专利名称：一种旋转体和固定体之间的高速数据传输装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于旋转体和固定体之间的高速数据传输装置，尤其涉及 适用于工业CT系统和医用CT系统中的旋转体和固定体之间的高速数据传输装置。
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地传输到固定体上。最初的数据传输装置是通过电刷 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，也影响了数据传输装置的使用寿命。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。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种基于无线激光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装置，尤其适用于工业CT或医用CT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装置包括设置在旋转 体上的数据采集装置；设置在沿旋转体圆周方向上的若干个激光发射装置；设置在固定体 上的若干个反射镜；设置在固定体上的激光接收装置。其中数据采集装置与激光发射装置相连，具有将X光接收装置转换的模拟电信号 转换为数字电信号和将数字电信号转换为数字光信号并通过光纤将其传输出去的功能。[0007]激光发射装置由光电转换单元、电光转换单元和聚焦透镜组成，其中光电转换单 元为光电二极管，用于将光纤中的数字光信号转换为数字电信号；电光转换单元为半导体 激光二极管，用于将数字电信号转换为数字光信号并在大气中传输出去，并且该电光转换 单元发射的光束沿着旋转体的径向，即反向经过旋转体的圆心，聚焦透镜准直和收缩光束， 激光发射装置的个数由反射镜的尺寸和个数来决定。反射镜可以是椭圆面反射镜或椭球面反射镜，椭圆面反射镜的反射面是椭圆位于 旋转体内径和固定体的框架之间的一部分圆周沿着垂直于椭圆方向延伸一定宽度形成的 椭圆曲面，该宽度以能够完全反射全部光束为宜，该椭圆的两个焦点分别是该旋转体的圆 心和激光接收装置中的光电检测器检测面的中心，选择该椭圆合适的长半轴和短半轴以致 该椭圆的位于旋转体内径和固定体的框架之间的一部分圆周与旋转体圆心形成的夹角最 大。椭球面反射镜的反射面是椭圆位于旋转体内径和固定体的框架之间的一部分圆周相 对于椭圆焦点所在的直线旋转一定角度形成的椭球面，该角度以能够完全反射全部光束为 宜，该椭圆的两个焦点分别是该旋转体的圆心和激光接收装置中的光电检测器检测面的中 心，选择该椭圆合适的长半轴和短半轴以致该椭圆的位于旋转体内径和固定体的框架之间 的一部分圆周与旋转体圆心形成的夹角最大。激光接收装置主要由光电检测器和聚焦透镜组成，该光电检测器为光电二极管， 该聚焦透镜将光束汇聚到该光电检测器的检测面上。
图1是本实用新型所提出的无线激光数据传输装置的一个实施例的装置结构示 意图；图2是基于本实用新型所提出的无线激光数据传输装置的另一个实施例的装置 结构示意图；图3是基于本实用新型所提出的无线激光数据传输装置采用多块反射镜的另一 个实施例的装置结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型所提出的无线激光数据传输装置包括旋转体110，数据采 集装置140，激光发射装置150，角度编码器160，激光发射切换电路170，固定体210，激光接 收装置220和反射镜310。其中，数据采集装置140，激光发射装置150，角度编码器160和 激光发射切换电路170都安装在旋转体110上，X光发射装置120和X光接收装置130也 安装在旋转体110上，旋转体110的粗线圆周为旋转体内径，旋转体110的细线圆周为旋转 体的外径；激光接收装置220和反射镜310安装在固定体210上，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。[0015]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 通过光纤传输给激光发射装置150。在实际的装置中，数据采集装置140与所有的激光发射 装置150相连接，但为了简明起见，图1中只示出了数据采集装置140将数字光信号通过光 纤传输给一个激光发射装置150。激光发射装置150由光电转换单元151和电光转换单元152组成，光电转换单元 151主要由光电二极管组成，电光转换单元152主要由半导体激光二极管组成，该半导体激 光二极管的发射方向沿着旋转体110的径向，其中光电转换单元151可以将数据采集装置 140传输过来的数字光信号转换为相应的电信号，电光转换单元152根据相应的调制方式 将该电信号调制成不同形式的光信号，由半导体激光二极管发射出去。由半导体激光二极管发射的激光光束在照射到反射镜310上后，就会产生反射， 设计该反射镜310的反射面为椭圆曲面，反射面是椭圆位于旋转体内径和固定体的框架之 间的一部分椭圆圆周沿着垂直于椭圆方向延伸一定宽度形成的椭圆曲面，该宽度以能够完 全反射全部光束为宜，该椭圆的两个焦点分别为旋转体的圆心A点和激光接收装置220中 检测器检测面中心所在的点B，根据椭圆的光学性质，任意由椭圆一个焦点发射的光线在经 过椭圆反射后将汇聚于另一个焦点，这样以保证在旋转体110旋转过程中，激光发射装置 150中的半导体激光二极管发射的光束经过反射镜310的反射后都汇聚到激光接收装置 220的检测器检测面上，该检测器为光电二极管。将反射镜310设置成与旋转体外径部分不 在一个平面上，从而不会产生空间位置的干涉。由于半导体激光二极管发射的激光是空间 发散的，为了准直和收缩半导体激光二极管发射的激光光束，在半导体激光二极管前面安 装聚焦透镜，设置半导体激光二极管的激光发射点位于聚焦透镜的焦点上。同样为了汇聚 由反射镜反射的激光光束，在检测器前安装一个聚焦透镜，使其聚焦后的光束范围小于检 测器的检测面大小，从而能够有效地接收光束。反射镜310必须位于旋转体内径和固定体外部框架之间，选择该椭圆合适的长半 轴和短半轴以致该椭圆的位于旋转体内径和固定体的框架之间的一部分圆周与旋转体圆 心形成的夹角最大，从而确定激光发射装置150的个数，必须保证数据的传输是不间断的， 即工作中的任意时刻都必须有激光光束照射到反射镜310上并被反射到激光接收装置220 上。例如在本实用新型的一个实施例中，通过计算得到椭圆的位于旋转体内径和固定体的 框架之间的一部分圆周与旋转体圆心形成的最大夹角为48. 8度，因此确定激光发射装置 150的个数为8个，间隔角度为45度。当旋转体110位于图1所示的位置时，可以通过角 度编码器160来判断出激光发射装置150B将进入反射镜310的有效反射区域，激光发射装 置150A将离开反射镜310的有效反射区域，从而由激光发射切换电路170让激光发射装置 150B中的半导体激光二极管工作，并将激光发射装置150A中的半导体激光二极管关闭。图 1中虚线所示为激光发射装置150随着旋转体110旋转到此位置时的光路。在实际的装置 中，激光发射切换电路170与所有的激光发射装置150相连接，但为了简明起见，图1中只 示出了激光发射切换电路170与一个激光发射装置150相连接。激光接收装置220在接收到反射的光束之后，经过光电转换后可以直接将电信号 传送给图像处理系统，也可以再经过电光转换后由光纤传送给图像处理系统。[0020]图2是基于本实用新型所提出的无线激光数据传输装置的另一个实施例的装置 结构示意图，与图1不同的是反射镜310是椭球形的，反射面是椭圆位于旋转体内径和固定 体的框架之间的一部分圆周相对于椭圆焦点所在的直线旋转一定角度形成的椭球面，该角 度以能够完全反射全部光束为宜，该椭圆的两个焦点分别是该旋转体的圆心和激光接收装 置中的光电检测器检测面的中心，选择该椭圆合适的长半轴和短半轴以致该椭圆的位于旋 转体内径和固定体的框架之间的一部分圆周与旋转体圆心形成的夹角最大。这样即使半导 体激光二极管发射的激光是空间发散的，但这样的椭球反射曲面将会很好地将发散的光束 反射到检测器的检测面上。图3是基于本实用新型所提出的无线激光数据传输装置采用多块反射镜的另一 个实施例的装置结构示意图，在这个实施例中采用了两块同样的反射镜310将光束反射到 两个检测器上，激光发射切换电路170对激光发射装置150的控制原理与图1中一样，即保 证任何时刻都有一激光光束照射到反射镜310上，并被反射镜310反射到激光接收装置220 上，这样就可以只用4个激光发射装置150和两个激光接收装置220就可以实现图1中同 样的功能，从而降低了装置的成本。
权利要求一种基于无线激光通信的高速数据传输装置，其特征在于，该高速数据传输装置包括设置在旋转体上的数据采集装置；设置在旋转体圆周上的多个激光发射装置，其由光电转换单元、电光转换单元和聚焦透镜组成，该电光转换单元为半导体激光二极管；设置在固定体上的反射镜；设置在固定体上的激光接收装置，其由光电检测器和聚焦透镜组成，该光电检测器为光电二极管。
2.如权利要求1中所述的高速数据传输装置，其中的反射镜是椭圆面反射镜，其反射 面是椭圆位于旋转体内径和固定体的框架之间的一部分圆周沿着垂直于椭圆方向延伸一 定宽度形成的椭圆曲面，该宽度使得椭圆面反射镜能完全反射全部光束，该椭圆的两个焦 点分别是该旋转体的圆心和激光接收装置中的光电检测器检测面的中心。
3.如权利要求1中所述的高速数据传输装置，其中的反射镜是椭球面反射镜，其反射 面是椭圆位于旋转体内径和固定体的框架之间的一部分圆周相对于椭圆焦点所在的直线 旋转一定角度形成的椭球面，该角度使得椭球面反射镜能够完全反射全部光束，该椭圆的 两个焦点分别是该旋转体的圆心和激光接收装置中的光电检测器检测面的中心。
专利摘要一种旋转体和固定体之间的高速数据传输装置，该装置基于无线激光通信技术，适用于工业CT或医用CT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，该装置包括设置在旋转体上的数据采集装置、设置在旋转体圆周上的若干个激光发射装置、设置在固定体上的反射镜和设置在固定体上的若干个激光接收装置。由于本实用新型采用无线激光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或医用CT中大数据量高速传输的要求。
文档编号H04B10/00GK201629742SQ20092027940
公开日2010年11月10日 申请日期2009年11月16日 优先权日2009年11月16日
发明者姜正, 崔航, 张律, 徐圆飞, 杨继文, 王稷, 许涛, 颜菡, 黄法恒 申请人:北京航星机器制造公司