[发明专利]多通道离轴光纤旋转连接器

说明书

本发明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。

技术领域

本发明涉及光纤通信和信号传输技术领域，特别涉及一种离轴光纤旋转连接器。

背景技术

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-ROTATING MECHANISM FOR OFF-AXIS FIBER OPTICROTARY JOINT》。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。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明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。本发明是通过如下的技术方案来实现：