多通道离轴光纤旋转连接器制造技术

本发明专利技术公开了一种多通道离轴光纤旋转连接器，包括作为转子部分的输入板(1)、固定圆筒(2)、中空环形锥体(4)以及接收板(6)，与外界连通后，待传输的光信号从输入通道传输到光纤准直器中，光纤准直器将光信号变为平行的信号光束，信号光束以一定角度进入并传输；信号光束传输到中空环形锥体(4)内锥面时发生反射，向输入板(1)内表面传输，信号光束传输到转子部分内表面时再次发生反射，继续沿反射镜周向传输，经多次反射后，信号光束从位于中空环形锥体(4)锥面上的出射口出射，最终输出的信号光束耦合进入传输光纤，将信号输出。本发明专利技术具有结构简单，插入损耗较低，稳定性好，装配精度高，高耦合效率，利于广泛推广的有益效果。

Multichannel off-axis fiber optic rotary connector

【技术实现步骤摘要】
多通道离轴光纤旋转连接器
本专利技术涉及光纤通信和信号传输
，特别涉及一种离轴光纤旋转连接器。
技术介绍
具有旋转接口的通信系统，如机器人的转动关节、摆动关节、机械爪等，需要在旋转的端口和静止的端口之间往返传输数字信号或者模拟信号。最初实现该功能的器件是电旋转连接器，也称为电滑环。由于电滑环存在带宽窄、实时性差、电磁兼容性差、易产生电火花等缺陷，特别是随着信号传输量的增长，电滑环的带宽限制了信号传输的容量，所以电滑环逐渐被光纤旋转连接器所替代。光纤旋转连接器又可称之为光滑环，它以光纤作为传输媒介，以光波作为信号载体实现信号旋转传输，具有信道容量大、抗电磁干扰能力强、无接触损耗以及传输速率快等优点，广泛应用于空间光互连、光纤通信技术、军事国防、工业等领域。例如军用雷达、医用CT扫描仪、机器人、旋转式监视相机、深海光纤勘探系统等。有时候在信号传输过程中，需要同时伴随着气、油和水等介质的传输。例如，有些雷达信号传输过程中要伴随高压气体的传输，高压气体的传输通道经常位于器件的中心轴位置处。由于器件的中心轴位置被占用，使得光信号不能沿中心轴传输。在这种情况下，只有离轴光纤旋转连接器能满足要求，并实现光信号离轴传输。目前国内外文献中提出了不同结构的离轴光纤旋转连接器，它们各有优缺点。中国专利20141051393.5《一种基于环形柱透镜的离轴光纤旋转连接器》公开了该旋转连接器通过采用自聚焦透镜阵列和环形柱透镜实现光信号的准直扩束、耦合接收。与常规的离轴光纤旋转连接器相比,该旋转连接器可自由设置离轴尺寸，灵活性大，实现双向离轴传输，但其结构复杂，装配精度要求高。中国专利20131009570.0《一种离轴光纤旋转连接器》公开了该旋转连接器设有内部为空腔的内、外法兰盘，内、外法兰盘上装有光输入、输出通道、准直扩束透镜，红外直角棱镜等，其中红外直角棱镜是一种用于传输红外光的直角棱镜。光信号从外法兰盘上的光输入通道入射，经过准直扩束透镜准直、扩束后传输到法兰盘内部的红外直角棱镜上，然后通过两个红外直角棱镜反射传输，最后通过内法兰盘上的光输出通道，通过光纤传出。该旋转连接器安装方便，可以实现双向离轴传输。但存在结构复杂、加工精度要求高、装配精度要求高等缺点。美国专利US9927579B1《DE-ROTATINGMECHANISMFOROFF-AXISFIBEROPTICROTARYJOINT》。该旋转连接器在转子、去旋转机构两侧、定子上均设有光纤准直器，可以实现光信号的双向离轴传输。由于去旋转机构上设有多个光纤准直器，转子与去旋转机构之间、定子与去旋转机构之间存在一个准直器与多个准直器相匹配的情况，所以整个通道光信号插入损耗会产生较大波动，且信号耦合损耗高。上述专利中所提出的离轴光纤旋转连接器虽然都可以实现光信号的双向传输，但由于其插入损耗波动较大，结构复杂，加工装配精度要求高，不利于广泛普及。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的问题，本专利技术公开了一种多通道离轴光纤旋转连接器，其特点是耦合效率高、结构简单、稳定性好、信号无串扰，可以同时传输多路信号，能有效解决现有离轴光纤旋转连接器耦合效率低的问题。本专利技术是通过如下的技术方案来实现：本专利技术的一种多通道离轴光纤旋转连接器，包括作为转子部分的输入板1、固定圆筒2、中空环形锥体4以及接收板6，所述转子部分进一步包括；其中，所述输入板1、固定圆筒2、中空环形锥体4和接收板6同轴设置、且共同设有贯通的中心孔28，所述中心孔28内设有中心轴23，所述输入板1与固定圆筒2之间通过滚动轴承18转动连接，所述固定圆筒2、中空环形锥体4与接收板6之间固定连接，所述输入板1上设有多个输入通道，所述输入通道内设有光纤准直器，所述中空环形锥体4的锥面上设有多个出射口，所述接收板6上设有多个透镜接收系统，所述透镜接收系统包括两个固定连接的会聚透镜且连接有传输光纤，所述输入板1和中空环形锥体4的内表面上均设有反射膜；当旋转连接器与外界连通后，待传输的光信号通过传输光纤从输入通道传输到光纤准直器中，光纤准直器将光信号变为平行的信号光束，信号光束以垂直于输入板半径并且与输入板成锐角的方式进入并进行传输；信号光束传输到中空环形锥体4内锥面时发生反射，向输入板1内表面传输，信号光束传输到转子部分内表面时再次发生反射，继续沿反射镜周向传输，经多次反射后，信号光束从位于中空环形锥体4锥面上的出射口出射，输出的信号光束通过所述透镜接收系统引起光斑尺寸缩小，最终输出的信号光束耦合进入传输光纤，通过传输光纤将信号输出；在信号传输过程中，作为转子部分的输入板1围绕中心轴23相对于固定圆筒2自由转动，实现光信号的动态传输。本专利技术的多通道离轴光纤旋转连接器可以实现信号高效耦合、动态离轴传输，有效的解决了中心轴被占用而不能传输信号的问题；具有结构简单，插入损耗较低，稳定性好，装配精度高，高耦合效率，利于广泛推广的有益效果。附图说明图1为本专利技术多通道离轴光纤旋转连接器的结构示意图；图2为图1中所示输入板的端向视图；图3为图1中所示中空环形锥体的端向视图；图4为图1中所示透镜接收系统的端向视图。1、输入板，2、固定圆筒，3、5、15、16、固定螺丝，4、中空环形锥体，6、接收板，7、第一透镜接收系统，8、11、22、24、传输光纤，9、19、反射膜，10、第二透镜接收系统B，12、固定胶圈，13、第二会聚透镜、14、第一会聚透镜，17、第二出射口，18、滚动轴承，20、第二光纤准直器，21、第二输入通道，23、中心轴，25、第一输入通道，26、第一光纤准直器A，27、第一出射口，28、中心孔，29、套筒。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本专利技术进行解释说明，并不用以限制本专利技术。如图1至图4所示，为本专利技术的多通道离轴光纤旋转连接器基本结构，包括输入板1、固定圆筒2、中空环形锥体4、接收板6以及套筒29。所述输入板1与固定圆筒2之间通过滚动轴承18转动连接，所述固定圆筒2、中空环形锥体4、接收板6之间通过固定螺丝3、5固定连接，所述输入板1、固定圆筒2、中空环形锥体4、接收板6同轴设置，并设有贯通的中心孔28，中心孔28内嵌装有套筒29。所述输入板1上设置有多个输入通道如第二输入通道21、第二输入通道25。所述输入通道21、25内设有光纤准直器。所述中空环形锥体4的锥面上设有多个出射口如第二出射口17、第一出射口27。所述接收板6上设置有多个透镜接收系统如第一透镜接收系统7、第二透镜接收系统10。所述透镜接收系统包括两个通过固定胶圈16固定连接的会聚透镜如第二会聚透镜13、第一会聚透镜14，并且连接有传输光纤。所述光纤准直器如第二光纤准直器20、第二光纤准直器26由光纤和准直透镜如组成，设置于第二输入通道21、第二输入通道25内；所述准直透镜为C-lens透镜或是自聚焦透镜或是球透镜系统。所述输入板1和中空环形锥体的内表面上均设有反射膜。本专利技术具有个数相同的输入通道、出射口、透镜接收系统，并且个数大于或等于三，本实施例中设输入通道数为四个(即相应地，出射口、透镜接收系统的个数也是四个)。所述输入通道、出射口以及透镜接收系统各自沿圆周对称分布，在不同大小圆周上，出射口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多通道离轴光纤旋转连接器，包括作为转子部分的输入板(1)、固定圆筒(2)、中空环形锥体(4)以及接收板(6)，其特征在于，所述输入板(1)、固定圆筒(2)、中空环形锥体(4)以及接收板(6)同轴设置、且共同设有贯通的中心孔(28)，所述中心孔(28)内设有中心轴(23)，所述输入板(1)与固定圆筒(2)之间通过滚动轴承(18)转动连接，所述固定圆筒(2)、中空环形锥体(4)与接收板(6)之间固定连接，所述输入板(1)上设有多个输入通道，所述输入通道内设有光纤准直器，所述中空环形锥体(4)的锥面上设有多个出射口，所述接收板(6)上设有多个透镜接收系统，所述透镜接收系统包括两个固定连接的会聚透镜且连接有传输光纤，所述输入板(1)和中空环形锥体(4)的内表面上均设有反射膜；与外界连通后，待传输的光信号通过传输光纤从输入通道传输到光纤准直器中，光纤准直器将光信号变为平行的信号光束，信号光束以垂直于输入板半径并且与输入板成锐角的方式进入并进行传输；信号光束传输到中空环形锥体(4)内锥面时发生反射，向输入板(1)内表面传输，信号光束传输到转子部分内表面时再次发生反射，继续沿反射镜周向传输，经多次反射后，信号光束从位于中空环形锥体(4)锥面上的出射口出射，输出的信号光束通过所述透镜接收系统引起光斑尺寸缩小，最终输出的信号光束耦合进入传输光纤，通过传输光纤将信号输出；在信号传输过程中，作为转子部分的输入板(1)围绕中心轴(23)相对于固定圆筒(2)自由转动，实现光信号的动态传输。...

【技术特征摘要】
1.一种多通道离轴光纤旋转连接器，包括作为转子部分的输入板(1)、固定圆筒(2)、中空环形锥体(4)以及接收板(6)，其特征在于，所述输入板(1)、固定圆筒(2)、中空环形锥体(4)以及接收板(6)同轴设置、且共同设有贯通的中心孔(28)，所述中心孔(28)内设有中心轴(23)，所述输入板(1)与固定圆筒(2)之间通过滚动轴承(18)转动连接，所述固定圆筒(2)、中空环形锥体(4)与接收板(6)之间固定连接，所述输入板(1)上设有多个输入通道，所述输入通道内设有光纤准直器，所述中空环形锥体(4)的锥面上设有多个出射口，所述接收板(6)上设有多个透镜接收系统，所述透镜接收系统包括两个固定连接的会聚透镜且连接有传输光纤，所述输入板(1)和中空环形锥体(4)的内表面上均设有反射膜；与外界连通后，待传输的光信号通过传输光纤从输入通道传输到光纤准直器中，光纤准直器将光信号变为平行的信号光束，信号光束以垂直于输入板半径并且与输入板成锐角的方式进入并进行传输；...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾大功，冀雄涛，张红霞，刘铁根，云奋蛟，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12