专利名称：一种旋转体与固定体之间的高速光学数据传输系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种基于光纤通信的旋转体和固定体之间的高速数据传输系统，尤其 涉及适用于工业CT系统、安检仪和医用CT系统中的旋转体和固定体之间的高速数据传输 系统。
背景技术：
在工业技术领域中，有很多应用场合需要将旋转体上的数据信息传输到固定体 上，典型的应用如在工业CT系统、安检仪和医用CT系统中，在对被检对象进行检测时，需要 实时地将旋转体上检测到的信息高速高可靠性地传输到固定体上。最初的数据传输系统是 通过电刷和导电环的方式来实现的，但由于旋转体在旋转时电刷和导电环之间的接触电阻 值在不断地变化，这种变化会产生很大的信号噪声，从而降低了数据传输的可靠性，因此不 能用来传输高速数据信号。特别是在高压环境下，旋转体和固定体之间的高压放电引起的 高压噪声更大。另外，由于碳刷和滑环之间的接触摩擦，也影响了数据传输系统的使用寿 命。随着具有多排X光探测器的高速工业CT系统和医用CT系统在实际检测中得到广 泛应用，系统在单位时间内采集到的检测数据大大增加，采用碳刷和滑环接触的方式来实 现数据传输是越来越不可靠和理想的了。因此，业界提出了用无线电容耦合的方式来代替 上述的碳刷滑环方式，但是无线电容耦合的电磁场比较容易受到外界电压、电流和电磁场 的干扰，因此高速数据传输的准确性以及传输速率受到限制和影响。为了解决上述的问题，业界还提出了基于光学的信号传输系统，如在公开号为 CN101006925A的专利申请中，公开了一种基于光纤的数据传输系统，其中，在旋转体上沿圆 周方向固定若干个电光转换元件(如激光二极管)和聚焦透镜作为信号发射部分，在固定 体上沿圆周方向设置一段有限长度的光纤束来接收发射部分发射的光信号并传送到光电 转换元件，保证在实际工作中，至少有一束发射部分发射的光束能够落在固定体上的光纤 束上。在公开号为CN 1989905A的专利申请中，同样公开了一种基于光纤的数据传输系统， 与CN101006925A不同的是，这个专利申请中在旋转体上只设置了一个电光转换元件(如激 光二极管)和聚焦透镜作为信号发射部分，在固定体上沿圆周方向布满光纤来接收发射的 光信号并传送到光电转换元件。但上述这两种系统都采用了较多的激光器或光纤，成本较 高，实用性受到限制。在公开号为CN101794504A的专利申请中，公开了一种基于光纤通信的数据传输 系统，其通过旋转体上的带轮带动同步带转动，在带轮上间隔180度设置两个激光准直镜， 在同步带上等间隔设置三个激光准直镜，同步带的长度是带轮周长的1. 5倍，同步带与带 轮啮合180度，保证任意时刻都有一对激光准直镜是配合相对的，这样就将旋转体带轮上 的激光数据传输到同步带上的光纤中。其实，除此之外还有很多方式能够实现上述功能， 如在带轮上等间距设置三个激光准直镜，在同步带上也等间距设置三个激光准直镜，同步 带的长度与带轮周长相等，同步带与带轮啮合120度，这样同样可以保证任意时刻都有一对激光准直镜是配合相对的，就将旋转体带轮上的激光数据传输到同步带上的光纤中。还 有很多种这样的设置方式，在这就不一一列出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于光纤通信的用于旋转体和固定体之间的高速高 可靠性数据传输系统，尤其适用于工业CT、安检仪和医用CT的滑环系统中，以实现将旋转 体上的检测数据高速高可靠地传输到固定体上，该高速高可靠性数据传输系统包括数据 采集装置，其设置在旋转体上；发射装置，其设置在旋转体上；光纤准直镜，其安装在发射 装置中；曲线导轨和滑块，其中曲线导轨设置在固定体上，滑块安装在曲线导轨上；接收装 置，其设置在滑块上；光纤耦合镜，其设置在接收装置中；光纤旋转连接器，其设置在固定 体上；光合路器，其设置在固定体上；在旋转体旋转过程中，至少有一对发射装置与接收装 置相对或啮合，使得至少有一对光纤准直镜和光纤耦合镜相对或啮合。其中的数据采集装置将模拟电信号转换为数字电信号并将该数字电信号转换为 数字光信号，通过光纤将其传输出去。其中的发射装置至少为两个，发射装置到旋转体的中 心均相等。其中的曲线导轨是封闭的，并有一部分曲线导轨与以旋转体中心为圆心，发射装 置到该中心的距离为半径所形成的圆周的一部分圆周重叠，该重叠部分的弧长大于或等于 该圆周上任意两个相邻发射装置之间的弧长。其中的曲线导轨是封闭的，并有一部分曲线 导轨紧贴以旋转体中心为圆心，发射装置到该中心的距离为半径所形成的圆周的一部分圆 周的外侧，该部分曲线导轨与旋转体中心所形成的夹角大于或等于该圆周上任意两个相邻 发射装置与旋转体圆心形成的夹角。其中的接收装置设置在曲线导轨上，并且接收装置之 间用钢丝紧绷地连接着。其中的光纤旋转连接器位于曲线导轨所围成形状的中间。其中的 发射装置具有凸锥体结构。其中的接收装置具有凹锥体结构，其锥角与发射装置的凸锥体 的锥角相等，接收装置与发射装置可以完全啮合。光纤准直镜可以将光纤中的光准直成平行光向空间发射，光纤耦合镜可以将空间 的平行光聚焦到光纤中，光纤旋转连接器可以将旋转的光纤中的光传输到固定的光纤中。
图1是根据本发明提出的实施例中的数据传输系统的原理示意图；图2是根据本发明提出的实施例中的发射装置的剖面图；图3是根据本发明提出的实施例中的滑块和接收装置的剖面图； 图4是根据本发明提出的另一种实施方式的原理示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明所提出的光纤数据传输系统包括旋转体110，数据采集装置 140，发射装置150，光纤准直镜160，光纤耦合镜170，接收装置180，滑块190，曲线导轨 200，固定体210，光纤旋转连接器220和光合路器230。其中，数据采集装置140，发射装置 150，光纤准直镜160都安装在旋转体110上，旋转体110是一圆盘状物体，X光发射装置120 和X光接收装置130也安装在旋转体110上；曲线导轨200、光纤旋转连接器220和光合路 器230都安装在固定体210上，滑块190安装在曲线导轨200上，接收装置180设置在滑块 190上，光纤耦合镜170安装在接收装置180中，固定体210最外侧的细线表示固定体210的框架。在CT系统的扫查过程中，旋转体110由电机带动旋转，在图1中没有示出电机，X 光发射装置120持续发射X光并随旋转体110旋转，所述的X光穿过位于该X光发射装置 120和X光接收装置130之间的被检对象并被X光接收装置130所接收到，X光接收装置 130可以将接收到的X光的能量转换为模拟电信号，该X光接收装置130可以为单排或多排 的X光探测器阵列。该X光接收装置130与数据采集装置140相连，并将检测到的模拟电信号传送到 该数据采集装置140，经过模数转换和相应的数据处理后转换成数字电信号，在高速CT系 统中，数据采集装置140 —般还包括电光转换单元141，将数字电信号转换为数字光信号并 通过光纤传输给光纤准直镜160。在实际的系统中，数据采集装置140通过光纤分路器与所 有的光纤准直镜160相连接。发射装置150固定在旋转体110的圆周上，光纤准直镜160安装在发射装置150 中，沿旋转体110的径向发射激光信号，本实施例中选用2个发射装置150A和150B，间隔 180度安装。图2是发射装置沿垂直纸面方向的剖视图，发射装置具有凸锥体形结构。曲 线导轨200安装在固定体上，图3是滑块和接收装置沿垂直纸面方向的剖视图，接收装置固 定在滑块上。曲线导轨200的长度是旋转体110周长的1. 5倍，在曲线导轨200上等间距 安装3个接收装置180A，180B和180C，这三个接收装置之间是用刚性较好的钢丝紧绷地连 接着，或用其它的材料的线连接接收装置。如图3所示，光纤耦合镜170固定安装在接收装 置180中，接收装置180具有凹锥体形结构，其锥角与发射装置的凸锥体的锥角相等，在实 际运行中，凸锥体和凹锥体是完全相啮合的。如图1所示，接收装置180A和180B分别与发 射装置150A和150B相对并啮合，这时光纤准直镜160A、160B分别与光纤耦合镜170A、170B 相对，从而可以进行光传输，实现高速光通信。在旋转体110旋转时，固定在旋转体110上 的发射装置150也随之旋转，由于发射装置与接收装置锥体的啮合从而带动接收装置180 转动，从而带动滑块190在曲线导轨200上滑动。这样当发射装置150A从图1所示的位置 处顺时针旋转到发射装置150B所在的位置处的过程中，接收装置180A也从图1所示的位 置处向接收装置180B所在的位置处逆时针旋转，并且在旋转过程中，始终保持光纤准直镜 160A与光纤耦合镜170A相对，从而保证光纤准直镜160A发射的激光信号能完全被光纤耦 合镜170A获取到。当发射装置150A顺时针旋转180度时，发射装置150B也顺时针旋转180度，这时， 接收装置180A逆时针旋转到180B所在的位置处，180C逆时针旋转到180A所在的位置处， 并与发射装置150B相对并啮合，这样发射装置与接收装置交替相对啮合，从而实现光通信 的不间断通信。光纤准直镜160可以将光纤中的光准直成平行光向空间发射，光纤耦合镜170可 以将空间的平行光聚焦到光纤中，光纤旋转连接器220可以将旋转的光纤中的光传输到固 定的光纤中，在本发明中采用的是三通道光纤旋转连接器，光纤旋转连接器位于曲线导轨 所围成形状的中间，可以设置一旋转机构使得光纤旋转连接器的旋转端随滑块同步旋转， 将光纤旋转连接器的三个固定光纤通道连接到三合一的光合路器230上，合成一路光纤输 出，输出到图像处理装置中。更为优选的是，可以将光纤耦合镜170A、170B和170C的光纤都连接到三合一的光纤合路器的三路输入端上，在光纤耦合镜170A、170B和170C旋转时，保证光纤合路器也同 步旋转，再通过光纤将光纤合路器的一路输出端连接到一个单通道的光纤旋转连接器的旋 转端，并保证光纤旋转连接器的旋转端与光纤合路器同步旋转，这样就可以用一个单通道 的光纤旋转连接器来代替三通道的光纤旋转连接器，从而降低了产品的成本。在本发明中，发射装置150和光纤准直镜160的个数优选为2个，接收装置180和 光纤耦合镜170的个数优选为3个，但可以根据实际的需要设置任意个数的发射装置、光纤 准直镜、光纤耦合镜和接收装置。例如如图4所示，可以设置两段曲线导轨对称安装，这两 段曲线导轨的长度为旋转体周长的四分之三，两个发射装置间隔90度安装，采用两个发射 装置与六个接收装置交替啮合的方法实现不间断的光通信。最后通过一个二合一的光合路 器将光信号传输到图像处理装置。发射装置具有凸锥体形结构，至少为两个，设置在该旋转体上，并相隔一定的角 度。虽然本发明的实施例中的曲线导轨长度是旋转体周长的1. 5倍，但并不局限于此，本领 域技术人员可以采用任何能够实现本发明的长度的曲线导轨来实现本发明。虽然本发明的实施例中的发射装置具有凸锥体结构，接收装置具有凹锥体结构， 它们可以完全啮合，从而保证安装在它们中的光纤准直镜和光纤耦合镜完全对准，但也可 以采用其它的可以实现光纤准直镜和光纤耦合镜完全对直的结构来实现本发明，甚至在机 械结构的精度保证条件之下，发射装置和接收装置并不接触，而是相隔一定的距离，由发射 装置和接收装置的承载机构保证它们之间是对准的。
权利要求
一种基于光纤通信的旋转体和固定体之间的数据传输系统，其特征在于，该高速数据传输系统包括数据采集装置，其设置在旋转体上；发射装置，其设置在旋转体上；光纤准直镜，其安装在发射装置中；曲线导轨和滑块，其中曲线导轨设置在固定体上，滑块安装在曲线导轨上；接收装置，其设置在滑块上；光纤耦合镜，其设置在接收装置中；光纤旋转连接器，其设置在固定体上；光合路器，其设置在固定体上；在旋转体旋转过程中，至少有一对发射装置与接收装置相对或啮合，使得至少有一对光纤准直镜和光纤耦合镜相对或啮合。
2.如权利要求1中所述的数据传输系统，其中的数据采集装置将模拟电信号转换为数 字电信号并将该数字电信号转换为数字光信号，通过光纤将其传输出去。
3.如权利要求1中所述的数据传输系统，其中的发射装置至少为两个，发射装置到旋 转体的中心均相等。
4.如权利要求1中所述的数据传输系统，其中的曲线导轨是封闭的，并有一部分曲线 导轨与以旋转体中心为圆心，发射装置到该中心的距离为半径所形成的圆周的一部分圆周 重叠，该重叠部分的弧长大于或等于该圆周上任意两个相邻发射装置之间的弧长。
5.如权利要求1中所述的数据传输系统，其中的曲线导轨是封闭的，并有一部分曲线 导轨紧贴以旋转体中心为圆心，发射装置到该中心的距离为半径所形成的圆周的一部分圆 周的外侧，该部分曲线导轨与旋转体中心所形成的夹角大于或等于该圆周上任意两个相邻 发射装置与旋转体圆心形成的夹角。
6.如权利要求1中所述的数据传输系统，其中的接收装置设置在曲线导轨上，并且接 收装置之间用钢丝紧绷地连接着。
7.如权利要求1中所述的数据传输系统，其中的光纤旋转连接器位于曲线导轨所围成 形状的中间。
8.如权利要求3中所述的数据传输系统，其中的发射装置具有凸锥体结构。
9.如权利要求5中所述的数据传输系统，其中的接收装置具有凹锥体结构，其锥角与 发射装置的凸锥体的锥角相等，接收装置与发射装置可以完全啮合。
全文摘要
一种旋转体和固定体之间的高速光纤数据传输系统，该系统基于光纤通信技术，适用于工业CT、高端安检仪或医用CT的滑环系统中，以实现将旋转体上的检测数据高速高可靠地传输到固定体上，该系统包括设置在旋转体上的数据采集装置、发射装置、光纤准直镜、曲线导轨、滑块、接收装置、光纤耦合镜以及设置在固定体上的光纤旋转连接器和光合路器。由于本发明采用光纤通信来实现数据的高速传输，传输速率高、误码率低并且抗干扰能力强，满足了工业CT、高端安检仪或医用CT中大数据量高速传输的要求。
文档编号G02B6/42GK101982942SQ201010283499
公开日2011年3月2日 申请日期2010年9月16日 优先权日2010年9月16日
发明者徐圆飞, 杨继文, 王稷 申请人:北京航星机器制造公司