一种非接触光通信滑环及其光器件侧面布置方法与流程

本发明涉及通信器件，具体涉及一种非接触光通信滑环及其光器件侧面布置方法。

背景技术：

1、滑环是一种旋转导通装置，一般由定子环和转子环两部分组成。有电、液、气各种滑环及它们之间的组合滑环。主要应用于雷达、方向盘、车轮、电机及各种云台等。通信滑环主要用来旋转的时候传输通信信号。比如canbus，rs485、rs422、dp及以太网总线等通信滑环。通信滑环分为两类，接触通信滑环和非接触光通信滑环。接触滑环靠环道和滑块滑动摩擦传递信号。有因为摩屑或接触不良导致通信中断及微放电、摩屑多等需要定期维护更换的缺点，而非接触滑环，则不需要机械接触即可传输信号，主要有wifi蓝牙等无线滑环（缺点延时长，受空中电磁干扰严重）；光纤通信滑环（缺点成本高、抗振及环境适应性差）；电容、电感耦合滑环（主要用在高频通信等高端场合，成本高）；光通信滑环等。

2、现有的非接触光通信滑环存在以下技术问题：环道接触式通信因为需要滑动摩擦会产生摩屑和微放电烧蚀，寿命短维护成本高；光纤滑环一般不能预留过孔（极少有也成本高昂），环境适应性差；wifi等无线通信实时性差，抗干扰能力差；常规的端面布置非接触通信，受直径的限制及叠加干扰不能环环相套布置多通道通信。

3、因此急需一种新的光器件布置方式的非接触光通信滑环来解决干扰和多通道通信的问题。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了如下的技术方案。

2、一种非接触光通信滑环及其光器件侧面布置方法，其中所述非接触光通信滑环包括转子环和套设在所述转子环外侧的定子环；在所述定子环的内壁和转子环的外壁，位于同一横截面上沿周向分别均匀布置有至少一个接收管和一组发射管，位于另一横截面上沿周向分别均匀布置有一组发射管和至少一个接收管；同环的所述接收管布置于相邻两个发射管的对称轴上；

3、包括以下步骤：

4、确定转子环的圆周半径、发射管允许发射范围的角度、接收管允许接收范围的角度、发射管的发射功率以及接收管的光强判定阈值；

5、确定约束条件，包括：当接收管转动至两个相邻发射管之间时，两个发射管与接收管形成的张角小于发射管允许发射范围的角度和接收管允许接收范围的角度，且根据发射管的发射功率，接收管接收到的光强大于接收管的判定阈值；且根据环壁表面的反射系数，以及发射管的发射功率和消光比，环壁表面产生的反射干扰小于接收管的判定阈值；

6、根据上述约束条件，计算定子环与转子环的半径差的范围、相邻发射管的圆心角的最大值以及两组发射管和接收管所在的横截面之间的距离；所述圆心角为相邻发射管和转子环中轴线与当前横截面的交点所形成的夹角；

7、选取合适的相邻发射管的圆心角确定发射管数量，并均匀布置在转子环的外壁，对应的将接收管布置在位于同一横截面的定子环内壁，且位于定子环相邻的两个发射管中间的对称轴；根据计算获得的横截面之间距离，将相同数量的发射管布置在另一横截面的定子环内壁，对应的将接收管布置在位于同一横截面的转子环外壁，且位于转子环相邻的两个发射管中间的对称轴。

8、优选地，还包括：

9、为了减少发射功耗和成本，接收管数量为m，则发射管数量的求解如下式所示：

10、m×n×a≥360°

11、式中，n为发射管数量，a为相邻发射管间的圆心角；

12、其中，所述发射管均匀布设互相配合的相邻的两个接收管之间。

13、优选地，所述当接收管转动至两个相邻发射管之间时，两个发射管与接收管形成的张角小于发射管允许发射范围的角度和接收管允许接收范围的角度的约束条件计算，包括以下步骤：

14、确定转子环的圆周半径rn，当接收管转动至两个相邻发射管之间时，接收管接收发射管发射的光强最弱，则两个发射管与接收管形成的张角小于发射管和接收管允许接收范围的角度，即转子环和定子环的半径差l和相邻发射管间的圆心角a需要满足：

15、rn×sin(a/2)=l×tan(b/2)

16、b<da,b<pda

17、式中，b为转子环的两个发射管与定子环的接收管之间的张角；da为发射管允许发射范围的角度；pda为接收管允许接收范围的角度；

18、根据上述约束条件，确定相邻发射管的圆心角的最大值和转子环和定子环的半径差的范围。

19、优选地，所述根据发射管的发射功率，接收管接收到的光强大于接收管的判定阈值的约束条件计算，包括以下步骤：

20、当接收管转动至两个相邻发射管之间时，接收管接收发射管发射的光强最弱，则接收管接收到的光强w1需大于接收管的判定阈值：

21、w1=2×p×cos(b/2)/[l/cos(b/2)]2

22、w1>q×1.2

23、式中，p为发射管的发射功率；q为接收管的光强判定阈值，当>120%为可靠接收；

24、根据上述约束条件，确定转子环和定子环的半径差的范围。

25、优选地，所述根据环壁表面的反射系数，以及发射管的发射功率和消光比，环壁表面产生的反射干扰小于接收管的判定阈值的约束条件计算，包括以下步骤：

26、为减少同环的接收管受到同环的发射管产生的发射干扰，则接收管位于相邻的两个发射管中间的对称轴上，则接收管接收到的光强w2需小于接收管的判定阈值：

27、d=l×tan(c/2)

28、w2=2×p×k×cos(c/2)/[2×l/cos(c/2)]2

29、w1/e+w2<q×0.8

30、式中，c为发射管反射时的入射和反射夹角；d为两组发射管和接收管所在的横截面之间的距离；l为转子环和定子环的半径差；w1为接收管接收到的光强；e为发射管的发射消光比；q为接收管的光强判定阈值，当<80%为可靠无接收；

31、根据上述约束条件，确定两组发射管和接收管所在的横截面之间的距离以及转子环和定子环的半径差的范围。

32、一种非接触光通信滑环，包括：

33、转子环，其外壁的某一横截面沿周向分别均匀布置有一组发射管，在另一横截面沿周向分别均匀布置有至少一个接收管；

34、定子环，其内壁与所述转子环的发射管所在横截面上沿周向分别均匀布置有至少一个接收管，在所述转子环的接收管所在横截面上布置有一组发射管。

35、优选地，所述转子环和定子环在多个横截面之间设置有多组发射管和接收管。

36、优选地，每组所述发射管和接收管中，所述接收管数量为m个且均匀设置，同环的所述发射管均匀布设在相邻的两个发射管之间所在圆弧上。

37、优选地，所述转子环的接收管为2个，对称设置，其中一个接收管与相邻的所述发射管的圆心夹角为15°；所述转子环布置发射管和接收管的两个截面之间的距离为15mm，所述转子环的外径为80mm，所述转子环的发射管为6个，相邻的发射管间的圆心夹角为30°；

38、所述定子环的接收管为2个，对称设置，其中一个接收管与相邻的所述发射管的圆心夹角为15°；所述定子环布置发射管和接收管的两个截面之间的距离为15mm，所述定子环的内径为110mm，所述定子环的发射管为6个，相邻的发射管间的圆心夹角为30°。

39、本发明的有益效果：

40、本发明提出一种非接触光通信滑环及其光器件侧面布置方法，该布置方法构成的互相套设的转子环和定子环的非接触光通信滑环结构存在过孔，即转子环的内环，在转子环运动过程中，不影响通信以及过孔通过的其他线路，并且过孔大小调节范围更大；转子环和定子环径向可以延伸，方便的多通道布置，形成多通道信号传递；此外，这种非接触光通信滑环结构成本较低、功耗低、延时短、兼容性强，非接触模式的抗干扰性、震动以及环境适应性更强。