一种在相对旋转的两端传输数据的系统及其数据传输方法
【专利摘要】本发明公开了一种在相对旋转的两端传输数据的系统及其数据传输方法。本发明在相对旋转的两端传输数据的系统包括固定端和旋转端，旋转端外端设置有准直发射器，准直发射器的发射光束指向旋转中心；固定端安装有光线汇聚装置，光线汇聚装置用于接收所述准直发射器射出的光束，改变所述光束传播方向，将光束汇聚到预定位置。所述系统还包括设置在预定位置的接收装置，接收装置对光束携带的信号直接进行解调。传输数据系统能将光束偏出光束出射所在平面，改变汇聚点位置；另外，具有更好的抗干扰能力，能够大大降低对系统旋转精度的要求；所述数据传输方法能够更好的适应不同的系统整机环境，对旋转公差的要求更低，数据传输方式更加灵活。
【专利说明】一种在相对旋转的两端传输数据的系统及其数据传输方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及光纤通信和自由空间光通信【技术领域】，尤其涉及一种在相对旋转的两端传输数据的系统及其数据传输方法。
【背景技术】
[0002]在螺旋CT (electronic computer X-ray tomography technique 电子计算机 X射线断层扫描技术)扫描过程中，探测器会持续采集大量的图像数据，这些数据被传输到计算机端进行处理后得到CT图像。进行CT扫描时，CT的旋转机架会高速旋转，这就带来两个问题，一是如何将旋转机架运行需要的电力和控制信号稳定持续高效地从固定端传输到旋转端，二是如何将探测器采集的数据稳定持续高速地从旋转端传输到固定端。如果采取有线连接，则CT无法单一方向连续旋转多圈(空间不足，电缆会缠绕和产生可能的电磁干扰)，因此，滑动接触传输方式逐渐被采用，因为是沿环带旋转滑动接触，因此被称为滑环技术，它一方面能够将旋转机架运转所需要的电力和控制信号传输进来，另一方面可以将探测器获取的数据传输出去。
[0003]以前，在类似CT的系统(旋转端和固定端之间在旋转过程中存在电力和数据的双向或单向传输，且中心孔径不可作为交流通道的系统)里面一直是采用滑环方式进行电力和数据传输的，并由此发展出高效稳定的滑环传输方式，迄今为止，可以为系统提供足够的电力供应，而随着CT技术的发展，探测器采集的数据量急剧增大，滑动接触传输方式能够传输控制信号，但已经无法满足高速数据传输的要求，此时，出现了由此衍生的电磁耦合数据传输方式，此方式在数据传输速率上有所提高，但因电子电路系统原理限制，也有其极限，CT的数据量增长远远超出了此种方法所能提供的速率的极限，因此，顺理成章的，具有更高通信速率的光通信技术被采用，而如何更好地利用光通信技术来实现旋转端和固定端之间数据传输便成为目前的研究热门方向之一。
[0004]光通信技术采用光波作为信号载体，成熟应用于现代通信各个领域。光纤通信是指以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。其原理是:在发送端首先把要传送的信息(如声音、图像等)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。自由空间光通信(FSO)与光纤通信类似，是指以激光光波作为载波，大气作为传输介质的光通信系统。其只是将系统中的光纤变为空间传输。
[0005]对于CT系统来说，由于旋转速度快，旋转半径大，可利用空间小，数据传输速率要求高，所以，如何能够在高速旋转条件下，利用尽量少的空间，以较低的成本，实现数据从旋转端到固定端的高速传输成为亟待解决的问题。
[0006]请参阅图1，中国专利申请第201210028460.6号公开一种在相对旋转的两端传输数据的系统及其数据传输方法，系统包括固定端和旋转端，该旋转端围绕着旋转中心进行旋转，在旋转端外端均匀设置有准直发射器1，在固定端安装有第一平面反射镜2和第二平面反射镜4，光束在两片平面反射镜2、4之间经过若干次反射后，最后会聚到接收装置3所在位置处，但是该系统的缺点在于:光束汇聚点无法偏离光束出射所在平面，在很多环境下不便于进行光束接收；另外现有的系统通过将光信号耦合入光纤内完成数据传输，这种耦合方式下，因为光纤芯径和数值孔径的限制，为了保证耦合效率，对整个旋转系统的旋转精度要求较高，当旋转精度无法保证时，会导致系统误码率较高。
【发明内容】
[0007]鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种在相对旋转的两端传输数据的系统及其数据传输方法，旨在解决现有的旋转端和固定端之间数据传输系统存在光路设计不灵活导致光束汇聚点无法偏离光束出射所在平面以及对旋转精度要求较高导致系统误码率较高等技术问题。
[0008]本发明提供的技术方案为:一种在相对旋转的两端传输数据的系统，包括固定端和旋转端，所述旋转端外端设置有准直发射器，所述准直发射器的发射光束指向旋转中心；所述固定端安装有光线汇聚装置，所述光线汇聚装置用于接收所述准直发射器射出的光束，改变所述光束传播方向，将光束汇聚到预定位置；所述系统还包括设置在预定位置的接收装置，所述接收装置对光束携带的信号直接进行解调。
[0009]本发明的技术方案还包括:所述准直发射器数量为一个或多个，所述准直发射器分布采用等角度均匀分布或不等角度非均匀分布。
[0010]本发明的技术方案还包括:所述接收装置为光电探测器。
[0011]本发明的技术方案还包括:所述系统还包括快速倾斜镜装置，所述快速倾斜镜装置设置在光线汇聚装置外侧，用于稳定光线汇聚装置汇聚的光斑位置。
[0012]本发明的技术方案还包括:所述光线汇聚装置还包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜用于将准直发射器的发射光束在所述第一反射镜与第二反射镜之间经过若干次反射后，会聚到所述接收装置。
[0013]本发明的技术方案还包括:所述第一反射镜和第二反射镜为平面反射镜。
[0014]本发明提供的另一技术方案为:一种相对旋转的两端传输数据的系统的数据传输方法，所述方法包括以下步骤:
[0015]S1、设置在旋转端外端的准直发射器沿指向旋转中心的方向，发出携带数据信号的光束；
[0016]S2、设置在固定端的光线汇聚装置接收准直发射器发出的光束，改变光束传播方向，将光束汇聚到预定位置；
[0017]S3、接收装置在预订位置对光束携带的信号直接进行解调，并传输解调出的信号。
[0018]本发明的技术方案还包括:在所述步骤SI之前还包括步骤SO:
[0019]输入的电信号经过电光转换后，再经过放大、分路、准直处理后，成为携带相当信号的光束，进入所述准直发射器。
[0020]本发明的技术方案还包括:在所述步骤S2中，所述光线汇聚装置包括第一平面反射镜和第二平面反射镜，所述步骤S2进一步包括:
[0021]S21、所述光束经过第一平面反射镜反射后，反射到第二平面反射镜上，所述光束在所述第一平面反射镜与第二平面反射镜之间经过若干次反射后，会聚到所述接收装置。[0022]本发明的技术方案还包括:所述步骤S2进一步包括:S22、所述光束经过第二平面反射镜反射后，经过设置在反射光束的汇聚点的位置前的快速倾斜镜装置，所述快速倾斜镜装置稳定光线汇聚装置汇聚的光斑位置。
[0023]本发明的技术方案具有如下优点或有益效果:本发明实施例的在相对旋转的两端传输数据的系统，包括固定端和旋转端，其中，所述旋转端外端均匀设置有准直发射器，所述准直发射器的发射光束指向旋转中心；所述固定端安装有光线汇聚装置，所述光线汇聚装置用于将所述准直发射器射出的光束进行汇聚；所述系统还包括设置在光线汇聚装置进行光束汇聚处的接收装置。该传输数据的系统结构简单、体积小、效率高且成本低，能将光束偏出光束出射所在平面，改变汇聚点位置，便于进行光束接收，通过广电探测器直接接收光斑的方法具有更好的抗干扰能力，能够大大降低对系统旋转精度的要求；在汇聚点前增加快速倾斜镜装置，使光斑汇聚位置更加稳定；所述数据传输方法中数据传输的稳定性较佳，能够更好的适应不同的系统整机环境，对旋转公差的要求更低，数据传输方式更加灵活。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为现有的在相对旋转的两端传输数据的系统的示意图；
[0025]图2为本发明第一实施例的在相对旋转的两端传输数据的系统的示意图；
[0026]图3为本发明第二实施例的在相对旋转的两端传输数据的系统的示意图；
[0027]图4为本发明实施例的在相对旋转的两端传输数据的系统的光线汇聚装置的结构示意图；
[0028]图5为本发明的相对旋转的两端传输数据的系统的数据传输方法的流程图。【具体实施方式】
[0029]本发明提供一种在相对旋转的两端传输数据的系统及其数据传输方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0030]请参阅图2，其为本发明第一实施例的在相对旋转的两端传输数据的系统的示意图。如图所示，本发明第一实施例的在相对旋转的两端传输数据的系统包括固定端和旋转端，旋转端围绕着旋转中心进行旋转，固定端相对于旋转端来说，更靠近于旋转中心，其是相对固定不动的。其中，旋转端外端设置有准直发射器11，准直发射器11的发射光束指向旋转中心18，准直发射器11的数量可以是不固定的，在本发明实施方式中可以采用单个、四个、八个、十六个或其他数量，同时，其分布也可以是等角度均匀分布，也可以采用不等角度的非均匀分布；固定端安装有光线汇聚装置12，该光线汇聚装置12接收准直发射器11发射的光束，改变光束传播方向，将光束汇聚到预定位置，光束预定接收位置设有接收装置16，该接收装置16对光束携带的信号直接进行解调，在本发明实施方式中，接收装置16为光电探测器。
[0031]光线汇聚装置12光路设计的总体原则是将本应该在旋转轴上汇聚的光束通过空间光学设计，使光束经过反射、折射等路径后，在旋转轴之外完成汇聚，此汇聚位置应该是有利于整体系统实现的位置，而空间光路的设计则应该以使汇聚点到达此位置为设计目标。在此过程中，光束可以被不同类型、不同数量的反射镜或透射元件所调制，进而改变光束传播方向，最终汇聚到预定位置。对于光学设计人员来说，可以有多种设计方案来使光路折叠或延伸，以此达到使汇聚点汇聚到指定位置的目的。
[0032]光电探测器16直接放置在光线汇聚装置12的光束汇聚点，因为光束本身具有一定的直径，其直径范围一般可达2-3mm，对于旋转系统来说，旋转精度一般都在Imm以下，这样，可以在光束汇聚点处直接放置光电探测器，对光束携带的信号直接进行解调，光斑将始终都能照射到光电探测器。相比于现有技术中汇聚点重新耦合到光纤内，本发明采用光电探测器直接接收光斑的方法具有更好的抗干扰能力，能够大大降低对系统旋转精度的要求。
[0033]请参阅图3，其为本发明第二实施例的在相对旋转的两端传输数据的系统的示意图。本发明第二实施例的在相对旋转的两端传输数据的系统还包括快速倾斜镜装置19，将快速倾斜镜装置19设置在光线汇聚装置12外侧，位于光束汇聚点前，使光斑汇聚位置更加稳定，通过添加快速倾斜镜装置19，无论是采用光电探测器16直接接收还是将光束耦合到光纤内传输都能获得更好的抗干扰能力。
[0034]请参阅图4，其为本发明实施例的在相对旋转的两端传输数据的系统的光线汇聚装置的结构示意图。在该实施方式中，光线汇聚装置12包括第一反射镜122和第二反射镜124 (在本实施例中，第一反射镜为第一平面反射镜，第二反射镜为第二平面反射镜)，可以理解，光线汇聚装置12也可以包括更多数量的反射镜或折射镜。第一反射镜122和第二反射镜子124 (在本实施例中，所述第一反射镜为第一平面反射镜，所述第二反射镜为第二平面反射镜)，在所述第一平面反射镜122的反射镜折转光路上设置第二平面反射镜124，所述第一平面反射镜122将所述准直发射器11射出的光束反射到所述第二平面反射镜124上，所述光束在所述第一平面反射镜122与第二平面反射镜124之间经过多次反射，最后会聚到光电探测器16。其中，第一平面反射镜122与第二平面反射镜124的位置相交错，第一平面反射镜122与第二平面反射镜124位于准直发射器11同侧，在本发明其他实施方式中，第一平面反射镜122与第二平面反射镜124的位置也不交错，通过设置第一平面反射镜122与第二平面反射镜124的倾斜角度和/或本身的长度，来使光束经过多次反射，光束最终汇聚在光电探测器16位置高于准直发射器11发出的入射光束位置。
[0035]进一步地，本发明实施例的在相对旋转的两端传输数据的系统为了提高数据传输速率，除了提高单路传输速度外，还可以使用波分复用技术阔扩展系统带宽。
[0036]相应地，本发明还提供了一种所述的相对旋转的两端传输数据的系统的数据传输方法，如图5所示，所述方法包括以下步骤:
[0037]S1、设置在旋转端外端的准直发射器沿指向旋转中心的方向，发出携带数据信号的光束；
[0038]S2、设置在固定端的光线汇聚装置接收准直发射器发出的光束，改变光束传播方向，将光束汇聚到预定位置；
[0039]S3、接收装置在预订位置对光束携带的信号直接进行解调，并传输解调出的信号。
[0040]其中，在所述步骤SI之前还包括步骤SO:
[0041]输入的电信号经过电光转换后，再经过放大、分路、准直处理后，成为携带相当信号的光束，进入所述准直发射器。此为现有技术，就不再赘述了。[0042]在所述步骤SI中，旋转端围绕着旋转中心进行旋转，固定端相对于旋转端来说，更靠近于旋转中心，其是相对固定不动的；准直发射器的发射光束指向旋转中心，准直发射器的数量可以是不固定的，在本发明实施方式中可以采用单个、四个、八个、十六个或其他数量，同时，其分布也可以是等角度均匀分布，也可以采用不等角度的非均匀分布
[0043]在所述步骤S2中，光线汇聚装置12光路设计的总体原则是将本应该在旋转轴上汇聚的光束通过空间光学设计，使光束经过反射、折射等路径后，在旋转轴之外完成汇聚，此汇聚位置应该是有利于整体系统实现的位置，而空间光路的设计则应该以使汇聚点到达此位置为设计目标。在此过程中，光束可以被不同类型、不同数量的反射镜或透射元件所调制，进而改变光束传播方向，最终汇聚到预定位置。对于光学设计人员来说，可以有多种设计方案来使光路折叠或延伸，以此达到使汇聚点汇聚到指定位置的目的。
[0044]在所述步骤S3中，接收装置设置在光线汇聚装置的一侧，在本发明实施方式中，接收装置为光电探测器，可以理解，接收装置也可以采用其他类型的探测器。光电探测器直接放置在光线汇聚装置的光束汇聚点，因为光束本身具有一定的直径，其直径范围一般可达2-3mm，对于旋转系统来说，旋转精度一般都在Imm以下，这样，可以在光束汇聚点处直接放置光电探测器，对光束携带的信号直接进行解调，光斑将始终都能照射到光电探测器。相比于现有技术中汇聚点重新耦合到光纤内，本发明采用光电探测器直接接收光斑的方法具有更好的抗干扰能力，能够大大降低对系统旋转精度的要求。
[0045]所述光线汇聚装置包括第一反射镜和第二反射镜，该第一反射镜为第一平面反射镜，该第二反射镜为第二平面反射镜。
[0046]进一步地，所述步骤S2可以包括:
[0047]S21、所述光束经过第一平面反射镜反射后，反射到第二平面反射镜上，所述光束在所述第一平面反射镜与第二平面反射镜之间经过若干次反射后，会聚到所述接收装置。
[0048]更进一步地，所述步骤S2中还可以包括:
[0049]S22、所述光束经过第二平面反射镜反射后，经过设置在反射光束的汇聚点的位置前的快速倾斜镜装置后，光束汇聚后准直射入所述接收装置。
[0050]综上所述，本发明的一种在相对旋转的两端传输数据的系统，包括固定端和旋转端，其中，所述旋转端外端均匀设置有准直发射器，所述准直发射器的发射光束指向旋转中心；所述固定端安装有光线汇聚装置，所述光线汇聚装置用于将所述准直发射器射出的光束进行汇聚；所述系统还包括设置在光线汇聚装置进行光束汇聚处的接收装置。该传输数据的系统结构简单、体积小、效率高且成本低，能将光束偏出光束出射所在平面，改变汇聚点位置，便于进行光束接收，通过广电探测器直接接收光斑的方法具有更好的抗干扰能力，能够大大降低对系统旋转精度的要求；在汇聚点前增加快速倾斜镜装置，使光斑汇聚位置更加稳定；所述数据传输方法中数据传输的稳定性较佳，能够更好的适应不同的系统整机环境，对旋转公差的要求更低，数据传输方式更加灵活。
[0051]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种在相对旋转的两端传输数据的系统，包括固定端和旋转端，其特征在于:所述旋转端外端设置有准直发射器，所述准直发射器的发射光束指向旋转中心；所述固定端安装有光线汇聚装置，所述光线汇聚装置用于接收所述准直发射器射出的光束，改变所述光束传播方向，将光束汇聚到预定位置；所述系统还包括设置在预定位置的接收装置，所述接收装置对光束携带的信号直接进行解调。
2.根据权利要求1所述的在相对旋转的两端传输数据的系统，其特征在于，所述准直发射器数量为一个或多个，所述准直发射器分布采用等角度均匀分布或不等角度非均匀分布。
3.根据权利要求1或2所述的在相对旋转的两端传输数据的系统，其特征在于，所述接收装置为光电探测器。
4.根据权利要求1或2所述的在相对旋转的两端传输数据的系统，其特征在于，所述系统还包括快速倾斜镜装置，所述快速倾斜镜装置设置在光线汇聚装置外侧，用于稳定光线汇聚装置汇聚的光斑位置。
5.根据权利要求1或2所述的在相对旋转的两端传输数据的系统，其特征在于，所述光线汇聚装置还包括第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜和第二反射镜用于将准直发射器的发射光束在所述第一反射镜与第二反射镜之间经过若干次反射后，会聚到所述接收装置。
6.根据权利要求5所述的在相对旋转的两端传输数据的系统，其特征在于，所述第一反射镜和第二反射镜为平面反射镜。
7.一种相对旋转的两端传输数据的系统的数据传输方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 51、设置在旋转端外端的准直发射器沿指向旋转中心的方向，发出携带数据信号的光束； 52、设置在固定端的光线汇聚装置接收准直发射器发出的光束，改变光束传播方向，将光束汇聚到预定位置； 53、接收装置在预订位置对光束携带的信号直接进行解调，并传输解调出的信号。
8.根据权利要求7所述的数据传输方法，其特征在于，在所述步骤SI之前还包括步骤SO: 输入的电信号经过电光转换后，再经过放大、分路、准直处理后，成为携带相当信号的光束，进入所述准直发射器。
9.根据权利要求7或8所述的数据传输方法，其特征在于，在所述步骤S2中，所述光线汇聚装置包括第一平面反射镜和第二平面反射镜，所述步骤S2进一步包括: . 521、所述光束经过第一平面反射镜反射后，反射到第二平面反射镜上，所述光束在所述第一平面反射镜与第二平面反射镜之间经过若干次反射后，会聚到所述接收装置。
10.根据权利要求9所述的数据传输方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括: .522、所述光束经过第二平面反射镜反射后，经过设置在反射光束的汇聚点的位置前的快速倾斜镜装置，所述快速倾斜镜装置稳定光线汇聚装置汇聚的光斑位置。
【文档编号】H04B10/114GK103746743SQ201310719499
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月23日 优先权日:2013年12月23日
【发明者】付威威, 刘敏 申请人:中国科学院苏州生物医学工程技术研究所