CN113014316B - 基于空间光通信的伸缩式探测设备及方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种基于空间光通信的伸缩式探测设备及方法，所述探测设备包括：探测单元，用于探测空间信号，并将探测结果处理成光信号输出；主机单元，用于接收探测单元发出的光信号并获得探测结果；伸缩单元，为中空的，连接到探测单元和主机单元，并用于探测单元和主机单元之间的光通信。本申请的伸缩式探测设备不仅可以实现设备的紧凑度、美观和可操作性，还可以具有很强的安全保密性，不仅可以避免被外物遮挡和被外界光的干扰，不管设备是否晃动和弯曲，都可以确保数据的成功传送。

Description

基于空间光通信的伸缩式探测设备及方法

技术领域

本公开涉及探测技术领域，更具体地说，涉及一种基于空间光通信的伸缩式探测设备及方法。

背景技术

在此提供的背景描述是为了总体上呈现本公开的背景。在本背景技术部分描述的程度上，当前署名的发明人的工作以及在提交时可能不构成现有技术的描述的各方面，既不明示地也不暗示地被认为是针对本公开的现有技术。

现有技术中的伸缩式探测设备主要由探测单元、伸缩单元和主机单元组成。伸缩单元的作用是增加探测距离，具体实现方式为：探测单元固定在伸缩单元的顶部，根据探测区域的位置伸展伸缩单元的各管节，实现探测单元近距离地靠近。伸缩式探测设备由于探测单元和主机单元之间需要信号通信，且两者之间的距离需要实时调整，所以现有技术方案主要有两类：一类是有线式设计，一般采用弹簧信号线实现伸缩单元内部走线和信号线直接外部走线，前者利用弹簧信号线的伸缩特点匹配伸缩单元的距离调整，后者直接按最大探测距离预留外部走线；第二类是无线式设计，一般采用WiFi、蓝牙和Zigbee等无线电波通信方式，实现探测单元和主机单元间不用有线介质连接。

但无论上述哪类方案，都存在问题。对于有线式设计，由于其采用弹簧信号线的方式，伸缩距离较小，收缩速度慢，否则会造成弹簧信号线卷曲卡死，且各管节内部端部容易与弹簧信号线发生剐蹭造成线缆损坏。而且采用信号线直接外部走线方式，外观不整洁，容易被外物钩挂，多余的线缆需要操作人员时刻卷紧增加操作难度。

对于无线式设计，现有的WiFi、蓝牙和Zigbee等无线电波通信方式，抗干扰能力差，保密性差，电子对抗能力差，使用风险较大，尤其在抗干扰和保密性要求高的领域。

发明内容

因此，亟待一种性能可靠且机构简单的空间光通信的伸缩式探测设备及方法，以解决上述现有技术中的不足。

本公开提供了一种基于空间光通信的伸缩式探测设备，包括：探测单元，用于探测空间信号，并将探测结果处理成光信号输出；主机单元，用于接收探测单元发出的光信号并获得探测结果；伸缩单元，为中空的，连接到探测单元和主机单元，并用于探测单元和主机单元之间的光通信。

在本公开的一个实施例中，所述伸缩单元呈杆状，并包括能够伸缩并能够弯曲的管节。

在本公开的一个实施例中，所述探测单元包括信号探测和控制模块以及光收发射器。

在本公开的一个实施例中，所述主机单元包括光收发器以及信号控制和显示模块。

在本公开的一个实施例中，所述伸缩单元分别与探测单元和主机单元呈可拆卸连接。

在本公开的一个实施例中，所述可拆卸连接包括螺纹连接。

在本公开的一个实施例中，所述伸缩单元的两端包括带螺纹的信号入口和带螺纹的信号出口。

在本公开的一个实施例中，所述探测单元包括将电信号转换成光信号的光发射机。

在本公开的一个实施例中，所述主机单元包括将光信号转换成电信号的光接收机。

本申请提供了一种基于空间光通信的伸缩式探测方法，包括以下步骤：探测空间中的信号，并把所述信号转换成光信号；光信号传播通过伸缩单元；光信号被转换成电信号，并显示探测结果。

在本公开的一个实施例中，所述伸缩单元呈杆状，并包括能够伸缩并能够弯曲的管节。

本申请的伸缩式探测设备不仅可以实现设备的紧凑度、美观和可操作性，还可以具有很强的安全保密性，不仅可以避免被外物遮挡和被外界光的干扰，不管设备是否晃动和弯曲，都可以确保数据的成功传送。

通过以下结合附图及其说明对优选实施例的描述，本公开的这些和其它方面将变得显而易见，但是在不脱离本公开的新颖概念的精神和范围的情况下可以对其进行变化和修改。

附图说明

从详细描述和附图中将更充分地理解本公开。这些附图示出了本公开的一个或多个实施例，并且与书面描述一起用于解释本公开的原理。在可能的情况下，在所有附图中使用相同的附图标记来表示实施例的相同或相似的元件，并且其中：

图1是根据本申请的示例性实施例的基于空间光通信的伸缩式探测设备的示意图。

图2是根据本申请的示例性实施例的探测单元的构造的示图。

图3是根据本申请的示例性实施例的探测单元的示意图。

图4是根据本申请的示例性实施例的伸缩单元的示意图。

图5是根据本申请的示例性实施例的主机单元的构造的示图。

图6是根据本申请的示例性实施例的主机单元的示意图。

图7是根据本申请的示例性实施例的基于空间光通信的伸缩式探测设备的光信号传输的示意图。

具体实施方式

以下，将参考附图对本公开进行更加充分的描述，其中示出了本公开的示例性实施方式。然而，本公开可以以不同的实施方式来实施，而不应被解释为限于这里所描述的实施方式。本公开提供的这些实施方式是为了使得本公开更彻底、完整，并且向本领域的技术人员充分传达本公开的范围。在附图中，为清楚起见，可以将层的厚度和区域放大。在整个说明书中，相同的参考标号用来表示相同的元件。对于不同的实施方式，元件可以具有不同的相互关系和不同的位置。

图1是根据本申请的示例性实施例的基于空间光通信的伸缩式探测设备的示意图。如图1所示，本申请的实施例包括一种基于空间光通信的伸缩式探测设备包括：探测单元1，用于探测空间信号，并将探测结果处理成光信号输出；主机单元3，用于接收探测单元发出的光信号并获得探测结果；伸缩单元2，为中空的，用于探测单元和主机单元之间的光通信。

本实施例的探测设备采用长杆内空间光通信技术作为探测单元和主机单元之间的通信方式，使得探测单元1和主机单元3之间不用有线介质连接。另外，本实施例中的光通信不同于WiFi、蓝牙和Zigbee等无线电波通信方式，它是一种以光波作为传输媒介的通信方式，用点对点或点对多点方式实现连接。

在本申请的一个实施例中，伸缩单元2呈中空杆状，并包括能够伸缩并能够弯曲的管节。伸缩单元2分别与探测单元1和主机单元3呈可拆卸连接，可拆卸连接可以包括螺纹连接。伸缩单元2的两端包括带螺纹的信号入口202和带螺纹的信号出口204。因此，伸缩单元2由于各管节内部空心，类似于光纤，是个非常好的光通信的信道，且由于各管壁的保护，避免了通信信号被外物遮挡、被外界光干扰或者发生信息泄露。

在本申请的一个实施例中，伸缩单元2通过可拆卸连接分别于探测单元1和主机单元3连接，例如通过螺纹连接、卡扣连接、或者通过连接件分别于探测单元1和主机单元3连接。或者，伸缩单元2可以与探测单元1和主机单元3形成固定连接。

由此，本实施例的伸缩式探测设备可以同时实现下列多种优点：1、可以不仅实现探测单元和主机单元之间不用有线介质连接，还提高了设备的紧凑度、美观和可操作性；2、本申请中的伸缩式探测设备安全保密性强，这是由于光通信的波束很窄，定向性非常好，再加上伸缩单元的管壁保护，不存在被窃听的可能性；3、由于光通信的频谱位于光频段，无线电波、微波等对其不会构成干扰，所以本申请中的伸缩式探测设备抗干扰性强，而且，光信号由于伸缩单元的管壁保护，避免了被外物遮挡和被外界光的干扰；4、本申请中伸缩式探测设备的伸缩单元的晃动和弯曲不影响光通信，当伸缩单元晃动或者由于伸展发生弯曲时，光信号可以通过在伸缩单元的各关节内壁发生反射，确保数据传送的成功；5、本申请中伸缩式探测设备的频带宽，速率高，点到点的组网方式能支撑155Mb/s～10Gb/s的传输速率；6、本申请中伸缩式探测设备适用任何通信协议；7、因为线缆可能发生折断，而空间光通信方式为非接触性，几乎不会损耗，所以本申请中伸缩式探测设备使用寿命长。

以下，参照附图描述本申请的具体实施方式。

如图1所示，基于空间光通信的伸缩式探测设备主要包括探测单元1、伸缩单元2和主机单元3。探测单元1和主机单元3之间采用空间光通信，数据传输方式可选择单工、半双工或双工模式。在满足通信需求的前提下，为控制探测单元1和主机单元3的体积、重量和成本，本发明的该实施例以单工数据传输方式为例进行描述，探测单元1负责光信号的发射，主机单元3负责光信号的接收。

如图2和3所示，探测单元1包括信号探测和控制模块11、光发射机12，其中光发射机12可以包括调制电路121、放大电路122和光发射器123。探测单元1可以通过信号探测和控制模块11探测到某个外部信号，将该信号处理转换成电信号，此外通过光发射器123将电信号调制放大转换成光信号，再进行发射。如图2所示，探测单元1端部设置有光发射窗口101和外螺纹柱102。外螺纹柱102用于探测单元1和伸缩单元2的连接。

参照图4所示，伸缩单元2可以用作光通信的信道，呈具有管节的空心杆状。伸缩单元2的端部设置有内螺纹孔201、信道入口202和侧面螺纹孔203。内螺纹孔201用于和探测单元1的连接，信道入口202用于光信号输入，侧面螺纹孔203用于通过例如顶丝的紧固件和探测单元1固定连接。伸缩单元2的另一端部设置有信道出口204和外螺纹柱205。信道出口204用于光信号的输出，外螺纹柱204用于和主机单元3的连接。伸缩单元2的材料可以包括铝合金材料和碳纤维材料。

参照图5和6所示，主机单元3包括光接收机31、信号控制和显示模块32，其中光接收机31主要包括光接收器311、放大电路312和解调电路313。主机单元3可以通过光接收器接收到光信号，经放大解调转换成电信号；并且电信号通过信号控制及显示模块处理，最终数据结果显示在显示屏上。

参照图6所示，主机单元3的一端设置有光接收窗口301、内螺纹孔302、侧面螺纹孔303、显示屏304和按键305。其中光接受窗口301用于接收光信号，内螺纹孔302用于和伸缩单元2连接，侧面螺纹孔303用于通过例如顶丝的紧固件和伸缩单元2固定连接，显示屏304用来显示探测结果，按键305用于功能设置等操作。

如图所示，当伸缩单元晃动或者由于伸展发生弯曲时，探测单元1的光发射器123发出的光信号可以通过在伸缩单元的各关节内壁发生反射，确保数据成功地传送到主机单元3的光接收器311。

在本申请的其他实施例中，探测单元1不仅可以包括光发射机，还可以包括光接收机。主机单元3不仅可以包括光接收机，还可以包括光发射机。在本申请的其他实施例中，光发射机和光接收机可以为现有技术中的光发射机和光接收机。

图7是根据本申请的示例性实施例的基于空间光通信的伸缩式探测设备的光信号传输的示意图。参照附图描述本申请实施例的基于空间光通信的伸缩式探测方法，该方法包括以下步骤：探测空间中的信号，并把所述信号转换成光信号；光信号传播通过伸缩单元；光信号被转换成电信号，并显示探测结果。

具体而言，探测单元探测到外部信号，经处理成电信号，再调制放大成光信号并发射；光信号经伸缩单元内部的空心信道传输到主机单元；主机单元接收到光信号，经放大解调后转换成电信号，最后经数据处理获得最终的探测结果。本申请实施例的伸缩式探测设备即使当伸缩单元晃动或者由于伸展发生弯曲时，光信号还是可以通过在伸缩单元的各关节内壁发生反射，确保数据传送的成功。

这里使用的术语仅用于本公开的示例性目的，不应被解释为限制本公开的含义或范围。如在本说明书中所使用的，除非在上下文中明确表示具体示例，否则单数形式可以包括复数形式。而且，本说明书中使用的表述“包括”和/或“包括”既不限定所提及的形状、数字、步骤、动作、操作、构件、元件和/或它们的组，也不排除出现或加入一个或多个其他不同的形状、数字、步骤、操作、构件、元件和/或它们的组，或加入这些。为便于描述，这里使用诸如“在…之上”、“在…上方”、“上部”、“在…之下”、“在…之下”、“在…下面”、“下部”等的空间相关术语，以描述如图中所示的一个元件或特征与另一元件(元件)或一个特征(特征)之间的关系。应当理解的是，除了图中说明的定向外，空间相关术语旨在包括使用或运行中的装置(如封装)的不同的定向。例如，如果图中的装置翻转，被描述为在其他元件或特征下面、之下或之下的元件被定向在为另一元件或特征之上或上方。因此，示例性术语“在…之上”可以包括“在…上方”和“在…下面”的定向。

如这里所使用的，诸如“第一”、“第二”等的术语用于描述各种构件、组件、区域、层和/或部分。然而，很明显，构件、组件、区域、层和/或部分不应该由这些术语限定。这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另外的构件、组件、区域、层或部分进行区分。因此，将要描述第一构件、组件、区域、层或部分也可以指第二构件、组件、区域、层或部分，而不脱离本公开的范围。

本公开的示例性实施例的以上描述仅出于说明和描述的目的而呈现，并且不旨在穷举或将本公开限制为所公开的精确形式。根据上述教导，许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了解释本公开的原理及其实际应用，以便使本领域的其他技术人员能够利用本公开和各种实施例，并且具有适合于所构想的特定用途的各种修改。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，替换实施例对于本公开所属领域的技术人员将变得显而易见。因此，本公开的范围由所附权利要求而不是由前述描述和其中描述的示例性实施例来限定。

Claims (9)

1.一种基于空间光通信的伸缩式探测设备，包括：

探测单元，用于探测空间信号，并将探测结果处理成光信号输出；

主机单元，用于接收探测单元发出的光信号并获得探测结果；

伸缩单元，为中空的，连接到探测单元和主机单元，并用于探测单元和主机单元之间的光通信，所述伸缩单元呈杆状，并包括能够伸缩并能够弯曲的管节，光信号通过伸缩单元的各关节内壁发生反射。

2.如权利要求1所述的伸缩式探测设备，其中，所述探测单元包括信号探测和控制模块以及光收发射机。

3.如权利要求1所述的伸缩式探测设备，其中，所述主机单元包括光收发机以及信号控制和显示模块。

4.如权利要求1所述的伸缩式探测设备，其中，所述伸缩单元分别与探测单元和主机单元呈可拆卸连接。

5.如权利要求4所述的伸缩式探测设备，其中，所述伸缩单元的两端包括带螺纹的信号入口和带螺纹的信号出口。

6.如权利要求1所述的伸缩式探测设备，其中，所述伸缩单元分别与探测单元和主机单元呈固定连接。

7.如权利要求1-6中任一项所述的伸缩式探测设备，其中，所述探测单元包括将电信号转换成光信号的光发射机和/或括将光信号转换成电信号的光接收机。

8.如权利要求1-6中任一项所述的伸缩式探测设备，其中，所述主机单元包括将光信号转换成电信号的光接收机和/或将电信号转换成光信号的光发射机。

9.一种基于空间光通信的伸缩式探测方法，包括以下步骤：

探测空间中的信号，并把所述信号转换成光信号；

光信号传播通过伸缩单元；

光信号被转换成电信号，并显示探测结果，

其中，所述伸缩单元呈中空杆状，并包括能够伸缩并能够弯曲的管节，光信号通过伸缩单元的各关节内壁发生反射。

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