CN104793296A - 一种主动式光纤旋转连接装置及方法 - Google Patents

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刘新峰
陶魁园
孟卓
张弢
姜永军
汤黎明
刘铁根
匡皓
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    • G02B6/36—Mechanical coupling means
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Abstract

本发明公开了一种主动式光纤旋转连接装置，包括第一光纤组件、第二光纤组件和空心电机，其中，第一光纤组件固定于空心电机旋转空心轴的自由端并与设置于外壳外侧的旋转端接头连通，第二光纤组件设置于所述空心电机的外壳内侧并与设置于所述外壳外侧的固定端接头连通，所述的第一光纤组件和所述的第二光纤组件位置相对。本发明还提出了一种主动式光纤旋转连接方法，通过直接将待耦合的光纤分别设置于空心电机的固定端和旋转空心轴，大大简化了光纤旋转连接装置的结构，且将原来的光纤旋转方式由被动变为直接由空心电机驱动，省去了额外的传动装置使系统结构更加简单并且去除了传动误差，体积控制的更加优化，噪音大大降低。

Description

一种主动式光纤旋转连接装置及方法
技术领域
本发明属于光信号传输装置领域，具体地涉及一种主动式光纤旋转连接装置及方法。
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个静止平台之间进行传输的机构。CN10794504A公开了一种基于光纤通信的数据传输系统，通过旋转体上的带轮带动同步带转动，在带轮和同步带上设置激光准直镜，通过设置带轮和同步带上激光准直镜的个数和间距以及同步带的长度，保证任意时刻都有一对激光准直镜是配合相对的，从而将旋转体带轮上的激光数据传输到同步带上的光纤中，再通过光纤旋转连接器将旋转的光纤中的激光数据传输到固定体中。这种系统对机械结构以及带轮同步带的传动精度要求较高，实现较为复杂，安装较为困难。专利2012207085238公开了一种光纤旋转连接器，其包括定子组件和转子组件，定子组件由制动环、组件套筒、锁紧固定环和法兰构成，转子组件由光纤准直器和高速微型轴承构成，所述光纤准直器有两个，安装于组件套筒两端的圆孔内，其中一端的光纤准直器通过锁紧固定环进行固定，另一端光纤准直器通过两只高速微型轴承呈双肩支撑式安装于组件套筒的圆孔内，再通过制动环和法兰进行固定。该装置虽然有效减少了转子旋转产生的跳动和偏转，提高了旋转轴的稳定性，但当需要高速旋转时，用于提供转速的电机噪音非常大，影响信号的传输。
发明内容
发明目的：为解决现有技术中存在的体积庞大、需要额外的传动机构，存在传动误差并且高速运行时噪音大等问题，本发明提供一种主动式光纤旋转连接装置，通过将固定光纤和旋转光纤分别固定在空心电机的固定端和空心旋转轴上，实现将旋转光纤的被动旋转转变为主动旋转，消除了额外的传动机构，简化了系统的结构，降低了系统的噪音。
本发明还要解决的技术问题在于提供一种主动式光纤旋转连接方法。
技术方案：为实现上述技术目的，本发明提出一种主动式光纤旋转连接装置，包括第一光纤组件、第二光纤组件和空心电机，所述空心电机包括外壳和固定于所述外壳内部的旋转空心轴，其中，所述第一光纤组件固定于所述空心电机旋转空心轴的自由端并与设置于所述外壳外侧的旋转端接头连通，所述第二光纤组件设置于所述空心电机的外壳内侧并与设置于所述外壳外侧的固定端接头连通，所述的第一光纤组件和所述的第二光纤组件位置相对。
具体地，所述的第一光纤组件与空心电机的旋转空心轴通过胶合、焊接或夹具卡接的方式固定连接，所述第二光纤组件与空心电机的外壳通过胶合、焊接或夹具卡接的方式固定连接。
其中，所述第一光纤组件包括第一光纤和第一透镜，所述的第二光纤组件包括第二光纤和第二透镜，其中，第一光纤与第一透镜之间以及第二光纤与第二透镜之间通过胶合、焊接或夹具卡接的方式相互连接。
所述第一光纤或第二光纤为单模光纤或多模光纤；所述的第一透镜或第二透镜为柱状透镜或凹凸透镜。当采用凹凸透镜时，光纤与透镜之间具有一定的距离，当采用柱状透镜时，光纤与透镜之间紧密结合。
其中，在某些应用场合为了减少回波损耗，所述的第一光纤和第二光纤的端面镀膜或者被研磨成斜角或者被研磨成斜角后再镀膜；所述的第一透镜和第二透镜端面镀膜或者被研磨成斜角或者被研磨成斜角后再镀膜。
所述的旋转端接头和固定端接头为尾纤接头或法兰接头，即可以作为光纤输出，也可以作为光纤接入。
由于实际应用过程中，两个光纤组件的位置不一定能正好相对便于两者的耦合，当第二光纤组件的位置偏离所述第一光纤组件相对侧的位置时，此时需要利用一个光路调整元件对两个光纤组件的传输方向进行调整，所述光路调整元件设置于所述空心电机内部，所述光路调整元件使来自所述第一光纤组件的光路与来自所述第二光纤组件的光路耦合。
在一种实施例中，所述的光路调整单元为反射镜。
本发明进一步提出了一种主动式光纤旋转连接方法，包括如下步骤：
(1)根据需要选择合适的光纤和透镜，将光纤和透镜通过胶合、焊接或夹具卡接的方式固定在一起组合成光纤组件，分别命名为第一光纤组件和第二光纤组件，其中，光纤和透镜的选择如上文所述；
(2)将所述第一光纤组件的一端调整为与空心电机的旋转空心轴同心并准直后固定于空心电机的旋转空心轴的自由端，另一端连接旋转端接头，并将所述旋转端接头设置于空心电机外壳的外侧；
(3)将所述第二光纤组件的一端固定于空心电机的外壳的内侧，另一端连接固定端接头，并将所述固定端接头设置于空心电机外壳的外侧；
(4)根据所述第二光纤组件的光路方向选择是否需要在所述空心电机的内部设置光路调整单元，所述光路调整单元用于调节来自第二光纤组件的光路方向，以使来自第一光纤组件的光路和来自第二光纤组件的光路相互耦合；
(5)将待连接的一对光纤分别连接在旋转端接头和固定端接头。
其中，优选地，步骤(4)中，所述的光路调整单元为反射镜。
有益效果：与现有技术相比，本发明通过直接将待耦合的光纤分别设置于空心电机的外壳和旋转空心轴，大大简化了光纤旋转连接装置的结构，且将原来的光纤旋转方式由被动变为直接由空心电机驱动，大大降低高速噪声，消除了额外的传动机构和存在的传动误差，从而降低成本，缩小体积。
附图说明
图1为本发明的主动式光纤旋转连接装置的结构示意图；
图2为带有光路调节元件的主动式光纤旋转连接装置的示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种主动式光纤旋转连接装置，包括第一光纤组件1、第二光纤组件2和空心电机，该空心电机的主要组成部分为外壳3和设置于外壳内部的旋转空心轴4，对于空心电机的类型不做限制，有刷或无刷均可。其中，第一光纤组件1包括第一光纤和第一透镜，第二光纤组件2包括第二光纤和第二透镜，每个光纤组件中透镜和光纤可以通过胶合、焊接或夹具卡接的方式进行固定，光纤和透镜的类型可以根据需要进行选择，如光纤可以为单模光纤或多模光纤；透镜可以为柱状透镜或凹凸透镜，且光纤和透镜也可以根据实际应用需要进行处理，如在某些应用场合为了减少回波损耗，第一光纤和第二光纤的端面镀膜或者被研磨成斜角或者被研磨成斜角后再镀膜；第一透镜和第二透镜端面镀膜或者被研磨成斜角或者被研磨成斜角后再镀膜。第一光纤组件1固定于空心电机旋转空心轴4的自由端并与设置于外壳3外侧的旋转端接头5连通，第二光纤组件2设置于空心电机的外壳3内侧并与设置于外壳3外侧的固定端接头6连通，且第一光纤组件1和第二光纤组件2的位置相对。第一光纤组件和第二光纤组件所述空心电机的连接方式也是多变的，如胶合、焊接或夹具卡接，其中，最好是通过激光焊接进行连接。旋转端接头和固定端接头可以为尾纤接头或法兰接头，即既可以作为光纤输出，也可以作为光纤输入。
在本实施例中，第一光纤组件1和第二光纤组件2分别由单模光纤和柱状透镜焊接而成，并封装在壳体内，首先将第一光纤组件1和空心电机的旋转空心轴4调整为同心并准直后焊接固定，然后将第二光纤组件2和第一光纤组件1调节为同心并准直后焊接固定在空心电机的外壳3内部，并分别将第一光纤组件1和第二光纤组件2与旋转端接头5和固定端接头6连通，用于输出或输入光纤。本发明通过直接将待耦合的光纤分别设置于空心电机的外壳和旋转空心轴，大大简化了光纤旋转连接装置的结构，且将原来的光纤旋转方式由被动变为直接由空心电机驱动，大大降低高速噪声，消除了额外的传动机构和存在的传动误差，从而降低成本，缩小体积。经测试，组装完毕的主动式光纤旋转连接装置其插损可以控制在0.1～1dB之间，旋转时的插损变化值取决于整个装置的同心度。
在另外一个实施例中，第二光纤组件2的位置并不在第一光纤组件1的对侧，如图2所示，第二光纤组件2可能从空心电机的上方引入，此时，需要利用一个光路调节元件7进行调节从而使两者的光路进行耦合，如在空心电机内设置一个反射镜作为光路调节元件，使来自第一光纤组件1的光路通过反射镜反射后进入第二光纤组件2，反之亦然。本领域技术人员可以根据具体的第二光纤组件的位置对反射镜的位置进行合理的安排，使两者更好的耦合。

Claims (10)

1.一种主动式光纤旋转连接装置，其特征在于，包括第一光纤组件(1)、第二光纤组件(2)和空心电机，所述空心电机包括外壳(3)和固定于所述外壳(3)内部的旋转空心轴(4)，其中，所述第一光纤组件(1)固定于所述空心电机旋转空心轴(4)的自由端并与设置于所述外壳(3)外侧的旋转端接头(5)连通，所述第二光纤组件(2)设置于所述空心电机的外壳(3)内侧并与设置于所述外壳(3)外侧的固定端接头(6)连通，且所述的第一光纤组件(1)和所述的第二光纤组件(2)位置相对。
2.根据权利要求1所述的主动式光纤旋转连接装置，其特征在于，所述的第一光纤组件(1)与空心电机的旋转空心轴(4)通过胶合、焊接或夹具卡接的方式固定连接，所述第二光纤组件(2)与空心电机的外壳(3)通过胶合、焊接或夹具卡接的方式固定连接。
3.根据权利要求1所述的主动式光纤旋转连接装置，其特征在于，所述第一光纤组件(1)包括第一光纤和第一透镜，所述的第二光纤组件(2)包括第二光纤和第二透镜，其中，第一光纤与第一透镜之间以及第二光纤与第二透镜之间通过胶合、焊接或夹具卡接的方式相互连接。
4.根据权利要求3所述的主动式光纤旋转连接装置，其特征在于，所述第一光纤或第二光纤为单模光纤或多模光纤；所述的第一透镜或第二透镜为柱状透镜或凹凸透镜。
5.根据权利要求3所述的主动式光纤旋转连接装置，其特征在于，所述的第一光纤和第二光纤的端面镀膜或者被研磨成斜角或者被研磨成斜角后再镀膜；所述的第一透镜和第二透镜端面镀膜或者被研磨成斜角或者被研磨成斜角后再镀膜。
6.根据权利要求1所述的主动式光纤旋转连接装置，其特征在于，所述的旋转端接头(5)和固定端接头(6)为尾纤接头或法兰接头。
7.根据权利要求1～6任一项所述的主动式光纤旋转连接装置，其特征在于，所述的第二光纤组件(2)设置于偏离所述第一光纤组件(1)相对侧的位置，其中，所述主动式光纤旋转连接装置包括光路调整元件(7)，所述光路调整元件(7)设置于所述第二光纤组件(2)的光路的适当位置，所述光路调整元件(7)使来自所述第一光纤组件(1)的光路与来自所述第二光纤组件(2)的光路耦合。
8.根据权利要求7所述的主动式光纤旋转连接装置，其特征在于，所述的光路调节元件(7)为反射镜。
9.一种主动式光纤旋转连接方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)根据需要选择合适的光纤和透镜，将光纤和透镜通过胶合、焊接或夹具卡接的方式固定在一起组合成光纤组件，分别命名为第一光纤组件和第二光纤组件；
(2)将所述第一光纤组件的一端调整为与空心电机的旋转空心轴同心并准直后固定于旋转空心轴的自由端，另一端连接旋转端接头，并将所述旋转端接头设置于空心电机外壳的外侧；
(3)将所述第二光纤组件的一端固定于空心电机的外壳的内侧，另一端连接固定端接头，并将所述固定端接头设置于空心电机外壳的外侧；
(4)根据所述第二光纤组件的光路方向选择是否需要在所述空心电机的内部设置光路调整单元，所述光路调整单元用于调节来自第二光纤组件的光路方向，以使来自第一光纤组件的光路与来自第二光纤组件的光路相互耦合；
(5)将待连接的一对光纤分别连接在旋转端接头和固定端接头。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的光路调整单元为反射镜。
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