CN108680997B - 多路中空光纤旋转连接器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多路中空光纤旋转连接器，该旋转连接器主要由输入端板、固定套筒、接收端板、遮光筒、中空环形锥体组成。待传输的三组信号通过位于输入端板不同圆周上的三个输入通道以一定角度进入旋转连接器内部并以反射的方式传输。当信号反射一定次数后，从位于中空环形锥体不同圆周上的三个出射窗口出设射，然后通过位于接收端板不同圆周上的三个接收端通道，以及输出通道后，耦合到光纤准直器中，最后通过传输光纤将信号输出。与现有技术相比，本发明所提出的多路中空光纤旋转连接器可以实现信号动态、离轴、周向传输，有效地解决了中心轴被占用而不能传输信号的问题，结构简单，易于加工，稳定性好，具有高的耦合效率，利于广泛推广。

Description

多路中空光纤旋转连接器

技术领域

本发明所公开的多路中空光纤旋转连接器结构简单，耦合率高，可以实现信号动态传输。目前，该结构的旋转连接器主要用于空间光互连、光纤通信技术领域。

背景技术

旋转连接器是实现信号传输的通信器件，主要用于短距离的信号传输与连接。目前，旋转连接器应用十分广泛，如海洋探测扫描系统、航天飞行器、工业机械手、石油开采平台、海底机器人、军事上的战舰的海底水声系统、战车的旋转塔台，航天领域的飞行器以及医疗设备CT扫描系统等。

随着旋转光信号传输器件的应用范围不断扩大，有时候在信号传输过程中，需要同时伴随着气、油和水等介质的传输，如有些雷达信号传输过程中要伴随高压气体的传输，所以需要单独为这些介质设置一个传输通道，并且这个传输通道经常设置在传输器中心轴的位置，由于中心轴被占用，使得光信号不能沿着与信号传输器中心轴重合的光轴进行传输。在这种情况下，只有多路中空旋转连接器才可以实现多路信号传输。

目前国内外专利中提出了不同结构的中空光纤旋转连接器，它们各有优缺点。

专利申请号为US4753506的美国专利文献中提出了一种输入端、输出端与中空部分同心的中空态光纤旋转连接器。该结构的旋转连接器的输入端上均匀地分布着个8椭圆型的反射镜，呈圆周分布。反射镜的作用不但可以透过光束,而且可以反射光束。当光束透过反射镜后，继续传输,直到下一个反射镜再次实现透射与反射。反射光束经反射后传播至接收面,在接收面会形成一个圆面,经圆面内的接收器接收。这种结构的旋转连接器,由于光束经过多次反射和折射，所以最终会使得光束的损耗增大。

专利申请号为US410998A的美国专利文献中提出一种中空态光纤旋转连接器，它的基本原理是利用俩个同轴的圆柱面反射镜，光束通过在俩个圆柱面反射镜之间的反射来传播光束。该结构的旋转连接器虽然可以实现多路信号离轴周向传输，由于其输入端子在圆柱面外侧输入光束，这就要求圆柱面反射镜即可以透过光束也可以反射光束，对反射镜而言要求很高，会造成光束耦合效率低。

专利申请号为CN201210555612的中国专利中提出一种基于光子晶体的新型中空光纤旋转连接器,该结构光线旋转连接器采用具有良好控光能力的光子晶体作为实现旁轴光信号的载体,与常规的中空光纤旋转连接器相比,光子晶体的运用使光纤旋转连接器内部实现光信号传输路径的机械结构得到极大的简化。同时光子晶体具有极低的传输损耗,从而可以极大地降低光信号在传输过程中的损耗。

文献名为“一种中空式光纤旋转连接器”的期刊文献中提出一种中空式光纤旋转连接器，该结构的光纤旋转连接器主要由输入端和输出端组成，输入端可相对于输出端自由旋转实现信号动态传输。光信号从位于输入端上的光纤准直器进入FORJ内部传输，通过红外透镜组汇聚转向，使光信号耦合到位于输出端上呈圆周分布的光纤准直器中。由于该FORJ在信号传输过程中需要多个光纤准直器原因，最终使得光信号耦合效率较低，同时该旋转连接器没有实现多路信号同时传输。

上述文献中所提出的中空光纤旋转连接器虽然都可以实现信号的传输，但由于其结构复杂，插入损耗较大，稳定性差，不利于广泛推广。

发明内容

为了克服现有技术问题，本发明公开了一种多路中空光纤旋转连接器，可实现不同波长的信号光束同时离轴、周向传输。

为了克服现有技术问题，本发明一种多路中空光纤旋转连接器，包括固定套筒，所述固定套筒的一端设有输入端板，所述输入端板与所述固定套筒之间设有滚动轴承，所述固定套筒的另一端设有接收端板，所述接收端板与所述固定套筒之间为固定连接；所述输入端板、所述固定套筒和所述接收端板同轴设置，所述输入端板、所述固定套筒和所述接收端板设有贯通的中心孔，所述中心孔内嵌装有遮光筒；在所述输入端板的n个不同圆周上分别设有1个输入通道，n≥1；每个输入通道内设有光纤准直器；所述固定套筒内位于远离所述输入端板的一端固定有一与所述遮光筒同轴的中空环形锥体，所述输入端板的内端面和所述中空环形锥体的内表面均设有反射膜；在所述中空环形锥体的锥面上设有n个出射窗口，n个出射窗口分别与n个输入通道的一一对应，相邻两个出射窗口的中心在所述中空环形基体横截面上的投影所形成的圆心角相同；所述接收端板包括内板和外板，所述内板上设有n个接收端通道，n个接收端通道分别与所述n个出射窗口的位置一一对应，每个接收端通道内均设有透镜系统；所述外板上设有n个输出通道，每个输出通道内设有光纤准直器，所述n个输出通道分别与n个接收端通道的中心轴位置一一对应。

进一步讲，本发明中，n优选为3。所述光纤准直器由光纤和准直透镜组成，所述准直透镜可为C-lens透镜、自聚焦透镜或球透镜系统；所述透镜系统主要有棱镜、正透镜和负透镜组成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中，遮光筒主要起遮光作用，同时信号传输过程中，可以在遮光筒位置设置单独的通道用来传输水、气、油等其它介质。本发明光纤旋转连接器可以实现信号动态、离轴、周向传输，有效的解决了中心轴被占用而不能传输信号的问题，结构简单，插损较低，稳定性好，装配精度高，具有高的耦合效率，利于广泛推广。

附图说明

图1为本发明多路中空光纤旋转连接器的结构示意图；

图2为图1中所示输入端板的端向视图；

图3为图1中所示中空环形锥体的端向视图；

图4为图1中所示接收端的端向视图。

图中：

1-输入端板，2-固定套筒，3-中空环形锥体，4-固定螺丝，5-内板，6-固定螺丝，7、20-反射膜，8-接收端通道A，9-外板，10-输出通道A，12、25-光纤准直器，11、24-传输光纤，13-固定螺丝，14-汇聚透镜A，15-汇聚透镜B，16-棱镜，17-固定胶圈，18-出射窗口A，19-滚动轴承，21-遮光筒，22-中心轴，23-输入通道B，26-输入通道C，27-输入通道A,28-出射窗口B，29-接收端通道B，30-输出通道B，31-接收端通道C，32-输出通道C，33-出射窗口C,34-中心孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。

本发明提出的一种多路中空光纤旋转连接器，如图1包括固定套筒2，所述固定套筒2的一端设有输入端板1，所述输入端板1与所述固定套筒2之间设有滚动轴承19，所述固定套筒2的另一端设有接收端板，所述接收端板与所述固定套筒2之间为固定连接；所述输入端板1、所述固定套筒2和所述接收端板同轴设置，所述输入端板1、所述固定套筒2和所述接收端板1设有贯通的中心孔27，所述中心孔27内嵌装有遮光筒21。

在所述输入端板1的n个不同圆周上分别设有1个输入通道，n≥1；图2示出了n＝3，即在所述输入端板1的三个圆周上分别设有1个输入通道(即输入通道A27、输入通道B23、输入通道C26)的中空多通道光纤旋转连接器中输入通道的布局。每个输入通道内设有光纤准直器；所述光纤准直器11、25由光纤和准直透镜组成，准直透镜可为C-lens透镜、自聚焦透镜或球透镜系统。

如图1所示，所述固定套筒2内位于远离所述输入端板1的一端固定有一与所述遮光筒2同轴的中空环形锥体3，所述输入端板1的内端面和所述中空环形锥体2的内表面均设有反射膜7；在所述中空环形锥体3的锥面上设有n个出射窗口，图3示出了具有与三个不同圆周的输入通道相对应的三个出射窗口的情形(即出射窗口A 18、出射窗口B28，出射窗口C33)。其中，相邻俩个出射窗口(诸如，出射窗口A 18和出射窗口B28，出射窗口B28和出射窗口C 33，出射窗口C 33和出射窗口A 18)的中心在所述中空环形锥体横截面上的投影所形成的圆心角相同。

如图1所示，所述接收端板包括内板5和外板9，所述内板5上设有n个接收端通道，n个接收端通道分别与所述n个出射窗口的位置一一对应，每个接收端通道内均设有透镜系统，所述透镜系统主要有棱镜、正透镜和负透镜组成；所述外板上设有n个输出通道，每个输出通道内设有光纤准直器，所述n个输出通道分别与n个接收端通道的中心轴位置一一对应。图4示出了具有三个分别与所述三个出射窗口的位置一一对应的接收端通道(也即具有三个输出通道)的情形(即接收端通道A 8,输出通道A 10；接收端通道B 29，输出通道B 30；接收端通道C 31，输出通道C 32)。

实施例、多路中空光纤旋转连接器

图1-图4示出了本发明多路中空光纤旋转连接器的基本结构，该实施例的工作过程如下：

当旋转连接器与外界连通后，三组待传输的光信号通过传输光纤11、24分别从输入通道A27、输入通道B23、输入通道C26，传输到光纤准直器12、25中，光纤准直器11、25将三组光信号变为平行光束后，三组光信号分别以一定角度进入旋转连接器内部，并进行传输。由于输入端板1内表面和中空环形锥体3内锥面分别镀有反射膜7、20，所以输入信号光束传输到中空环形锥体3内锥面时发生反射，三组信号光束被返回到旋转连接器内部，向输入端板1内表面传输，三组信号光束传输到转子内表面时再次发生反射，三组信号光束被反射回到旋转连接器内部继续传输，之后经过反射一定次数后，三组信号光束分别从位于中空环形锥体3锥面上的出射窗口A18、出射窗口B28、出射窗口C33出射。然后输出的三组信号光束分别依次通过接收端通道A8、接收端通道B29、接收端通道C31中的透镜系统(即棱镜16、透镜A15和透镜B14)，三组输出的信号光束通过棱镜透镜系统(即棱镜16、透镜A15和透镜B14)后会偏转一定角度，同时光斑尺寸会缩小，最终输出的三组信号光束分别耦合到位于输出通道A10、输出通道B30、输出通道C32的光纤准直器12、25中，最后通过传输光纤11、24将分别将三组信号输出。

在信号传输过程中，由于输入端板1和固定套筒2通过滚动轴承19连接，由此输入端板1可以围绕中心轴22相对于固定套筒2自由转动，从而实现信号的动态输入。

由于增设有遮光筒21，实现了旋转连接器内部与外界隔离，减小了外界环境对信号传输的影响。同时可以在遮光筒21位置处增设通道，用来传输水、气、油等其它介质，有效的解决了旋转连接器中心轴被占用而不能传输信号的问题。

本发明中所述的光纤准直器12、25是由光纤和准直透镜组成，所述准直透镜可为C-lens透镜、自聚焦透镜或球透镜系统。

本发明所发明的多路中空光纤旋转连接器核心在于中空环形锥体的精确加工，以及中空环形锥体内表面和输入端板内端面的光学镀膜。中空环形锥体体可选用铝合金、不锈钢或者黄铜材质进行加工制作。中空环形锥体内表面和输入端板内端面所镀的光学反射膜可选用金、银、铝材质进行镀制。

尽管上面结合附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，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (4)

1.一种多路中空光纤旋转连接器，包括固定套筒(2)，所述固定套筒的一端设有输入端板(1)，所述输入端板(1)与所述固定套筒(2)之间设有滚动轴承(19)，所述固定套筒(2)的另一端设有接收端板，所述接收端板与所述固定套筒(2)之间为固定连接；所述输入端板(1)、所述固定套筒(2)和所述接收端板同轴设置，其特征在于：

所述输入端板(1)、所述固定套筒(2)和所述接收端板设有贯通的中心孔(34)，所述中心孔内嵌装有遮光筒(21)；在所述输入端板(1)的n个不同圆周上分别设有1个输入通道，n≥1；每个输入通道内设有光纤准直器；

所述固定套筒(2)内位于远离所述输入端板(1)的一端固定有一与所述遮光筒(21)同轴的中空环形锥体(3)，所述输入端板(1)的内端面和所述中空环形锥体(3)的内表面均设有反射膜；在所述中空环形锥体的锥面上设有n个出射窗口，相邻两个出射窗口的中心在所述中空环形锥体横截面上的投影所形成的圆心角相同；

所述接收端板包括内板(5)和外板(9)，所述内板(5)上设有n个接收端通道，n个接收端通道分别与所述n个出射窗口的位置一一对应，每个接收端通道内均设有透镜系统；所述外板上设有n个输出通道，每个输出通道内设有光纤准直器，所述n个输出通道的中心轴分别与n个接收端通道的中心轴位置一一对应。

2.根据权利要求1所述多路中空光纤旋转连接器，其特征在于，n＝3。

3.根据权利要求1所述多路中空光纤旋转连接器，其特征在于，所述光纤准直器(11、25)由光纤和准直透镜组成，所述准直透镜为C-lens。

4.根据权利要求1所述多路中空光纤旋转连接器，其特征在于，所述透镜系统至少包括棱镜、正透镜和负透镜。