CN117692064B - 一种带挡光圈的非接触光通信滑环及其光器件布置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带挡光圈的非接触光通信滑环及其光器件布置方法，包括：计算相邻发射管的圆心角的最大值以及转子和定子的收发距离，确定发射管数量，并在转子上进行布置，对应在定子上布置接收管；将相同数量的发射管布置在定子上，对应在转子上布置接收管；选取挡光圈的厚度，确定最近的发射管和接收管之间的距离，计算发射管发射的入射信号和接收管能够接收的反射信号的夹角；根据夹角和挡光圈的厚度确定挡光圈与转子或定子之间的间隙，进而根据转子和定子收发距离确定挡光圈的长度。该光器件侧面布置方法有效抗光反射干扰，并且显著提升了可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及通信器件技术领域，具体涉及一种带挡光圈的非接触光通信滑环及其光器件布置方法。
背景技术
滑环是一种旋转导通装置，一般由定子环和转子环两部分组成。有电、液、气各种滑环及它们之间的组合滑环。主要应用于雷达、方向盘、车轮、电机及各种云台等。通信滑环主要用来旋转的时候传输通信信号。比如CANBUS，RS485、RS422、DP及以太网总线等通信滑环。通信滑环分为两类，接触通信滑环和非接触光通信滑环。接触滑环靠环道和滑块滑动摩擦传递信号。有因为磨屑或接触不良导致通信中断及微放电、磨屑多等需要定期维护更换的缺点，而非接触滑环，则不需要机械接触即可传输信号，主要有WIFI蓝牙等无线滑环（缺点延时长，受空中电磁干扰严重）；光纤通信滑环（缺点成本高、抗震及环境适应性差）；电容、电感耦合滑环（主要用在高频通信等高端场合，成本高）；光通信滑环等。
大多数情况下光通信是双向的，那么因为对面地反射，发射管旁边的接收管不可避免地会受到干扰，常规的绿色PCB对红外的反射可达80%，即使是黑色的PCB也在20%以上。如果考虑对面的器件或者二次反射，则情况变得更加复杂。这样半双工通信所能选取的参数范围非常窄，结构尺寸也对反射影响严重，全双工通信几乎不可行。因此急需一种新的光器件布置方式的非接触光通信滑环来解决反射干扰的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了如下的技术方案。
一种带挡光圈的非接触光通信滑环及其光器件布置方法，所述非接触光通信滑环包括转子和定子；所述转子与定子收发方周向布置有互相配合的一组发射管和至少一个接收管；所述转子或定子设置有挡光圈，位于发射管和接收管之间；
所述方法包括以下步骤：
计算相邻发射管的圆心角的最大值以及转子和定子的收发距离，依此确定发射管数量，并在转子上进行布置，对应在定子上布置接收管；
将相同数量的发射管布置在定子上，定子上的接收管位于定子的相邻两个发射管中间的对称轴上；对应在转子上布置接收管，且位于转子的相邻两个发射管中间的对称轴上；
选取挡光圈的厚度，确定最近的发射管和接收管之间的距离，计算发射管的发射信号和接收管能够接收的反射信号的夹角C；
根据夹角C和挡光圈的厚度确定挡光圈与转子或定子之间的间隙，进而根据转子和定子收发距离L确定挡光圈的长度。
优选地，所述计算相邻发射管的圆心角的最大值以及转子和定子的收发距离，包括以下步骤：
确定转子的发射管布设的半径、发射管允许发射范围的角度、接收管允许接收范围的角度、发射管的发射功率以及接收管的光强判定阈值；
确定约束条件，包括：当接收管转动至两个相邻发射管之间时，两个发射管与接收管形成的张角小于发射管允许发射范围的角度和接收管允许接收范围的角度，且根据发射管的发射功率，接收管接收到的光强大于接收管的判定阈值；
根据上述约束条件，计算相邻发射管的圆心角的最大值以及转子和定子的收发距离。
优选地，所述当接收管转动至两个相邻发射管之间时，两个发射管与接收管形成的张角小于发射管允许发射范围的角度和接收管允许接收范围的角度的约束条件计算，包括以下步骤：
确定转子的发射管布设的半径Rn，当接收管转动至两个相邻发射管之间时，接收管接收发射管发射的光强最弱，则两个发射管与接收管形成的张角小于发射管和接收管允许接收范围的角度A需要满足：
Rn×sin(A/2)=L×tan(B/2)
B<DA,B<PDA
式中，B为两个发射管与接收管之间的张角；DA为发射管允许发射范围的角度；PDA为接收管允许接收范围的角度；
根据上述约束条件，确定相邻发射管的圆心角的最大值和转子和定子的收发距离。
优选地，所述根据发射管的发射功率，接收管接收到的光强大于接收管的判定阈值的约束条件计算，包括以下步骤：
当接收管转动至两个相邻发射管之间时，接收管接收发射管发射的光强最弱，则接收管接收到的光强W1需大于接收管的判定阈值：
W1=2×P×cos(B/2)/[L/cos(B/2)]2
W1>Q×1.2
式中，P为发射管的发射功率；Q为接收管的光强判定阈值，当>120%为可靠接收；
根据上述约束条件，确定转子和定子的收发距离。
优选地，所述选取挡光圈的厚度，确定最近的发射管和接收管之间的距离，计算发射管发射的入射信号和接收管能够接收的反射信号的夹角，具体包括：
所述夹角C如下述公式所求：
d = L×tan(C/2)
式中，d为最近的发射管和接收管之间的距离，L为转子和定子的收发距离。
优选地，所述根据夹角和挡光圈的厚度确定挡光圈与转子或定子之间的间隙，具体包括：
间隙J的求解如下式所示：
J<W/[2×tang(C/2)]
式中，W是挡光圈的厚度。
一种带挡光圈的非接触光通信滑环，包括：
转子环，其外壁的某一横截面沿周向分别均匀布置有一组发射管，在另一横截面沿周向分别均匀布置有至少一个接收管；
定子环，其内壁与所述转子环的发射管所在横截面上沿周向分别均匀布置有至少一个接收管，在所述转子环的接收管所在横截面上布置有一组发射管；
挡光圈，固定设置在所述转子环或定子环上，位于两个横截面的中间，且存在间隙。
优选地，所述转子环和定子环在多个横截面之间设置有多组发射管和接收管；每组相邻的发射管和接收管之间设置有一个挡光圈。
一种带挡光圈的非接触光通信滑环，包括：
转子，其相对于定子的端部沿周向分别均匀布置有一组发射管，在发射管的外侧或内侧沿周向分别均匀布置有至少一个接收管；
定子，其相对于转子的端部与所述转子的发射管所在周向上分别均匀布置有至少一个接收管，在所述转子的接收管所在周向上布置有一组发射管；
挡光圈，固定设置在所述转子或定子端部，位于同端的发射管和接收管中间，且与另一端存在间隙。
优选地，所述转子环和定子环在多个周向上设置有多组发射管和接收管；每组相邻的发射管和接收管之间设置有一个挡光圈；每个挡光圈的直径由内到外依次递增。
本发明的有益效果：
本发明提出一种带挡光圈的非接触光通信滑环及其光器件布置方法，该布置方法构成的两种带挡圈的侧面信号传递的非接触光通信滑环和断面信号传递的非接触光通信滑环结构，使用了挡光圈不再需要计算复杂的光反射光路。反射和接收也可以紧密排布，也不需要使用不同频率的光器件。同样由于不需要考虑反射，光收发功率可以适当加大来提升接回路的抗干扰能力。
附图说明
图1为本发明实施例的带挡光圈时阻断路径示意图；
图2为本发明实施例的无挡光圈时的反射路径示意图；
图3为本发明实施例的侧面挡光圈示意图；
图4为本发明实施例的端面挡光圈示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明的一种带挡光圈的非接触光通信滑环及其光器件布置方法，如图1-4所示，图中，转子环S1，定子环S2，发射管D1，D2，接收管PD1；
具体包括以下步骤：
S1：确定转子的发射管布设的半径、发射管允许发射范围的角度、接收管允许接收范围的角度、发射管的发射功率以及接收管的光强判定阈值.
S2：确定约束条件，包括：
S2.1：当接收管转动至两个相邻发射管之间时，两个发射管与接收管形成的张角小于发射管允许发射范围的角度和接收管允许接收范围的角度。
确定转子的发射管布设的半径Rn，当接收管转动至两个相邻发射管之间时，接收管接收发射管发射的光强最弱，则两个发射管与接收管形成的张角小于发射管和接收管允许接收范围的角度A需要满足：
Rn×sin(A/2)=L×tan(B/2)
B<DA,B<PDA
式中，B为转子环的两个发射管与定子环的接收管之间的张角；DA为发射管允许发射范围的角度；PDA为接收管允许接收范围的角度。
S2.3：根据发射管的发射功率，接收管接收到的光强大于接收管的判定阈值：
W1=2×P×cos(B/2)/[L/cos(B/2)]2
W1>Q×1.2
式中，P为发射管的发射功率；Q为接收管的光强判定阈值，当>120%为可靠接收。
S3：根据上述约束条件，计算相邻发射管的圆心角的最大值以及转子和定子的收发距离，确定发射管数量，并在转子上进行布置，对应在定子上布置接收管。
S4：将相同数量的发射管布置在定子上，定子上的接收管位于定子的相邻两个发射管中间的对称轴上；对应在转子上布置接收管，且位于转子的相邻两个发射管中间的对称轴上。
S5：选取挡光圈的厚度，确定最近的发射管和接收管之间的距离，计算发射管的发射信号和接收管能够接收的反射信号的夹角C。
夹角C如下述公式所求：
d = L×tan(C/2)
式中，d为最近的发射管和接收管之间的距离，L为转子和定子的收发距离。
S6：根据夹角和挡光圈的厚度确定挡光圈与转子或定子之间的间隙，进而根据转子和定子收发距离确定挡光圈的长度。
间隙J的求解如下式所示：
J<W/[2×tang(C/2)]
式中，W是挡光圈的厚度。
端面信号传递的非接触光通信滑环包括转子、定子和挡光圈。转子相对于定子的端部沿周向分别均匀布置有一组发射管，在发射管的外侧或内侧沿周向分别均匀布置有至少一个接收管；定子相对于转子的端部与所述转子的发射管所在周向上分别均匀布置有至少一个接收管，在所述转子的接收管所在周向上布置有一组发射管；挡光圈固定设置在所述转子或定子端部，位于同端的发射管和接收管中间，且与另一端存在间隙。如图3所示，端面挡光圈可以固定在定子或转子的端面，插在收发之间。上图示出卡爪也可采用其他固定方式。一般N通道收发通信需要N×2-1个挡光圈，这样就隔离出了N×2个独立收发环。每个挡光圈的直径由内到外依次递增。
实施例2
侧面信号传递的非接触光通信滑环包括转子环、定子环和挡光圈。转子环的外壁的某一横截面沿周向分别均匀布置有一组发射管，在另一横截面沿周向分别均匀布置有至少一个接收管；定子环的内壁与所述转子环的发射管所在横截面上沿周向分别均匀布置有至少一个接收管，在所述转子环的接收管所在横截面上布置有一组发射管；挡光圈固定设置在所述转子环或定子环上，位于两个横截面的中间，且存在间隙。如图4所示，挡光圈一般呈环状，套在中轴上，位于收发环之间。一般N通道收发通信需要N×2-1个挡光圈，这样就隔离出了N×2个独立收发环。每个挡光圈的尺寸可以相同。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种带挡光圈的非接触光通信滑环的光器件布置方法，其特征在于，所述非接触光通信滑环包括转子和定子；所述转子与定子收发方周向布置有互相配合的一组发射管和至少一个接收管；所述转子或定子设置有挡光圈，位于发射管和接收管之间；
所述方法包括以下步骤：
计算相邻发射管的圆心角的最大值以及转子和定子的收发距离，确定发射管数量，并在转子上进行布置，对应在定子上布置接收管；
将相同数量的发射管布置在定子上，定子上的接收管位于定子的相邻两个发射管中间的对称轴上；对应在转子上布置接收管，且位于转子的相邻两个发射管中间的对称轴上；
选取挡光圈的厚度，确定最近的发射管和接收管之间的距离，计算发射管的发射信号和接收管能够接收的反射信号的夹角C；
根据夹角C和挡光圈的厚度确定挡光圈与转子或定子之间的间隙，进而根据转子和定子收发距离确定挡光圈的长度L；
所述计算相邻发射管的圆心角的最大值以及转子和定子的收发距离，包括以下步骤：
确定转子的发射管布设的半径、发射管允许发射范围的角度、接收管允许接收范围的角度、发射管的发射功率以及接收管的光强判定阈值；
确定约束条件，包括：当接收管转动至两个相邻发射管之间时，两个发射管与接收管形成的张角小于发射管允许发射范围的角度和接收管允许接收范围的角度，且根据发射管的发射功率，接收管接收到的光强大于接收管的判定阈值；
根据上述约束条件，计算相邻发射管的圆心角的最大值以及转子和定子的收发距离；
所述当接收管转动至两个相邻发射管之间时，两个发射管与接收管形成的张角小于发射管允许发射范围的角度和接收管允许接收范围的角度的约束条件计算，包括以下步骤：
确定转子的发射管布设的半径Rn，当接收管转动至两个相邻发射管之间时，接收管接收发射管发射的光强最弱，则两个发射管与接收管形成的张角小于发射管和接收管允许接收范围的角度A需要满足：
Rn*sin(A/2)＝L*tan(B/2)
B<DA,B<PDA
式中，B为两个发射管与接收管之间的张角；DA为发射管允许发射范围的角度；PDA为接收管允许接收范围的角度；
根据上述约束条件，确定相邻发射管的圆心角的最大值和转子和定子的收发距离；
所述根据发射管的发射功率，接收管接收到的光强大于接收管的判定阈值的约束条件计算，包括以下步骤：
当接收管转动至两个相邻发射管之间时，接收管接收发射管发射的光强最弱，则接收管接收到的光强W1需大于接收管的判定阈值：
W1＝2*P*cos(B/2)/[L/cos(B/2)]2
W1>Q*1.2
式中，P为发射管的发射功率；Q为接收管的光强判定阈值，当>120％为可靠接收；
根据上述约束条件，确定转子和定子的收发距离。
2.根据权利要求1所述的带挡光圈的非接触光通信滑环的光器件布置方法，其特征在于，所述选取挡光圈的厚度，确定最近的发射管和接收管之间的距离，计算发射管发射的入射信号和接收管能够接收的反射信号的夹角，具体包括：
所述夹角C如下述公式所求：
d＝L*tan(C/2)
式中，d为最近的发射管和接收管之间的距离，L为转子和定子的收发距离。
3.根据权利要求2所述的带挡光圈的非接触光通信滑环的光器件布置方法，其特征在于，所述根据夹角C和挡光圈的厚度确定挡光圈与转子或定子之间的间隙，具体包括：
间隙J的求解如下式所示：
J<W/[2*tang(C/2)]
式中，W是挡光圈的厚度。
4.一种应用根据权利要求1-3任意一项所述的带挡光圈的非接触光通信滑环的光器件布置方法的非接触光通信滑环，其特征在于，包括：
转子环，其外壁的某一横截面沿周向分别均匀布置有一组发射管，在另一横截面沿周向分别均匀布置有至少一个接收管；
定子环，其内壁与所述转子环的发射管所在横截面上沿周向分别均匀布置有至少一个接收管，在所述转子环的接收管所在横截面上布置有一组发射管；
挡光圈，固定设置在所述转子环或定子环上，位于两个横截面的中间，且存在间隙。
5.根据权利要求4所述的非接触光通信滑环，其特征在于，所述转子环和定子环在一定间隔的多个横截面之间设置有多组发射管和接收管；每组相邻的发射管和接收管之间设置有一个挡光圈。
6.一种应用根据权利要求1-3任意一项所述的带挡光圈的非接触光通信滑环的光器件布置方法的非接触光通信滑环，其特征在于，包括：
转子，其相对于定子的端部沿周向分别均匀布置有一组发射管，在发射管的外侧或内侧沿周向分别均匀布置有至少一个接收管；
定子，其相对于转子的端部与所述转子的发射管所在周向上分别均匀布置有至少一个接收管，在所述转子的接收管所在周向上布置有一组发射管；
挡光圈，固定设置在所述转子或定子端部，位于同端的发射管和接收管中间，且与另一端存在间隙。
7.根据权利要求6所述的非接触光通信滑环，其特征在于，所述转子和定子在一定间隔的多个周向上设置有多组发射管和接收管；每组相邻的发射管和接收管之间设置有一个挡光圈；每个挡光圈的直径由内到外依次递增。
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