CN102914824B - 一种远程监控用光传输滑环 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远程监控用光传输滑环，包括光纤组、定子体和旋转端盖，还包括可转动地设置于定子体中的道威棱镜，道威棱镜的光轴中心线与旋转端盖的旋转中心重合并可绕其光轴中心转动；旋转端盖与道威棱镜的旋转方向相同，并是其转速的2倍；转子光纤的一端设置有GRIN透镜，并与旋转端盖连接；转子光纤的一根设置于旋转端盖的旋转中心上，另一根偏离旋转中心设置。由于光纤组使用了GRIN透镜，满足了道威棱镜使用平行光的要求，旋转端盖与道威棱镜的转速比为2:1，结合两组光纤组的结构设计，能够使得两组光纤组在旋转端盖的转动工况下时刻保持光信号联通，由此实现了在不使用波分复用器的情况下光纤滑环多路传输的目的。

Description

一种远程监控用光传输滑环

技术领域

本发明涉及光纤滑环设备技术领域，更具体地说，特别涉及一种远程监控用光传输滑环。

背景技术

随着全球经济以及科学技术的迅速发展，人们对信息的需求量越来越大，如何保证信息传递的顺畅与速度，已成为世界众多研究机构争相攻克的技术热点。在信号传输过程中，需要旋转耦合连接机构将信号从一端静止的平台不断传向另一端旋转平台，该机构称为旋转连接器。

光纤旋转连接器（FORJ：Fiber Optic Rotary Joint）又称光滑环，光纤旋转接头，光铰链等，其作用是解决相对的旋转部件间光信号的传输问题，即保证光信号的传输不因为旋转而中断。

与传统的电连接器相比，光纤旋转连接器有以下优点：

1、使用光进行信号传输，无电磁泄漏，保密性好，抗电磁干扰；

2、无接触传输，无磨损，寿命长，1亿转左右，无摩擦，可在易燃易爆的环境中使用；

3、传输带宽远远大于电连接器，与波分复用器配合使用，更可以成倍提高带宽。

现有技术中提供的光纤滑环内部都是采用透镜对接的方式来实现光传输，因此只能实现单路光传输，如果要实现多通道使用则必须配合波分复用器使用。波分复用器只能将一种波长进行分段，在很多领域要求两路光信号波长不一致，则无法使用波分复用器实现多通道不同波长的光信号同时传输。

综上所述，如何在不使用波分复用器的情况下实现光纤滑环的多路传输，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题为提供一种远程监控用光传输滑环，该远程监控用光传输滑环能够在不使用波分复用器的情况下实现光信号的多路传输。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种远程监控用光传输滑环，包括两组光耦合的光纤组、定子体和旋转端盖，所述旋转端盖可转动地安装于所述定子体上，所述光纤组包括定子光纤和转子光纤，所述定子光纤设置于所述定子体上，所述转子光纤设置于所述旋转端盖上，

还包括可转动地设置于所述定子体中的道威棱镜，所述道威棱镜的光轴中心线与所述旋转端盖的旋转中心重合；

所述道威棱镜可绕其光轴中心转动，所述旋转端盖与所述道威棱镜的旋转方向相同，并是其转速的2倍；

所述转子光纤的一端设置有GRIN透镜，设置有所述GRIN透镜的一端与所述旋转端盖连接；

所述转子光纤为两根，其中一根设置于所述旋转端盖的旋转中心上，另一根设置于所述旋转端盖偏离其旋转中心的部位。

优选地，所述定子体包括壳体，所述旋转端盖通过轴承与所述壳体转动连接。

优选地，所述可以为不锈钢壳体。

优选地，所述旋转端盖与所述道威棱镜通过齿轮组连接，所述旋转端盖通过所述齿轮组驱动所述道威棱镜转动。

优选地，所述齿轮组包括输入齿轮、传动齿轮以及输出齿轮，所述输入齿轮与所述输出齿轮均与所述传动齿轮啮合，所述输出齿轮的齿数为所述输入齿轮的齿数的2倍。

优选地，所述传动齿轮包括可转动地设置于所述定子体中的转动轴，所述转动轴上设置有两个相同的传动分齿，两个所述传动分齿中的一个与所述输入齿轮啮合，另一个与所述输出齿轮啮合。

优选地，所述转动轴通过轴承可转动地设置于所述定子体上。

本发明提供了一种远程监控用光传输滑环，用于进行双通路光信号传输。包括：两组光耦合的光纤组，由于本发明用于具有相对转动的两个部件（平台）间的光信号连接，因此，各组光纤组中具有两个光耦合的光纤端，两个光耦合的光纤端分别设置于滑环的定子部分和转子部分上；定子体，具有相对转动的两个部件（平台）中相对于机架（用于安装远程监控用光传输滑环机构的机架）固定设置的部分；旋转端盖，相对于定子体转动的部分。

旋转端盖可转动地安装于定子体上，光纤组包括定子光纤和转子光纤（即为上述两个光耦合的光纤端），定子光纤设置于定子体上，转子光纤设置于旋转端盖上。

基于上述结构设计，本发明提供的远程监控用光传输滑环还包括可转动地设置于定子体中的道威棱镜，道威棱镜的光轴中心线与旋转端盖的旋转中心重合；道威棱镜可绕其光轴中心转动，旋转端盖与道威棱镜的旋转方向相同，并是其转速的2倍；转子光纤的一端设置有GRIN透镜，设置有GRIN透镜的一端与旋转端盖连接；转子光纤为两根，其中一根设置于旋转端盖的旋转中心上，另一根设置于旋转端盖偏离其旋转中心的部位。由于光纤使用了GRIN透镜能够获得平型关，从而满足了道威棱镜的使用条件。

在本发明中，道威棱镜的光轴中心线与旋转端盖的旋转中心重合，同时转子光纤中的一根设置于旋转端盖的旋转中心上，该结构设计能够使得该组（为了便于描述，将设置于旋转端盖转动中心上的转子光纤以及与其光耦合的定子光纤定义为中心光纤组）的光纤组不会受到道威棱镜的旋转影响，始终保持连通。

另一组光纤组（为了便于描述，将设置于偏离旋转端盖转动中心上的转子光纤以及与其光耦合的定子光纤定义为偏离光纤组）则设置于旋转端盖偏离其旋转中心的部位上，结合下述结构设计：道威棱镜可绕其光轴中心转动，旋转端盖与道威棱镜的旋转方向相同，并是其转速的2倍，能够保证偏离光纤组也能够时刻保持光路通畅。

本发明提供的远程监控用光传输滑环，通过上述结构设计，由于光纤组使用了GRIN透镜，能够获得平行光线，从而满足了道威棱镜的使用要求。在本发明中，旋转端盖与道威棱镜的转速比为2:1，结合两组光纤组的结构设计，一组设置于旋转端盖的旋转中心上，另一组则偏离设置，能够使得两组光纤组在旋转端盖的转动工况下时刻保持光信号联通，由此实现了在不使用波分复用器的情况下光纤滑环多路传输的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例中远程监控用光传输滑环的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中齿轮组的结构示意图；

图3为本发明一种实施例中光线路经示意图；

图1和图2中部件名称与附图标记的对应关系为：

定子体1；旋转端盖2；定子光纤3；转子光纤4；道威棱镜5；

输入齿轮6；输出齿轮7。

具体实施方式

本发明的核心为提供一种远程监控用光传输滑环，该远程监控用光传输滑环采用道威棱镜对两组光信号进行传输，如此，能够在不使用波分复用器的情况下实现光信号的多路传输。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明一种实施例中远程监控用光传输滑环的结构示意图。

本发明提供了一种远程监控用光传输滑环，用于进行双通路光信号传输。包括：

1、两组光耦合的光纤组，由于本发明用于具有相对转动的两个部件（平台）间的光信号连接，因此，各组光纤组中具有两个光耦合的光纤端，两个光耦合的光纤端分别设置于滑环的定子部分和转子部分上；

2、定子体1，具有相对转动的两个部件（平台）中相对于机架（用于安装远程监控用光传输滑环机构的机架）固定设置的部分；

3、旋转端盖2，相对于定子体1转动的部分。

上述部件之间的连接关系为：旋转端盖2可转动地安装于定子体1上，光纤组包括定子光纤3和转子光纤4（即为上述两个光耦合的光纤端），定子光纤3设置于定子体1上，转子光纤4设置于旋转端盖2上。

为了实现在不使用波分复用器的情况下进行多路光信号传输，本发明提出了如下方案。

基于上述结构设计，本发明提供的远程监控用光传输滑环还包括可转动地设置于定子体1中的道威棱镜5，道威棱镜5的光轴中心线与旋转端盖2的旋转中心重合；道威棱镜5可绕其光轴中心转动，旋转端盖2与道威棱镜5的旋转方向相同，并是其转速的2倍；转子光纤4的一端设置有GRIN透镜，设置有GRIN透镜的一端与旋转端盖2连接；转子光纤4为两根，其中一根设置于旋转端盖2的旋转中心上，另一根设置于旋转端盖2偏离其旋转中心的部位。

道威棱镜5是一种像旋转器其利用临界角原理实现内部全反射，在使用过程中，保持反射面清洁以及使用平行光光线较为重要。道威棱镜5的特点为：光线经过此棱镜后所呈现的像被颠倒180°，另外，使此棱镜以其光轴为旋转中心进行旋转时，像的旋转角为棱镜旋转角的两倍。

GRIN透镜，为自聚焦透镜（Grin Lens）其是利用径向渐变折射率玻璃材料制成，工作原理是：当光线通过渐变折射率玻璃材料传输的时候，光线会自动往折射率较大的方向弯折（弯曲），随着这种弯折的不断延续，光线在这种以中心轴线为最大折射率，沿径向逐渐减小的柱状透镜中，会按一定的周期呈正弦曲线传输。在使用GRIN透镜时，利用光线在自聚焦材料中的周期（P）传输原理，当一个点光源入射传输到四分之一周期（0.25P）的时候，光线的出射角为0°，平行出射从而获得平行光。

综述，由于光纤使用了GRIN透镜能够获得平型关，从而满足了道威棱镜5的使用条件。

在本发明中，道威棱镜5的光轴中心线与旋转端盖2的旋转中心重合，同时转子光纤4中的一根设置于旋转端盖2的旋转中心上，该结构设计能够使得该组（为了便于描述，将设置于旋转端盖2转动中心上的转子光纤4以及与其光耦合的定子光纤3定义为中心光纤组）的光纤组不会受到道威棱镜5的旋转影响，始终保持连通。

另一组光纤组（为了便于描述，将设置于偏离旋转端盖2转动中心上的转子光纤4以及与其光耦合的定子光纤3定义为偏离光纤组）则设置于旋转端盖2偏离其旋转中心的部位上，结合下述结构设计：道威棱镜5可绕其光轴中心转动，旋转端盖2与道威棱镜5的旋转方向相同，并是其转速的2倍，能够保证偏离光纤组也能够时刻保持光路通畅。其证明如下：

请参考图3，图3为本发明一种实施例中光线路经示意图。

PP1为未旋转的棱镜中轴面,位置A、A1分别表示入射光束未旋转时的旋转端和静止端的位置,当旋转端旋转了2θ角时,A旋转到了B的位置,同时解旋转棱镜旋转了θ角,中轴面也旋转了θ角,此时中轴面用QQ1表示,这时设光线出射位置为B1,出射位置A1和B1位置相同,证明如下:已知∠POA 1=∠POA,∠QOB=∠QOB1(棱镜性质决定),∠AOB=2θ,∠POQ=θ,∠QOA1=∠POA1-θ,由解旋转性质可得:∠QOB 1=∠QOB=∠QOP+∠POB=∠QOP+(∠POA-θ+(∠POA1-2θ)=∠POA1-θ=∠QOA1所以,∠QOA1=∠QOB1。A1点和B1点重合,说明在端旋转的情况下,静止端仍能持续不断地接收光信号,由此证明了经过解旋转棱镜的解旋转仍然能够实现光的旋转传输。

本发明提供的远程监控用光传输滑环，通过上述结构设计，由于光纤组使用了GRIN透镜，能够获得平行光线，从而满足了道威棱镜5的使用要求。在本发明中，旋转端盖2与道威棱镜5的转速比为2:1，结合两组光纤组的结构设计，一组设置于旋转端盖2的旋转中心上，另一组则偏离设置，能够使得两组光纤组在旋转端盖2的转动工况下时刻保持光信号联通，由此实现了在不使用波分复用器的情况下光纤滑环多路传输的目的。

具体地，在本发明的一个具体实施方式中，定子体1包括壳体，壳体的主要作用为对设置于壳体内部的部件进行保护，例如道威棱镜5等，旋转端盖2通过轴承与壳体转动连接，能够保证旋转端盖2转动的顺畅性，同时使用轴承进行连接，其转动阻力也相应较小。

在定子体1上设置有壳体，第一、能够对定子体1进行塑形，使其具有较为美观的外形；第二、对定子体1中的部件进行保护，避免其受到外力冲击发生损坏。由于壳体具有保护作用，因此，要求其具有较高的结构强度。在本发明的一个具体实施例中，外壳采用不锈钢材料制成不锈钢壳体。当然，外壳还可以采用其他材料制成，例如采用玻纤增强PP等。

请参考图2，图2为本发明一种实施例中齿轮组的结构示意图。

在本发明的一个具体实施方式中，旋转端盖2与道威棱镜5通过齿轮组连接，旋转端盖2通过齿轮组驱动道威棱镜5转动。齿轮是一种通过其边缘设置有齿，通过齿与齿啮合实现传动的传动部件，其具有较高的传动精度，在本发明中使用齿轮传动，能够保证旋转端盖2与道威棱镜5之间传动的精准性，以保证本发明具有较高的使用精度。

具体地，齿轮组包括输入齿轮6、传动齿轮以及输出齿轮7，输入齿轮6与输出齿轮7均与传动齿轮啮合，输出齿轮7的齿数为输入齿轮6的齿数的2倍。输入齿轮6安装于旋转端盖2上，能够随旋转端盖2进行转动。输出齿轮7安装于道威棱镜5上，通过传动齿轮的作用输出齿轮7能够随输入齿轮6转动。由于输入齿轮6与输出齿轮7分别与旋转端盖2以及道威棱镜5连接，因此，旋转端盖2转动能够带动道威棱镜5转动。由于输出齿轮7的齿数为输入齿轮6的齿数的2倍，因此，保证了旋转端盖2（输入齿轮6）与道威棱镜5（输出齿轮7）之间的转速比为2:1，满足了上述双通路光路的联通条件。

具体地，在本实施例中，传动齿轮包括可转动地设置于定子体1中的转动轴，转动轴上设置有两个相同的传动分齿，两个传动分齿中的一个与输入齿轮6啮合，另一个与输出齿轮7啮合。该结构设计，通过调整两个传动分齿于转动轴上的安装位置，提高传动齿轮与输入齿轮6以及输出齿轮7之间的适配程度，便于本发明的安装调整。

其具体操作为：当旋转端盖2以及道威棱镜5安装于定子体1上后，输入齿轮6以及输出齿轮7的安装位置固定，并且不易调整。此时，通过调节传动分齿与转动轴上的安装位置适应输入齿轮6以及输出齿轮7，达到齿轮组的最有配合状态。

在本实施例中，转动轴通过轴承可转动地设置于定子体1上，如此能够降低转动轴的转动摩擦力，提高转动轴运转的顺畅性。

以上对本发明所提供的一种远程监控用光传输滑环进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种远程监控用光传输滑环，包括两组光耦合的光纤组、定子体(1)和旋转端盖(2)，所述旋转端盖(2)转动地安装于所述定子体(1)上，所述光纤组包括定子光纤(3)和转子光纤(4)，所述定子光纤(3)设置于所述定子体(1)上，所述转子光纤(4)设置于所述旋转端盖(2)上，其特征在于，

还包括转动地设置于所述定子体(1)中的道威棱镜(5)，所述道威棱镜(5)的光轴中心线与所述旋转端盖(2)的旋转中心重合；

所述道威棱镜(5)绕其光轴中心转动，所述旋转端盖(2)与所述道威棱镜(5)的旋转方向相同，并是其转速的2倍；

所述转子光纤(4)的一端设置有GRIN透镜，设置有所述GRIN透镜的一端与所述旋转端盖(2)连接；

所述转子光纤(4)为两根，其中一根设置于所述旋转端盖(2)的旋转中心上，另一根设置于所述旋转端盖(2)偏离其旋转中心的部位，

所述定子体(1)包括壳体，所述旋转端盖(2)通过轴承与所述壳体转动连接，

所述壳体为不锈钢壳体，

所述旋转端盖(2)与所述道威棱镜(5)通过齿轮组连接，所述旋转端盖(2)通过所述齿轮组驱动所述道威棱镜(5)转动。

2.根据权利要求1所述的远程监控用光传输滑环，其特征在于，所述齿轮组包括输入齿轮(6)、传动齿轮以及输出齿轮(7)，所述输入齿轮(6)与所述输出齿轮(7)均与所述传动齿轮啮合，所述输出齿轮(7)的齿数为所述输入齿轮(6)的齿数的2倍。

3.根据权利要求2所述的远程监控用光传输滑环，其特征在于，所述传动齿轮包括转动地设置于所述定子体(1)中的转动轴，所述转动轴上设置有两个相同的传动分齿，两个所述传动分齿中的一个与所述输入齿轮(6)啮合，另一个与所述输出齿轮(7)啮合。

4.根据权利要求3所述的远程监控用光传输滑环，其特征在于，所述转动轴通过轴承转动地设置于所述定子体(1)上。