道光信号的旋转耦合传输。
背景技术
光纤旋转连接器是一种利用光纤作为传输媒介，将信号在一个旋转的平台和另一静止平台之间进行传输的机构。目前，该类型的器件正在广泛应用于不同的领域中，如军事领域中扫描跟踪雷达的天线系统、炮架或坦克的炮塔等；工业方面，如海底声纳信息采集系统、油井钻探设备、机器人系统、工业过程控制等；医疗设备方面的CT扫描系统以及航天方面飞行器上的信息传输系统等。该装置需要严格的保证通道之间的对应关系，并使通道之间的串扰达到最小。
目前，国际上已经有一部分与双通道光纤旋转连接器相关的专利，它们有其各自的特点和缺点。第一类如专利文献“US PATENT 5588077 Dec.24,1996 Shane H.Woodside,et al.”所报道，它虽然实现了双通道的信号传输，但其结构带来的问题是有一路通道的部分光信号会耦合进入另一路通道中，且中间一路通道的光纤部分会影响另一路通道光信号的耦合。第二类如专利文献“US 2009/0310911 A1 Dec.17,2009Boying B.Zhang,et al.”所报道，它利用芯径大小不一的塑料光纤实现双通道的光信号传输。但其外侧通道由于需要多次耦合，且通道中间部分利用19个小芯径塑料光纤之间进行耦合，耦合效率低，在实际应用中传输损耗大。外侧通道中多根塑料光纤也需要精密的进行安装，提高了成本。第三类如专利文献“US PATENT 7724996 B2 May.25,2010Gregor Popp,et al.”所报道，它所实现的双通道信号传输，只能按其给定的传输方向进行传输，且由于其接收端均为斜入射耦合，耦合效率低，传输损耗大。
国内关于双通道光纤旋转连接器的专利有下面几类，一类专利如“The People’sRepublic of China PATENT 00207539.3天津大学”所报道，它是利用对称光学结构来实现光信号传输的，但其只能按照特定的方向进行传输，且其光学结构耦合精度和机械结构加工、装配精度要求严格；第二类专利如“The People’s Republic of China PATENT 200920101680.0普林（廊坊）光电技术有限公司”所报道，它轴心处的通道是利用长光纤探入短光纤的中心梯度孔中进行耦合，当其一端进行旋转时，其长光纤部分会产生跳动，从而降低耦合效率；同时其旁轴通道利用回转体上反射面实现信号的传输时，会受到轴心通道光纤的影响，从而增加传输损耗。
发明内容
针对上述现有技术，本发明提供一种双通道光纤旋转连接器，其结构简单、插入损耗小、制作成本低，用于实现相对旋转装置之间具有两路通道光信号的旋转耦合传输。
为了解决上述技术问题，本发明双通道光纤旋转连接器予以实现的技术方案是：双通道光纤旋转连接器包含旋转轴、中心通道和旁轴通道，所述中心通道由中心入射准直器和中心接收准直器组成；所述中心入射准直器和中心接收准直器均设置在所述旋转轴上；通过中心入射准直器和中心接收准直器的对准耦合，实现中心通道光信号的旋转连续传输；所述旁轴通道由旁轴入射准直器、凸透镜、凹透镜和旁轴接收器组成；所述旁轴入射准直器相对所述旋转轴为偏心设置、且与所述旋转轴平行；所述旁轴接收器位于所述旋转轴上，所述凸透镜和凹透镜的光轴与所述旋转轴同轴；所述旁轴通道通过该凸透镜和凹透镜实现旁轴入射准直器和旁轴接收器之间的光信号耦合，实现旁轴通道的信号传输；所述中心入射准直器、旁轴入射准直器构成旋转连接器的转子或定子；所述中心接收准直器、凸透镜、凹透镜和旁轴接收器构成旋转连接器的定子或转子。
所述旁轴接收器可以是光纤准直器，也可以是大芯径光纤；所述旁轴接收器为大芯径光纤时，凹透镜位于凸透镜像方焦点的内侧，以便使旁轴入射准直器发出的平行光信号通过凸透镜和凹透镜汇聚后进入大芯径光纤；所述旁轴接收器为光纤准直器时，凸透镜的像方焦点与凹透镜的物方焦点重合，旁轴入射准直器发出的平行光信号经过凸透镜和凹透镜后出射光为近轴平行光，高效的耦合进入光纤准直器。
另外，所述凸透镜中心有一中心孔，用于固定中心接收准直器，使输入输出端准直器直接进行耦合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明与以往双通道旋转连接器相比，本发明具有结构简单，抗电磁干扰，插入损耗小，耦合精度高，性能稳定可靠，可根据实际应用调节尺寸的优点。可广泛应用于两个相对旋转的装置之间进行信息传输的场合，诸如：扫描跟踪雷达的天线系统、医疗设备CT扫描系统和机器人系统等。其市场前景好，具有良好的技术转化基础。同时还具有广泛的社会效益。
附图说明
图1为本发明双通道光线旋转连接器光学系统原理图；
图2为本发明双通道光线旋转连接器实施例的结构示意图。
图中：
1-准直器端盖 2-定子端盖 3-外套筒
4-中心入射准直器 5-旁轴入射准直器 6-中心接收准直器
7、11、18、19-尾纤 8、12-螺丝 9-输出端固定端盖
10-旁轴接收器 13-凹透镜 14、16-压圈
15-凸透镜 17-轴承
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。
如图1所示，本发明一种双通道光纤旋转连接器的基本结构是，包括旋转轴、中心通道和旁轴通道。所述中心通道由中心入射准直器4和中心接收准直器6构成；所述旁轴通道由旁轴入射准直器5、凸透镜15、凹透镜13和旁轴接收器10构成。所述中心入射准直器4、中心接收准直器6和旁轴接收器10均设置在所述旋转轴上；所述旁轴入射准直器5相对所述旋转轴为偏心设置、且与所述旋转轴平行；所述凸透镜15中心打有一中心孔，用于固定中心接收准直器6；所述凸透镜15和凹透镜13的光轴与所述旋转轴同轴；根据使用情况而定，所述中心入射准直器4、旁轴入射准直器5构成旋转连接器的转子或定子；所述中心接收准直器6、凸透镜15、凹透镜13和旁轴接收器10构成旋转连接器的定子或转子。所述中心通道，通过中心入射准直器4和中心接收准直器6的空间耦合，实现中心通道光信号的旋转传输；所述旁轴通道，通过凸透镜15和凹透镜13实现旁轴入射准直器5和旁轴接收器10之间的光信号耦合，实现旁轴通道的信号传输。
所述旁轴接收器10可以是光纤准直器，也可以是大芯径光纤；所述旁轴接收器10为大芯径光纤时，凹透镜13位于凸透镜15像方焦点的内侧，以便使旁轴入射准直器5发出的光信号通过透镜组后以小角度进入大芯径光纤；所述旁轴接收器10为光纤准直器时，凸透镜15的像方焦点与凹透镜13的物方焦点重合，入射光经过透镜组后出射光为近轴平行光，高效的耦合进入光纤准直器；由于透镜组凸透镜15和凹透镜13关于中心轴的对称性，当旁轴入射准直器5绕着旋转连接器的旋转轴旋转时，旁轴入射准直器5发出的平行光信号通过透镜组后始终能够由旁轴接收器10接收，实现旁轴通道光信号的旋转连续传输。图1所示5’为旁轴入射准直器5绕旋转连接器旋转轴旋转180°后的位置。
如图2所示，本发明双通道光纤旋转连接器一实施例结构，即在图1的基本结构之上，在所述中心入射准直器4和旁轴接收准直器5通过准直器端盖1固定；所述中心入射准直器4通过尾纤18输入光信号，所述旁轴入射准直器5通过尾纤19输入光信号；凸透镜15通过外套筒3固定，凹透镜13通过定子端盖2固定；旁轴接收器10通过输出端固定端盖9固定，由尾纤11将光信号导出；凸透镜15中间打有一小孔，用于固定中心出射准直器6；中心出射准直器6由尾纤7将光信号导出；所述尾纤7为裸光纤，以免挡住旁轴入射光信号；凸透镜15通过压圈16固定在外套筒3上；凹透镜13通过压圈14固定在定子端盖2上；外套筒3与定子端盖2通过螺丝8固定；定子端盖2与输出端固定端盖9通过螺丝12固定。中心入射准直器4、旁轴入射准直器5和准直端盖1构成旋转连接器的转子；外套筒3、凸透镜15、定子端盖2、凹透镜13、输出端固定端盖9和旁轴接收器10构成旋转连接器定子。通过在准直器端盖1与外套筒3之间放置一对轴承17实现转子和定子之间的相对旋转。
如图1和图2所示，本发明实现光信号的传输过程是：当旋转连接器与外界连通后，光信号从尾纤18、19分别进入中心入射准直器4和旁轴入射准直器5后发出平行光。由于在凸透镜15中心打有小孔用于固定中心出射准直器6，所以经中心入射准直器4出射的平行光直接耦合进入准直器6中，然后通过尾纤7输出，从而完成中心通道光信号的旋转连接。对于旁轴通道,所述旁轴接收器10为大芯径光纤时，由于凹透镜13位于凸透镜15像方焦点的内侧，使得旁轴入射准直器5发出的光信号通过透镜组后以小角度进入大芯径光纤；所述旁轴接收器10为光纤准直器时，由于凸透镜15的像方焦点与凹透镜13的物方焦点重合，使得入射光经过透镜组后出射光为近轴平行光，耦合进入光纤准直器；由于透镜组凸透镜15和凹透镜13关于中心轴的对称性，当旁轴入射准直器5绕着旋转连接器的旋转轴旋转时，旁轴入射准直器5发出的平行光信号通过透镜组后始终能够由旁轴接收器10接收，实现旁轴通道光信号的旋转连续传输。
尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (4)
1.一种双通道光纤旋转连接器，包括旋转轴、中心通道和旁轴通道，其特征在于：所述中心通道由中心入射准直器（4）和中心接收准直器（6）构成；所述旁轴通道由旁轴入射准直器（5）、凸透镜（15）、凹透镜（13）和旁轴接收器（10）构成。
所述中心入射准直器（4）、中心接收准直器（6）和旁轴接收器（10）均设置在所述旋转轴上，通过中心入射准直器（4）和中心接收准直器（6）的对准耦合，实现中心通道光信号的旋转连续传输；所述旁轴入射准直器（5）相对所述旋转轴为偏心设置、且与所述旋转轴平行；所述凸透镜（15）和凹透镜（13）的光轴与所述旋转轴同轴；所述旁轴通道通过该凸透镜和凹透镜实现旁轴入射准直器（5）和旁轴接收器（10）之间的光信号耦合，实现旁轴通道的信号传输；
所述中心入射准直器（4）、旁轴入射准直器（5）构成旋转连接器的转子或定子；所述中心接收准直器（6）、凸透镜（15）、凹透镜（13）和旁轴接收器（10）构成旋转连接器的定子或转子。
2.根据权利要求1所述双通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述凸透镜（15）的中心设有一小孔，用于固定中心接收准直器（6）。
3.根据权利要求1所述双通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述旁轴接收器（10）为大芯径光纤，所述凹透镜（13）位于凸透镜（15）像方焦点内侧，使旁轴入射准直器（5）发出的平行光经过汇聚进入大芯径光纤。
4.根据权利要求1所述双通道光纤旋转连接器，其特征在于：所述旁轴接收器（10）为光纤准直器，所述凸透镜（15）的像方焦点与凹透镜（13）的物方焦点重合，使旁轴入射准直器发出的平行光以近轴平行光进入光纤准直器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20131030 |