[发明专利]一种非接触式滑环传输系统及相关光信号传输方法

说明书

本发明一种新型非接触式滑环系统及相关的光信号传输方法，该系统包括；上端开口的转子圆筒，下端具有与转子圆筒尺寸一致的圆筒形开口的定子空腔，所述转子圆筒上端开口和所述定子空腔的下端开口相对，通过轴承衔接；分别设置在所述转子圆筒筒壁和所述定子空腔内的多组光电探测器及调理电路、若干光信号源，以及穿过无线能量收发线圈的光学收发通道。光信号源发出的光束经过光学收发通道到达相应的光电探测器及调理电路进行接收。本发明提供的技术方案可容易地拓展成多通道双工通信的光传输系统，没有现有滑环的轴磨损和耦合问题，传输损耗低且工作寿命长。

技术领域

本发明属于光通信领域，具体涉及一种用于同时传输信号和能量的非接触式滑环传输系统。

背景技术

目前市场上的滑环设备的旋转端和固定端的电气连接，供电、信号均是通过导电滑环来传输。滑环设备的导电滑环触点与环体长期摩擦，将导致信号传导性能下降、可靠性低、抗电磁干扰能力差，这将造成通过滑环的高速传输的数字信号急剧衰减，通信将变得不可靠。

光纤滑环是在传统的导电环中加装光纤旋转连接器，通过机械拔插机构进行柔性连接，光纤滑环中选用光纤准直器、道威棱镜、微型精密轴系、机械连接及调整机构组成，特别对于多通道光纤滑环制造成本非常高。光纤滑环具有以下优点：(1)用光纤传递信号，无泄密，无电磁干扰，可以远距离传输；(2)产生的灰尘少，寿命长；(3)体积小、重量轻，不锈钢材料；(4)损耗小(1.0dB)、旋转速率高(1000rpm)。但是由于多通道的光纤滑环之间轴系需要精密对准，而长时间齿轮的磨损将导致光纤收发对准出现问题，影响信息传输的可靠性。

现有技术中的滑环系统存在以下不足：1.空间光信息的双工信息传输过程中，其中一个方向光损耗大，存在双向光束的波长的规划导致光波长固定、不够灵活。2、存在长时间齿轮的磨损将导致光纤收发对准出现问题，进而造成光纤滑环使用寿命缩短。

发明内容

为了克服目前滑环系统存在的上述不足，本发明提供的一种非接触式滑环传输系统。通过本发明提供的技术方案克服现有滑环系统中传输链路损耗大、光束固定不够灵活，实现旋转机构转子与定子之间的多通道光信息双工传输，并兼具供电能力。

本发明提供的技术方案具体实现为：

一种非接触式滑环传输系统，包括：上端开口的转子圆筒，下端具有与转子圆筒尺寸一致的圆筒形开口的定子空腔，所述转子圆筒上端开口和所述定子空腔的下端开口相对设置，通过轴承进行衔接。所述定子空腔的圆筒形开口处设置有无线能量发射线圈，所述转子圆筒上端开口处设置无线能量接收线圈，所述无线能量发射线圈和无线能量接收线圈为中间空心的圆环形结构。所述定子空腔的内部和转子圆筒侧壁上都设有光信号源以及光电探测器及调理电路，转子圆筒侧壁上的光信号源和光电探测器及调理电路位于不同高度。所述定子空腔内部和所述转子圆筒内设有从所述无线能量发射线圈和无线能量接收线圈的中间空心穿过的光学收发通道。所述定子空腔内部光信号源发出的光信号通过所述光学收发通道进行传输，由所述转子圆筒侧壁上的光电探测器及调理电路进行接收；所述转子圆筒侧壁上的光信号源发出的光信号同样通过所述光学收发通道进行传输，由所述定子空腔内部的光电探测器及调理电路进行接收。

进一步地、所述光学收发通道包括：设置在所述定子空腔内部的发射波长分光镜、收发分光镜、接收波长分光镜、若干双抛物面反射镜以及若干菲涅尔透镜，每个所述菲涅尔透镜一体化粘接在一个所述双抛物面反射镜内部、两者的焦点相同；设置在所述转子圆筒内、所述无线能量接收线圈中间空心正下方的反射圆锥，所述反射圆锥固定在与转子筒壁固定的锥面托盘上。在实际试验时发现该滑环传输系统的光束通过反射圆锥后，由于圆锥外表面有一定的曲度且不是完全平整，将导致反射后光束拉长发散，所以在本发明的滑环传输系统中采用双抛物面反射镜而非球面镜进行聚束。

进一步地、所述转子圆筒侧壁上的光信号源和所述定子空腔的内部光信号源的数量、双抛物面反射镜以及菲涅尔透镜的数量均为2个。