CZ309936B6

CZ309936B6 - System for the optical data communication and transfer of the optical energy intended to be converted to electrical energy

Info

Publication number: CZ309936B6
Application number: CZ2022-129A
Authority: CZ
Inventors: Václav Prajzler; Prajzler Václav doc. Ing., Ph.D.; Jiří Štefl; Jiří Ing. Štefl; Tomáš Martan; Martan Tomáš Ing., Ph.D.
Original assignee: České vysoké učení technické v Praze; OPTOKON, a. s.
Priority date: 2022-03-21
Filing date: 2022-03-21
Publication date: 2024-02-14
Also published as: CZ2022129A3

Abstract

The system for the optical data communication and transfer of the optical energy intended to be converted to electrical energy includes an input block (1) in its input part and the following input optical cable (2) and an output optical cable (4) in the output part and the following output block (5). The output end of the input optical cable (2) and the input end of the output optical cable (4) are each from a different part connected to an optical connector (3). The input block (1) contains at least one power laser (1.1) and at least one input optical transmitter (1.2). The power lasers (1.1) as well as the input optical transmitter (1.2) are interconnected with the input end of the input optical cable (2). The output block (5) contains at least one photovoltaic converter (5.1) and at least one output optical receiver (5.2). The photovoltaic converters (5.1) as well as the output optical receiver (5.2) are interconnected with the output end of the output optical cable (4). The optical connector (3) is a rotary one.

Description

Systém pro optickou datovou komunikaci a přenos optické energie určené pro přeměnu na elektrickou energiiSystem for optical data communication and transmission of optical energy intended for conversion into electrical energy

Oblast technikyField of technology

Vynález se týká současného přenosu energie i dat pomocí optických kabelů, přičemž jedna část systému může být otočná.The invention relates to the simultaneous transmission of energy and data using optical cables, whereby one part of the system can be rotatable.

Dosavadní stav technikyCurrent state of the art

Pro přenos dat na velké vzdálenosti, který je využíván pro optické komunikace a datové spoje je v současnosti prováděn pomocí optických kabelů, které obsahují optická vlákna. Optická komunikační vlákna mohou být buď jednovidová, které mají průměr jádra 4 až 9 pm a průměr pláště 125 pm, nebo optická vlákna mnohavidová s průměrem jádra vláken 50 nebo 62,5 pm a průměrem pláště 125 pm. Dále pro speciální účely se také používají optická vlákna s větším průměrem vlnovodného jádra a pláště např. 105/125 pm, 200/220 pm (průměr jádra/průměr pláště). Tyto optický vlákna jsou zpravidla vyráběny z křemenného optického skla a v případě mnohavidových optických s jádrem 50 nebo 62,5 pm jsou používány na vlnových délkách 850 a 1300 nm. V případě jednovidových vláken je přenos dat primárně prováděn na vlnových délkách 1310a 1550 nm, respektive v rozsahu vlnových délek 1250 až 1650 nm. Tyto vlnové délky jsou voleny z toho důvodu, že standardní křemenná komunikační optická vlákna mají na těchto vlnových délkách nízký optický útlum a na vlnové délce 1310 nm mají nízkou disperzi. Optické kabely existují v různých technologických provedení, kde se kabely skládají z jednotlivých optických vláken, kde typ vláken (jednovidová, mnohavidová) a počet optických vláken a také použité materiály pro vlastní optický kabel je určeno aplikací (zákazníkem) pro který je výsledky optický kabel určen. Existují také hybridní optické kabely, které kromě optických vláken obsahují metalické vodiče, kde optická vlákna slouží pro přenos dat a elektrické vodiče slouží k přenosu napájení připojené elektroniky, jakou jsou např. různé typy senzorů nebo dohledové nebo diagnostické kamery.For long-distance data transmission, which is used for optical communications and data links, it is currently carried out using optical cables that contain optical fibers. Optical communication fibers can be either single-mode, having a core diameter of 4 to 9 pm and a cladding diameter of 125 pm, or multi-mode optical fibers with a fiber core diameter of 50 or 62.5 pm and a cladding diameter of 125 pm. Furthermore, for special purposes, optical fibers with a larger diameter of the waveguide core and sheath are also used, e.g. 105/125 pm, 200/220 pm (core diameter/sheath diameter). These optical fibers are usually made of quartz optical glass and in the case of multimode optics with a 50 or 62.5 pm core, they are used at wavelengths of 850 and 1300 nm. In the case of single-mode fibers, data transmission is primarily carried out at wavelengths of 1310 and 1550 nm, respectively in the wavelength range of 1250 to 1650 nm. These wavelengths are chosen because standard quartz communication optical fibers have low optical attenuation at these wavelengths and low dispersion at 1310 nm. Optical cables exist in various technological designs, where the cables consist of individual optical fibers, where the type of fibers (single-mode, multi-mode) and the number of optical fibers, as well as the materials used for the optical cable itself, are determined by the application (customer) for which the results of the optical cable are intended . There are also hybrid optical cables that, in addition to optical fibers, contain metallic conductors, where optical fibers are used for data transmission and electrical conductors are used to transmit power to connected electronics, such as various types of sensors or surveillance or diagnostic cameras.

Je známé řešení, kde pro přenos elektrického napájení je využito optických vláken, které bylo popsáno v práci autorů J.D. Lopez-Cardona et al. S názvem Remote Optical Powering Using Fiber Optics in Hazardous Environments, zveřejněném v JOURNAL of LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol. 36, no. 3, 2018, kde autoři prezentují systém, který využívá jako optický zdroj vysoce výkonnou laserovou diodu s centrální vlnovou délkou 808 nm o výkonu 1,5 W a jako detektor byl použit Gallium-Arsenidový (GaAs) fotovoltaický článek. Přenos energie byl realizován pomocí optického vlákna s průměrem jádra optického vláknového vlnovodu 200 pm a průměrem pláště vlnovodu 500 pm o délce 300 m. Systém umožnil přenášet optický výkon 360 mW. Ve stejné publikaci jsou také prezentovány výsledky pro přenos energii pomocí vícevidového optického vlákna s průměrem jádra 62,5 pm a pláště 125 pm s délkou 1 m, kdy bylo dosaženo přenosu elektrické energie o výkonu 240 mW.There is a known solution where optical fibers are used for the transmission of electrical power, which was described in the work of the authors J.D. Lopez-Cardona et al. Entitled Remote Optical Powering Using Fiber Optics in Hazardous Environments, published in JOURNAL of LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol. 36, no. 3, 2018, where the authors present a system that uses a high-power laser diode with a central wavelength of 808 nm with a power of 1.5 W as an optical source and a Gallium-Arsenide (GaAs) photovoltaic cell was used as a detector. Energy transmission was realized using an optical fiber with an optical fiber waveguide core diameter of 200 pm and a waveguide sheath diameter of 500 pm with a length of 300 m. The system allowed to transmit an optical power of 360 mW. In the same publication, results are also presented for power transmission using a 62.5 pm core diameter, 125 pm cladding multimode optical fiber with a length of 1 m, where 240 mW of electrical power transmission was achieved.

Je také známé řešení, popsané Fahad M. A. Al-Zubaidi et al. s názvem SI-POF Supporting Power-Over-Fiber in Multi-Gbit/s Transmission for In-Home Networks zveřejněném v JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol. 39, no. 1, 2021, kde je prezentovaná analýza přenosu dat a energie pomocí jednoho plastového optické vlákna. Přenos dat je realizován pomocí optického vysílače se zdrojem 650 nm s přenosovou rychlostí 1 Gbit/s, přenos energie je proveden pomocí optického zdroje s pracovní vlnovou délkou 405 nm a přenos je realizován na vzdálenost 10 m. Autoři uvádějí, že dosáhli přenosu energie 1,64 mW.There is also a known solution, described by Fahad M.A. Al-Zubaidi et al. entitled SI-POF Supporting Power-Over-Fiber in Multi-Gbit/s Transmission for In-Home Networks published in JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, vol. 39, no. 1, 2021, where an analysis of data and power transmission using a single plastic optical fiber is presented. Data transmission is carried out using an optical transmitter with a 650 nm source with a transfer rate of 1 Gbit/s, energy transmission is carried out using an optical source with a working wavelength of 405 nm and the transmission is carried out over a distance of 10 m. The authors state that they have achieved a power transfer of 1, 64 mW.

Je také známé řešení, popsané Pu Wei, et al. s názvem Power-over-fiber system with energy management scheme for electric power industry zveřejněné v Optical Engineering vol. 58, no. 9, 2019, kde autoři prezentují systém, který využívá dvě mnohavidová optická vlákna s průměremThere is also a known solution described by Pu Wei, et al. entitled Power-over-fiber system with energy management scheme for electric power industry published in Optical Engineering vol. 58, no. 9, 2019, where the authors present a system that uses two multimode optical fibers with a diam.

- 1 CZ 309936 B6 vlnovodného jádra 62,5 μηι. Jedno optické vlákno je použito pro přenos energie, kde jako zdroj energie je použita laserová dioda s vlnovou délkou 830 nm a výkonem 2 W a GalliumArsenidový (GaAs) fotovoltaický článek s aktivní plochou 2 mm byl použit pro přeměnu optické energie na elektrickou. Druhé optické vlákno je použito pro přes dat, kde délka přenosového systému byla 1 m.- 1 CZ 309936 B6 waveguide core 62.5 μηι. One optical fiber is used for energy transmission, where a laser diode with a wavelength of 830 nm and a power of 2 W is used as the energy source, and a Gallium Arsenide (GaAs) photovoltaic cell with an active area of 2 mm was used to convert optical energy into electrical energy. The second optical fiber is used for data transmission, where the length of the transmission system was 1 m.

Systém optického napájení přenášené mnohavidovým optickým vláknem s průměrem jádra 62,5 μιη a gradientním indexem lomu použitým pro napájení videokamery byl popsán G. Bóttger, et al. v publikaci s názvem An Optically Powered Video Camera Link zveřejněném v IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, vol. 20, no. 1, 2008. Autoři použili vysoce výkonnou laserovou diodu o vlnové délce 810 nm a optickým výkonem 1 W jako zdroje energie pro napájení a datový kanál pro přenos video signálu byl přenášen pomocí komunikační jednoty pracující na vlnové délce 1310 nm. Přenos byl realizován pomocí jednoho optického vlákna, kde připojení zdrojů 810 a 1310 nm bylo realizováno pomocí vazebního členu s tenko vrstvým filtrem a jako detektor byl použit Gallium-Arsenidový (GaAs) fotovoltaický konvertor. Video přenos byl realizován na vzdálenost 200 m.An optical power system carried by a multimode optical fiber with a core diameter of 62.5 μιη and a gradient index of refraction used to power a video camera was described by G. Bóttger, et al. in a publication entitled An Optically Powered Video Camera Link published in IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS, vol. 20, no. 1, 2008. The authors used a high-power laser diode with a wavelength of 810 nm and an optical power of 1 W as the energy source for the power supply, and the data channel for transmitting the video signal was transmitted using a communication unit operating at a wavelength of 1310 nm. The transmission was implemented using one optical fiber, where the connection of the 810 and 1310 nm sources was implemented using a coupling member with a thin-layer filter, and a Gallium-Arsenide (GaAs) photovoltaic converter was used as a detector. The video transmission was carried out at a distance of 200 m.

Je také známé řešení, popsané Cherif Diouf et al. s názvem Design, Characterization, and Test of a Versatile Single-Mode Power-Over-Fiber and Communication System for Seafloor Observatories, zveřejněném v IEEE JOURNAL OF OCEANIC ENGINEERING, vol. 45, no. 2, 2020, kde je představena datová komunikace a přenos energie pomocí optického vlákna pro námořní observatoře. Systém slouží k napájení a přenosu dat po jednovidovém optickém vlákně na vzdálenost 8 km a systém využívá tři optické vlnové délky 1537 nm, 1550 nm pro up-stream a downstream přenášených dat a vlnovou délku 1480 nm pro přenos energie. Systém je chopen přenést výkonu 190 mW při použití výkonového zdroje 1480 nm s výkonem 10 W.There is also a known solution, described by Cherif Diouf et al. entitled Design, Characterization, and Test of a Versatile Single-Mode Power-Over-Fiber and Communication System for Seafloor Observatories, published in IEEE JOURNAL OF OCEANIC ENGINEERING, vol. 45, no. 2, 2020, where optical fiber data communication and power transfer for marine observatories is presented. The system is used for power supply and data transmission over a single-mode optical fiber over a distance of 8 km, and the system uses three optical wavelengths of 1537 nm, 1550 nm for upstream and downstream transmitted data, and a wavelength of 1480 nm for power transmission. The system is capable of transmitting 190 mW of power using a 1480 nm power source with a power of 10 W.

Byla také publikovaná přehledová publikace od autora Joao Batista Rosolem s názvem Power Over - Fiber Applications for Telecommunications and for Electric Utilities zveřejněná v Open access peer-reviewed chapter 2017 InTech DOI: 10.5772/68088, http://dx.doi.org/10.5772/68088, kde jsou shrnuty doposud známé výsledky k problematice přenášení optického výkonu pomocí optických vláken.A review paper by author Joao Batista Rosolem entitled Power Over - Fiber Applications for Telecommunications and for Electric Utilities was also published in Open access peer-reviewed chapter 2017 InTech DOI: 10.5772/68088, http://dx.doi.org/10.5772 /68088, where the so far known results on the problem of transmitting optical power using optical fibers are summarized.

Nevýhodou výše zmíněných řešení je, že umožní nižší přenos energie, která není dostatečné pro napájení elektronických zařízení s vyšším odběrem. Dále pak výše zmíněná řešení neumožňují přenos napájecího napětí na větší vzdálenosti a neumožňují datové propojení a přenos napájecího optického signálu přes rotující členy.The disadvantage of the above-mentioned solutions is that they will allow a lower energy transfer, which is not sufficient for powering electronic devices with a higher consumption. Furthermore, the solutions mentioned above do not allow the transmission of the supply voltage over larger distances and do not allow data connection and the transmission of the optical supply signal through the rotating members.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Výše uvedené nedostatky odstraňuje systém podle předkládaného vynálezu, které umožňuje přenos energie pomocí optických vláken a jedno- nebo obousměrný přenos datového signálu po optických vláknech. Optický rotační konektor umožňuje také přenos napájecího napětí a datové informace v aplikacích, kde je část obsahující přijímač datového signálu otočná. Jedná se o použití pro napájení a přenos dat pro senzory upevněné na lopatkách větrných elektráren, na otočných věžích autonomních robotů nebo v otočných věžích armádních pohyblivých prostředků.The above-mentioned shortcomings are eliminated by the system according to the present invention, which enables the transmission of energy using optical fibers and the one- or two-way transmission of a data signal over optical fibers. The optical rotary connector also enables the transmission of power supply voltage and data information in applications where the part containing the data signal receiver is rotatable. It is used to power and transmit data for sensors mounted on the blades of wind farms, on the turrets of autonomous robots or in the turrets of military mobile vehicles.

Systém pro optickou datovou komunikaci a přenos optické energie určené pro přeměnu na elektrickou energii zahrnuje ve své vstupní části vstupní blok a za ním zařazený vstupní optický kabel a ve své výstupní části výstupní optický kabel a za ním zařazený výstupní blok. Systém zahrnuje také optický konektor, k němuž je připojen výstupní konec vstupního optického kabelu a vstupní konec výstupního optického kabelu. Vstupní blok obsahuje alespoň jeden výkonový laser a alespoň jeden vstupní optický vysílač, přičemž výkonové lasery i vstupní optický vysílač jsou propojené se vstupním koncem vstupního optického kabelu. Výstupní blok obsahuje alespoň jeden fotovoltaický konvertor a alespoň jeden výstupní optický přijímač, přičemž fotovoltaickéThe system for optical data communication and transmission of optical energy intended for conversion into electrical energy includes in its input part an input block and an input optical cable arranged behind it, and in its output part an output optical cable and an output block arranged behind it. The system also includes an optical connector to which the output end of the input optical cable and the input end of the output optical cable are connected. The input block includes at least one power laser and at least one input optical transmitter, wherein both the power lasers and the input optical transmitter are connected to the input end of the input optical cable. The output block contains at least one photovoltaic converter and at least one output optical receiver, wherein the photovoltaic

-2CZ 309936 B6 konvertory i výstupní optický přijímač jsou propojené s výstupním koncem výstupního optického kabelu. Podstatné je, že optický konektor je otočný. Optický konektor obsahuje stator, kterým ve výhodném provedení prochází výstupní konec vstupního optického kabelu, a rotor, k němuž je připevněn výstupní optický kabel, Je výhodné, když je vstupní konec výstupního kabelu umístěn uvnitř rotoru.-2CZ 309936 B6 converters and the output optical receiver are connected to the output end of the output optical cable. It is important that the optical connector is rotatable. The optical connector includes a stator through which the output end of the input optical cable passes in a preferred embodiment, and a rotor to which the output optical cable is attached. It is advantageous when the input end of the output cable is located inside the rotor.

Optický konektor může zahrnovat také motor pro pohon rotoru. Je výhodné, když je motor připojen k rotoru dutou hřídelí. V alespoň části úseku mezi rotorem a výstupním blokem je výstupní kabel s výhodou umístěn uvnitř dutiny v hřídeli, s níž je pevně spojen.The optical connector may also include a motor to drive the rotor. It is advantageous if the motor is connected to the rotor by a hollow shaft. In at least part of the section between the rotor and the output block, the output cable is preferably located inside the cavity in the shaft, to which it is firmly connected.

V jednom výhodném provedení jsou optický kabel i výstupní optický kabel jsou jednovláknové a vstupní blok obsahuje první vstupní optický WDM multiplexor. WDM je zkratka z anglického wavelength division multiplexer. Výkonový laser a vstupní optický vysílač jsou připojeny každý k jinému z portů prvního vstupního optického WDM multiplexoru na straně větvení vlnových délek. Port prvního vstupního optického WDM multiplexoru na straně spojení vlnových délek je propojen se vstupním koncem vstupního optického kabelu. Výstupní blok obsahuje první výstupní optický WDM multiplexor, přičemž výstupní konec výstupního optického kabelu je propojen s portem prvního výstupního optického WDM multiplexoru na straně spojení vlnových délek a fotovoltaický konvertor a výstupní optický přijímač jsou připojeny každý k jinému z portů výstupního optického WDM multiplexoru na straně větvení vlnových délek.In one advantageous embodiment, both the optical cable and the output optical cable are single-fiber, and the input block contains a first input optical WDM multiplexer. WDM is an abbreviation of wavelength division multiplexer. The power laser and the input optical transmitter are each connected to a different one of the ports of the first input optical WDM multiplexer on the wavelength branching side. The port of the first input optical WDM multiplexer on the wavelength coupling side is connected to the input end of the input optical cable. The output block includes a first output optical WDM multiplexer, wherein the output end of the output optical cable is connected to a port of the first output optical WDM multiplexer on the wavelength coupling side, and the photovoltaic converter and the output optical receiver are each connected to another of the ports of the output optical WDM multiplexer on the branching side wavelengths.

V dalším výhodném provedení vstupní blok obsahuje navíc i vstupní optický přijímač a druhý vstupní optický WDM multiplexor, k jehož jednomu portu na straně větvení vlnových délek je připojen port prvního vstupního optického WDM multiplexoru na straně spojení vlnových délek a k jehož druhému portu na straně větvení vlnových délek je připojen vstupní přijímač. Port na straně spojení vlnových délek druhého vstupního optického WDM multiplexoru je připojen ke vstupnímu konci vstupního optického kabelu. Výstupní blok obsahuje navíc i výstupní optický vysílač a druhý výstupní optický WDM multiplexor, jehož port na straně spojení vlnových délek je připojen k výstupnímu konci výstupního optického kabelu a k jehož jednomu portu na straně větvení vlnových délek je připojen výstupní optický vysílač a k jehož druhému portu na straně větvení vlnových délek je připojen první výstupní optický WDM multiplexor svým portem na straně spojení vlnových délek.In another advantageous embodiment, the input block additionally contains an input optical receiver and a second input optical WDM multiplexer, to one of whose ports on the side of the wavelength branching is connected the port of the first input optical WDM multiplexer on the side of the connection of wavelengths and to whose second port on the side of the wavelength branching an input receiver is connected. The wavelength coupling side port of the second input optical WDM multiplexer is connected to the input end of the input optical cable. The output block also includes an output optical transmitter and a second output optical WDM multiplexer, whose port on the wavelength coupling side is connected to the output end of the output optical cable and to one port on the wavelength branching side the output optical transmitter is connected and to whose other port on the side wavelength branching, the first output optical WDM multiplexer is connected with its port on the wavelength coupling side.

V jednom výhodném provedení s jedním vláknem ve vstupním i výstupním optickém kabeluje vlákno ve vstupním optickém kabelu je jednovidové a že vlákno ve výstupním optickém kabelu je jedno vidové.In one preferred embodiment with one fiber in both the input and output optical cables, the fiber in the input optical cable is single-mode and the fiber in the output optical cable is single-mode.

V jiném výhodném provedení s jedním vláknem ve vstupním i výstupním optickém kabeluje vlákno ve vstupním optickém kabelu je více vidové a rovněž vlákno ve výstupním optickém kabeluje vícevidové.In another preferred embodiment with one fiber in both the input and output optical cables, the fiber in the input optical cable is multi-mode and the fiber in the output optical cable is also multi-mode.

Vstupní optický kabel může být vícevláknový s alespoň jedním vláknem pro přenos signálu a alespoň jedním vláknem pro přenos energie a výstupní optický kabel může obsahovat vícevláknovou část s alespoň jedním vláknem pro přenos signálu a alespoň jedním vláknem pro přenos energie.The input optical cable may be multi-fiber with at least one signal transmission fiber and at least one power transmission fiber, and the output optical cable may include a multi-fiber portion with at least one signal transmission fiber and at least one power transmission fiber.

Možné výhodné varianty provedení s vícevláknovými vstupními a výstupními kabely jsou například tyto:Possible advantageous design variants with multi-core input and output cables are, for example, the following:

Vstupní konec výstupního optického kabelu umístěný uvnitř rotoru zahrnuje optický vlnovodný člen pro přenos energie, který má v příčném řezu tvar mezikruží a na který jsou připojena alespoň dvě optická vlákna pro přenos energie vedoucí od tohoto optického vlnovodného členu výstupním optickým kabelem až k jeho výstupnímu konci na straně výstupního bloku.The input end of the output optical cable located inside the rotor includes an optical power transmission member having an annular cross-section and to which at least two power transmission optical fibers are connected leading from this optical waveguide member through the output optical cable to its output end at side of the output block.

-3 CZ 309936 B6-3 CZ 309936 B6

Je výhodné, když jsou vlákna pro přenos signálu jednovidová nebo vícevidová a vlákna pro přenos energie jsou vícevidová.It is preferred that the fibers for signal transmission are single-mode or multi-mode and the fibers for power transmission are multi-mode.

Je výhodné, když počet vláken pro přenos energie ve vstupním optickém kabelu odpovídá počtu výkonových laserů a počet vláken ve výstupním optickém kabelu odpovídá počtu fotovoltaických konvertorů, přičemž každý výkonový laser je propojen s jedním vláknem pro přenos energie ve vstupním optickém kabelu a každý fotovoltaický konvertor je propojen s jedním vláknem pro přenos energie ve výstupním optickém kabelu.It is advantageous if the number of power transmission fibers in the input optical cable corresponds to the number of power lasers and the number of fibers in the output optical cable corresponds to the number of photovoltaic converters, where each power laser is connected to one power transmission fiber in the input optical cable and each photovoltaic converter is connected to a single fiber to carry power in the output optical cable.

V jednom z výhodných provedení vstupní optický kabel obsahuje alespoň dvě vlákna pro přenos energie a že výstupní optický kabel obsahuje také alespoň dvě vlákna pro přenos energie. Vstupní blok pak obsahuje alespoň jednu optickou rozbočnici, přičemž počet výkonových laserů odpovídá počtu optických rozbočme, každý z výkonových laserů je připojen na vstup jedné z optických rozbočnic a výstupy všech optických rozbočnic jsou připojeny k optickým vláknům pro přenos energie ve vstupním optickém kabelu. Výstupní blok obsahuje alespoň dva fotovoltaické konvertory, jejichž počet odpovídá počtu vláken pro přenos energie ve výstupním optickém kabelu, přičemž každý z fotovoltaických konvertorů je připojen k jednomu z vláken pro přenos energie výstupního optického kabelu.In one of the preferred embodiments, the input optical cable contains at least two fibers for power transmission and that the output optical cable also contains at least two fibers for power transmission. The input block then contains at least one optical junction, while the number of power lasers corresponds to the number of optical junctions, each of the power lasers is connected to the input of one of the optical junctions, and the outputs of all optical junctions are connected to optical fibers for energy transmission in the input optical cable. The output block contains at least two photovoltaic converters, the number of which corresponds to the number of power transmission fibers in the output optical cable, and each of the photovoltaic converters is connected to one of the power transmission fibers of the output optical cable.

Je možné také provedení, kde je vstupní optický vysílač připojen k vláknu pro přenos signálu ve vstupním optickém kabelu a výstupní optický přijímač je připojen k vláknu pro přenos signálu ve výstupním optickém kabelu.An embodiment is also possible where the input optical transmitter is connected to the signal transmission fiber in the input optical cable and the output optical receiver is connected to the signal transmission fiber in the output optical cable.

V právě uvedeném provedení může být také ve vstupním bloku obsažen navíc vstupní optický přijímač a druhý vstupní optický WDM multiplexor, k jehož dvěma portům na straně větvení vlnových délek jsou připojeny vstupní optický vysílač a vstupní optický přijímač a k jehož portu na straně spojení je připojeno vlákno pro přenos signálu ve vstupním optickém kabelu. Výstupní blok může navíc obsahovat výstupní optický vysílač a druhý výstupní optický WDM multiplexor, k jehož dvěma portům na straně větvení vlnových délek jsou připojeny výstupní optický přijímač a výstupní optický vysílač a k jehož portu na straně spojení vlnových délek je připojeno vlákno pro přenos signálu ve výstupním optickém kabelu.In the embodiment just mentioned, the input block may additionally contain an input optical receiver and a second input optical WDM multiplexer, to whose two ports on the wavelength branching side the input optical transmitter and the input optical receiver are connected, and to whose port on the connection side a fiber is connected for signal transmission in the input optical cable. The output block may additionally include an output optical transmitter and a second output optical WDM multiplexer, to whose two ports on the branching side of the wavelengths are connected the output optical receiver and the output optical transmitter, and to whose port on the joining side of the wavelengths is connected the fiber for transmitting the signal in the output optical cable.

Je možné také provedení, v němž vstupní optický kabel obsahuje alespoň dvě vlákna pro přenos signálu a rovněž výstupní optický kabel obsahuje alespoň dvě vlákna pro přenos signálu. Vstupní optický vysílač je připojen k prvnímu vláknu pro přenos signálu ve vstupním optickém kabelu a vstupní blok obsahuje vstupní optický přijímač, který je připojen k druhému vláknu pro přenos signálu ve vstupním optickém kabelu. Výstupní optický přijímač je připojen k prvnímu vláknu pro přenos signálu ve výstupním optickém kabelu. Výstupní blok obsahuje výstupní optický vysílač, který je připojen k druhému vláknu pro přenos signálu ve výstupním optickém kabelu.An embodiment is also possible in which the input optical cable contains at least two fibers for signal transmission and the output optical cable also contains at least two fibers for signal transmission. The input optical transmitter is connected to the first signal transmission fiber in the input optical cable and the input block includes the input optical receiver which is connected to the second signal transmission fiber in the input optical cable. The output optical receiver is connected to the first signal transmission fiber in the output optical cable. The output block contains an output optical transmitter which is connected to the second signal transmission fiber in the output optical cable.

Další výhody tohoto systému budou patrné z příkladů uskutečnění vynálezu.Other advantages of this system will be apparent from examples of the implementation of the invention.

Objasnění výkresůClarification of drawings

Příkladná provedení vynálezu jsou vyobrazena v přiložených obrázcích.Exemplary embodiments of the invention are shown in the attached figures.

Na obr. la až li jsou možná provedení vstupních a výstupních optických kabelů znázorněná v příčných řezech.In Fig. 1a to 11, the possible designs of input and output optical cables are shown in cross-sections.

Na obr. la a 1b jsou kabely jednovláknové. Na obr. laje jednovidové optické vlákno, na obr. 1b více vidové optické vlákno.In Fig. 1a and 1b, the cables are single-core. A single-mode optical fiber is shown in Fig. 1b, a multi-mode optical fiber is shown in Fig. 1b.

Na obr. 1c až Ig jsou příklady provedení optických kabelů s jedním jednovidovým optickým vláknem pro přenos signálu. K tomuto jedno vidovému optickému vláknu pro přenos signálu jsouIn Fig. 1c to Ig are examples of optical cables with one single-mode optical fiber for signal transmission. To this single mode optical fiber for signal transmission are

-4CZ 309936 B6 pro přenos energie na obr. 1c použita dvě vícevidová optická vlákna, na obr. Id čtyři vícevidová optická vlákna, na obr. le šest vícevidových optických vláken a na obr. If osm vícevidových optických vláken. Na obr. Ig je příklad provedení s excentrickou pozicí jednovidového vlákna pro přenos signálu, které není umístěno v ose optického kabelu. Pro přenos energie je v tomto příkladu použito osm vícevidových optických vláken.-4CZ 309936 B6 two multimode optical fibers are used for energy transmission in Fig. 1c, in Fig. Id four multimode optical fibers, in Fig. le six multimode optical fibers and in Fig. If eight multimode optical fibers. Fig. 1g shows an example of an embodiment with an eccentric position of a single-mode fiber for signal transmission, which is not located in the axis of the optical cable. Eight multimode optical fibers are used in this example for power transmission.

Na obr. Ih je příklad provedení optického kabelu, kde je i pro přenos signálu použito vícevidové optické vlákno.Fig. Ih shows an example of an optical cable, where a multimode optical fiber is also used for signal transmission.

Na obr. li je pak příklad provedení vstupní části výstupního optického kabelu s jednovidovým optickým vláknem pro přenos signálu a s vlnovodným členem pro přenos energie, který je umístěn v rotoru optického konektoru.Fig. li shows an example of the design of the input part of the output optical cable with a single-mode optical fiber for signal transmission and with a waveguide element for energy transmission, which is located in the rotor of the optical connector.

Na obr. 2a je detail možného provedení optického konektoru, který je otočný a je vybaven motorem a dutou hřídelí.Fig. 2a shows a detail of a possible design of an optical connector that is rotatable and equipped with a motor and a hollow shaft.

Na obr. 2b je detail jiného možného provedení optického konektoru, který je rovněž otočný, ale nemá dutou hřídel ani motor.In Fig. 2b is a detail of another possible embodiment of the optical connector, which is also rotatable, but does not have a hollow shaft or a motor.

V obr. 3 je základní celkové schéma systému.Fig. 3 shows the basic overall scheme of the system.

Na obr. 4 je systém s jednovláknovým vstupním i výstupním optickým kabelem v uspořádání pro jednosměrný přenos datového signálu.In Fig. 4, a system with a single fiber input and output optical cable is arranged for one-way transmission of a data signal.

Na obr. 5 je systém s jednovláknovým vstupním i výstupním optickým kabelem v uspořádání pro obousměrný přenos datových signálů.In Fig. 5, a system with a single fiber input and output optical cable is arranged for bidirectional transmission of data signals.

Na obr. 6 je systém, kde jsou vstupní i výstupní optický kabel vícevláknové, přičemž zakreslen je příklad provedení s pěti vlákny, a přenos datového signálu je jednosměrný.Fig. 6 shows a system where the input and output optical cables are multi-fiber, and an example of a five-fiber design is shown, and the data signal transmission is unidirectional.

Na obr. 7 je systém, kde jsou vstupní i výstupní optický kabel vícevláknové, přičemž zakreslen je příklad se třemi vlákny. Přenos datového signálu je obousměrný, když pro každý směr je pro přenos dat použito jiné optické vlákno. Třetí vlákno je použito pro přenos energie.Figure 7 shows a system where both the input and output optical cables are multi-fiber, and an example with three fibers is shown. Data signal transmission is bidirectional when a different optical fiber is used for data transmission in each direction. The third fiber is used for power transmission.

Na obr. 8 je systém, kde jsou vstupní i výstupní optický kabel vícevláknové, přičemž v tomto příkladu provedení tři vlákna slouží pro přenos energie a dvě vlákna pro přenos datového signálu, který je obousměrný.In Fig. 8, there is a system where the input and output optical cable are multi-fiber, and in this embodiment, three fibers serve for power transmission and two fibers for data signal transmission, which is bidirectional.

Na obr. 9 je systém, kde jsou vstupní i výstupní optický kabel vícevláknové, přičemž v tomto příkladu provedení tři vlákna slouží pro přenos energie a jedno vlákno pro přenos datových signálů, kde přenos dat je obousměrný. Jde o příklad přenosu energie po více vláknech s využitím více zdrojů v podobě více výkonových laserů.Fig. 9 shows a system where the input and output optical cables are multi-fiber, and in this embodiment, three fibers are used for power transmission and one fiber for data signal transmission, where the data transmission is bidirectional. This is an example of energy transmission along multiple fibers using multiple sources in the form of multiple power lasers.

Na obr. 10 je systém, kde jsou opět vstupní i výstupní optický kabel vícevláknové, přičemž v tomto příkladu provedení slouží pro přenos energie čtyři vlákna a jedno vlákno slouží pro přenos datových signálů, kdy přenos dat je obousměrný. Jde o příklad přenosu energie po více vláknech s využitím více zdrojů v podobě výkonových laserů, přičemž energie je dále šířena po větším počtu vláken, než je počet výkonových laserů díky využití rozbočnic.Fig. 10 shows a system where the input and output optical cables are again multi-fiber, while in this embodiment four fibers are used for power transmission and one fiber is used for data signal transmission, when the data transmission is bidirectional. This is an example of multi-fiber power transmission using multiple sources in the form of power lasers, where the power is further spread over more fibers than the number of power lasers due to the use of junctions.

Na obr. 4 až 10 jsou uvedeny příklady vlnových délek, na nichž může být proveden přenos energie a přenos datového signálu.Figures 4 to 10 show examples of wavelengths at which energy transmission and data signal transmission can be performed.

Na obr. lije schematické znázornění systému uplatněného ve větrné elektrárně.The figure shows a schematic representation of the system applied in the wind power plant.

Na obr. 12 je schematické znázornění systému osazeného do automatického robota s podvozkem.Fig. 12 shows a schematic representation of the system installed in an automatic robot with a chassis.

-5CZ 309936 B6-5CZ 309936 B6

Na obr. 13 je schematicky znázorněn příklad osazení systému do robota s otočným ramenem.Fig. 13 schematically shows an example of fitting the system into a robot with a rotating arm.

Příklady uskutečnění vynálezuExamples of implementation of the invention

Zde níže a ve výkresech uvedené příklady ukazují jen některá z možných konkrétních provedení systému dle předkládaného vynálezu, přičemž i kombinace těchto výhodných provedení spadají do předmětu ochrany vynálezu. Rovněž do předmětu ochrany spadají konstrukční řešení s některými odlišnými parametry oproti těm, které jsou uvedeny níže u výhodných provedení, než je uvedeno v těchto příkladech. Systém dle předkládaného vynálezu tak může být realizováno, např. s optickými kabely s jinými rozměry optických vláken, např. mnohavidová optická vlákna s rozměrem jádra 50 μιη můžou být nahrazena vlákny 62,5 μιη apod. Odlišné mohou být také vlnové délky využité pro přenos signálu a energie. Mohou být použity různé počty výkonových laserů, fotovoltaických konvertorů i různé typy a počty optických vláken.The examples shown here below and in the drawings show only some of the possible specific embodiments of the system according to the present invention, while combinations of these advantageous embodiments also fall within the scope of the invention. Also within the scope of protection are construction solutions with some different parameters compared to those listed below in preferred embodiments than shown in these examples. The system according to the present invention can thus be realized, e.g. with optical cables with other dimensions of optical fibers, e.g. multimode optical fibers with a core size of 50 μιη can be replaced by fibers of 62.5 μιη, etc. The wavelengths used for signal transmission can also be different and energy. Different numbers of power lasers, photovoltaic converters and different types and numbers of optical fibers can be used.

Termín „přenos signálu“ a „signál“ je v tomto textu i v připojených nárocích používán ve smyslu „datový signál“ a „data“. Přenos energie je sice také realizován prostřednictvím optického signálu, ale vlákna určená pro přenos energie jsou označena jako „vlákna pro přenos energie“, pro odlišení od vláken pro přenos signálu v datovém smyslu.The terms "signal transmission" and "signal" are used herein and in the appended claims to mean "data signal" and "data." Although power transmission is also realized through an optical signal, fibers intended for power transmission are labeled as "power transmission fibers", to distinguish them from signal transmission fibers in the data sense.

V případě provedení, že optické vlákno pro přenos signálu je vícevidové, budou data typicky přenášena pomocí vlnových délek λ2 = 850 nm v jednom směru a λ3 = 1300 nm v opačném směru. V případě jednovidových vláken budou data typicky přenášena pomocí vlnových délek λ2 = 1310 nm v jednom směru a λ3 =1550 nm v opačném směru. Označení λΐ je označení pro vlnovou délku výkonového laseru jako zdroje energie, typicky se předpokládají hodnoty λ1= 980 nm, ale jsou i jiné možnosti např. λ1=808 nm nebo 11=1490 nm. Zde uvedené vlnové délky jsou jen některé výhodné příklady, v reálu je samozřejmě možné použít i vlnové délky v těchto příkladech neuvedené.In the case that the optical fiber for signal transmission is multimode, data will typically be transmitted using wavelengths λ2 = 850 nm in one direction and λ3 = 1300 nm in the opposite direction. In the case of single-mode fibers, data will typically be transmitted using wavelengths λ2 = 1310 nm in one direction and λ3 =1550 nm in the opposite direction. The designation λΐ is the designation for the wavelength of the power laser as an energy source, typically the values λ1= 980 nm are assumed, but there are also other options, e.g. λ1=808 nm or 11=1490 nm. The wavelengths listed here are just some convenient examples, in reality it is of course also possible to use wavelengths not listed in these examples.

Předkládaný vynález umožňuje přenos optického signálu pro přenos dat a současně také přenos energie pro napájení jen pomocí optických vláken. Tedy dojde ke konstrukčnímu zjednodušení kabelů, kde metalické vedení je nahrazeno optickými vlákny. Výhodou tohoto řešení je snížení hmotnosti kabelů, snížení možnosti elektromagnetického rušení z důvodu přenosu elektrické energie přes kovové vodiče a tím lze dosáhnout možnosti aplikace těchto kabelů i v rizikových prostředích, kde je zvýšené riziko výbuchu nebo vzniku požáru.The present invention enables the transmission of an optical signal for data transmission and at the same time also the transmission of power for power using only optical fibers. Thus, there will be a structural simplification of the cables, where the metallic line is replaced by optical fibers. The advantage of this solution is a reduction in the weight of the cables, a reduction in the possibility of electromagnetic interference due to the transmission of electrical energy through metal conductors, and thus the possibility of applying these cables can be achieved even in risky environments where there is an increased risk of explosion or fire.

Součástí řešení je otočný optický konektor 3, který umožňuje instalaci pro aplikace, kde je potřeba mezi vstupní a výstupní částí komunikačního řetězce provádět točivý pohyb. - Jedná se o aplikace, např. kde je nutný přenos dat a napájení pro senzory upevněné na lopatkách větrných elektráren, pro aplikace robotických a automatických linek kde jsou využívány otočné části strojů a je nutné na zařízení umístit kamery, senzory a pro ty pak zajistit napájení, prostřednictvím optických vláken. Dále na otočných věžích například autonomních robotů používaných při záchranných akcích v prostředí havárií, kde při použití napájení pomocí metalických vodičů hrozí sekundární zahoření nebo dokonce výbuch.Part of the solution is a rotating optical connector 3, which enables installation for applications where it is necessary to perform a rotating movement between the input and output parts of the communication chain. - These are applications, e.g. where data transmission and power supply are required for sensors fixed on the blades of wind farms, for applications of robotic and automatic lines where rotating parts of machines are used and it is necessary to place cameras and sensors on the device and then provide power for them , through optical fibers. Furthermore, on the rotating towers of, for example, autonomous robots used in rescue operations in accident environments, where there is a risk of secondary fire or even explosion when power is used using metallic conductors.

Navržený systém je určen pro datovou komunikaci a také pro přenos napájecího napětí, které slouží k napájení připojených kamer, senzorů apod.The designed system is intended for data communication and also for the transmission of power supply voltage, which is used to power connected cameras, sensors, etc.

V obr. 1 je zachyceno základní celkové provedení systému, v jehož vstupní části je obsažen vstupní blok 1 a za ním zařazený vstupní optický kabel 2. Ve výstupní části systému je výstupní optický kabel 4 a za ním zařazený výstupní blok 5. Systém zahrnuje také optický konektor 3, k němuž je připojen z jedné strany výstupní konec vstupního optického kabelu 2 a z druhé strany vstupní konec výstupního optického kabelu 4. Vstupní blok 1 obsahuje alespoň jeden výkonový laser 1,1 a alespoň jeden vstupní optický vysílač 1.2. Výkonové lasery 1,1 i vstupní optickýFig. 1 shows the basic overall design of the system, the input part of which includes the input block 1 and the input optical cable 2 arranged behind it. The output part of the system contains the output optical cable 4 and the output block 5 arranged behind it. The system also includes an optical connector 3, to which the output end of the input optical cable 2 is connected on one side and the input end of the output optical cable 4 on the other side. The input block 1 contains at least one power laser 1.1 and at least one input optical transmitter 1.2. Power lasers 1.1 and input optical

-6CZ 309936 B6 vysílač 1.2 jsou propojené se vstupním koncem vstupního optického kabelu 2, a to přímo nebo prostřednictvím dalších prvků, přičemž výstupní blok 5 obsahuje alespoň jeden fotovoltaický konvertor 5,1 a alespoň jeden výstupní optický přijímač 52. Fotovoltaické konvertory 5,1 i výstupní optický přijímač 5,2 jsou propojené s výstupním koncem výstupního optického kabelu 4, a to opět přímo nebo prostřednictvím dalších prvků. Optický konektor 3 propojující vstupní optický kabel 2 a výstupní optický kabel 4 je otočný, čímž je umožněno, aby výstupní blok 5 mohl být umístěn v rotujícím zařízení.-6CZ 309936 B6 transmitter 1.2 are connected to the input end of the input optical cable 2, directly or through other elements, while the output block 5 contains at least one photovoltaic converter 5.1 and at least one output optical receiver 52. Photovoltaic converters 5.1 i the output optical receiver 5,2 are connected to the output end of the output optical cable 4, again directly or through other elements. The optical connector 3 connecting the input optical cable 2 and the output optical cable 4 is rotatable, thereby enabling the output block 5 to be placed in a rotating device.

Zakreslena jsou jen provedení s jedním vstupním optickým vysílačem 1,2 a jedním výstupním optickým přijímačem 52. Jsou ale možná i provedení, kdy by bylo více vstupních optických vysílačů 1.2 a více výstupních optických přijímačů 52.Only designs with one input optical transmitter 1.2 and one output optical receiver 52 are drawn. However, there are also possible versions where there would be more input optical transmitters 1.2 and more output optical receivers 52.

Pojmy „vstupní blok 1“ a „výstupní blok 5“ nemusejí nutně znamenat blok ve smyslu fýzické schránky, blokem se může rozumět i volnější seskupení zařízení, která mohou být i jednotlivě rozmístěná v prostoru.The terms "input block 1" and "output block 5" do not necessarily mean a block in the sense of a physical box, a block can also mean a looser grouping of devices that can also be individually located in space.

Systém podle obr. 3 typicky využívá vícevláknové kabely 2, 4. V případě jedno vláknových kabelů 2, 4 či v případě dalších specifických zapojení je potřeba blok 1 doplnit o další prvky, a speciálně pak v některých případech doplnit další prvky do propojení výkonových laserů 1.1 a vstupního optického přijímače 1.2 se vstupním kabelem 2, Obdobně může být i blok 5 doplněn o další prvky, speciálně pak může být o další prvky doplněno propojení mezi fotovoltaickými konvertory 5,1. výstupním optickým přijímačem 52 a výstupním optickým kabelem 4.The system according to Fig. 3 typically uses multi-fiber cables 2, 4. In the case of single-fiber cables 2, 4 or in the case of other specific connections, it is necessary to supplement block 1 with other elements, and especially in some cases to add other elements to the connection of power lasers 1.1 and input optical receiver 1.2 with input cable 2. Similarly, block 5 can be supplemented with other elements, especially then the connection between photovoltaic converters 5.1 can be supplemented with other elements. output optical receiver 52 and output optical cable 4.

V obr. 2a a 2b je zakreslen detail otočného optického konektoru 3 ve dvou příkladných provedeních. Je vidět, že optický konektor 3 obsahuje stator 3,1. kterým prochází výstupní konec vstupního optického kabelu 2, a rotor 32. k němuž je připevněn výstupní optický kabel 4. Vstupní konec výstupního kabelu 4 je umístěn uvnitř rotoru 32.Fig. 2a and 2b show a detail of the rotating optical connector 3 in two exemplary embodiments. It can be seen that the optical connector 3 contains the stator 3.1. through which the output end of the input optical cable 2 passes, and the rotor 32. to which the output optical cable 4 is attached. The input end of the output cable 4 is located inside the rotor 32.

V obr. 2b je zachyceno provedení, které lze použít např. ve větrné elektrárně dle obr. 11, kde je vstupní optický kabel 2 v oblasti před statorem 3,1 zatočený to vodorovného směru (ve schematickém obr. liz čelního pohledu toto není znázorněno), aby bylo umožněno otáčení rotoru 32 společně s vrtulí 11.1 kolem vodorovné osy otáčení. V provedení dle obr. 11 je vrtule 11.1 buď s rotorem 32 mechanicky spojená, nebo je rotor 32 přímo integrální součástí vrtule 11,1.Fig. 2b shows an embodiment that can be used, for example, in a wind power plant according to Fig. 11, where the input optical cable 2 in the area in front of the stator 3.1 is twisted in a horizontal direction (this is not shown in the schematic diagram of the front view) , to enable rotation of the rotor 32 together with the propeller 11.1 around the horizontal axis of rotation. In the embodiment according to Fig. 11, the propeller 11.1 is either mechanically connected to the rotor 32, or the rotor 32 is directly an integral part of the propeller 11.1.

Otočný optický konektor 3 určený pro např. pro příkladná provedení dle obr. 13 a 14 je pak znázorněn v obr. 2a. V těchto provedeních optický konektor 3 zahrnuje také motor 3,4 pro pohon rotoru 32, přičemž motor 3,4 je připojen k rotoru 32 dutou hřídelí 3,5. V alespoň části úseku mezi rotorem 32 a výstupním blokem 5, v některých možných provedeních i v celém tomto úseku, je výstupní kabel 4 umístěn uvnitř dutiny v hřídeli 3,5, přičemž je s hřídelí 3,5 v tomto úseku pevně spojen. Výstupní kabel 4 může být do hřídele natěsno vsunut nebo do ní vlepen apod. tak, aby bylo zajištěno, že se bude otáčet spolu s hřídelí 3,5. Optický konektor 3 ve výhodném provedení zahrnuje také držák statoru 3,3,1 a držák rotoru 3,32. přičemž tyto držáky mohou být i navzájem spojené a tvořit jednu část. V obr. 2a jsou naznačeny pouze symbolicky.The rotary optical connector 3 intended for, for example, the exemplary embodiments according to Fig. 13 and 14 is then shown in Fig. 2a. In these embodiments, the optical connector 3 also includes a motor 3,4 for driving the rotor 32, the motor 3,4 being connected to the rotor 32 by a hollow shaft 3,5. In at least a part of the section between the rotor 32 and the output block 5, in some possible embodiments also in the entire section, the output cable 4 is located inside the cavity in the shaft 3.5, while it is firmly connected to the shaft 3.5 in this section. The output cable 4 can be tightly inserted into the shaft or glued into it, etc., so as to ensure that it will rotate together with the shaft 3.5. The optical connector 3 in an advantageous embodiment also includes a stator holder 3,3,1 and a rotor holder 3,32. while these holders can also be connected to each other and form one part. In Fig. 2a they are indicated only symbolically.

Přenos signálu mezi bloky 1 a 5 může být zajištěn, např. na vlnových délkách 1310 nm či 1550 nm, přičemž v případě obousměrného přenosu jsou využity obě tyto vlnové délky. Přenos energie lze s výhodou provádět, např. na vlnové délce 980 nm. Pro lepší orientaci v obrázcích a odlišení přenosu energie a přenosu signálu, jakož i lepší pro pochopení obousměrného přenosu signálu, jsou tyto vlnové délky zakreslené v obr. 4 až 10. Jde ale jen o příklady, jsou možná i provedení na jiných vlnových délkách.Signal transmission between blocks 1 and 5 can be ensured, for example, at wavelengths of 1310 nm or 1550 nm, while in the case of two-way transmission both of these wavelengths are used. Energy transfer can preferably be carried out, for example, at a wavelength of 980 nm. For a better orientation in the pictures and to distinguish between energy transfer and signal transfer, as well as for a better understanding of two-way signal transfer, these wavelengths are plotted in Fig. 4 to 10. But these are only examples, implementations at other wavelengths are also possible.

Jednosměrným přenosem signálu rozumíme přenos signálu od vstupního bloku 1 k výstupnímu bloku 5. Obousměrným přenosem signálu rozumíme takový přenos, v němž se signál přenáší navíc i opačným směrem, tedy od výstupního bloku 5 ke vstupnímu bloku 1. Což může býtBy one-way signal transmission we mean signal transmission from input block 1 to output block 5. By two-way signal transmission we mean a transmission in which the signal is also transmitted in the opposite direction, i.e. from output block 5 to input block 1. Which can be

-7CZ 309936 B6 vhodné, např. pro obousměrnou komunikaci zařízení připojených k výstupnímu bloku 5, např. senzorů, se zařízeními umístěnými ve vstupním bloku 1, např. s řídicí jednotkou. V případě obousměrného přenosu signálu běží signál jedním směrem na jiné vlnové délce než druhým směrem, v příkladech na obrázcích je zvolena vlnová délka 1310 nm pro přenos od vstupního bloku 1 k výstupnímu bloku 5 a vlnová délka 1550 nm pro přenos signálu od výstupního bloku 5 ke vstupnímu bloku 1.-7CZ 309936 B6 suitable, e.g. for two-way communication of devices connected to the output block 5, e.g. sensors, with devices located in the input block 1, e.g. with the control unit. In the case of two-way signal transmission, the signal runs in one direction at a different wavelength than the other direction, in the examples in the pictures, a wavelength of 1310 nm is selected for transmission from input block 1 to output block 5 and a wavelength of 1550 nm is selected for signal transmission from output block 5 to input block 1.

Přenos energie od výkonových laserů 1.1 k fotovoltaickým konvertorům 5,1 se s výhodou provádí po vícevidových optických vláknech. Ve fotovoltaických konvertorech 5,1 pak dochází k přeměně optické energie na elektrickou pro napájení zařízení spojených s blokem 5.Energy transfer from power lasers 1.1 to photovoltaic converters 5.1 is advantageously carried out over multimode optical fibers. In the photovoltaic converters 5.1, optical energy is then converted into electrical energy to power devices connected to block 5.

Vstupní optický kabel 2 a výstupní optický kabel 4 jsou v obr. 3 až 10 zakresleny pouze symbolicky, vlákna, která v nich jsou, nejsou zakreslena. Počet vláken v těchto kabelech 2, 4 v příkladech uvedených v obr. 3 až 10 lze ale dovodit podle počtu vláken, která do vstupního kabelu 2 vstupují na straně vstupního bloku 1 a která vystupují z výstupního kabelu 4 na straně výstupního bloku 5. Jde pouze o příklady, bývá výhodné mít více vláken pro přenos energie pro dosažení vyššího napájecího výkonu na straně zařízení připojených k výstupnímu bloku 5, přičemž může být samozřejmě použit i jiný počet vláken pro přenos energie, než je zakresleno v přiložených výkresech. Pro přenos signálu se obvykle používá jedno nebo dvě vlákna, přičemž jedno vlákno může být využito jak pro jednosměrný, tak obousměrný přenos signálu. Dvě vlákna se typicky používají pro obousměrný přenos signálu.The input optical cable 2 and the output optical cable 4 are drawn only symbolically in Fig. 3 to 10, the fibers in them are not drawn. However, the number of fibers in these cables 2, 4 in the examples shown in Fig. 3 to 10 can be determined according to the number of fibers that enter the input cable 2 on the side of the input block 1 and that exit from the output cable 4 on the side of the output block 5. It is only o examples, it is advantageous to have more power transmission fibers to achieve a higher power supply on the side of the devices connected to the output block 5, while of course a different number of power transmission fibers can be used than shown in the attached drawings. One or two fibers are usually used for signal transmission, and one fiber can be used for both one-way and two-way signal transmission. Two fibers are typically used for bidirectional signal transmission.

Možné typy vláken ve vstupním optickém kabelu 2 a ve výstupním optickém kabelu 4 jsou zakresleny v obr. la až li v příčných řezech těmito kabely 2, 4. S výjimkou provedení dle obr. li mají vstupní i výstupní optický kabel 2, 4 ideálně stejný počet vláken stejného typu se stejným rozmístěním. Vnější průměry obou kabelů 2, 4 nemusejí být nutně shodné, ale vnitřní uspořádání vláken v obou kabelech 2, 4 musí umožnit, aby spolu alespoň některá vlákna pro přenos signálu a alespoň některá vlákna pro přenos energie v optickém konektoru 3 lícovala. Optimálně je pak příčný řez vstupním optickým kabelem 2 na jeho výstupu, tedy ve statorové části 3,1 konektoru 3, shodný s příčným řezem výstupním optickým kabelem 4 na jeho vstupu, tedy v rotorové části optického konektoru 3. Provedení dle obr. li je v některých detailech odlišné od provedení v obr. la až Ih a bude blíže popsáno níže.The possible types of fibers in the input optical cable 2 and in the output optical cable 4 are drawn in Fig. 1a through the cross-sections of these cables 2, 4. With the exception of the design according to Fig. 1i, the input and output optical cables 2, 4 ideally have the same number fibers of the same type with the same spacing. The outer diameters of both cables 2, 4 do not necessarily have to be the same, but the internal arrangement of fibers in both cables 2, 4 must allow at least some signal transmission fibers and at least some power transmission fibers in the optical connector 3 to fit together. Optimally, the cross-section of the input optical cable 2 at its output, i.e. in the stator part 3,1 of the connector 3, is the same as the cross-section of the output optical cable 4 at its input, i.e. in the rotor part of the optical connector 3. The design according to Fig. 1 is in in some details different from the embodiment in Figs. 1a to 1h and will be described in more detail below.

Rada provedení využívá WDM multiplexory. WDM je zkratka z anglického „wavelength division multiplexer”. S ohledem na to, že v řadě provedení vynálezu je přenos signálu obousměrný, termín multiplexor používáme i tam, kde by byl jindy zřejmě využit termín demultiplexor. V případě tohoto popisu i připojených nároků tedy pod pojmem „multiplexor“ rozumíme jak zařízení, které spojí více vlnových délek z více vláken na vstupu do jednoho vlákna na výstupu, tak i zařízení, které více vlnových délek připojených jedním vláknem na vstup rozpojí více vlnových délek ve více vláknech na výstupu.A number of designs use WDM multiplexers. WDM is an abbreviation of "wavelength division multiplexer". Considering that in many embodiments of the invention the signal transmission is bidirectional, we use the term multiplexer even where the term demultiplexer would probably be used elsewhere. In the case of this description and the appended claims, the term "multiplexer" means both a device that combines multiple wavelengths from multiple fibers at the input into a single fiber at the output, and also a device that separates multiple wavelengths from multiple wavelengths connected by one fiber to the input in multiple threads on output.

WDM multiplexory v zařízení dle předkládaného vynálezu umožňují přenos vice vlnových délek po jednom optickém vlákně. Slouží k propojení optického zdroje, který slouží pro přenos energie, kdy tato optická energie se na výstupu přemění na elektrickou energii, která slouží k napájení, a pak k přenosu optického signálu, který slouží pro přenos dat.WDM multiplexers in the device according to the present invention enable the transmission of several wavelengths along one optical fiber. It is used to connect an optical source, which is used for energy transmission, when this optical energy is converted into electrical energy at the output, which is used for power supply, and then to transmit an optical signal, which is used for data transmission.

Jednovláknová provedeníSingle-thread designs

Jsou možná provedení, v nichž jsou vstupní optický kabel 2 i výstupní optický kabel 4 jedno vláknové.Designs are possible in which both the input optical cable 2 and the output optical cable 4 are single fiber.

V obr. laje příklad provedení, kde je vlákno ve vstupním optickém kabelu 2 jedno vidové a vlákno ve výstupním optickém kabelu 4 je rovněž jednovidové, přičemž vlákna v obou kabelech 2, 4 spolu v optickém konektoru 3 lícují.The figure shows an example of a design where the fiber in the input optical cable 2 is single-mode and the fiber in the output optical cable 4 is also single-mode, while the fibers in both cables 2, 4 fit together in the optical connector 3.

-8CZ 309936 B6-8CZ 309936 B6

V obr. 1b. je příklad provedení, kde je vlákno ve vstupním optickém kabelu 2 vícevidové a vlákno ve výstupním optickém kabelu 4 je rovněž vícevidové.In Fig. 1b. is an example of an embodiment where the fiber in the input optical cable 2 is multimode and the fiber in the output optical cable 4 is also multimode.

Příkladná zapojení systému v jedno vláknových provedeních jsou v obr. 4 a obr. 5.Exemplary connections of the system in single-fiber designs are shown in Fig. 4 and Fig. 5.

V obr. 4 je ukázáno, jak v příkladném provedení systému s jednosměrným přenosem signálu probíhá přenos signálu, v tomto příkladu na vlnové délce λ2 = 1310 nm, a přenos energie, v tomto příkladu na vlnové délce λΐ = 980 nm. Je vidět, že vstupní blok j. obsahuje první vstupní optický WDM multiplexor 1,3.1. přičemž výkonový laser 1,1 a vstupní optický vysílač 1.2 jsou připojeny každý k jinému z portů prvního vstupního optického WDM multiplexor 1.3,1 na straně větvení vlnových délek. Port prvního vstupního optického WDM multiplexor 1.3,1 na straně spojení vlnových délek je propojen se vstupním koncem vstupního optického kabelu 2. Výstupní blok 5 obsahuje první výstupní optický WDM multiplexor 5,3,1, přičemž výstupní konec výstupního optického kabelu 4 je propojen s portem prvního výstupního optického WDM multiplexor 5,3,1 na straně spojení vlnových délek a fotovoltaický konvertor 5,1 a výstupní optický přijímač 5,2 jsou připojeny každý k jinému z portů výstupního optického WDM multiplexor 5,3,1 na straně větvení vlnových délek.Fig. 4 shows how the signal transmission, in this example at the wavelength λ2 = 1310 nm, and the energy transfer, in this example at the wavelength λΐ = 980 nm, take place in an exemplary embodiment of the system with one-way signal transmission. It can be seen that input block j. contains the first input optical WDM multiplexer 1,3.1. wherein the power laser 1,1 and the input optical transmitter 1.2 are each connected to another of the ports of the first input optical WDM multiplexer 1.3,1 on the wavelength branching side. The port of the first input optical WDM multiplexer 1.3,1 on the wavelength link side is connected to the input end of the input optical cable 2. The output block 5 includes the first output optical WDM multiplexer 5,3,1, and the output end of the output optical cable 4 is connected to the port of the first output optical WDM multiplexer 5,3,1 on the wavelength connection side and the photovoltaic converter 5,1 and the output optical receiver 5,2 are each connected to another of the ports of the output optical WDM multiplexer 5,3,1 on the wavelength branching side.

Pro obousměrný přenos signálu může být zapojení z obr. 4 doplněno o další prvky, které jsou ukázány v obr. 5. V obr. 5 vstupní blok ]_ obsahuje navíc i vstupní optický přijímač 1.4, který přijímá signál z výstupního bloku 5, v příkladném provedení s jednovidovými vlákny na vlnové délce λ3 = 1550 nm, v jiném příkladném provedení s vícevidovými vlákny na vlnové délce λ3 = 1300 nm. Vstupní blok 1 dále obsahuje drhý vstupní optický WDM multiplexor 1,3,2, k jehož jednomu portu na straně větvení vlnových délek je připojen port prvního vstupního optického WDM multiplexor 1.3,1 na straně spojení vlnových délek a k jehož drhému portu na straně větvení vlnových délek je připojen vstupní přijímač 1.4. Port na straně spojení vlnových délek drhého vstupního optického WDM multiplexor 1.3,2 je připojen ke vstupnímu konci vstupního optického kabelu 2. Výstupní blok 5 obsahuje navíc i výstupní optický vysílač 5,4. který vysílá signál do vstupního optického přijímače 1.4. v tomto příkladu pro provedení s jednovidovými vlákny na vlnové délce λ3 = 1550 nm a v případě v provedení s vícevidovými vlákny λ3 = 1300 nm, a drhý výstupní optický WDM multiplexor 5,3,2, jehož port na straně spojení vlnových délek je připojen k výstupnímu konci výstupního optického kabelu 4 a k jehož jednomu portu na straně větvení vlnových délek je připojen výstupní optický vysílač 5,4 a k jehož drhému portu na straně větvení vlnových délek je připojen první výstupní optický WDM multiplexor 5,3,1 svým portem na straně spojení vlnových délek. V příkladu na obr. 5 vstupní optický vysílač 1.2 vysílá signál směrem k výstupnímu optickému přijímači 5,2 na vlnové délce λ2 = 1310 nm v případě v provedení s jednovidovými vlákny a λ2 = 850 nm v případě v provedení s vícevidovými vlákny.For two-way signal transmission, the connection from Fig. 4 can be supplemented with other elements, which are shown in Fig. 5. In Fig. 5, the input block ]_ also contains an input optical receiver 1.4, which receives the signal from the output block 5, in the example embodiment with single-mode fibers at a wavelength of λ3 = 1550 nm, in another exemplary embodiment with multi-mode fibers at a wavelength of λ3 = 1300 nm. The input block 1 further contains a second input optical WDM multiplexer 1,3,2, to one port of which on the wavelength branching side the port of the first input optical WDM multiplexer 1,3,1 is connected on the wavelength connection side and to its second port on the side of wavelength branching input receiver 1.4 is connected. The port on the side of the wavelength connection of the raw input optical WDM multiplexer 1.3,2 is connected to the input end of the input optical cable 2. The output block 5 also contains the output optical transmitter 5,4. which sends a signal to the input optical receiver 1.4. in this example for the single-mode fiber design at λ3 = 1550 nm and in the case of the multi-mode fiber design λ3 = 1300 nm, and a coarse output optical WDM multiplexer 5,3,2 whose port on the wavelength link side is connected to to the output end of the output optical cable 4 and to one of its ports on the side of the wavelength branching is connected the output optical transmitter 5,4 and to the second port on the side of the wavelength branching is connected the first output optical WDM multiplexer 5,3,1 with its port on the side of the connection of wavelengths length. In the example in Fig. 5, the input optical transmitter 1.2 transmits a signal towards the output optical receiver 5.2 at a wavelength of λ2 = 1310 nm in the case of the single-mode fiber version and λ2 = 850 nm in the case of the multi-mode fiber version.

V odstavci zde výše jsou uvedeny nejtypičtější příklady použitelných vlnových délek.The paragraph above lists the most typical examples of applicable wavelengths.

Vícevláknová provedeníMultithreaded designs

Tato provedení jsou znázorněna v obr. 3 a dále pak v obr. 6 až 10.These embodiments are shown in Fig. 3 and then in Fig. 6 to 10.

Ve vícevláknových provedeních je vstupní optický kabel 2 vícevláknový s alespoň jedním vláknem pro přenos signálu a alespoň jedním vláknem pro přenos energie a výstupní optický kabel 4 obsahuje vícevláknovou část s alespoň jedním vláknem pro přenos signálu a alespoň jedním vláknem pro přenos energie.In multi-fiber embodiments, the input optical cable 2 is multi-fiber with at least one fiber for signal transmission and at least one fiber for power transmission, and the output optical cable 4 comprises a multi-fiber part with at least one fiber for signal transmission and at least one fiber for power transmission.

Řezy koncovými částmi kabelů 2, 4 v úrovni optického konektor jsou v obr. 1c až li. V provedeních dle obr. 1c až Ih jsou příčné řezy oběma kabely typicky po celé délce kabelu stejné, i když jsou možná i provedení, např. se zapletenými vlákny či jinak proměnlivým průřezem podél délky kabelu. V provedení dle obr. li je navíc optický vlnovodný člen 10 pro přenos energie, který je součástí vstupního konce výstupního optického kabelu 4 umístěnéhoSections of the end parts of the cables 2, 4 at the level of the optical connector are shown in Fig. 1c to li. In the embodiments according to Fig. 1c to Ih, the cross-sections of both cables are typically the same along the entire length of the cable, although designs are also possible, e.g. with entangled fibers or a different cross-section along the length of the cable. In the embodiment according to Fig. 1i, there is additionally an optical waveguide member 10 for energy transmission, which is part of the input end of the output optical cable 4 located

-9CZ 309936 B6 uvnitř rotoru 32. Tento optický vlnovodný člen 10 pro přenos energie má v příčném řezu tvar mezikruží. Směrem od rotoru 32 k výstupnímu bloku 5, a to buď ještě v rámci rotoru 32. nebo za ním, jsou k optickému vlnovodnému členu 10 pro přenos energie připojena alespoň dvě optická vlákna pro přenos energie vedoucí od tohoto optického vlnovodného členu 10 výstupním optickým kabelem 4 až k výstupnímu konci tohoto kabelu 4 na straně výstupního bloku 5. Optický vlnovodný člen 10 slouží pro lepší navázání energie ze vstupního optického kabelu 2 do výstupního optického kabelu 4 v rámci optického konektoru 3. Pro dobré navázání by měla být vlákna pro přenos energie ve vstupním optickém kabelu 2 rozmístěna tak, aby v konektoru 3 lícovala s optickým vlnovodným členem 10. tzn. je vhodné, aby co nejvíce těchto vláken pro přenos energie ve vstupním optickém kabelu 2 leželo uvnitř mezikruží stejných rozměrů, jaké má v příčném řezu optický vlnovodný člen 10. Pro optický vlnovodný člen 10 dle obr. li se tedy dobře hodí, např. vstupní optický kabel 2 s příčným řezem znázorněným v obr. 1c, Id, le, If a Ih. Řezy optickými kabely vlákny jsou v obrázcích zakresleny jen schematicky, v reálném provedení je nej výhodnější, aby byl řez výstupním koncem vstupního optického kabelu 2 rozměrově co nejlépe uzpůsoben geometrii optického vlnovodného členu 10 tak, aby se maximum energie z vláken pro přenos energie ve vstupním optickém kabelu 2 navázalo do optického vlnovodného členu 10 na vstupu výstupního optického kabelu 4.-9CZ 309936 B6 inside the rotor 32. This optical waveguide member 10 for energy transmission has the shape of an annulus in cross-section. In the direction from the rotor 32 to the output block 5, either still within the rotor 32 or behind it, at least two optical fibers for the transmission of energy are connected to the optical waveguide member 10 for energy transmission leading from this optical waveguide member 10 by an output optical cable 4 up to the output end of this cable 4 on the side of the output block 5. The optical waveguide member 10 is used for better coupling of energy from the input optical cable 2 to the output optical cable 4 within the optical connector 3. For good coupling, the energy transmission fibers in the input of the optical cable 2 is arranged so that it fits in the connector 3 with the optical waveguide member 10. i.e. it is advisable that as many of these fibers as possible for the transmission of energy in the input optical cable 2 lie inside an annulus of the same dimensions as the cross-section of the optical waveguide member 10. It is therefore well suited for the optical waveguide member 10 according to Fig. 1i, e.g. the input optical cable 2 with the cross-section shown in Fig. 1c, Id, le, If and Ih. Sections of optical cables and fibers are only schematically drawn in the figures, in a real design it is most advantageous that the section of the output end of the input optical cable 2 is dimensionally adapted as best as possible to the geometry of the optical waveguide member 10 so that the maximum energy from the fibers for energy transfer in the input optical cable 2 connected to the optical waveguide member 10 at the input of the output optical cable 4.

Vlákno uprostřed optického vlnovodného členu 10 v obr. li slouží pro přenos signálu a může být nejen jednovidové, jak je zakresleno, ale i vícevidové.The fiber in the middle of the optical waveguide member 10 in Fig. 1 serves for signal transmission and can be not only single-mode, as drawn, but also multi-mode.

Obecně jsou ve vícevláknových provedeních vlákna pro přenos signálu typicky jedno vidová nebo vícevidová a vlákna pro přenos energie jsou typicky vícevidová.Generally, in multi-fiber embodiments, the fibers for signal transmission are typically single-mode or multi-mode, and the fibers for power transmission are typically multi-mode.

Jednovidová vlákna lze pro přenos energie také využít, ale výhodné je to jen v případě velmi malých vzdáleností.Single-mode fibers can also be used for power transmission, but this is advantageous only in the case of very short distances.

Jak je vidět z obr. 3 a z obr. 6 až 9, u vícevláknových provedení lze v části systému pro přenos energie konstruovat provedení na straně vstupního bloku 1 s jedním či více výkonovými lasery 1.1, a to buď bez rozbočme, nebo s jednou či více optickými rozbočnicemi 1,3,3, a na straně výstupního bloku 5 s jedním či více fotovoltaickými konvertory 5,1. Použití více výkonových laserů 1.1 umožňuje, aby byla do výstupního bloku 5 dodávána celkově vyšší úhrnná energie. Výkonové lasery jsou ale drahé. Při použití jednoho výkonového laseru 1.1 s vysokým výkonem, který by se navázal do jediného vlákna pro přenos energie, zase hrozí poškození tohoto vlákna. Proto může být výhodné energii z alespoň jednoho výkonového laseru 1.1 přivést do rozbočnice 1.3,3 a od ji ho vést dále po více vláknech (viz obr. 6, 8, 10).As can be seen from Fig. 3 and from Figs. 6 to 9, in the case of multi-fiber designs, in the part of the power transfer system, a design can be constructed on the side of the input block 1 with one or more power lasers 1.1, either without a branch or with one or more optical junctions 1,3,3, and on the side of the output block 5 with one or more photovoltaic converters 5,1. The use of multiple power lasers 1.1 allows an overall higher total energy to be delivered to the output block 5 . But powerful lasers are expensive. Using a single 1.1 power laser with a high power that would be coupled into a single fiber for energy transfer again risks damaging that fiber. Therefore, it can be advantageous to bring the energy from at least one power laser 1.1 to the junction 1.3,3 and to conduct it further along several fibers (see Fig. 6, 8, 10).

Část systému sloužící pro přenos signálu pak umožňuje provedení pro jednosměrný přenos signálu (obr. 3 a obr. 6) i obousměrný přenos signálu, přičemž ten obousměrný může probíhat po jednom (obr. 9, 10), či po dvou vláknech (obr. 7, 8).The part of the system used for signal transmission then allows for unidirectional signal transmission (Fig. 3 and Fig. 6) as well as bidirectional signal transmission, while the bidirectional signal can take place over one (Fig. 9, 10) or two fibers (Fig. 7) , 8).

Každou z variant přenosu energie (s jedním či více výkonovými lasery, bez rozbočme či s jednou nebo více rozbočnicemi) pak lze zkombinovat s kteroukoli z variant pro přenos signálu. Některé, ale zdaleka ne všechny, z těchto kombinací jsou zakresleny v obr. 3 a v obr. 6 až 10.Each of the variants of energy transfer (with one or more power lasers, without a junction or with one or more junctions) can then be combined with any of the variants for signal transmission. Some, but by no means all, of these combinations are plotted in Fig. 3 and Figs. 6 through 10.

Pro lepší přehlednost jsou příklady kombinací variant přenosů energie (značených „El“, „E2“) a variant přenosů signálu (značených „Sl“, „S2“, „S3“) uvedeny v tabulce 1. Slovo ANO na průsečíku řádků a sloupců znamená, že daná kombinace je možná:For better clarity, examples of combinations of power transmission variants (marked "El", "E2") and signal transmission variants (marked "Sl", "S2", "S3") are shown in Table 1. The word YES at the intersection of rows and columns means , that the given combination is possible:

-10 CZ 309936 B6-10 CZ 309936 B6

Řádek vedle tohoto pole: přenos ENERGIE/Sloupec pod tímto polem: přenos SIGNÁLU Row next to this field: ENERGY transfer/Column below this field: SIGNAL transfer El 1 nebo více samotných laserů bez rozbočnice El 1 or more lasers alone without a hub E2 1 nebo více laserů s rozbočnicí nebo rozbočnicemi E2 1 or more lasers with a hub or hubs Sl jednosměrný Sl unidirectional ANO YES ANO YES S2 obousměrný, 1 vlákno (s WDM) S2 bidirectional, 1 fiber (with WDM) ANO YES ANO YES S3 obousměrný, 2 vlákna (bez WDM) S3 bi-directional, 2 fibers (no WDM) ANO YES ANO YES

Tab. 1Tab. 1

Varianta „El“ části pro přenos energie je provedení bez rozbočnic. Může být v podvariantách s jedním výkonovým laserem 1.1, viz obr. 3 a obr. 7, nebo v podvariantách s více výkonovými lasery, viz obr. 9.The "El" variant of the power transmission part is a design without junctions. It can be in sub-variants with one power laser 1.1, see Fig. 3 and Fig. 7, or in sub-variants with multiple power lasers, see Fig. 9.

Ve variantě „El“ počet vláken pro přenos energie ve vstupním optickém kabelu 2 typicky odpovídá počtu výkonových laserů 1.1 a počet vláken ve výstupním optickém kabelu 4 odpovídá počtu fotovoltaických konvertorů 5,1. Každý výkonový laser 1,1 je propojen s jedním vláknem pro přenos energie ve vstupním optickém kabelu 2 a každý fotovoltaický konvertor 5,1 je propojen s jedním vláknem pro přenos energie ve výstupním optickém kabelu 4.In the "El" variant, the number of power transmission fibers in the input optical cable 2 typically corresponds to the number of power lasers 1.1, and the number of fibers in the output optical cable 4 corresponds to the number of photovoltaic converters 5.1. Each power laser 1.1 is connected to one power transmission fiber in the input optical cable 2 and each photovoltaic converter 5.1 is connected to one power transmission fiber in the output optical cable 4.

Varianta „E2“ části pro přenos energie je provedení sjednou či více rozbočnicemi 1,3.3. rozbočnic. Může být v podvariantách s jedním výkonovým laserem 1,1 a jednou rozbočnicí, viz obr. 6 a obr. 8, nebo v podvariantách s více výkonovými lasery, viz obr. 10.Variant "E2" of the power transmission part is a design with one or more junctions 1,3.3. junction. It can be in sub-variants with one power laser 1.1 and one junction, see Fig. 6 and Fig. 8, or in sub-variants with more power lasers, see Fig. 10.

Ve variantě „E2“ vstupní optický kabel 2 obsahuje alespoň dvě vlákna pro přenos energie a výstupní optický kabel 4 obsahuje také alespoň dvě vlákna pro přenos energie. Vstupní blok 1 obsahuje alespoň jednu optickou rozbočnicí 1.3,3. přičemž počet výkonových laserů 1.1 odpovídá počtu optických rozbočnic 1.3,3. každý z výkonových laserů Lije připojen na vstup jedné z optických rozbočnic 1.3,3 a výstupy všech optických rozbočnic 1.3,3 jsou připojeny k optickým vláknům pro přenos energie ve vstupním optickém kabelu 2. Počet vláken ve vstupním optickém kabelu 2 v nejvýhodnější provedení odpovídá počtu výstupů všech optických rozbočnic 1.3,3. Výstupní blok 5 obsahuje alespoň dva fotovoltaické konvertory 5,1. jejichž počet odpovídá počtu vláken pro přenos energie ve výstupním optickém kabelu 4, přičemž každý z fotovoltaických konvertorů Lije připojen k jednomu z vláken pro přenos energie vstupního optického kabelu 4. Je výhodné, když optické kabely 2. 4 mají navzájem shodné počty vláken pro přenos energie a také počet fotovoltaických konvertorů 5,1 shodný s počtem vláken pro přenos energie v každém z optických kabelů 2. 4.In the "E2" variant, the input optical cable 2 contains at least two power transmission fibers and the output optical cable 4 also contains at least two power transmission fibers. The input block 1 contains at least one optical junction 1.3,3. while the number of power lasers 1.1 corresponds to the number of optical junctions 1.3,3. each of the power lasers is connected to the input of one of the optical junctions 1.3,3 and the outputs of all optical junctions 1.3,3 are connected to optical fibers for energy transfer in the input optical cable 2. The number of fibers in the input optical cable 2 in the most advantageous embodiment corresponds to the number of outputs of all optical junctions 1.3,3. The output block 5 contains at least two photovoltaic converters 5.1. the number of which corresponds to the number of power transmission fibers in the output optical cable 4, while each of the photovoltaic converters is connected to one of the power transmission fibers of the input optical cable 4. It is advantageous if the optical cables 2. 4 have the same number of power transmission fibers and also the number of photovoltaic converters 5.1 equal to the number of fibers for power transmission in each of the optical cables 2. 4.

Každou z těchto variant „El“ a „E2“ přenosu energie a každou z jejich podvariant lze libovolně kombinovat s kteroukoli z následujících variant „S1“, „S2“ a „S3“přenosu signálu.Each of these "E1" and "E2" power transmission variants and each of their sub-variants can be optionally combined with any of the following "S1", "S2" and "S3" signal transmission variants.

Ve variantě „Sl“ přenosu signálu, tj. v jednosměrné variantě podle obr. 3 a obr. 6, stačí, když vstupní optický kabel 2 i výstupní optický kabel 4 obsahují jedno vlákno pro přenos signálu. Vstupní optický vysílač 1.2 je připojen k vláknu pro přenos signálu ve vstupním optickém kabelu 2 a výstupní optický přijímač 5,2 je připojen k vláknu pro přenos signálu ve výstupním optickém kabelu 4.In variant "S1" of signal transmission, i.e. in the one-way variant according to Fig. 3 and Fig. 6, it is sufficient if the input optical cable 2 and the output optical cable 4 contain one fiber for signal transmission. The input optical transmitter 1.2 is connected to the signal transmission fiber in the input optical cable 2 and the output optical receiver 5.2 is connected to the signal transmission fiber in the output optical cable 4.

Ve variantě „S2“ přenosu signálu, tj. v obousměrné variantě přenosu signálu po jednom vlákně, viz příklady v obr. 9 a 10, stačí, když vstupní optický kabel 2 i výstupní optický kabel 4 obsahují jedno vlákno pro přenos signálu. Vstupní blok ]_ obsahuje vstupní optický přijímač 1.4 a druhý vstupní optický WDM multiplexor 1,3,2. k jehož dvěma portům na straně větvení vlnových délek jsou připojeny vstupní optický vysílač 1.2 a vstupní optický přijímač 1.4 a k jehož portu na straně spojení je připojeno vlákno pro přenos signálu ve vstupním optickém kabelu 2. Výstupní blok 5In the "S2" variant of signal transmission, i.e. in the two-way variant of signal transmission along one fiber, see the examples in Fig. 9 and 10, it is sufficient if both the input optical cable 2 and the output optical cable 4 contain one fiber for signal transmission. The input block ]_ contains an input optical receiver 1.4 and a second input optical WDM multiplexer 1,3,2. to whose two ports on the branching side of the wavelengths are connected the input optical transmitter 1.2 and the input optical receiver 1.4, and to whose port on the link side the signal transmission fiber in the input optical cable 2 is connected. Output block 5

-11 CZ 309936 B6 obsahuje výstupní optický vysílač 5,4 a druhý výstupní optický WDM multiplexor 5,3.2. k jehož dvěma portům na straně větvení vlnových délek jsou připojeny výstupní optický přijímač 5,2 a výstupní optický vysílač 5,4 a k jehož portu na straně spojení vlnových délek je připojeno vlákno pro přenos signálu ve výstupním optickém kabelu 4.-11 CZ 309936 B6 contains an output optical transmitter 5.4 and a second output optical WDM multiplexer 5.3.2. to whose two ports on the branching side of the wavelengths are connected the output optical receiver 5,2 and the output optical transmitter 5,4 and to whose port on the side of joining the wavelengths the signal transmission fiber in the output optical cable 4 is connected.

Varianta „S3“ přenosu signálu je s obousměrným přenosem signálu, přičemž v každém směru se signál přenáší po jiném vlákně, viz příklady v obr. 7, 8. Ve variantě „S3“ pro přenos signálu tedy vstupní optický kabel 2 obsahuje alespoň dvě vlákna pro přenos signálu a výstupní optický kabel 4 obsahuje alespoň dvě vlákna pro přenos signálu. Vstupní optický vysílač 1.2 je připojen k prvnímu vláknu pro přenos signálu ve vstupním optickém kabelu 2 a vstupní blok ]_ obsahuje vstupní optický přijímač 1.4. který je připojen k druhému vláknu pro přenos signálu ve vstupním optickém kabelu 2. Výstupní optický přijímač 5,2 je připojen k prvnímu vláknu pro přenos signálu ve výstupním optickém kabelu 4 a výstupní blok 5 obsahuje výstupní optický vysílač 5,4, který je připojen k druhému vláknu pro přenos signálu ve výstupním optickém kabelu 4.Variant "S3" of signal transmission is with two-way signal transmission, while in each direction the signal is transmitted along a different fiber, see examples in Fig. 7, 8. In variant "S3" for signal transmission, the input optical cable 2 therefore contains at least two fibers for signal transmission and output optical cable 4 contains at least two fibers for signal transmission. The input optical transmitter 1.2 is connected to the first fiber for signal transmission in the input optical cable 2, and the input block ]_ contains the input optical receiver 1.4. which is connected to the second signal transmission fiber in the input optical cable 2. The output optical receiver 5,2 is connected to the first signal transmission fiber in the output optical cable 4 and the output block 5 contains the output optical transmitter 5,4 which is connected to to the second fiber for signal transmission in the output optical cable 4.

Systém může být vyžit pro přenos datového signálu a napájení například pro senzory upevněné na vrtulích 11,1 větrných elektráren, viz obr. 11, kde je znázorněno provedení větrné elektrárny osazené systémem dle předkládaného vynálezu. Vztahová značka 11.2 označuje sloup větrné elektrárny.The system can be used for data signal transmission and power supply, for example, for sensors fixed on the propellers 11,1 of wind power plants, see Fig. 11, where an embodiment of a wind power plant equipped with the system according to the present invention is shown. The relation mark 11.2 indicates the mast of the wind farm.

Další možné použití je na obr. 12, kde je schéma automatického robota s podvozkem 12,1 a otočným senzorovým pouzdrem 12,2. Systém dle vynálezu je použit k přenosu datového signálu a k napájení senzorů v senzorovém pouzdře 12,2. Nabízí se využití takových autonomních robotů při záchranných akcích v prostředí havárií, kde při použití napájení pomocí metalických vodičů hrozí sekundární zahoření nebo dokonce výbuch.Another possible use is in Fig. 12, where there is a diagram of an automatic robot with a chassis 12.1 and a rotating sensor housing 12.2. The system according to the invention is used to transmit a data signal and to power the sensors in the sensor housing 12.2. The use of such autonomous robots is offered in rescue operations in accident environments, where there is a risk of secondary fire or even explosion when power is used using metallic wires.

Je možné také využití v průmyslové výrobě, například pro roboty s otočným ramenem 13,2, viz obr. 13. Robot má v obrázku podstavec označený 13,2. Takový robot s otočným ramenem může být využit např. v rámci výrobní linky.It is also possible to use it in industrial production, for example for robots with a rotating arm 13.2, see Fig. 13. The robot has a pedestal marked 13.2 in the picture. Such a robot with a rotating arm can be used, for example, within a production line.

Senzory v obrázcích 11, 12, 13 nejsou znázorněny. Vždy jsou umístěny v otočné části zařízení.The sensors in Figures 11, 12, 13 are not shown. They are always located in the rotating part of the device.

Možné další aplikace systému dle předkládaného vynálezu jsou výzkumné účely, např. v laboratořích v místech výskytu silného elektromagnetického pole, kde není možné z důvodů rušení použít komunikace pomocí metalického spojení a současně je vyžadováno propojení mezi otočnými částmi.Other possible applications of the system according to the present invention are research purposes, e.g. in laboratories in places where a strong electromagnetic field occurs, where it is not possible to use communication using a metallic connection due to interference and at the same time a connection between rotating parts is required.

Další oblast využití je ve vojenské technice pro napájení a přenos dat v otočných věžích armádních pohyblivých prostředků jako jsou tanky, obrněná vozidla nebo u otočných senzorových souprav.Another area of use is in military technology for power supply and data transmission in rotating towers of army mobile vehicles such as tanks, armored vehicles or rotating sensor sets.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Předkládané řešení je využitelné pro přenos datového signálu a přenos energie potřebné pro napájení, kde jedna část zařízení vykonává rotační pohyb a je potřeba propojení rotující a stacionární části zařízení přes pomocí otočného optického konektoru 3. Některé konkrétní příklady takových průmyslových aplikací jsou ukázány např. v obr. 11, 12, 13. Dále jsou vhodné aplikace tohoto systému rovněž všude tam, kde by při použití metalických vodičů hrozilo zahoření nebo dokonce výbuch.The presented solution can be used for data signal transmission and energy transmission required for power supply, where one part of the device performs a rotary movement and there is a need to connect the rotating and stationary parts of the device via a rotating optical connector 3. Some concrete examples of such industrial applications are shown, e.g. in Fig. .

Claims

1. System for optical data communication and transmission of optical energy intended for conversion into electrical energy, including in its input part an input block (1) and an input optical cable (2) placed behind it, and in its output part an output optical cable (4 ) and the output block (5) arranged behind it, while the system also includes an optical connector (3) to which the output end of the input optical cable (2) and the input end of the output optical cable (4) are connected when the input block (1) contains at least one power laser (1.1) and at least one input optical transmitter (1.2), whereby the power lasers (1.1) and the input optical transmitter (1.2) are connected to the input end of the input optical cable (2), while the output block (5) contains at least one photovoltaic converter (5.1) and at least one output optical receiver (5.2), whereby both the photovoltaic converters (5.1) and the output optical receiver (5.2) are connected to the output end of the output optical cable (4), characterized in that the optical connector (3 ) is rotatable, comprising a stator (3.1) through which the output end of the input optical cable (2) passes, and a rotor (3.2) to which the output optical cable (4) is attached, the input end of the output cable (4) being located inside rotor (3.2).

2. The system according to claim 1, characterized in that the optical connector (3) also includes a motor (3.4) for driving the rotor (3.2), wherein the motor (3.4) is connected to the rotor (3.2) by a hollow shaft (3.5) and while for at least part of the section between the rotor (3.2) and the output block (5), the output cable (4) is located inside the cavity in the shaft (3.5), with which it is firmly connected.

3. The system according to any one of claims 1 to 2, characterized in that both the input optical cable (2) and the output optical cable (4) are single-fiber and that

- the input block (1) contains the first input optical WDM multiplexer (1.3.1), whereby the power laser (1.1) and the input optical transmitter (1.2) are each connected to another of the ports of the first input optical WDM multiplexer (1.3.1) on the side wavelength branching, wherein the port of the first input optical WDM multiplexer (1.3.1) on the wavelength coupling side is connected to the input end of the input optical cable (2), and that

- the output block (5) contains the first output optical WDM multiplexer (5.3.1), while the output end of the output optical cable (4) is connected to the port of the first output optical WDM multiplexer (5.3.1) on the wavelength connection side and the photovoltaic converter ( 5.1) and the output optical receiver (5.2) are each connected to another of the ports of the output optical WDM multiplexer (5.3.1) on the wavelength branching side.

4. The system according to claim 3, characterized in that

- the input block (1) also contains an input optical receiver (1.4) and a second input optical WDM multiplexer (1.3.2), to one of whose ports on the wavelength branching side the port of the first input optical WDM multiplexer (1.3.1) is connected to wavelength coupling side and to whose second port on the wavelength branching side the input receiver (1.4) is connected, while the wavelength coupling side port of the second input optical WDM multiplexer (1.3.2) is connected to the input end of the input optical cable (2) and that

- the output block (5) also contains an output optical transmitter (5.4) and a second output optical WDM multiplexer (5.3.2), whose port on the side of the wavelength connection is connected to the output end of the output optical cable (4) and to one of whose ports on the output optical transmitter (5.4) is connected to the wavelength branching side, and to its second port on the wavelength branching side, the first output optical WDM multiplexer (5.3.1) is connected to its port on the wavelength coupling side.

5. System according to claim 3 or 4, characterized in that the fiber in the input optical cable (2) is single-mode and that the fiber in the output optical cable (4) is single-mode.

6. The system according to claim 3 or 4, characterized in that the fiber in the input optical cable (2) is multimode and that the fiber in the output optical cable (4) is multimode.

- 13 CZ 309936 B6

7. The system according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the input optical cable (2) is multi-fiber with at least one fiber for signal transmission and at least one fiber for power transmission, and the output optical cable (4) contains a multi-fiber part with at least one fiber for signal transmission and at least one fiber for power transmission.

8. The system according to claim 7, characterized in that the input end of the output optical cable (4) located inside the rotor (3.2) includes an optical waveguide member (10) for energy transmission, which has the shape of an annulus in cross-section and to which are connected at least two optical fibers for power transmission leading from this optical waveguide member (10) through the output optical cable (4) to its output end on the side of the output block (5).

9. A system according to any one of claims 7 or 8, characterized in that the fibers for signal transmission are single-mode or multi-mode and the fibers for power transmission are multi-mode.

10. System according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the number of fibers for energy transmission in the input optical cable (2) corresponds to the number of power lasers (1.1) and the number of fibers in the output optical cable (4) corresponds to the number of photovoltaic converters ( 5.1), where each power laser (1.1) is connected to one energy transmission fiber in the input optical cable (2) and each photovoltaic converter (5.1) is connected to one energy transmission fiber in the output optical cable (4).

11. The system according to any one of claims 7 to 9, characterized in that the input optical cable (2) contains at least two fibers for power transmission and that the output optical cable (4) also contains at least two fibers for power transmission, wherein

- the input block (1) contains at least one optical junction (1.3.3), while the number of power lasers (1.1) corresponds to the number of optical junctions (1.3.3), each of the power lasers (1.1) is connected to the input of one of the optical junctions ( 1.3.3) and the outputs of all optical junctions (1.3.3) are connected to optical fibers for power transmission in the input optical cable (2),

- the output block (5) contains at least two photovoltaic converters (5.1), the number of which corresponds to the number of fibers for energy transmission in the output optical cable (4), while each of the photovoltaic converters (5.1) is connected to one of the fibers for energy transmission of the output optical cable (4).

12. System according to claim 10 or 11, characterized in that

- the input optical transmitter (1.2) is connected to the signal transmission fiber in the input optical cable (2), and that

- the output optical receiver (5.2) is connected to the signal transmission fiber in the output optical cable (4).

13. System according to claim 10 or 11, characterized in that

- the input block (1) contains an input optical receiver (1.4) and a second input optical WDM multiplexer (1.3.2), to whose two ports on the wavelength branching side the input optical transmitter (1.2) and the input optical receiver (1.4) are connected, and to whose port on the connection side is connected to the fiber for signal transmission in the input optical cable (2), a

- the output block (5) contains an output optical transmitter (5.4) and a second output optical WDM multiplexer (5.3.2), to whose two ports on the wavelength branching side the output optical receiver (5.2) and the output optical transmitter (5.4) are connected, and to whose port on the side of the wavelength connection is connected to the signal transmission fiber in the output optical cable (4).

14. The system according to claim 10 or 11, characterized in that the input optical cable (2) contains at least two fibers for signal transmission and that the output optical cable (4) contains at least two fibers for signal transmission, wherein

- the input optical transmitter (1.2) is connected to the first fiber for signal transmission in the input optical cable (2) and the input block (1) contains the input optical receiver (1.4) which is connected to the second fiber for signal transmission in the input optical cable ( 2), whereas

- 14 CZ 309936 B6

- the output optical receiver (5.2) is connected to the first fiber for signal transmission in the output optical cable (4) and the output block (5) contains the output optical transmitter (5.4) which is connected to the second fiber for signal transmission in the output optical cable ( 4).