DE102015003794A1

DE102015003794A1 - Drehübertrager mit Hochfrequenz-Kurzdistanz-Funkstrecke

Info

Publication number: DE102015003794A1
Application number: DE102015003794.3A
Authority: DE
Inventors: Volker Nuppenau; Frank Appel; Michael Hein; Jan Ramert
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-03-24
Filing date: 2015-03-24
Publication date: 2016-10-20

Abstract

Die Erfindung beschreibt den Aufbau eines Drehübertragers zur Übertragung von optischen Signalen einer rotierenden Glasfaser. Hierzu wird das optische Signal in ein elektrisches Signal konvertiert. An der Rotationsstelle wird das konvertierte Signal über eine Hochfrequenz-Kurzdistanz-Funkstrecke übertragen. Als Besonderheit führt eine der beiden benötigten Antennen eine Rotations- bzw. Taumelbewegung aus. Auf der Statorseite wird das Signal wieder in ein optisches Signal rückgewandelt und in die Statorglasfaser eingespeist. Anwendungsgebiete sind z. B. Tiefsee oder stark verschmutzte Medien. Der Funktionsaufbau dient zur Übertragung von Signalen mit hoher Bandbreite, z. B. Kamerasignale von Tauchrobotern.

Description

Seit vielen Jahren sind Drehübertrager in Form von Schleifringen zur Übertragung von elektrischen Signalen an rotierenden Bauteilen und Maschinen bekannt. Seit ca. 30 Jahren finden ebenso Glasfaser-Übertragungsstrecken ebenfalls Anwendung bei rotierenden Teilen. Üblicherweise werden hierzu optische Systeme verwendet bei denen sich zwei zumeist planar geschliffene Flächen gegenüberstehen und mittels optischer Hilfsmittel wie z. B. Strahlaufweitung oder Prismen eine möglichst verlustfreie Übertragung ermöglichen. Allen optischen Systemen ist gemeinsam das ein definierter, sauberer Luftspalt zwischen den sich drehenden Flächen vorhanden sein muß. Die derzeit bekannten Systeme funktionieren unter normal atmosphärischen Bedingungen zuverlässig.
Es gibt Anwendungen z. B. Im Tiefseebereich bei denen die optischen Drehübertrager auch unter hohen Umgebungsdrücken unter Funktion sein müssen. Hier gibt es Probleme mit der Zuverlässigkeit der zurzeit verwendeten, mechanisch aufgebauten optischen Drehübertrager. Gängiges Anwendungsgebiet ist z. B. die Übertragung von Kamerasignalen eines Tauchroboters.
Der erfindungsgemäß vorliegende Aufbau unterscheidet sich in wesentlichen Merkmalen von den bisher bekannten Art der Übertragung:

– Das optische Signal der Faser wird mittels einer elektronischen Schaltung in ein elektrisches Signal gewandelt und auf eine Sendeantenne im Drehübertrager geleitet.
– In einem Abstand von bis zu 1 m befindet sich eine Empfangseinheit die das gesendete Signal wieder zurückwandelt und anschließend wieder in die Faseroptik einspeist.
– Die Anordnung kann auch bidirektional erfolgen, so daß der Datenstrom gleichzeitig empfangen und gesendet werden kann. Auch eine Anwendung im Multibandverfahren ist möglich.
– Die elektrischen Schaltkreise können in bekannter Weise gegen hohe Umgebungsdrücke zuverlässig abgedichtet werden.
– Dem Umgebungsdruck ausgesetzt sind lediglich die Sende-/Empfangsantennen. Der Aufbau der Antennen kann so gewählt werden das z. B. durch Verwendung von Keramikträgern extrem druckfeste Antennenkörper hergestellt werden können. Die Antennen sind vom druckbeaufschlagten Medium, z. B. Meerwasser, umgeben. Eine Seite des Drehübertragers rotiert, zusammen mit der Antenne die genau axial oder exzentrisch angeordnet werden kann. Der zweite Teil des Drehübertragers führt keine Rotation aus.

Lösungsansatz:
Nachfolgend ist die Übertragungskette schematisch dargestellt. Auf die Details der Signalwandlung und Sende-/Empfangstechnik wird nicht näher eingegangen, weil sie für das Wirkungsprinzip des Drehübertragers nicht relevant sind. Es wird zum besseren Verständnis nur die unidirektionale Ausführung dargestellt. Ein bidirektionaler Aufbau kann anhand der Skizzen direkt abgeleitet werden.
Der Innenleiter (1a) einer rotierenden Glasfaser leitet das modulierte Licht bis zum Faseraustritt, der sich innerhalb des optischen Drehübertragergehäuses (2), bestehend aus Rotationskammer, druckausgeglichen (2a), Antennenkammer, druckbelastet (2b) und Statorkammer, druckausgeglichen (2c), befindet. Am Faseraustritt wird das optische Signal mit einem Wandler (3a) in ein elektrisches Signal gewandelt und verstärkt (4a). Danach folgt der Antennenverstärker (5a) der das Signal zur rotierenden Sendeantenne (6a) leitet. Die Sendeantenne befindet sich im druckbelasteten Teil des Drehübertragergehäuses (2b) und wird durch eine Bohrung (7) an das Medium angekoppelt. Ebenso ist es möglich die Antennen in einer nicht druckbelasteten Kammer zu betreiben. Die Kammern 2a, 2b, 2c können wie gezeichnet einzeln getrennt aufgebaut sein oder miteinander verbunden werden. Die Rückwandlung erfolgt auf der Statorseite, wo sich die Stator-Empfangsantenne (6c) befindet. Von der Empfangsantenne wird das Antennensignal im Empfängerverstärker (5c) demoduliert und wieder in ein elektrisches Signal (4c) gewandelt. Abschließend erfolgt eine Wandlung des elektrischen in ein optisches Signal (3c), das in die Stator-Glasfaser (1c) eingespeist wird.
Bezugszeichenliste

1a: Glasfaser Innenleiter
2: Drehübertragergehäuse, bestehend aus 2a, 2b, 2c
2a: Rotationskammer, druckausgeglichen
3a: Signalwandler optisch/elektrisch
4a: elektrischer Signalverstärker
5a: Antennenverstärker
6a: Sendeantenne
6c: Empfangsantenne
5c: Empfängerverstärker
4c: elektrischer Signalverstärker
3c: Signalwandler elektrisch/optisch
2c: Statorkammer, druckausgeglichen
1c: Glasfaser Innenleiter

Claims

Drehübertrager zur Übertragung von faseroptischen Signalen, dadurch gekennzeichnet, das in einer Rotationskammer eine Hochfrequenz-Kurzdistanz-Funkstrecke, bestehend aus Sende-/Empfangsantenne für den uni- oder bidirektionalen Betrieb, mit Reichweite bis zu 1 m angeordnet ist.
Sende-/Empfangs-/Antennenanordnung, dadurch gekennzeichnet, das eine Antennenanordnung ortsfest montiert wird und die zweite Antennenanordnung um die ortsfeste Anlage herum rotiert oder eine Rotations-Taumelbewegung ausführt.
Signalumsetzer, dadurch gekennzeichnet, das am Faserende der optischen Übertragungsfaser eine Wandlereinheit montiert ist, die das optische Signal in ein elektrisches Signal wandelt und dann auf einen Sendeverstärker mit Sendeantenne einkoppelt.
Signalumsetzer, dadurch gekennzeichnet, das am Ausgang der Empfangsantenne eine Wandlereinheit montiert ist, die die Funksignale in elektrische Signale umsetzt und dann mittels einer Laserdiode wieder in ein optisches Signal wandelt, das in eine Glasfaser eingespeist wird.
Hochfrequenz-Kurzdistanz-Funkstrecke, dadurch gekennzeichnet, das die Funkübertragung im uni- oder bidirektionalen Verfahren erfolgt. Vorzugsweise wird als Medium zwischen den Antennen Seewasser oder Trafoöl genutzt. Eine Luftübertragungsstrecke ist nicht sehr wahrscheinlich.