CN112230341A - 一种离轴光纤滑环 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种离轴光纤滑环，其特征在于，包括中心轴同轴的过孔中心轴、转子和定子部分，转子绕过孔中心轴旋转，所述过孔中心轴为中空结构的圆柱体，所述转子为空心圆盘，空心圆盘上设有由发射光纤插芯和准直镜组成的信号光发射镜筒，所述定子部分设有第一反射镜、第二反射镜、第一聚焦镜、第一接收光纤插芯、第二聚焦镜、第二接收光纤插芯、光纤合路器。这种离轴光纤滑环成本低、适用范围广、功耗低、传输可靠。
Description
技术领域
本发明涉及数据通信系统中进行相对旋转连接的通信器件，具体是一种离轴光纤滑环。
背景技术
在含相对旋转部件的数据通信系统中，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，用来传输高速光信号的旋转器件称为光滑环，主要有光纤滑环和光电滑环两类。目前实际成熟应用的光纤滑环为同轴光纤滑环，即通过中心轴上的棱镜、透镜或其他光器件将光信号耦合至两端的光纤中，这种光纤滑环的中心轴被光路占用，在需要保持中轴空心或中轴空间留作其他用途时不能适用；而光电滑环是通过位置特殊排布激光二极管、光电二极管等有源器件进行电光转换，实现旋转部件的离轴或同轴传输，当输入信号为光信号时需额外进行一次光电转换，在功耗有限或无供电条件下光电滑环适用性较差或不能适用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种离轴光纤滑环。这种离轴光纤滑环成本低、适用范围广、功耗低、传输可靠。
实现本发明目的的技术方案是：
一种离轴光纤滑环，包括中心轴同轴的过孔中心轴、转子和定子部分，转子绕过孔中心轴旋转，实现光信号离轴旋转传输，所述过孔中心轴为中空结构的圆柱体，所述转子为空心圆盘，空心圆盘上设有由发射光纤插芯和准直镜组成的信号光发射镜筒，其中，发射光纤插芯和准直镜二者同轴且轴心线平行于过孔中心轴的轴心线、光纤插芯的端面位于准直镜的焦点位置并发射信号光束，信号光束经过准直镜后成为第一准直信号光束，所述定子部分设有第一反射镜、第二反射镜、第一聚焦镜、第一接收光纤插芯、第二聚焦镜、第二接收光纤插芯、光纤合路器，其中，第一反射镜和第二反射镜相互垂直并绕过孔中心轴、以过孔中心轴为轴呈镜像放置，用于发射准直信号光束转折，第一聚焦镜和第二聚焦镜分别位于第二反射镜和第一反射镜的远离过孔中心轴的外侧，第一聚焦镜和第二聚焦镜的光轴共轴且垂直于过孔中心轴的轴心线，（此处聚焦镜光轴是过透镜前后工作面中心的轴线）用于接收转折后的准直信号光束，第一接收光纤插芯、第二接收光纤插芯分别位于第一聚焦镜、第二聚焦镜的焦点位置，实现信号聚焦耦合，所述光纤合路器用于两路接收光纤内的光信号合路输出，光纤合路器为两路合一路型光纤合路器，设有第一光纤合路器插芯、第二光纤合路器插芯和第三光纤合路器插芯，其中第一光纤合路器插芯和第二光纤合路器插芯为合路器的输入光接口，第一光纤合路器插芯与第二接收光纤插芯尾纤的光纤接头通过光纤法兰盘相连，第一光纤合路器插芯与第一接收光纤插芯尾纤的光纤接头通过光纤法兰盘相连，第三光纤合路器插芯用于合路的光信号输出端。
所述过孔中心轴的外径与转子的中心孔孔径一致，过孔中心轴与转子采用精密轴承连接且中心轴共轴，中心轴平行于z轴。
所述的第一反射镜、第二反射镜的反射面与xoy平面锐角夹角均为45°，且第一反射镜、第二反射镜的反射面加面中间形成的正方形空间边长大于过孔中心轴外径。
本技术方案中，发射光纤插芯首先向z轴正方向发射具有大发散角的信号光，大发散角信号光经过准直镜压缩发散角成为第一准直信号光束，当转子转动使准直光信号仅对准反射面与xoy平面锐角夹角呈45°放置的第二反射镜时，第一准直信号光束反射并绕x轴转折90°并沿y轴负方向传输，该准直光经过第一聚焦镜后聚焦并耦合进入第一接收光纤插芯的纤芯成为光纤信号，随后光纤信号通过光纤合路器的第一光纤合路器插芯端输入，并最终从第三光纤合路器插芯输出， 当转子转动使到准直信号光束对准反射面与xoy平面锐角夹角呈45°放置的第一反射镜和第二反射镜的交接面时，准直信号光束被分成两部分，分别反射成为第二准直信号光束和第三准直信号光束，其中第二准直信号光束沿y轴负方向传输，经过第一聚焦镜后聚焦并耦合进入第一接收光纤插芯的纤芯，第三准直信号光束沿y轴正方向传输，经过第二聚焦镜后聚焦并耦合进入第二接收光纤插芯的纤芯，两路光纤信号经过光纤合路器合路后最终从第三光纤合路器插芯输出。
所述的转子绕过孔中心轴进行360°连续旋转时，准直信号光束持续保持被其中一块或两块与xoy平面斜45°放置的反射镜转折90°反射至y轴方向，并被光轴与y轴平行的聚焦镜聚焦耦合进入两根接收光纤，最终通过光纤合路器合路后从第三光纤合路器插芯输出，且总输出光功率基本保持恒定，保证了光信号不间断地离轴稳定传输。
与现有技术相比，本技术方案具有过孔中心轴结构，相对于同轴光纤滑环更适用于需要中心轴保持中空或中心轴另作他用的场景；相对于光电滑环，不需要对要传输光信号额外进行一次光电变换，更适用于有功耗限制或无供电条件的光信号传输需求；相对于光电滑环，对原有的光信号的编码方式无任何改变，仅在传输光功率上引入少量插入损耗，传输更可靠。
这种离轴光纤滑环成本低、适用范围广、功耗低、传输可靠。
附图说明
图1为实施例的结构三维示意图；
图2为实施例中定子部分结构示意图；
图3为图1的主视图；
图4为图1的俯视图。
图中，1.过孔中心轴 2.转子 3.第一反射镜 4.第二反射镜 5.发射光纤插芯 6.准直镜 7.第一准直信号光束 8.第一聚焦镜 9.第一接收光纤插芯 10.第二聚焦镜 11.第二接收光纤插芯 12.第一光纤合路器插芯 13.第二光纤合路器插芯 14.第三光纤合路器插芯 15.光纤合路器 16.第二准直信号光束 17.第三准直信号光束 。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
参照图1、图3、图4，一种离轴光纤滑环，包括中心轴同轴的过孔中心轴1、转子2和定子部分，转子2绕过孔中心轴1旋转，实现光信号离轴旋转传输，所述过孔中心轴1为中空结构的圆柱体，所述转子2为空心圆盘，空心圆盘上设有由发射光纤插芯5和准直镜6组成的信号光发射镜筒，其中，发射光纤插芯5和准直镜6二者同轴且轴心线平行于过孔中心轴1的轴心线、光纤插芯5的端面位于准直镜6的焦点位置并发射信号光束，信号光束经过准直镜6后成为第一准直信号光束7，如图2所示，所述定子部分设有第一反射镜3、第二反射镜4、第一聚焦镜8、第一接收光纤插芯9、第二聚焦镜10、第二接收光纤插芯11、光纤合路器15，其中，第一反射镜3和第二反射镜4相互垂直并绕过孔中心轴1，以过孔中心轴1为轴呈镜像放置，用于发射准直信号光束转折，第一聚焦镜8和第二聚焦镜10分别位于第二反射镜4和第一反射镜3的远离过孔中心轴1的外侧，第一聚焦镜8和第二聚焦镜10的光轴共轴并垂直于过孔中心轴1的轴心线，用于接收转折后的准直信号光束，第一接收光纤插芯9、第二接收光纤插芯11分别位于第一聚焦镜8、第二聚焦镜10的焦点位置，实现信号聚焦耦合，所述光纤合路器15用于两路接收光纤内的光信号合路输出，光纤合路器15为两路合一路型光纤合路器，设有第一光纤合路器插芯12、第二光纤合路器插芯13和第三光纤合路器插芯14，其中第一光纤合路器插芯12和第二光纤合路器插芯13为合路器的输入光接口，第一光纤合路器插芯12与第二接收光纤插芯11尾纤的光纤接头通过光纤法兰盘相连，第一光纤合路器插芯13与第一接收光纤插芯9尾纤的光纤接头通过光纤法兰盘相连，第三光纤合路器插芯14用于合路的光信号输出端。
所述过孔中心轴1的外径与转子2的中心孔孔径一致，孔中心轴1与转子2采用精密轴承连接且中心轴共轴，中心轴平行于z轴。
所述的第一反射镜3、第二反射镜4的反射面与xoy平面锐角夹角均为45°，且第一反射镜3、第二反射镜4的反射面加面中间形成的正方形空间边长大于过孔中心轴1外径。
本例中，如图3所示，发射光纤插芯5首先向z轴正方向发射具有大发散角的信号光，大发散角信号光经过准直镜6压缩发散角成为第一准直信号光束7，当转子2转动使准直光信号仅对准反射面与xoy平面锐角夹角呈45°放置的第二反射镜4时，第一准直信号光束7反射并绕x轴转折90°并沿y轴负方向传输，该准直光经过第一聚焦镜8后聚焦并耦合进入第一接收光纤插芯9的纤芯成为光纤信号，随后光纤信号通过光纤合路器15的第一光纤合路器插芯13端输入，并最终从第三光纤合路器插芯14输出，如图4所示，当转子2转动使到准直信号光束对准反射面与xoy平面锐角夹角呈45°放置的第一反射镜3和第二反射镜4的交接面时，准直信号光束被分成两部分，分别反射成为第二准直信号光束16和第三准直信号光束17，其中第二准直信号光束16沿y轴负方向传输，经过第一聚焦镜8后聚焦并耦合进入第一接收光纤插芯9的纤芯，第三准直信号光束17沿y轴正方向传输，经过第二聚焦镜10后聚焦并耦合进入第二接收光纤插芯11的纤芯，两路光纤信号经过光纤合路器15合路后最终从第三光纤合路器插芯14输出。
所述的转子2绕过孔中心轴1进行360°连续旋转时，准直信号光束持续保持被其中一块或两块与xoy平面斜45°放置的反射镜转折90°反射至y轴方向，并被光轴与y轴平行的聚焦镜聚焦耦合进入两根接收光纤，最终通过光纤合路器15合路后从第三光纤合路器插芯14输出，且总输出光功率基本保持恒定，保证了光信号不间断地离轴稳定传输。
Claims (3)
1.一种离轴光纤滑环，其特征在于，包括中心轴同轴的过孔中心轴、转子和定子部分，转子绕过孔中心轴旋转，所述过孔中心轴为中空结构的圆柱体，所述转子为空心圆盘，空心圆盘上设有由发射光纤插芯和准直镜组成的信号光发射镜筒，其中，发射光纤插芯和准直镜二者同轴且轴心线平行于过孔中心轴的轴心线、光纤插芯的端面位于准直镜的焦点位置并发射信号光束，信号光束经过准直镜后成为第一准直信号光束，所述定子部分设有第一反射镜、第二反射镜、第一聚焦镜、第一接收光纤插芯、第二聚焦镜、第二接收光纤插芯、光纤合路器，其中，第一反射镜和第二反射镜相互垂直并绕过孔中心轴、以过孔中心轴为轴呈镜像放置，第一聚焦镜和第二聚焦镜分别位于第二反射镜和第一反射镜的远离过孔中心轴的外侧，第一聚焦镜和第二聚焦镜的光轴共轴且垂直于过孔中心轴的轴心线，第一接收光纤插芯、第二接收光纤插芯分别位于第一聚焦镜、第二聚焦镜的焦点位置，所述光纤合路器为两路合一路型光纤合路器，设有第一光纤合路器插芯、第二光纤合路器插芯和第三光纤合路器插芯，其中第一光纤合路器插芯和第二光纤合路器插芯为合路器的输入光接口，第一光纤合路器插芯与第二接收光纤插芯尾纤的光纤接头通过光纤法兰盘相连，第一光纤合路器插芯与第一接收光纤插芯尾纤的光纤接头通过光纤法兰盘相连，第三光纤合路器插芯用于合路的光信号输出端。
2.根据权利要求1所述的离轴光纤滑环，其特征在于，所述过孔中心轴的外径与转子的中心孔孔径一致，过孔中心轴与转子采用精密轴承连接且中心轴共轴，中心轴平行于z轴。
3.根据权利要求1所述的离轴光纤滑环，其特征在于，所述的第一反射镜、第二反射镜的反射面与xoy平面锐角夹角均为45°，且第一反射镜、第二反射镜的反射面加面中间形成的正方形空间边长大于过孔中心轴外径。
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