1.引言

　　在一些設(shè)備或裝置中需要在相對旋轉(zhuǎn)的部件之間進(jìn)行相互通信，傳輸如視頻信號、音頻信號、控制信號、傳感信號等。現(xiàn)今使用的旋轉(zhuǎn)連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法主要有：

　　1）采用光纖旋轉(zhuǎn)連接器，但是該器件必須安裝于旋轉(zhuǎn)軸中心或允許偏離中心很小的距離，在一些旋轉(zhuǎn)軸中需要進(jìn)行液壓、氣壓傳動以及需要布設(shè)其他線路的場合則不適用，且機(jī)械加工精度要求也較高；

　　2）采用集電環(huán)，但是隨著信號傳輸路數(shù)的增加需要相應(yīng)增加集電環(huán)數(shù)，使信號傳輸可靠性降低，且容易受到環(huán)境電磁干擾；

　　3）采用光電耦合進(jìn)行非接觸信號傳輸，目前文獻(xiàn)中存在一些利用紅外耦合實(shí)現(xiàn)在相對旋轉(zhuǎn)的部件之間的通信的方案，但是紅外發(fā)射與接收電路及信號變換電路集于光電耦合板中且光信號軸向發(fā)射，使旋轉(zhuǎn)連接件體積較大在一些空間受到限制的場合難以應(yīng)用。

　　為了解決上述旋轉(zhuǎn)連接技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法中的一些不足，本文提出一種基于光電耦合技術(shù)的旋轉(zhuǎn)信號傳輸裝置。該旋轉(zhuǎn)信號傳輸裝置在相對旋轉(zhuǎn)的部件之間以光為信號載體進(jìn)行非接觸信號傳輸，使用發(fā)光二極管（LED）和光電二極管作為光發(fā)射器件與光接收器件，整個裝置結(jié)構(gòu)簡單，對機(jī)械加工精度要求低，易于組裝和安裝，且成本低。

　　2.裝置組成及原理

　　本裝置由信號收發(fā)電路模塊Ⅰ、信號收發(fā)電路模塊Ⅱ、光電耦合旋轉(zhuǎn)連接部件三部分組成，如圖1所示。

　　2.1 光電耦合旋轉(zhuǎn)連接部件

　　如圖2所示，光電耦合旋轉(zhuǎn)連接部件套在設(shè)備的轉(zhuǎn)動軸上，旋轉(zhuǎn)套管固定于轉(zhuǎn)動軸隨轉(zhuǎn)動軸一起轉(zhuǎn)動，固定套管通過法蘭結(jié)構(gòu)與設(shè)備的固定平臺連接。考慮到在光電傳輸?shù)倪^程中，外界光輻射以及發(fā)光LED在套管內(nèi)壁的反射光也會對信號傳輸可靠性造成影響，對因此在固定套管內(nèi)壁涂有吸光涂層以吸收外界光輻射和反射光。

　　2.1.1 工作原理

　　旋轉(zhuǎn)套管隨轉(zhuǎn)動軸一起轉(zhuǎn)動，使旋轉(zhuǎn)套管和固定套管上的LED和光電二極管發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，其空腔內(nèi)形成360度覆蓋的復(fù)合光場，使光電二極管轉(zhuǎn)到任意角度時都能接收到來自相對的LED發(fā)光管的光信號，從而實(shí)現(xiàn)在任意轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)中傳遞信號。

　　2.1.2 發(fā)光LED及與光電二極管數(shù)量的確定

　　如圖3所示，若已知LED發(fā)光管的發(fā)射全角為α，光電二極管的接收全角為β，固定套管內(nèi)壁半徑為R，旋轉(zhuǎn)套管外壁半徑為r，設(shè)固定套管上的光電二極管數(shù)量為n個，臨界數(shù)量為Q1個，固定套管上的LED發(fā)光管數(shù)量為m個，臨界數(shù)量為Q2個，則臨界數(shù)量Q1、Q2應(yīng)滿足以下關(guān)系式：

　　同時要使兩通道光信號不相互干擾還應(yīng)滿足約束條件：r/R》sin（α/2）。

　　要使信號雙向傳輸時各個光電二極管能穩(wěn)定正確接收信號，應(yīng)使固定套管上的LED發(fā)光管的數(shù)量m大于［Q2］個，光電二極管的數(shù)量n大于［Q1］個，其中［Q1］、［Q2］分別表示Q1、Q2的整數(shù)部分。