本申请涉及光通信技术领域，尤其涉及一种基于光通信的全双工信号传输装置。
背景技术：
为解决相对旋转部件之间双向数据通信的问题，早期采用了滑环技术。但由于滑环固有的磨损问题，平均寿命一般在几亿转左右。例如，对于激光雷达这种需要连续工作且高速旋转的设备，滑环只能维持1～2年的工作时间。因此，滑环并不能满足大多数产品的设计要求；而且，受触点磨损的影响，信号通信质量也会存在较大的隐患。
随着光通信技术的发展，两个相对旋转的部件之间采用光通信进行数据传输解决了滑环的技术问题。
当相对旋转的部件1和部件2之间采用全双工的通信方式时，部件1和部件2之间包括两组不同光谱的光发射器和光接收器。图1为现有技术中相对旋转部件之间的全双工光通信装置示意图。如图1所示，包括部件1和部件2,。部件1上设置了光发射器3和光接收器4。部件2上设置了光发射器5和光接收器6。光发射器3和光接收器4实现部件1向部件2的单向数据传输。光发射器5和光接收器6实现部件2向部件1的单向数据传输。其中，部件 2和部件1可以相对旋转。
图2为现有技术部件相对旋转一定角度后的全双工光通信装置示意图。从图2可以看出，部件2旋转180度之后，光发射器3和光接收器4之间，由于位置变化，形成了一个明显的夹角。由发光器件的基本参数可知，随着部件1和部件2之间相对旋转，相互匹配的光发射器3和光接收器4之间的角度发生明显变化，从而导致光接收器4接收到的光强信号随之发生变化。光发射器3和光接收器4之间的夹角越小则光强越强，夹角越大则光强越弱。
由于光接收器4或光接收器6接收的光信号强弱的变化，在数据解析过程中，会导致信号占空比大幅变化，很容易出现误码，从而影响传输质量和传输速率。
为解决现有激光雷达中全双工通信的问题，也有采用多个收、发器组合起来的方案来减少因部件旋转带来的光信号强弱变化。但是，需要配置较多的光发射器和光接收器，不仅使通信结构的设计更加复杂，而且会增加成本。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本申请具体实施例提供一种基于光通信的全双工信号传输装置，使全双工信号传输装置中的光接收器接收到光信号的强度始终保持不变。
本申请是通过如下方式实现的：
第一方面，本申请具体实施例提供一种基于光通信的全双工信号传输装置，包括围绕同一个旋转轴心相对旋转的第一旋转部件10和第二旋转部件20；第一旋转部件10设置有第一光发射器11和第一光接收器12，第二旋转部件20设置有第二光发射器21和第二光接收器 22，第一旋转部件10和第二旋转部件20安装第一光发射器11、第二光发射器21和第一光接收器12、第二光接收器22的安装平面相互平行、与所述旋转轴心线垂直；其中，所述第一光发射器11和所述第二光接收器22采用第一波长的光谱通信；所述第二光发射器21和所述第一光接收器12采用第二波长的光谱通信；第一旋转部件10设置的第一光接收器12的光敏面和第二旋转部件20设置的第二光接收器22的光敏面设置在所述第一旋转部件10和第二旋转部件20的相对旋转中心上。
在一个可能的设计中，所述第一光发射器11紧邻第一光接收器12设置，所述第二光发射器21紧邻第二光接收器22设置。
在一个可能的设计中，所述第一旋转部件10相对第二旋转部件20的旋转中心到第一光发射器11中心的距离和第一光发射器11的发射面到第二光接收器22的光敏面的垂直距离，需要满足如下条件：
(tan(θ1/2)*d1)>(r1+a1/2)
其中，θ1为第一光发射器11发射的有效光强的覆盖角度；d1为第一光发射器11的发射面到第二光接收器22的光敏面的垂直距离；r1为第一旋转部件10相对第二旋转部件20的旋转中心到第一光发射器11中心的距离；a1为第二光接收器22光敏面的直径；
所述第二旋转部件20相对第一旋转部件10的旋转中心到第二光发射器21中心的距离和第二光发射器21的发射面到第一光接收器12的光敏面的垂直距离，需要满足如下条件：
(tan(θ2/2)*d2)>(r2+a2/2)
其中，θ2为第二光发射器21发射的有效光强的覆盖角度；d2为第二光发射器21的发射面到第一光接收器12的光敏面的垂直距离；r2为第二旋转部件20相对第一旋转部件10的旋转中心到第二光发射器21中心的距离；a2为第一光接收器12光敏面的直径。
在一个可能的设计中，所述第一光发射器11为光束发散方向呈各向同性或各向异性的光发射器；所述第二光发射器21为光束发散方向呈各向同性或各向异性的光发射器。
在一个可能的设计中，还包括设置在第一旋转部件10的第一定向基座13和设置在第二旋转部件20的第二定向基座23；所述第一光发射器11设置在第一定向基座13上，使得所述第一光发射器11的发射面正对所述第二光接收器22的光敏面；以及，所述第二光发射器 21设置在第二定向基座23上，使得所述第二光发射器21的发射面正对所述第一光接收器12 的光敏面。
第二方面，本申请实施例提供一种基于光通信的全双工信号传输装置，包括围绕同一个旋转轴心相对旋转的第一旋转部件10和第二旋转部件20；第一旋转部件10设置有第一光发射器11和第一光接收器12，第二旋转部件20设置有第二光发射器21和第二光接收器22，第一旋转部件10和第二旋转部件20安装第一光发射器11、第二光发射器21和第一光接收器12、第二光接收器22的安装平面相互平行、与所述旋转轴心线垂直；其中，所述第一光发射器11和所述第二光接收器22采用第一波长的光谱通信；所述第二光发射器21和所述第一光接收器12采用第二波长的光谱通信；第一旋转部件10设置的第一光发射器11的发射面和第二旋转部件20设置的第二光发射器21的发射面分别设置在所述第一旋转部件10和第二旋转部件20的相对旋转中心。
在一个可能的设计中，所述第一光接收器12紧邻第一光发射器11设置，以及，所述第二光接收器22紧邻第二光发射器21设置。
在一个可能的设计中，第二光发射器21与光接收器之间的间隙和第一光发射器11的发射面到第二光接收器22的光敏面的垂直距离，需要满足如下条件：
(tan(θ3/2)*d3)>(a3+b3/2+X3)
θ3为第一光发射器11发射的有效光强的覆盖角度；d3为第一光发射器11的发射面到第二光接收器22的光敏面的垂直距离；X3为第二光发射器21与第二光接收器22之间的间隙； a3为第二光接收器22光敏面的直径；b3为第二光发射器21器件的直径；
所述第一光发射器11与第一光接收器12之间的间隙和第二光发射器21的发射面到第一光接收器12的光敏面的垂直距离，需要满足如下条件：
(tan(θ4/2)*d4)>(a4+b4/2+X4)
其中，θ4为第二光发射器21发射的有效光强的覆盖角度；d4为第二光发射器21的发射面到第一光接收器12的光敏面的垂直距离；b4为第一光发射器11器件的直径；X4为第一光发射器11与第一光接收器12之间的间隙；a4为第一光接收器12光敏面的直径。
在一个可能的设计中，所述第一光发射器11为光束发散方向呈各向同性的光发射器；所述第二光发射器21为光束发散方向呈各向同性的光发射器。
本申请具体实施例提供一种基于光通信的全双工信号传输装置。包括分别设置在两个部件的相对旋转中心的光接收器以及与光接收器相邻的光发射器。因为光接收器设置在相对旋转的中心，所以光发射器的发射面到光接收器的光敏面的距离始终保持相对不变。使光接收器接收的信号的强度保持不变，从而减少误码率，提高传输质量和效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为现有技术中相对旋转部件之间的全双工光通信装置示意图；
图2为现有技术部件相对旋转一定角度后的全双工光通信装置示意图；
图3为本申请具体实施例提供的一种基于光通信的全双工信号传输装置；
图4为本申请具体实施例中基于光通信的全双工信号传输装置安装结构图；
图5为本申请实施例提供的一种包括定向基座的基于光通信的全双工信号传输装置；
图6为本申请具体实施例提供的一种各向同性的信号传输装置在不同角度的示意图；
图7为本申请具体实施例提供的一种各向异性信号传输装置在不同角度的示意图；
图8为光信号强度关系图；
图9为信号解析示意图；
图10为本申请实施例提供基于光通信的全双工信号传输装置；
图11为本申请光发射器在相对旋转中心的不同角度的示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。
图3为本申请具体实施例提供的一种基于光通信的全双工信号传输装置。如图3所示，包括第一旋转部件10和第二旋转部件20,第一旋转部件10和第二旋转部件20围绕同一个旋转轴心相对旋转。其中，第一旋转部件10包括第一光发射器11和第一光接收器12，第二旋转部件20包括第二光发射器21和第二光接收器22。第一旋转部件10和第二旋转部件20 安装第一光发射器11、第二光发射器21和第一光接收器12、第二光接收器22的安装平面相互平行、与旋转轴心线垂直。其中，第一光接收器12设置在第一旋转部件10相对第二旋转部件20的旋转中心，第二光接收器22设置在第二旋转部件20相对第一旋转部件10的旋转中心。
在本申请的具体实施例中，第一光发射器11和/或第二光发射器21可以是光束发散方向呈各向同性的光发射器，也可以是光束发散方向呈各向异性的光发射器。在一个例子中，光束发散方向呈各向同性的光发射器发射的光束为圆形，光束发散方向呈各向异性的光发射器发射的光束为椭圆形。
下面，通过具体实施例对本申请第一光发射器11和第二光发射器21为光束发散方向呈各向同性的光发射器进行具体的说明。
第一光接收器12设置在第一旋转部件10相对第二旋转部件20的旋转中心，第一光发射器11设置在第一旋转部件10上与第一光接收器12相邻的位置。
一方面，可以在第一旋转部件10上将第一光发射器11和第一光接收器12紧邻的设置，紧邻是第一光接收器12和第一光发射器11之间的没有间隙或间隙很小。
另一方面，第一光发射器11和第一光接收器12之间的距离，以及第一光发射器11的发射面和第二光接收器22的光敏面之间的距离，需要满足下述条件：
(tan(θ1/2)*d1)>(r1+a1/2) 公式1-1
θ1为第一光发射器11发射的有效光强的覆盖角度；d1为第一光发射器11的发射面到第二光接收器22的光敏面的垂直距离；r1为第一旋转部件10相对第二旋转部件20的旋转中心到第一光发射器11中心的距离；a1为第二光接收器22光敏面的直径。
第二旋转部件20相对第一旋转部件10的旋转中心到第二光发射器21中心的距离和第二光发射器21的发射面到第一光接收器12的光敏面的垂直距离，需要满足：
(tan(θ2/2)*d2)>(r2+a2/2) 公式1-2
其中，θ2为第二光发射器21发射的有效光强的覆盖角度；d2为第二光发射器21的发射面到第一光接收器12的光敏面的垂直距离；r2为第二旋转部件20相对第一旋转部件10的旋转中心到第二光发射器21中心的距离；a2为第一光接收器12光敏面的直径
在一个例子中，图4为本申请具体实施例中基于光通信的全双工信号传输装置安装结构图。如图4所示，包括第一旋转部件10、第二旋转部件20、第一光发射器11、第二光发射器21、第二光接收器22和第一光接收器12。第二光接收器22光敏面的直径为a1，第一光发射器11的发射面到第二光接收器22的光敏面的垂直距离为d1，第一旋转部件10相对第二旋转部件20的旋转中心到第一光发射器11中心的距离r1。第一光发射器11发射的有效光强的覆盖角度为θ1度。其中，a1为光接收器的固有参数。
因此，基于公式1-1和公式1-2，调整第一光发射器11发射面到第二光接收器22的光敏面的垂直距离d1和/或第一旋转部件10相对第二旋转部件20的旋转中心到第一光发射器 11中心的距离r1，使第一光发射器11发出的信号覆盖第二光接收器22的光敏面。
第二光发射器21与第一光接收器12和第二光接收器22的相对位置可以参照上述第一光发射器11与第一光接收器12和第二光接收器22确定。本申请对此不进行赘述。
可选的，图5为本申请实施例提供的一种包括定向基座的基于光通信的全双工信号传输装置。如图5所示，第一旋转部件10包括设置了第一定向基座13，第二旋转部件20包括设置了第二定向基座23。第一定向基座13和第二定向基座23的一端为平面，另一端为斜面。所述第一定向基座13和第二定向基座23的平面分别与第一旋转部件10和第二旋转部件20 连接，所述第一光发射器11和第二光发射器21分别与第一定向基座13和第二定向基座23 的斜面连接。由于第一光发射器11设置在第一定向基座13的斜面，第二定向基座23上的第二光发射器21的发射面正对第一光接收器12的光敏面，所以光接收器接收到的光强在相同的距离下更强。
当然，上述具体实施例仅针对光发射器发射的光束的发散方向呈各向同性。当光发射器发射的光束的发散方向呈各向异性时，在上述实施例的基础上，光发射器设置在部件上并且光束发散方向最大的角穿过部件的相对旋转中心。公式1-1和公式1-2中的θ1、θ2为最大发散方向的角度。
图6为本申请具体实施例提供的一种各向同性的信号传输装置在不同角度的示意图。如图6所示，6A为光发射器的投影方向在光接收器右侧的示意图。如图6A所示，第一旋转部件10，第二光接收器22，第二光接收器22设置在第一旋转部件10相对第二旋转部件20的旋转中心。所示6A还包括第一光发射器11的投影，以及第一光发射器11发出的光束在第二光接收器22的光敏面的覆盖范围602，所示覆盖范围602为圆形。当第一光发射器11在所示位置向第二光接收器22发射光束时，光束在第二光接收器22的光敏面的覆盖范围602覆盖第二光接收器22的光敏面。
如图6A所示，还包括第一光发射器11相对第二光接收器22的旋转轨迹601。如图6B 所示，6B为第一光发射器11绕所述旋转轨迹601旋转180度时的示意图。如图6B所示，当第一光发射器11在所示位置向第二光接收器22发射光束时，光束在第二光接收器22的光敏面的覆盖范围602覆盖所述第二光接收器22。
图7为本申请具体实施例提供的一种各向异性信号传输装置在不同角度的示意图。如图 7所示，7A为信号投影方向在信号接收器右侧的示意图。如图7A所示，包括第一旋转部件 10和第二光接收器22，第二光接收器22设置在第一旋转部件10相对第二旋转部件20的旋转中心。7A还包括第一光发射器11的投影，以及第一光发射器11发射的光束在第二光接收器22的光敏面的覆盖范围702，覆盖范围702为椭圆形。当第一光发射器11在所示位置向第二光接收器22发射光束时，光束在第二光接收器22的光敏面的覆盖范围702覆盖第二光接收器22的光敏面。
如图7A所示，还包括第一光发射器11相对第二光接收器22的旋转轨迹701。如图7B 所示，7B为第一光发射器11绕旋转轨迹701旋转180度时的示意图。如图7B所示，当第一光发射器11在位置向第二光接收器22发射光束时，光束在第二光接收器22的光敏面的覆盖范围702覆盖第二光接收器22。
图8为光信号强度关系图，如图8所示，光信号的强弱关系与光发射器和光接收器的角度。当光发射器与光接收器之间的相对角度越小时，光信号越强。当光接收器与光发射器之间的相对角度越大时，光信号越弱。
图9为信号解析示意图。如图9所示，包括接收的信号和解析的信号。接收的信号包括第一接收信号和第二接收信号，其中，第一接收信号较强，第二接收信号相对第一信号较弱。在数据解析过程中，第一接收信号被解析为第一解析信号，第二接收信号被解析成第二解析信号。由于不同信号的强弱不同，会导致信号占空比大幅变化，很容易出现误码，从而影响传输质量和传输速率。
由上述图8、图9的内容可以知道，光信号的强弱与光发射器和光接收器之间的角度相关，而光接收器接收到信号的强、弱将直接影响解析出来的信号。因此，本申请第一光发射器11绕第二光接收器22的一个固定的半径旋转，光束覆盖第二光接收器22的半径始终保持不变。第二光接收器22接收到的光强信号始终一致，其可靠性和一致性极其稳定，有效保证了信号波形及占空比的稳定性和一致性，从而有效降低误码率、有效提高数据传输速率。
当然，光接收器设置在部件的相对旋转中心仅为本申请中的一种具体实施例。在本申请的实施例中，光发射器也可以设置在部件相对旋转中心。
图10为本申请实施例提供基于光通信的全双工信号传输装置，包括围绕同一个旋转轴心相对旋转的第一旋转部件10和第二旋转部件20。第一旋转部件10设置有第一光发射器11 和第一光接收器12，第二旋转部件20设置有第二光发射器21和第二光接收器22。
第一旋转部件10和第二旋转部件20安装第一光发射器11、第二光发射器21和第一光接收器12、第二光接收器22的安装平面相互平行、与所述旋转轴心线垂直。第一光发射器 11为光束发散方向呈各向同性的光发射器；第二光发射器21为光束发散方向呈各向同性的光发射器。
其中，第一光发射器11和第二光接收器22采用第一波长的光谱通信。第二光发射器21 和第一光接收器12采用第二波长的光谱通信。
第一旋转部件10设置的第一光发射器11的发射面和第二旋转部件20设置的第二光发射器21的发射面分别设置在第一旋转部件10和第二旋转部件20的相对旋转中心。
一方面，第一光接收器12紧邻第一光发射器11设置，以及，第二光接收器22紧邻第二光发射器21设置。
另一方面，第二光发射器21与第二光接收器22之间的间隙和第一光发射器11的发射面到第二光接收器22的光敏面的垂直距离，需要满足下述条件：
(tan(θ3/2)*d3)>(a3+b3/2+X3)
θ3为第一光发射器11发射的有效光强的覆盖角度；d3为第一光发射器11的发射面到第二光接收器22的光敏面的垂直距离；X3为第二光发射器21与第二光接收器22之间的间隙； a3为第二光接收器22光敏面的直径；b3为第二光发射器21器件的直径；
第一光发射器11与第一光接收器12之间的间隙和第二光发射器21的发射面到第一光接收器12的光敏面的垂直距离，需要满足下述条件：
(tan(θ4/2)*d4)>(a4+b4/2+X4)
其中，θ4为光发射器(21)发射的有效光强的覆盖角度；d4为第二光发射器21的发射面到第一光接收器12的光敏面的垂直距离；b4为第一光发射器11器件的直径；X4为第一光发射器 11与第一光接收器12之间的间隙；a4为第一光接收器12光敏面的直径。
图11为本申请光发射器在相对旋转中心的不同角度的示意图。如图11所示，包括第一旋转部件10和设置在第一旋转部件10上的第二光接收器22，以及第一光发射器11在第一旋转部件10上的投影。11A为第二光接收器22在第一光发射器11的投影右侧的示意图。图 11A还包括第一光发射器11发射的光束在第二光接收器22的光敏面的覆盖范围1102，覆盖范围1102为圆形。当第一光发射器11在所示位置向第二光接收器22发射光束时，光束在第二光接收器22的光敏面的覆盖范围1102覆盖第二光接收器22的光敏面。
图11A还包括第二光接收器22相对第一光发射器11的旋转轨迹1101，第二光接收器22 的旋转轨迹1101以一个固定的半径绕第一光发射器11旋转。图11B为第二光接收器22绕旋转轨迹1101旋转180度时的示意图。当第一光发射器11在所示位置向第二光接收器22发射光束时，光束在第二光接收器22的光敏面的覆盖范围1102覆盖第二光接收器22。
并且，由于第二光接收器22绕第一光发射器11旋转的半径始终是固定的，因此第二光接收器22接收到的光强信号始终一致，其可靠性和一致性极其稳定，有效保证了信号波形及占空比的稳定性和一致性，从而有效降低误码率、有效提高数据传输速率。
需要说明的是，本申请提供实施例只是本申请所介绍的可选实施例，本领域技术人员在此基础上，完全可以设计出更多的实施例，因此不在此处赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或40组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。