CN114336202A - 一种集成脉冲信号的高速滑环及电信传输系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种集成脉冲信号的高速滑环及电信传输系统，涉及机械领域。集成脉冲信号的高速滑环通过驱动组件带动滑环转子转动，进而带动脉冲盘转动，激光发射组件发出的光通过入射光纤传输至脉冲盘外侧，脉冲盘在旋转过程中多个脉冲键槽经过传感器探头时采集得到脉冲信号，传输至散射光接收光纤，利用光纤耦合器实现入射光纤和散射光接收光纤的分离。本发明实现了滑环结构与脉冲信号的集合，且结构简单，便于工业化应用。

Description

一种集成脉冲信号的高速滑环及电信传输系统

技术领域

本发明涉及机械领域，具体而言，涉及一种集成脉冲信号的高速滑环及电信传输系统。

背景技术

导电滑环是各种精密转台、离心机和惯导设备的关键器件，是实现两个相对转动机构的图像、信号测量及动力传递的精密输电装置。导电滑环主要由转子导电环组件、电刷组件和外围支架等组成。

一般而言，导电滑环采用圆柱体结构，转子导电环组件上沿着转子圆柱轴心分布有导电环道，类似于螺栓上的螺纹，电刷组件环向布置电刷与转子导电环组件形成滑动接触，电刷组件固定于导电滑环外围支架上。依靠导电滑环转子导电环组件与电刷组件之间良好的滑动接触，可实现旋转机械与外部固定电路的连接，实现电流和电信号的传输。此外，键相测量即键相标记，通过在旋转机械转轴上设置一个标记，用于产生脉冲信号，脉冲信号产生的时刻表示了转轴每转周期中的位置，可用来判断转轴振动的相位信息以及动平衡等旋转机械故障分析和诊断。

导电滑环一般安装于旋转机械转轴末端外伸部位，现阶段尖端军事领域尤其航空航天领域高速旋转机械结构复杂且空间紧凑，若在转轴末端外伸部位安装导电滑环传递电信号的同时考虑键相测量需求，会极大地增加机械设备的复杂性以及设备设计与加工需要考虑的因素，同时由于现阶段旋转机械的超高转速，普遍用于键相测量的电涡流传感器受限于采样带宽无法准确捕获键相信号，这将导致旋转机械分析结果不够准确，从而产生潜在的机组隐患。

鉴于此，提出本申请。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种集成脉冲信号的高速滑环和电信传输系统，旨在将滑环与脉冲信号集成，以实现超高速旋转机械转动机构电信号的传输。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种集成脉冲信号的高速滑环，包括脉冲滑环、光纤传感器和用于产生发射光的激光发射组件；

脉冲滑环包括滑环转子、用于驱动滑环转子转动的驱动组件、与滑环转子相连的脉冲盘和套设于滑环转子上的滑环定子，驱动组件通过驱动滑环转子转动，进而带动脉冲盘转动；脉冲盘的周向上分布有用于产生脉冲信号的脉冲键槽；

光纤传感器包括入射光纤、散射光接收光纤、用于将入射光纤和散射光接收光纤进行分离的光纤耦合器和用于采集脉冲盘信号的传感器探头，传感器探头与光纤耦合器的一端相连，光纤耦合器的另一端与入射光纤和散射光接收光纤相连，入射光纤用于将激光发射组件发射的激光传送至脉冲盘外侧；在脉冲盘旋转过程中，当脉冲键槽经过传感器探头时发出脉冲信号，传感器探头采集到脉冲信号，经所述散射光接收光纤传输。

在可选的实施方式中，驱动组件与滑环转子的一端固定连接，脉冲盘套设于滑环转子上，且与滑环转子固定连接；脉冲盘位于滑环定子靠近驱动组件的一端，且与滑环定子间隔设置。

在可选的实施方式中，驱动组件包括旋转轴和滑环联轴节，滑环联轴节为空心转轴结构，滑环联轴节包括转轴法兰段、中间轴段和滑环法兰段，中间轴段的外径小于转轴法兰段和滑环法兰段的外径，转轴法兰段开设有与旋转轴相配合的转轴定位孔，中间轴段开设有通线孔，滑环法兰段开设有滑环定位孔、滑环安装孔和滑环顶出孔，滑环定位孔与滑环转子的一端相配合，并通过滑环安装孔和滑环转子上的安装孔固定，滑环顶出孔位于滑环法兰段相对于中间轴段凸出的部分，以通过滑环顶出孔顶出脉冲滑环实现拆装。

在可选的实施方式中，滑环转子包括依次设置的转子法兰段、定位轴肩段、第三轴段、第四轴段、滑环段和第五轴段，定位轴肩段、第三轴段、第四轴段和第五轴段的直径依次减小，转子法兰段与滑环联轴节的滑环法兰段固定连接，滑环定子套接于第四轴段、滑环段和第五轴段上，脉冲盘套设于转子法兰段和定位轴肩段上，滑环定子和滑环转子通过安装于第四轴段和第五轴段的轴承连接。

在可选的实施方式中，脉冲盘为具有中心台阶孔且周向开槽的法兰圆盘结构，中心台阶孔包括第一轴肩孔和内径小于第一轴肩孔的第二轴肩孔，第一轴肩孔和第二轴肩孔分别与滑环转子的转子法兰段和定位轴肩段配合；

滑环转子的转子法兰段上设置有台阶孔，脉冲盘上还设置有与台阶孔相配合的脉冲盘螺纹孔；

脉冲盘上还设置有用于开设脉冲键槽后平衡去重的动平衡孔；

脉冲键槽为单键槽结构或多键槽结构，多键槽结构均布或非均布于所述脉冲盘的周向上。

在可选的实施方式中，滑环联轴节上的转轴定位孔与旋转轴过盈配合，滑环联轴节上的滑环定位孔与滑环转子过盈配合；

转轴定位孔与旋转轴过盈配合公差尺寸根据旋转轴最大输入扭矩M确定：

特定过盈量q下，旋转轴与滑环联轴节过盈配合接触面产生的压力p按照如下公式计算：

根据特定过盈量q下旋转轴和滑环联轴节过盈配合面的压力p，结合过盈配合接触面面积s，求得接触应力F：

s＝πd_exh (1-3)

F＝psf (1-4)

旋转轴和滑环联轴节过盈配合产生的最小扭矩M_min：

M_min＝2F/d_ex (1-5)

式中，p为过盈配合产生的压力，q为半径方向过盈量，d_ex为旋转轴直径，D_ex为转轴定位孔直径，h为过盈配合长度，f为摩擦系数，E₁和E₂分别为旋转轴和滑环联轴节材料弹性模量，ε₁和ε₂分别为旋转轴和滑环联轴节材料泊松比；

通过对比求得的过盈配合产生的最小扭矩M_min和旋转轴最大输入扭矩M，使得M_min>M，即得到最小过盈量q。

在可选的实施方式中，还包括传感器安装支架和外部固定装置，传感器安装支架的一端与传感器探头相连，另一端与外部固定装置相连，以使传感器探头固定于脉冲盘的外侧，滑环定子的一端套设于滑环转子上，另一端与外部固定装置柔性连接。

在可选的实施方式中，还包括光电转换模块、信号采集与数据处理系统和计算机显示端，散射光接收光纤与光电转换模块相连，以通过光电转换模块接收散射光接收光纤的光信号，进行处理后送入信号采集与数据处理系统以得到脉冲盘所产生的脉冲信号，通过计算机显示端进行显示；

滑环定子与信号采集与数据处理系统电连接，通过滑环定子输出端输出旋转机械信息，并通过信号采集与数据处理系统传输至计算机显示端进行显示。

在可选的实施方式中，光纤传感器还包括保护套、入射光纤ST接头和散射光接收光纤ST接头，保护套包裹从传感器探头中引出的光纤束和光纤耦合器中引出的光路，入射光纤ST接头位于入射光纤和光纤耦合器之间，散射光接收光纤ST接头位于散射光接收光纤与光纤耦合器之间，以通过入射光纤ST接头和散射光接收光纤ST接头与外界设备相连接。

第二方面，本发明提供一种电信传输系统，包括前述实施方式中任一项的高速滑环。

本发明实施例的有益效果：通过驱动组件带动滑环转子转动，进而带动脉冲盘转动，激光发射组件发出的光通过入射光纤传输至脉冲盘外侧，脉冲盘在旋转过程中多个脉冲键槽经过传感器探头时采集到脉冲信号，传输至散射光接收光纤，利用光纤耦合器实现入射光纤和散射光接收光纤的分离。本发明实现了滑环结构与脉冲信号的集合，且结构简单，便于工业化应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例所提供的集成脉冲信号的高速滑环示意图；

图2为图1中滑环转子的结构示意图；

图3为图1中滑环联轴节结构示意图；

图4为图1中脉冲盘结构示意图；

图5为图1中光纤传感器结构示意图。

图标：1-脉冲滑环；2-光纤传感器；3-旋转轴；4-滑环联轴节；5-安装螺钉；6-传感器安装支架；7-外部固定装置；8-激光发射组件；91-光电转换模块；92-信号采集与数据处理系统；93-计算机显示端；11-滑环转子；12-脉冲盘紧固螺钉；13-脉冲盘；14-滑环定子；21-传感器探头；22-保护套；23-光纤耦合器；24-入射光纤ST接头；25-入射光纤；26-散射光接收光纤ST接头；27-散射光接收光纤；111-法兰段；112-定位轴肩段；113-第三轴段；114-第四轴段；115-滑环段；116-第五轴段；1111-螺纹孔；1112-台阶孔；131-第一轴肩孔；132-第二轴肩孔；133-动平衡孔；134-脉冲盘螺纹孔；135-脉冲键槽；41-转轴法兰段；42-中间轴段；43-滑环法兰段；411-转轴定位孔；421-通线孔；431-滑环定位孔；432-滑环安装孔；433-滑环顶出孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参照图1，本发明实施例提供一种集成脉冲信号的高速滑环，包括脉冲滑环1、光纤传感器2、用于产生发射光的激光发射组件8和光电转换和数据处理系统。通过脉冲滑环1转动经过传感器探头21时，激发了脉冲信号。

脉冲滑环1包括滑环转子11、用于驱动滑环转子11转动的驱动组件、与滑环转子11相连的脉冲盘13和套设于滑环转子11上的滑环定子14，驱动组件通过驱动滑环转子11转动，进而带动脉冲盘13转动；脉冲盘13的周向上分布有用于产生脉冲信号的多个脉冲键槽135。

在一些实施例中，驱动组件与滑环转子11的一端固定连接，脉冲盘13套设于滑环转子11上，且与滑环转子11固定连接；脉冲盘13位于滑环定子14靠近驱动组件的一端，且与滑环定子14间隔设置。可以同步采集旋转机械其他信息，通过滑环定子14输出端输出至光电转换和数据处理系统。

请结合图1和图2，滑环转子11包括依次设置的转子法兰段111、定位轴肩段112、第三轴段113、第四轴段114、滑环段115和第五轴段116，定位轴肩段112、第三轴段113、第四轴段114和第五轴段116的直径依次减小，转子法兰段111与滑环联轴节4的滑环法兰段43固定连接，滑环定子14套接于第四轴段114、滑环段115和第五轴段116上，脉冲盘13套设于转子法兰段111和定位轴肩段112上，滑环定子14和滑环转子11通过轴承连接，轴承安装位置在第四轴段114和第五轴段116。

也就是说，转子法兰段111与定位轴肩段112的一端连接，定位轴肩段112的另一端与第三轴段113的一端连接，第三轴段113的另一端与第四轴段114的一端连接，第四轴段114的另一端与滑环段115的一端连接，滑环段115的另一端与第五周轴段116的一端连接。具体地，在滑环转子11的转子法兰段111上设置有螺纹孔1111用于通过安装螺钉5与驱动组件固定。

具体地，脉冲滑环1配套相应的轴承润滑和冷却系统，可以为油润滑，空冷或水冷方式。

进一步地，请参照图1、图2和图3，驱动组件包括旋转轴3和滑环联轴节4，滑环联轴节4为空心转轴结构，滑环联轴节4包括转轴法兰段41、中间轴段42和滑环法兰段43，中间轴段42的外径小于转轴法兰段41和滑环法兰段43的外径，转轴法兰段41开设有与旋转轴3相配合的转轴定位孔411，中间轴段42开设有通线孔421，滑环法兰段43开设有滑环定位孔431、滑环安装孔432和滑环顶出孔433，滑环定位孔431与滑环转子11的转子法兰段111相配合，并通过滑环安装孔432和滑环转子11上的螺纹孔1111固定，滑环顶出孔433位于滑环法兰段43相对于中间轴段42凸出的部分，以通过滑环顶出孔433顶出脉冲滑环1实现拆装。

具体地，转轴法兰段41和旋转轴3相连接，转轴定位孔411与旋转轴3为过盈配合，通过热装实现安装；中间轴段42周向根据脉冲滑环1穿线需要开数个通线孔421；滑环法兰段43与脉冲滑环1相连接，滑环定位孔431与脉冲滑环1为过盈配合，通过拧紧安装螺钉5实现安装。中间轴段42可设计为长轴薄壁结构，在脉冲滑环1发生抱死故障时扭断，保护滑环。

进一步地，请参照图1、图2和图4，脉冲盘13为具有中心台阶孔且周向开槽的法兰圆盘结构，中心台阶孔包括第一轴肩孔131和内径小于第一轴肩131孔的第二轴肩孔132，第一轴肩孔131和第二轴肩孔132分别与滑环转子11的转子法兰段111和定位轴肩段112配合，以实现脉冲盘13和滑环转子11的双定位过约束配合，多个脉冲键槽135非均布于脉冲盘13的周向上。

具体地，滑环转子11的转子法兰段111上设置有台阶孔1112，脉冲盘13上还设置有与台阶孔1112相配合的脉冲盘螺纹孔134，将脉冲盘13套设于转子法兰段111和定位轴肩段112，第一轴肩孔131和转子法兰段111为过盈配合，第二轴肩孔132和定位轴肩段112为小间隙配合，过盈配合和双定位结构形成过定位约束。利用台阶孔1112和脉冲盘螺纹孔134通过螺钉脉冲盘紧固螺钉12进行固定。脉冲盘13上还设置有用于开设脉冲键槽135后平衡去重的动平衡孔133。

具体地，脉冲键槽135具有一定的宽度和深度，槽底精磨，具有高反射度。脉冲键槽135数量可根据监测需要进行调整，单脉冲键槽结构用于测量旋转机械转速以及设备故障诊断分析，即键相标记；非均布多脉冲键槽结构用于测量旋转机械转速和正反转信息以及设备故障诊断分析。脉冲盘13周向脉冲键槽135数量可变，可为单脉冲键槽结构或多个非均匀分布脉冲键槽结构，也可以为多个均匀分布的脉冲键槽。单脉冲键槽结构和均布多脉冲键槽结构相当于键相标记，脉冲盘13每旋转一周产生一个脉冲信号，通过信号分析可得到旋转轴3的转速和位置标记信息。多个非均匀分布脉冲键槽结构可产生非均匀的脉冲信号，通过信号分析可得到旋转轴3的转速和正反转信息以及位置标记信息。需要说明的是，为获得旋转轴3正反转信息，非均匀分布的脉冲键槽数量不可低于三个。

进一步地，滑环联轴节4上的转轴定位孔411与旋转轴3过盈配合，滑环联轴节4上的滑环定位孔431与滑环转子11过盈配合，其中滑环定位孔431与脉冲滑环1之间过盈配合为小过盈配合，具有定位作用。这使得脉冲滑环1和旋转轴3具有高同心度，保证了所述高速脉冲滑环1高速运行的可靠性。

具体地，转轴定位孔411与旋转轴3过盈配合公差尺寸根据旋转轴3最大输入扭矩M确定，装配和拆卸通过热装以及拉拔实现：

特定过盈量q下，旋转轴3与滑环联轴节4过盈配合接触面产生的压力p按照如下公式计算：

若所述旋转轴3和滑环联轴节4材料相同，则压力p：

基于上述公式，根据特定过盈量q下旋转轴3和滑环联轴节4过盈配合面的压力p，结合过盈配合接触面面积s，求得接触应力大小F：

s＝πd_exh (1-3)

F＝psf (1-4)

旋转轴3和滑环联轴节4过盈配合产生的最小扭矩M_min：

M_min＝2F/d_ex (1-5)

式中，p为过盈配合产生的压力，q为半径方向过盈量，d_ex为旋转轴3直径，D_ex为转轴定位孔411直径，h为过盈配合长度，f为摩擦系数，E₁和E₂分别为旋转轴3和滑环联轴节4材料弹性模量，ε₁和ε₂分别为旋转轴3和滑环联轴节4材料泊松比；通过对比求得的过盈配合产生的最小扭矩M_min和旋转轴3最大输入扭矩M，使得M_min>M，即得到最小过盈量q。

请参照图5，光纤传感器2包括入射光纤25、散射光接收光纤27、用于将入射光纤25和散射光接收光纤27进行分离的光纤耦合器23和用于采集脉冲盘13信号的传感器探头21，入射光纤25和散射光接收光纤27组成光纤束分布于传感器探头21中，光纤耦合器23将光纤束分离为发射光纤25和散射光接收光纤27，光纤耦合器23的远离传感器探头21的一端与入射光纤25和散射光接收光纤27相连，入射光纤25用于将激光发射组件8发射的激光传送至脉冲盘13外侧，脉冲盘13在旋转过程中多个脉冲键槽135经过传感器探头21时发出脉冲信号，传感器探头21采集到脉冲信号，并传输至散射光接收光纤27。

在一些实施例中，光纤传感器2为非接触光纤传感器，传感器探头21通过传感器安装支架6安装于脉冲盘13外侧，传感器安装支架6安装于外部固定装置7上，避免振动传递对监测结果产生影响。具体地，传感器安装支架6的一端与传感器探头21相连，另一端与外部固定装置7相连，以使传感器探头21固定于脉冲盘13的外侧，滑环定子14的一端套设于滑环转子11上，另一端与外部固定装置7柔性连接，如可以使用橡胶接头连接，避免由于脉冲滑环1两端刚性连接造成滑环转子11和滑环定子14之间轴承的损伤。

在一些实施例中，光纤传感器2内部可以采用全光纤束式结构，通过光纤耦合器23实现光路完全分离，光纤束中包含入射光纤25和散射光接收光纤27；入射光纤25用于将激光发射组件8发出的光传送到脉冲盘13外侧，散射光接收光纤27用于将脉冲盘13每旋转一周时多个脉冲键槽135经过传感器探头21时产生的散射光进行接收并输出；光纤耦合器23将入射光纤25和散射光接收光纤27进行分离。

需要说明的是，根据脉冲滑环1的工作转速以及脉冲盘13外侧直径大小，可使用电涡流传感器或其他非接触式脉冲信号采集器代替非接触式光纤传感器进行脉冲信号监测。

具体地，激光发射组件8可以为激光器与光隔离器的形式，激光器与光隔离器采用带尾纤结构，使得系统具有较为稳定的光输出功率，并方便非接触式光纤传感器的联接。光隔离器可以防止入射光纤25产生的端面反射对激光器造成损害。

在一些实施例中，光纤传感器2还包括保护套22、入射光纤ST接头24和散射光接收光纤ST接头26，保护套22包裹从传感器探头21中引出的光纤束和光纤耦合器23中引出的光路，入射光纤ST接头24位于入射光纤25和光纤耦合器23之间，散射光接收光纤ST接头26位于散射光接收光纤27与光纤耦合器23之间，以通过入射光纤ST接头24和散射光接收光纤ST接头26将传感器系统与外界设备相连接。

具体地，保护套22可以为铠装不锈钢保护套，铠装不锈钢保护套包裹从传感器探头21中引出的光纤束以及光纤耦合器23引出的光路起到保护作用。

在一些实施例中，非接触式光纤传感器2光纤束采用全光纤结构，通过光纤耦合器23实现光路完全分离，如图1所示包含三路光纤，入射光纤25为一路光纤，散射光接收光纤27为两路，光纤发射光纤25和散射光接收光纤27组成光纤束布置于传感器探头21中。入射光纤25、散射光接收光纤27可以均为多模光纤。具体地，光纤传感器2光纤束经由传感器探头21引出通过光纤耦合器23分为两路：一路为所述入射光纤25，包含一路光纤；一路为散射光接收光纤27，包含两路光纤。两路光纤完全分离，消除了背景光的影响，提高了信噪比。

为增加所述非接触式光纤传感器2接收散射光的能力，可增加所述散射光接收光纤27的数量。散射光接收光纤27总数可选择为3n(为自然数)根，将传感器探头21中入射光纤25置于光纤束中心，散射光接收光纤27以同心圆的方式布置于发射光纤25周围，保证空间布局的紧凑型。

进一步地，光电转换和数据处理系统还包括光电转换模块91、信号采集与数据处理系统92和计算机显示端93，散射光接收光纤27与光电转换模块91相连，以通过光电转换模块91接收散射光接收光纤27的光信号，进行处理后送入信号采集与数据处理系统92以得到脉冲盘13所产生的脉冲信号，通过计算机显示端93进行显示；滑环定子14与信号采集与数据处理系统92电连接，通过滑环定子14输出端输出旋转机械信息，并通过信号采集与数据处理系统92传输至计算机显示端93进行显示。

需要说明的是，光电转换模块91接收散射光接收光纤27的光信号，进行处理后送入信号采集与数据处理系统92，处理得到旋转状态下脉冲盘13产生的脉冲信号，通过计算机显示端93进行显示。高速脉冲滑环1同步采集旋转机械其它信息，通过滑环定子14输出端输入信号采集与数据处理系统92，结果传入所述计算机显示端93进行显示。

具体地，光电转换模块91为现有技术，可以包含光探测器和多级放大电路。光电探测器根据激光器光源波长范围选择光电二极管或者光电倍增管。在一些实施例中，可以选择Si-PIN光电二极管，Si-PIN光电二极管采用为带尾纤结构与光纤传感器2进行联接，光信号经由光纤直接耦合输入转换为电流信号；多级放大电路将电流信号转换为电压信号并多级放大后输入信号采集与数据处理系统92。

进一步地，光纤传感器2与所述光电转换模块91之间可通过直接耦合、透镜耦合和光纤全息耦合三种方式进行耦合，在此不做具体限定。

需要说明的是，信号采集与数据处理系统92用于实时监测并生成脉冲滑环1旋转产生的脉冲信号以及旋转机械其它运行信息。信号采集与数据处理系统92包括储存器和处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。需要说明的是，存储器和处理器能够为通用的存储器和处理器，不做具体限定，当处理器运行存储器存储的计算机程序时，能够执行脉冲滑环1脉冲信号以及其它运行信息的实时监测。

本发明实施例还提供一种电信传输系统，包括前述实施方式中任一项的高速滑环，还可以包括除高速滑环之外的其他结构，在此不做一一列举。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种集成脉冲信号的高速滑环，其特征在于，包括脉冲滑环、光纤传感器和用于产生发射光的激光发射组件；

所述脉冲滑环包括滑环转子、用于驱动所述滑环转子转动的驱动组件、与所述滑环转子相连的脉冲盘和套设于所述滑环转子上的滑环定子，所述驱动组件通过驱动所述滑环转子转动，进而带动所述脉冲盘转动；所述脉冲盘的周向上分布有用于产生脉冲信号的脉冲键槽；

所述光纤传感器包括入射光纤、散射光接收光纤、用于将所述入射光纤和所述散射光接收光纤进行分离的光纤耦合器和用于采集所述脉冲盘信号的传感器探头，入射光纤和散射光接收光纤组成光纤束分布于所述传感器探头中，所述光纤耦合器将光纤束分离为发射光纤和散射光接收光纤，光纤耦合器的远离传感器探头的一端与入射光纤和散射光接收光纤相连，所述入射光纤用于将所述激光发射组件发射的激光传送至所述脉冲盘外侧；在所述脉冲盘旋转过程中，当所述脉冲键槽经过所述传感器探头时发出脉冲信号，所述传感器探头采集到脉冲信号，经所述散射光接收光纤传输。

2.根据权利要求1所述的高速滑环，其特征在于，所述驱动组件与所述滑环转子的一端固定连接，所述脉冲盘套设于所述滑环转子上，且与所述滑环转子固定连接；所述脉冲盘位于所述滑环定子靠近所述驱动组件的一端，且与所述滑环定子间隔设置。

3.根据权利要求2所述的高速滑环，其特征在于，所述驱动组件包括旋转轴和滑环联轴节，所述滑环联轴节为空心转轴结构，所述滑环联轴节包括转轴法兰段、中间轴段和滑环法兰段，所述中间轴段的外径小于所述转轴法兰段和所述滑环法兰段的外径，所述转轴法兰段开设有与所述旋转轴相配合的转轴定位孔，所述中间轴段开设有通线孔，所述滑环法兰段开设有滑环定位孔、滑环安装孔和滑环顶出孔，所述滑环定位孔与所述滑环转子的一端相配合，并通过所述滑环安装孔和所述滑环转子上的安装孔固定，所述滑环顶出孔位于所述滑环法兰段相对于所述中间轴段凸出的部分，以通过所述滑环顶出孔顶出所述脉冲滑环实现拆装。

4.根据权利要求3所述的高速滑环，其特征在于，所述滑环转子包括依次设置的转子法兰段、定位轴肩段、第三轴段、第四轴段、滑环段和第五轴段，所述定位轴肩段、所述第三轴段、所述第四轴段和所述第五轴段的直径依次减小，所述转子法兰段与所述滑环联轴节的所述滑环法兰段固定连接，所述滑环定子套接于所述第四轴段、滑环段和第五轴段上，所述脉冲盘套设于所述转子法兰段和所述定位轴肩段上，所述滑环定子和所述滑环转子通过安装于所述第四轴段和所述第五轴段的轴承连接。

5.根据权利要求4所述的高速滑环，其特征在于，所述脉冲盘为具有中心台阶孔且周向开槽的法兰圆盘结构，所述中心台阶孔包括第一轴肩孔和内径小于所述第一轴肩孔的第二轴肩孔，所述第一轴肩孔和所述第二轴肩孔分别与所述滑环转子的所述转子法兰段和所述定位轴肩段配合；

所述滑环转子的所述转子法兰段上设置有台阶孔，所述脉冲盘上还设置有与所述台阶孔相配合的脉冲盘螺纹孔；

所述脉冲盘上还设置有用于开设所述脉冲键槽后平衡去重的动平衡孔；

所述脉冲键槽为单键槽结构或多键槽结构，所述多键槽结构均布或非均布于所述脉冲盘的周向上。

6.根据权利要求5所述的高速滑环，其特征在于，所述滑环联轴节上的所述转轴定位孔与所述旋转轴过盈配合，所述滑环联轴节上的所述滑环定位孔与所述滑环转子过盈配合；

所述转轴定位孔与所述旋转轴过盈配合公差尺寸根据所述旋转轴最大输入扭矩M确定：

特定过盈量q下，所述旋转轴与所述滑环联轴节过盈配合接触面产生的压力p按照如下公式计算：

根据特定过盈量q下所述旋转轴和所述滑环联轴节过盈配合面的压力p，结合过盈配合接触面面积s，求得接触应力F：

s＝πd_exh (1-3)

F＝psf (1-4)

所述旋转轴和所述滑环联轴节过盈配合产生的最小扭矩M_min：

M_min＝2F/d_ex (1-5)

式中，p为过盈配合产生的压力，q为半径方向过盈量，d_ex为所述旋转轴直径，D_ex为所述转轴定位孔直径，h为过盈配合长度，f为摩擦系数，E₁和E₂分别为所述旋转轴和所述滑环联轴节材料弹性模量，ε₁和ε₂分别为所述旋转轴和所述滑环联轴节材料泊松比；

通过对比求得的过盈配合产生的最小扭矩M_min和所述旋转轴最大输入扭矩M，使得M_min>M，即得到最小过盈量q。

7.根据权利要求1所述的高速滑环，其特征在于，还包括传感器安装支架和外部固定装置，所述传感器安装支架的一端与所述传感器探头相连，另一端与所述外部固定装置相连，以使所述传感器探头固定于所述脉冲盘的外侧，所述滑环定子的一端套设于所述滑环转子上，另一端与所述外部固定装置柔性连接。

8.根据权利要求1所述的高速滑环，其特征在于，还包括光电转换模块、信号采集与数据处理系统和计算机显示端，所述散射光接收光纤与所述光电转换模块相连，以通过所述光电转换模块接收所述散射光接收光纤的光信号，进行处理后送入所述信号采集与数据处理系统以得到所述脉冲盘所产生的脉冲信号，通过所述计算机显示端进行显示；

所述滑环定子与所述信号采集与数据处理系统电连接，通过所述滑环定子输出端输出旋转机械信息，并通过所述信号采集与数据处理系统传输至所述计算机显示端进行显示。

9.根据权利要求1或8所述的高速滑环，其特征在于，所述光纤传感器还包括保护套、入射光纤ST接头和散射光接收光纤ST接头，所述保护套包裹从所述传感器探头中引出的光纤束和所述光纤耦合器中引出的光路，所述入射光纤ST接头位于所述入射光纤和所述光纤耦合器之间，所述散射光接收光纤ST接头位于所述散射光接收光纤与所述光纤耦合器之间，以通过所述入射光纤ST接头和所述散射光接收光纤ST接头与外界设备相连接。

10.一种电信传输系统，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的高速滑环。

Images