本发明专利技术公开了一种含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，该旋转连接器主要由外套筒、渐开面型棱镜、耦合透镜组和中空环形基体组成。在外套筒的一端，信号光束以一定角度进入旋转连接器内部，并在旋转连接器内部以反射的方式传输，当反射一定次数后从中空环形基体上的出射窗口出射，出射光束经渐开面型棱镜被转向和收束，再经耦合透镜组被耦合到光纤准直器中，完成正向传输。在外套筒的另一端，信号光束经过另一组相同结构后被耦合进另一光纤准直器中，完成反向传输，最终实现双向传输。与现有技术相比，本发明专利技术所公开的双向离轴光纤旋转连接器可实现光信号的离轴、双向传输，有效的解决了中心通道被占用时，旋转光信号的双向传输问题。号的双向传输问题。号的双向传输问题。
【技术实现步骤摘要】
含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器
[0001]本专利技术涉及光纤旋转连接器领域，特别涉及一种双向离轴光纤旋转连接器。
技术介绍
[0002]光纤旋转连接器是一种以光纤作为媒介，以光信号作为载体，在相对旋转的两个部件之间传输光信号的光通信器件。光纤旋转连接器件的应用十分广泛，如军用装甲车上的周视仪、医用CT扫描仪、工业机器人、光电经纬仪、深水声学拖曳系统、深海光纤勘探系统等。
[0003]光纤旋转连接器有同轴和离轴之分，同轴光纤旋转连接器的光轴和旋转轴重合，这种器件光路结构简单、易于制作，所以应用较为广泛。但当旋转连接器中心轴位置被其他介质或器件占用时，同轴光纤旋转连接器就不再适用。在这种应用场合下，需要旋转连接器的光轴和旋转轴相分离，即光束以离轴的方式进行传输，以这种方式传输光信号的器件称为离轴光纤旋转连接器。
[0004]目前，国内外专利文献中公开了不同结构的离轴光纤旋转连接器，它们各有优缺点。
[0005]专利号为US4934783，公开日为1990年6月19日的专利文献中公开了一种内壁反射式中空离轴光纤旋转连接器，旋转轴外的光信号以一定的角度入射到内壁反射镜上并经过多次反射，最终通过定子上的透镜会聚后由光探测器接收。在该结构中，光束以一定的角度经过内壁的多次后，光束发散角变大，不利于传输光束的汇聚，造成插入损耗增大，也未能实现信号双向传输，影响器件的使用范围。
[0006]专利号为US5297225，公开日为1994年3月22日的专利文献中公开了一种波导耦合式中空离轴光纤旋转连接器，使用刻有V形槽的环形波导作为传输通道完成光信号的双向旋转传输，入射端光信号被约束在刻有V形槽的环形波导中传播，当遇到设置在波导中的反射镜时被反射进入出射端。由于采用在波导器件加装反射镜，对集成技术和信号耦合技术要求较高，同时，信号光空间耦和进入波导，其耦和损耗也较大，从而影响整个器件的性能，，此外制作V形槽的精细程度要求高，装配难度也大，器件成品率较低。
[0007]专利公开号为CN114740573A，公开日为2022年7月12日的专利文献中公开了一种准直器耦合式中空离轴光纤旋转连接器，该专利技术通过对称排列分布的光输入端准直器和光输出端准直器在同一中空旋转轴相对旋转以实现光信号的双向传输。由于该旋转连接器工作时需要进行多次耦合，所以使得光信号的损耗大，同时随着转子旋转，耦合效率变化大，信号不稳定，无法实现信号连续传输。
[0008]专利公开号为CN103033886A，公开日为2013年4月10日的专利文献中公开了一种基于光子晶体的中空离轴光纤旋转连接器，包括入射端、带复合缺陷的光子晶体和接收端，入射端包括旁轴旋转入射光，入射端构成了光纤旋转连接器的动子；通过在光子晶体的周期性介质结构中引入缺陷来控制光信号的传输方向，从而实现离轴旋转的光入射端和静止的光接收端之间的光传输。但这种在三维光子晶体内引入环型和直线型缺陷的加工制作方
法较难实现，同时也未能实现信号双向传输，难以进一步投入使用。
[0009]专利公开号为CN108710177A，公开日为2018年10月26日的专利文献中公开了一种锥面反射式中空离轴光纤旋转连接器，光信号以一定的角度进入连接器内部并在锥面和平面之间多次反射后出射，出射光束经环形光栅和透镜组后被耦合进光纤中，由于其用到环形光栅所以加工难度大，同时该连接器未能实现光信号的双向传输，限制其应用范围。
[0010]专利公开号为CN108680997A，公开日为2018年10月19日的专利文献中公开了一种多路中空光纤旋转连接器，离轴光信号进入机构内部进行多次反射传输，该连接器同样无法实现信号的双向传输，器件的使用受到限制。
[0011]上述专利文献中所提出的中空离轴光纤旋转连接器虽然可以实现光信号的旋转传输，但都有各自的缺点，如传输效率低、结构复杂、信号不稳定、无法双向传输等问题，这些问题的存在限制了其应用和推广。
技术实现思路
[0012]针对上述现有技术，本专利技术提供为了克服现有技术问题，本专利技术公开了一种含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，可实现信号光束离轴、双向传输。
[0013]为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，包括外套筒和遮光筒，在所述外套筒的内侧面、位于轴向的中间位置处设有一圈径向凹槽，所述的遮光筒上套装有与所述径向凹槽轴向位置对正的垫圈；所述外套筒与所述遮光筒之间，在所述垫圈的两侧分别设有用于光信号正向传输的第一旋转连接器和用于光信号反向传输的第二旋转连接器；
[0014]所述第一旋转连接器包括设置在所述外套筒与遮光筒之间、且沿轴向自光信号的输入端至所述垫圈的侧面为止依次布置有内套筒和接收端板，所述内套筒和接收端板与所述外套筒之间均为紧密连接；所述内套筒内、且沿轴向自光信号的输入端至所述接收端板依次设有输入端板和中空环形椎体；所述输入端板包括通过卡槽连接的输入外板和输入内板；所述输入外板和输入内板分别通过滚动轴承与所述内套筒转动连接；所述输入外板上设有n个分别布置在不同圆周上的第一输入通道，n≥1，所述输入内板上设有n个与所述输入外板上的n个第一输入通道一一对应贯通的第二输入通道；所述第二输入通道内均设有1个光纤准直器A，所述光纤准直器A的入射方向与所述第一输入通道的走向呈一定角度；所述中空环形锥体的内表面设有反射膜，所述中空环形锥体的锥面板上设有m个出射窗口，所述接收端板设有m个与所述m个出射窗口位置一一对应的接收通道，每个接收通道内均设有光纤准直器B；每个出射窗口的出射端至与其相对应的接收通道内的光纤准直器B之间依次设有与所述内套筒紧密连接的渐开面型的转向器件和耦合透镜组；所述外套筒上，沿轴向自信号的输出端至所述径向凹槽的台阶端面设有1个输出通道；
[0015]所述第二旋转连接器的结构与所述第一旋转连接器的结构相同。
[0016]进一步讲，本专利技术所述的含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，其中：
[0017]所述渐开面型的转向器件是工作面为渐开面的棱镜或是反射镜。
[0018]所述工作面为渐开面的棱镜或是反射镜对光束有转向和收束作用，所述渐开面的形成是：以直线为基线，以渐开线为路径，所述基线在所述路径上连续扫描所产生的曲面；
所述渐开线的方程为：
[0019]x＝r
b
×
cosθ
k
+θ
k
×
r
b
×
sinθ
k
[0020]y＝r
b
×
sinθ
k
‑
θ
k
×
r
b
×
cosθ
k
[0021]其中，r
b
为基圆半径，θ
k
为渐开线上K点的展角，单位是弧度。
[0022]所述输入通道的数量与中空环形锥体的锥面板上出射窗口本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，包括外套筒(7)和遮光筒(23)，其特征在于，在所述外套筒(7)的内侧面、位于轴向的中间位置处设有一圈径向凹槽，所述的遮光筒(23)上套装有与所述径向凹槽轴向位置对正的垫圈(37)；所述外套筒(7)与所述遮光筒(23)之间，在所述垫圈(37)的两侧分别设有用于光信号正向传输的第一旋转连接器和用于光信号反向传输的第二旋转连接器；所述第一旋转连接器包括设置在所述外套筒(7)与遮光筒(23)之间、且沿轴向自光信号的输入端至所述垫圈(37)的侧面为止依次布置有内套筒和接收端板，所述内套筒和接收端板与所述外套筒(7)之间均为紧密连接；所述内套筒内、且沿轴向自光信号的输入端至所述接收端板依次设有输入端板和中空环形椎体；所述输入端板包括通过卡槽连接的输入外板和输入内板；所述输入外板和输入内板分别通过滚动轴承与所述内套筒转动连接；所述输入外板上设有n个分别布置在不同圆周上的第一输入通道，n≥1，所述输入内板上设有n个与所述输入外板上的n个第一输入通道一一对应贯通的第二输入通道；所述第二输入通道内均设有1个光纤准直器A，所述光纤准直器A的入射方向与所述第一输入通道的走向呈一定角度；所述中空环形锥体的内表面设有反射膜，所述中空环形锥体的锥面板上设有m个出射窗口，所述接收端板设有m个与所述m个出射窗口位置一一对应的接收通道，每个接收通道内均设有光纤准直器B；每个出射窗口的出射端至与其相对应的接收通道内的光纤准直器B之间依次设有与所述内套筒紧密连接的渐开面型的转向器件和耦合透镜组；所述外套筒(7)上，沿轴向自信号的输出端至所述径向凹槽的台阶端面设有1个输出通道；所述第二旋转连接器的结构与所述第一旋转连接器的结构相同。2.根据权利要求1所述的含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，其特征在于，所述渐开面型的转向器件是工作面为渐开面的棱镜或是反射镜。3.根据权利要求2所述的含有渐开面型转向器件的双向离轴光纤旋转连接器，其特征在于，所述工作面为渐开面的棱镜或是反射镜对光束有转向和收束作用，所述渐开面(64)的形成是：以直线为基线，以渐开线为路径，所述基线在所述路径上连续扫描所产生的曲面；...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾大功，韩振远，王绮，张红霞，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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