專利名稱：一種雙通道光纖旋轉連接器的制作方法
技術領域：
本發明屬于光纖通信技術領域，尤其涉及一種雙通道光纖旋轉連接器，特別是應用于相對旋轉裝置之間具有兩路通道光信號的旋轉耦合傳輸。
背景技術：
光纖旋轉連接器是一種利用光纖作為傳輸媒介，將信號在一個旋轉的平臺和另一靜止平臺之間進行傳輸的機構。目前，該類型的器件正在廣泛應用于不同的領域中，如軍事領域中掃描跟蹤雷達的天線系統、炮架或坦克的炮塔等；工業方面，如海底聲納信息采集系統、油井鉆探設備、機器人系統、工業過程控制等；醫療設備方面的CT掃描系統以及航天方面飛行器上的信息傳輸系統等。該裝置需要嚴格的保證通道之間的對應關系，并使通道之間的串擾達到最小。目前，國際上已經有一部分與雙通道光纖旋轉連接器相關的專利，它們有其各自的特點和缺點。第一類如專利文獻“us PATENT 5588077 Dec. 24，1996 Shane
H.ffoodside, et al. ”所報道，它雖然實現了雙通道的信號傳輸，但其結構帶來的問題是有一路通道的部分光信號會耦合進入另一路通道中，且中間一路通道的光纖部分會影響另一路通道光信號的耦合。第二類如專利文獻“US 2009/0310911 Al Dec. 17, 2009BoyingB. Zhang, et al. ”所報道，它利用芯徑大小不一的塑料光纖實現雙通道的光信號傳輸。但其外側通道由于需要多次耦合，且通道中間部分利用19個小芯徑塑料光纖之間進行耦合，耦合效率低，在實際應用中傳輸損耗大。外側通道中多根塑料光纖也需要精密的進行安裝，提高了成本。第三類如專利文獻“US PATENT 7724996 B2 May. 25, 20IOGregor Popp, et al. ”所報道，它所實現的雙通道信號傳輸，只能按其給定的傳輸方向進行傳輸，且由于其接收端均為斜入射耦合，耦合效率低，傳輸損耗大。國內關于雙通道光纖旋轉連接器的專利有下面幾類，一類專利如“The People’ sRepublic of China PATENT 00207539. 3天津大學”所報道，它是利用對稱光學結構來實現光信號傳輸的，但其只能按照特定的方向進行傳輸，且其光學結構耦合精度和機械結構加工、裝配精度要求嚴格；第二類專利如“The People’s Republic of China PATENT200920101680. 0普林(廊坊)光電技術有限公司”所報道，它軸心處的通道是利用長光纖探入短光纖的中心梯度孔中進行耦合，當其一端進行旋轉時，其長光纖部分會產生跳動，從而降低耦合效率；同時其旁軸通道利用回轉體上反射面實現信號的傳輸時，會受到軸心通道光纖的影響，從而增加傳輸損耗。

發明內容
針對上述現有技術，本發明提供一種雙通道光纖旋轉連接器，其結構簡單、插入損耗小、制作成本低，用于實現相對旋轉裝置之間具有兩路通道光信號的旋轉耦合傳輸。為了解決上述技術問題，本發明雙通道光纖旋轉連接器予以實現的技術方案是雙通道光纖旋轉連接器包含旋轉軸、中心通道和旁軸通道，所述中心通道由中心入射準直器和中心接收準直器組成；所述中心入射準直器和中心接收準直器均設置在所述旋轉軸上；通過中心入射準直器和中心接收準直器的對準耦合，實現中心通道光信號的旋轉連續傳輸；所述旁軸通道由旁軸入射準直器、凸透鏡、凹透鏡和旁軸接收器組成；所述旁軸入射準直器相對所述旋轉軸為偏心設置、且與所述旋轉軸平行；所述旁軸接收器位于所述旋轉軸上，所述凸透鏡和凹透鏡的光軸與所述旋轉軸同軸；所述旁軸通道通過該凸透鏡和凹透鏡實現旁軸入射準直器和旁軸接收器之間的光信號耦合，實現旁軸通道的信號傳輸；所述中心入射準直器、旁軸入射準直器構成旋轉連接器的轉子或定子；所述中心接收準直器、凸透鏡、凹透鏡和旁軸接收器構成旋轉連接器的定子或轉子。所述旁軸接收器可以是光纖準直器，也可以是大芯徑光纖；所述旁軸接收器為大芯徑光纖時，凹透鏡位于凸透鏡像方焦點的內側，以便使旁軸入射準直器發出的平行光信號通過凸透鏡和凹透鏡匯聚后進入大芯徑光纖；所述旁軸接收器為光纖準直器時，凸透鏡的像方焦點與凹透鏡的物方焦點重合，旁軸入射準直器發出的平行光信號經過凸透鏡和凹透鏡后出射光為近軸平行光，高效的耦合進入光纖準直器。另外，所述凸透鏡中心有一中心孔，用于固定中心接收準直器，使輸入輸出端準直器直接進行耦合。與現有技術相比，本發明的有益效果是本發明與以往雙通道旋轉連接器相比，本發明具有結構簡單，抗電磁干擾，插入損耗小，耦合精度高，性能穩定可靠，可根據實際應用調節尺寸的優點。可廣泛應用于兩個相對旋轉的裝置之間進行信息傳輸的場合，諸如掃描跟蹤雷達的天線系統、醫療設備CT掃描系統和機器人系統等。其市場前景好，具有良好的技術轉化基礎。同時還具有廣泛的社會效益。


圖I為本發明雙通道光線旋轉連接器光學系統原理圖2為本發明雙通道光線旋轉連接器實施例的結構示意圖。
圖中
2-定子端蓋3-外套筒
5-旁軸入射準直器6-中心接收準直器
8、12-螺絲9-輸出端固定端蓋
13-凹透鏡14、16-壓圈
17-軸承
I-準直器端蓋4-中心入射準直器7、11、18、19-尾纖10-旁軸接收器15-凸透鏡
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明作進一步詳細地描述。如圖I所示，本發明一種雙通道光纖旋轉連接器的基本結構是，包括旋轉軸、中心通道和旁軸通道。所述中心通道由中心入射準直器4和中心接收準直器6構成；所述旁軸通道由旁軸入射準直器5、凸透鏡15、凹透鏡13和旁軸接收器10構成。所述中心入射準直器4、中心接收準直器6和旁軸接收器10均設置在所述旋轉軸上；所述旁軸入射準直器5相對所述旋轉軸為偏心設置、且與所述旋轉軸平行；所述凸透鏡15中心打有一中心孔，用于固定中心接收準直器6 ;所述凸透鏡15和凹透鏡13的光軸與所述旋轉軸同軸；根據使用情況而定，所述中心入射準直器4、旁軸入射準直器5構成旋轉連接器的轉子或定子；所述中心接收準直器6、凸透鏡15、凹透鏡13和旁軸接收器10構成旋轉連接器的定子或轉子。所述中心通道，通過中心入射準直器4和中心接收準直器6的空間耦合，實現中心通道光信號的旋轉傳輸；所述旁軸通道，通過凸透鏡15和凹透鏡13實現旁軸入射準直器5和旁軸接收器10之間的光信號耦合，實現旁軸通道的信號傳輸。所述旁軸接收器10可以是光纖準直器，也可以是大芯徑光纖；所述旁軸接收器10為大芯徑光纖時，凹透鏡13位于凸透鏡15像方焦點的內側，以便使旁軸入射準直器5發出的光信號通過透鏡組后以小角度進入大芯徑光纖；所述旁軸接收器10為光纖準直器時，凸透鏡15的像方焦點與凹透鏡13的物方焦點重合，入射光經過透鏡組后出射光為近軸平行光，高效的耦合進入光纖準直器；由于透鏡組凸透鏡15和凹透鏡13關于中心軸的對稱性，當旁軸入射準直器5繞著旋轉連接器的旋轉軸旋轉時，旁軸入射準直器5發出的平行光信號通過透鏡組后始終能夠由旁軸接收器10接收，實現旁軸通道光信號的旋轉連續傳輸。圖I所示5’為旁軸入射準直器5繞旋轉連接器旋轉軸旋轉180°后的位置。如圖2所示，本發明雙通道光纖旋轉連接器一實施例結構，即在圖I的基本結構之上，在所述中心入射準直器4和旁軸接收準直器5通過準直器端蓋I固定；所述中心入射準直器4通過尾纖18輸入光信號，所述旁軸入射準直器5通過尾纖19輸入光信號；凸透鏡15通過外套筒3固定,凹透鏡13通過定子端蓋2固定；旁軸接收器10通過輸出端固定端蓋9固定，由尾纖11將光信號導出；凸透鏡15中間打有一小孔，用于固定中心出射準直器6 ;中心出射準直器6由尾纖7將光信號導出；所述尾纖7為裸光纖，以免擋住旁軸入射光信號；凸透鏡15通過壓圈16固定在外套筒3上；凹透鏡13通過壓圈14固定在定子端蓋2上；外套筒3與定子端蓋2通過螺絲8固定；定子端蓋2與輸出端固定端蓋9通過螺絲12固定。中心入射準直器4、旁軸入射準直器5和準直端蓋I構成旋轉連接器的轉子；外套筒3、凸透鏡15、定子端蓋2、凹透鏡13、輸出端固定端蓋9和旁軸接收器10構成旋轉連接器定子。通過在準直器端蓋I與外套筒3之間放置一對軸承17實現轉子和定子之間的相對旋轉。如圖I和圖2所示，本發明實現光信號的傳輸過程是當旋轉連接器與外界連通后，光信號從尾纖18、19分別進入中心入射準直器4和旁軸入射準直器5后發出平行光。由于在凸透鏡15中心打有小孔用于固定中心出射準直器6，所以經中心入射準直器4出射的平行光直接耦合進入準直器6中，然后通過尾纖7輸出，從而完成中心通道光信號的旋轉連接。對于旁軸通道，所述旁軸接收器10為大芯徑光纖時，由于凹透鏡13位于凸透鏡15像方焦點的內側，使得旁軸入射準直器5發出的光信號通過透鏡組后以小角度進入大芯徑光纖；所述旁軸接收器10為光纖準直器時，由于凸透鏡15的像方焦點與凹透鏡13的物方焦點重合，使得入射光經過透鏡組后出射光為近軸平行光，耦合進入光纖準直器；由于透鏡組凸透鏡15和凹透鏡13關于中心軸的對稱性，當旁軸入射準直器5繞著旋轉連接器的旋轉軸旋轉時，旁軸入射準直器5發出的平行光信號通過透鏡組后始終能夠由旁軸接收器10接收，實現旁軸通道光信號的旋轉連續傳輸。盡管上面結合圖對本發明進行了描述，但是本發明并不局限于上述的具體實施方式
，上述的具體實施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發明的保護之內。
權利要求
1.一種雙通道光纖旋轉連接器，包括旋轉軸、中心通道和旁軸通道，其特征在于所述中心通道由中心入射準直器(4)和中心接收準直器(6)構成；所述旁軸通道由旁軸入射準直器(5)、凸透鏡(15)、凹透鏡(13)和旁軸接收器(10)構成。所述中心入射準直器(4)、中心接收準直器(6)和旁軸接收器(10)均設置在所述旋轉軸上，通過中心入射準直器(4)和中心接收準直器(6)的對準耦合，實現中心通道光信號的旋轉連續傳輸；所述旁軸入射準直器(5)相對所述旋轉軸為偏心設置、且與所述旋轉軸平行；所述凸透鏡(15)和凹透鏡(13)的光軸與所述旋轉軸同軸；所述旁軸通道通過該凸透鏡和凹透鏡實現旁軸入射準直器(5)和旁軸接收器(10)之間的光信號耦合，實現旁軸通道的信號傳輸;所述中心入射準直器(4)、旁軸入射準直器(5)構成旋轉連接器的轉子或定子；所述中心接收準直器(6)、凸透鏡(15)、凹透鏡(13)和旁軸接收器(10)構成旋轉連接器的定子或轉子。
2.根據權利要求I所述雙通道光纖旋轉連接器，其特征在于所述凸透鏡(15)的中心設有一小孔，用于固定中心接收準直器(6)。
3.根據權利要求I所述雙通道光纖旋轉連接器，其特征在于所述旁軸接收器(10)為大芯徑光纖，所述凹透鏡(13)位于凸透鏡(15)焦點內側，使旁軸入射準直器(5)發出的平行光經過匯聚進入大芯徑光纖。
4.根據權利要求I所述雙通道光纖旋轉連接器，其特征在于所述旁軸接收器(10)為光纖準直器，所述凸透鏡(15)的像方焦點與凹透鏡(13)的物方焦點重合，使旁軸入射準直器發出的平行光以近軸平行光進入光纖準直器。
全文摘要
本發明公開了一種雙通道光纖旋轉連接器，分為中心通道和旁軸通道。位于旋轉軸上的中心入射準直器和中心接收準直器通過直接對準耦合構成旋轉連接器的中心通道，實現中心通道光信號的旋轉連續傳輸。與旋轉連接器同軸的凸透鏡和凹透鏡、旁軸入射準直器以及軸上旁軸接收器構成旋轉連接器的旁軸通道；旁軸入射準直器發出平行光通過凸透鏡和凹透鏡后進入旁軸接收器，由透鏡的軸對稱性質來保證旁軸光信號的旋轉連續傳輸。凸透鏡和凹透鏡的間距由旁軸接收器決定；旁軸接收器可以是光纖準直器，也可以是大芯徑光纖。凸透鏡的中心打有一小孔，用于固定中心接收準直器。本發明具有結構簡單、插入損耗小、耦合精度高、性能穩定可靠的優點。
文檔編號G02B6/38GK102914823SQ20121040478
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月22日 優先權日2012年10月22日
發明者賈大功, 許強, 張紅霞, 劉鐵根, 張以謨 申請人:天津大學