Vynález se týká rotačního optronu jako optoelektronického rotačního vazebního členu pro přenos informací.
Dosavadní stav techniky
Mechanické a elektrické rotační vazební členy pro přenos informací jsou relativně náročné na výrobu a jsou poruchové. Pro přenos informací na pohybujících se systémech jsou proto často používány rotační optrony, jak jsou např. známy z publikace G. Zographose v časopisu Technische Rundschau, sešit 36, str. 70 až 75. Takové rotační optrony vykazují vůči čistě elektronickým, resp. elektromechanickým vazebním členům řadu výhod a jsou jednoduché pro výrobu, vyžadují však velké know-how jak z pohledu funkčních podmínek tak i fyzikálních vlastností.
Je tedy úkolem vynálezu, vytvořit takový rotační optron, u něhož budou eliminovány všechny nevýhody současného stavu techniky vytvořením jeho jednoduché a spolehlivé konstrukce.
Podstata vynálezu
Vytýčený úkol řeší konstrukce rotačního optronu se dvěma částmi vazebního členu, z nichž každá je opatřena čelní plochou a obě tyto části se nacházejí v určité vzdálenosti od ideální střední otočné oddělovací plochy a podstata vynálezu spočívá v tom, že druhá část vazebního členu je opatřena první vnitřní komorou spojenou s dutým prostorem první přírubové připojovací části druhé části vazebního členu a první část vazebního členu je opatřena druhou vnitřní komorou spojenou s dutým prostorem druhé vnější spojovací části vlnovodných přípojek druhé části vazebního členu, kde tyto dvě komory jsou odděleny otočnou oddělovací plochou, která tvoří pomocí čelních ploch rotační vazbu pro elektromagnetické vlny, přičemž uvnitř první vnitřní komory je umístěn první světlovod souose s osou otáčení druhé části vazebního členu a uvnitř druhé vnitřní komory je umístěn druhý světlovod souose s osou otáčení první části vazebního členu a konce obou světlovodů tvoří rotační vazbu pro světelné vlny.
Druhá část vazebního členu je opatřena první přídavnou vnitřní komorou, která je spojena s dutým prostorem přírubové připojovací části druhé části vazebního členu, přičemž první vnitřní komora a první přídavná vnitřní komora jsou od sebe odděleny stěnou; první část vazebního členu je opatřena druhou přídavnou vnitřní komorou, která je spojena s dutým prostorem přídavné spojovací části, přičemž druhá vnitřní komora a druhá přídavná vnitřní komora jsou od sebe odděleny druhou stěnou a přitom obě přídavné vnitřní komory jsou odděleny otočnou oddělovací plochou vytvářející pomocí čelních ploch rotační vazbu pro elektromagnetické vlny.
K vlnovodným přípojkám je připojeno po jednom z multiplexorů, přednostně pro obousměrné přenášení nejméně jednoho z multiplexovaných světelných paprsků pomocí světlovodů převedením světelného záření přes vzduchovou mezeru v oblasti oddělovací plochy.
Modulací světelného záření přenášeného prvním světlovodem první vnitřní komory a druhým světlovodem druhé vnitřní komory se světlovody stávají nosiči videosignálů.
Připojovací část a přírubové připojovací části rotačního optronu jsou zatíženy kapacitními přechody.
-1 CZ 288767 B6
Rotační optron je opatřen senzory, například úhlovými vysílači, které slouží k okamžitému určení vzájemné polohy nehybné i otočné části vazebního členu pro přenášení souborů mikrovlnných informací mikrovlnným přenosem v periodách s minimálními poruchami způsobenými nesymetričností.
Na výstupu jedné dráhy rotační vazby je zapojen vyrovnávač ke kompenzaci poruchových efektů způsobených nepravidelnostmi první a druhé vnitřní komory a první a druhé přídavné vnější komory. V rotačním optronu použité světlovody jsou vícevidového nebo jednovidového typu.
Z mechanického pohledu rotační optron sestává z jednoho zařízení se základním tělesem, na němž je upevněn základní buben a z druhého zařízení s tělesem bubnu, které nese otočnou druhou část vazebního členu, přičemž těleso bubnu je uloženo otočně v ložiskách základního bubnu, na němž je připevněna nehybná první část vazebního členu.
Rotační optron v tomto konstrukčním provedení pracuje v oblasti otáček rotační části vazebního členu od 0,6 do 6000 ot/min při rozsahu mikrovlnné frekvence od 3 do 18 Ghz.
Rotační vazební člen podle vynálezu se jeví jako obzvláště výhodný pro svou velkou 20 spolehlivost při přenosu informací a rovněž s ohledem na to, že se dá vytvořit v kombinaci s jinými rotačními vazebními členy.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález je dále blíže vysvětlen na příkladu s odvoláním na nákres. Přitom znázorňují: obr. 1 rozhraní pro tři přenosové kanály s rotačním optronem dle vynálezu, obr. 2 boční pohled na takový rotační vazební člen, který sestává ze dvou částí, které jsou odděleny otočnou dělicí plochou, obr. 3 jiným bočním pohledem na rotační vazební člen, obr. 4 představuje půdorys 30 otočné části vazebního členu, obr. 5 půdorys rotačního vazebního členu ze strany nehybné části vazebního členu, obr. 6 je schematickým znázorněním rotační části vazebního členu v oblasti otočné dělicí plochy, obr. 7 schematicky zobrazuje nehybnou části vazebního členu v oblasti otočné dělicí plochy. Na obr. 8 je schematicky znázorněn optický multiplexor / demultiplexor vlnových délek, obr. 9 vysvětluje na schématu interpretaci vazby multiplexovaných světelných 35 paprsků přes vzduchovou mezeru mezi oběma částmi rotačního vazebního členu dle vynálezu a obr. 10 ve zjednodušení znázorňuje mikrovlnné soubory (pakety) v předvolených časových bodech.
Příklady provedení vynálezu
Obr. 1 znázorňuje rozhraní pro tři přenosové kanály, z nichž každý může být obsazen nejméně jedním informačním kanálem. Toto rozhraní tvoří nepohyblivé zařízení 1 (na obr. 1 je vyobrazeno v dolní části dole). Pohyblivé zařízení 2 nacházející se v homí části obr. 1 je uloženo 45 otočně kolem osy otáčení 5 ve dvou ložiskách X 4.
Rotační optron 6 podle pojednávaného vynálezu sestává z první části 7 vazebního členu, která je pevně spojena se zařízením 1, a z části 8 vazebního členu, která je spojena pevně se zařízením 2. Obě 7, 8 vazebního členu jsou vybaveny po jedné čelní ploše 9, 10 (obr. 2), které jsou umístěny 50 ve velmi malé vzdálenosti od ideální střední otočné dělicí plochy Π.· Zařízení 1 sestává ze základního tělesa 12, upevněného například na dnu, na němž je upevněn základní buben 13. Zařízení 2 pak sestává z otočného tělesa bubnu 14, které je na čelní straně uzavřeno deskovým kroužkem 15, na němž je upevněna otočná část 8 vazebního členu. Těleso bubnu 14 je otočně spojeno pomocí ložisek 3 a 4 se základním bubnem 13, který je rovněž opatřen deskovým
-2CZ 288767 B6 kroužkem 16, jenž nese pevnou část vazebního článku 7. Zařízení 1 tvoří vlnovod 17 soustavou šesti úseků 18, 19, 20, 21, 22 a 23 vlnovodu, čtyřmi koleny 24, 25, 26 a 27 vlnovodu a čtyřmi spojovacími přírubami 28, 29, 30 a 31 vlnovodu. Spojovací příruba 31 sestává ze spojovací nebo připojovací části 31' (obr. 2), která je periferně spojena s plochou pláště jednoho úseku části 7 vazebního členu, jež je umístěna v oblasti vedle otočné oddělovací plochy 11. První část 7 vazebního členu je kromě toho opatřena koaxiální nebo vlnovodnou přípojkou 32 a světlovodnou přípojkou 33. Druhá část 8 vazebního členu je rovněž vybavena axiální světlovodnou přípojkou 34 a dvěma periferními přírubovými připojovacími částmi 35. 36 pro elektromagnetické vlny a přitom jejich vzájemná vzdálenost je poměrně malá, přičemž osy jejich výstupních vedení svírají s výhodou úhel 90°.
Ve spodní části 7 vazebního členu dle obr. 2 jsou patrné tří úseky 37, 38, 39 vlnovodu, přičemž na jednom konci spodního úseku 37 je umístěna koaxiální nebo vlnovodná přípojka 32 asvětlovodná přípojka 33 (obr. 1), přičemž jedna připojovací část 31* připojovací příruby 31 vlnovodů (obr. 1) je z boku připojena k hornímu úseku 39 vlnovodu. Horní část 8 vazebního členu má čtyři vlnovodné úseky 40, 41, 42, 43, přičemž horní vlnovodný úsek 41 je spojen s přírubovou připojovací částí 35 (obr. 1) a další vlnovodný úsek 41 je spojen s přírubovou připojovací částí 36 (obr. 1), přičemž spojovací roviny těchto dvou přírubových připojovacích částí 35 a 36 jsou navzájem kolmé. Spodní část vlnovodného úseku 42 má tvar kroužku 44 a podobně horní část vlnovodného úseku 43 má rovněž tvar kroužku 45, přičemž kroužky 44 a 45 jsou navzájem spojeny a mají takový přírubový tvar, který umožňuje upevnit druhou část 8 vazebního členu k zařízení 2. Připevnění první části 7 vazebního členu k zařízení 1 (obr. 1) je provedeno ve vlnovodném úseku 37 tak, jak je znázorněno na obr. 1. Vnější čelní plochy 9 a 10 vlnovodných úseků 39, resp. 43 mají velmi krátkou vzdálenost od ideální střední otočné oddělovací plochy 11.
Na obr. 3 je vazební člen znázorněn v poloze, při níž jsou připojovací část 31' a přírubová připojovací část 38 v čelním a přírubová připojovací část 35 v bočním pohledu.
Z obr. 4 lze seznat, že osy přírubových připojovacích částí 35 a 36 svírají spolu s výhodou úhel 90°.
Na obr. 5 je patrné, že osy světlovodné přípojky 33, vlnovodné přípojky 32 a připojovací části 31' leží v jedné rovině.
Obr. 6 znázorňuje, že vnitřek druhé části 8 vazebního členu s kruhovou čelní plochou 10 (obr. 2) je opatřen dvěma s výhodou souosými vnitřními trubicovými stěnami 46, 47, přičemž trubicová stěna 46 odděluje první vnitřní komoru 48 od druhé vnější komory 49 v oblasti vlnovodných úseků 43, 42 a 41 (obr. 2), a ve vnitřní trubicové stěně 47 je umístěn světlovod 50. Jak vyplývá z obr. 7, jsou uvnitř první části 7 vazebního členu v oblasti čelní plochy 9 rovněž druhá vnitřní komora 48 a druhá přídavná vnější komora 49', které jsou od sebe odděleny trubicovou stěnou 46' a trubicovou stěnou 47, v níž je uložen světlovod 50'. Čelní plochy 9 a 10 mohou samozřejmě mít rozdílný vnější tvar, jak vyplývá z porovnání z obr. 4 a obr. 5. Tím, že první a druhá vnitřní komora 48 a 48' a/nebo první a druhá přídavná vnější komora 49 a 49' jsou shodné uvnitř vlnovodných úseků 43 a 39, je přechodová zóna komorami 48 a 49', resp. 49 a 49' určena vždy pro jednu světelnou vlnu a po jedné světelné vlně pak přechází shodnými nebo podobnými světlovody 50 a 50'. Dle prvního provedení vynálezu sahá světlovod 50' od konce trubicové stěny 47 až po světlovodnou přípojku 33, přičemž pak může být vedena mikrovlna od vlnovodné přípojky 32 až po komoru 48'.
Podle druhého provedení vynálezu sahá světlovod 50' od konce trubicové stěny 47' až po vlnovodnou přípojku 32, přičemž pak může být vedena mikrovlna od světlovodné přípojky 33 až po první vnitřní komoru 48'. Tomu, aby byla trubicová stěna 46 (obr. 6) spojena s vnější části alespoň jednoho z vlnovodných úseků 41, 42, 43, mohou například sloužit příčky 51, 52 a 53
-3CZ 288767 B6 nebo jiné spojovací prostředky, ke spojení trubicových stěn 47,46 mohou sloužit další příčky 54, a 56 nebo jiné spojovací prostředky. Příčky 51 až 56, které mohou být v axiálním směru relativně krátké a tenké tak, aby nezpůsobovaly příliš velké rušení mikrovln, mohou být umístěny například v oblasti za čelní plochou 10. Odpovídající stěny trubicového tvaru v alespoň jednom z vlnovodných úseků 37 až 39 mohou být rovněž vybaveny příčkami 51*. 52'. 53', resp. 54', 55',
56' stejného druhu (obr. 7). Pokud takové stěnky nebo trubicové stěny 46, 47, resp. 46', 47'jsou dostatečně tuhé a jsou pevně spojeny s příslušnými částmi vazebního členu, mohou příčky 51 až a 51' až 56’ odpadnout Přitom je třeba brát na zřetel skutečnost, že pro názornost byl v obr. 6 a obr. 7 průměr světlovodů 50, 50' znázorněn přehnaně veliký.
Rozhraní s rotačním optronem dle vynálezu funguje takto:
Těleso bubnu 14 (obr. 1) má v podstatě válcový dutý vnitřní prostor, do něho zasahuje základní buben 13, který je pevně spojen s neotočným základním tělesem 12 a je uložen v ložiskách 3 a 4. 15 V nehybném systému je vedena elektromagnetická vlna přes spojovací přírubu vlnovodu 28 až na druhý konec vlnovodu 17, to jest až po připojovací část 3Γ (obr. 2). Odtud prochází elektromagnetická vlna nejdříve vlnovodným úsekem 39 nehybné první části 7 vazebního členu a přes druhou vnější přídavnou komoru 49' až k oddělovací otočné ploše 11 a posléze přes první přídavnou vnější komoru 49 vlnovodného úseku 43 otočné části 8 vazebního členu až ke 20 přírubové připojovací 36.
Druhá elektromagnetická vlna prochází od vlnovodné přípojky 32 nebo světlovodné přípojky 33 až k přírubové připojovací části 35 v otočném systému. První z elektromagnetických vln může být rovněž vedena opačně od přírubové připojovací části 36 až k připojovací části 3Γ, přičemž 25 i druhá elektromagnetická vlna může prostupovat opačným směrem. V tomto případě se dostane druhá elektromagnetická vlna přes spojení přírubovou připojovací vlnovodnou částí 35 nejdříve do otočné druhé části 8 vazebního členu a poté přes první vnitřní komoru 48 vlnovodných úseků 40, 41, 42 a 43 druhé části 8 vazebního členu a druhou vnitřní komoru 48' potrubních úseků 39, 38 a 37 nehybné první části 7 vazebního členu až k vlnovodné přípojce 32 nebo světlovodné 30 přípojce 33.
Světelný paprsek, který je veden od vlnovodné přípojky 32 nebo světlovodné přípojky 33 přes světlovod 50' uvnitř první části 7 vazebního členu až k oddělovací otočné ploše 11, překoná příslušnou vzduchovou mezeru a dostane se světlovodem 50 uvnitř druhé části 8 vazebního členu 35 ke světlovodné přípojce 34 pro další použití. Tím vzniká jednoosá rotační vazba shora popsaného druhu. U předkládaného vynálezu je dána přednost principu rotační vazbě čelními plochami před rotační vazbou prostřednictvím čoček, protože je méně náročná a tedy je i lacinější a také proto, aby se zamezilo chromatické aberaci. Uvedený světelný paprsek může postupovat rovněž opačným směrem. S výhodou je však tento světlovod koncipován pro obousměrný přenos 40 světelných paprsků.
Třístupňový optický multiplexor / demultiplexor vlnových délek dle obr. 8 se třemi multiplexorovými prvky 57, 58 a 59, které jsou běžnými výrobky, umožňuje kaskádování čtyř světelných paprsků standardních vlnových délek 1550 nm, 1300 nm, 850 nm a780nm. Dle 45 předkládaného vynálezu může být připojeno před, resp. za vlnovodnou přípojku 32 nebo světlovodnou přípojku 33, resp. vlnovodnou přípojku 34 po jednom takovém multiplexoru / demultiplexoru vlnových délek. Stejně tak lze použít vícestupňových multiplexorů / demultiplexorů vlnových délek a pracovat s libovolnými vlnovými délkami. U vláken světlovodů 50. 50' nemusí být bezpodmínečně použit typ s odstupňovaným indexem lomu, což znamená, že 50 u předkládaného vynálezu lze použít jak jednovidových, tak i vícevidových vláken.
Na obr. 9 je znázorněno, že několik multiplexovaných světelných paprsků může být podle potřeby přeneseno stejným světlovodem i obousměrně tak, že světelné záření přeskočí
-4CZ 288767 B6 vzduchovou mezeru rotačního vazebního členu popisovaného vynálezem. Tyto světelné paprsky mohou být nosiči například videosignálů, dat nebo libovolných jiných signálů.
Otočné vlnovodné spojky elektromagnetické vlny v oblasti spojovací části 31', a přírubové připojovací 36 a/nebo přírubové připojovací části 35 mohou být zatíženy kapacitními přechody, jak je popsáno například v publikaci Mikrowellentechnik od Ericha Pehla, svazek 1, HůthigVerlag, odst. 3.7, str. 161.
Jako další varianta provedení vynálezu může být instalován úhlový vysílač 60 (obr. 1) jako senzor, kteiý definuje v každém okamžiku polohu rotující druhé části 8 vazebního členu vůči nehybné části 7 vazebního členu. Mikrovlny mohou přitom být přenášeny ve skupinách formou souborů 61, 62, 63, 64 mikrovlnných informací tzv. informačních paketů (obr. 10), a to právě v periodách tl ± At, t2 ± At, t3 ± At, t4 ± At, v nichž se například příčky 51 až 56 druhé části 8 vazebního členu shodují lépe s odpovídajícími příčkami 5Γ až 56' první části 7 vazebního členu, přičemž časové body tl, t2, t3, t4 (obr. 10) odpovídají přesně přestupům určeným úhlovým vysílačem 60. U provedení bez zmíněných příček 51 až 56 a 51' až 56' mohou být voleny ty periody, u nichž vznikají při přenosu mikrovln co nejmenší poruchy v důsledku nesymetrie.
U další varianty vynálezu může být na výstupu úseku rotační vazby zařazen vyrovnávač nebo ekvalizér, aby byly kompenzovány poruchové efekty vznikající v důsledku nepravidelnosti mikrovlnného vlnovodu.
Příčky 51 až 56, resp. 5Γ až 56' mohou mít tvar kotouče z vhodného dielektrického materiálu. Rovněž může být použita pouze jedna taková příčka. Těmito příčkami mohou být například také žebra ve vlnovodném úseku 40, resp. vlnovodném úseku 37.
Rotační optron pracuje s výhodou na základě rotační vazby pomocí čelní plochy, může však být koncipován rovněž jako rotační vazba pomocí čoček. Celní plochy mohou být také zušlechtěny protiodrazovým způsobem, a to formou antireflexních vrstev.
Rozhraní dle vynálezu je zkonstruováno tak, aby s výhodou pracovalo s otáčkami otočné části 8 vazebního členu v rozmezí 6 až 600 ot/min a s mikrovlnnou frekvencí 8 až 10 GHz.
Do prostoru mezi základním bubnem 13 a tělesem 14 bubnu 13 mohou být umístěny sběrné kroužky 65, například pro napájení elektrickým proudem.
Shora uvedené příklady provedení se rozumí pouze jako vysvětlení možností konstrukce jednoho určitého provedení rotačního vazebního členu, který však lze realizovat rovněž v jiných variantách. Jiná provedení, na která odborník na základě tohoto popisu připadne tedy obsahují také základní myšlenku vynálezu.