在一些設備或裝置中需要在相對旋轉的部件之間進行相互通信，傳輸如視頻信號
、音頻信號、控製信號、傳感信號等。現今使用的旋轉連接技術實現方法主要有：

1)采用光纖旋轉連接器，但是該器件必須安裝於旋轉軸中心或允許偏離中心很小的距離，在一些旋轉軸中需要進行液壓、氣壓傳動以及需要布設其他線路的場合則不適用，且機械加工精度要求也較高;
2)采用集電環，但是隨著信號傳輸路數的增加需要相應增加集電環數
，使信號傳輸可靠性降低，且容易受到環境電磁幹擾;
3)caiyongguangdianouhejinxingfeijiechuxinhaochuanshu
，muqianwenxianzhongcunzaiyixieliyonghongwaiouheshixianzaixiangduixuanzhuandebujianzhijiandetongxindefangan，danshihongwaifasheyujieshoudianlujixinhaobianhuandianlujiyuguangdianouhebanzhongqieguangxinhaozhouxiangfashe，shixuanzhuanlianjiejiantijijiaodazaiyixiekongjianshoudaoxianzhidechanghenanyiyingyong。

為wei了le解jie決jue上shang述shu旋xuan轉zhuan連lian接jie技ji術shu實shi現xian方fang法fa中zhong的de一yi些xie不bu足zu，本ben文wen提ti出chu一yi種zhong基ji於yu光guang電dian耦ou合he技ji術shu的de旋xuan轉zhuan信xin號hao傳chuan輸shu裝zhuang置zhi。該gai旋xuan轉zhuan信xin號hao傳chuan輸shu裝zhuang置zhi在zai相xiang對dui旋xuan轉zhuan的de部bu件jian之zhi間jian以yi光guang為wei信xin號hao載zai體ti進jin行xing非fei接jie觸chu信xin號hao傳chuan輸shu，使shi用yong發fa光guang二er極ji管guan(LED)和光電二極管作為光發射器件與光接收器件
，整個裝置結構簡單，對機械加工精度要求低，易於組裝和安裝
，且成本低。

雙通道光電耦合離軸旋轉連接器組成及原理

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

如圖2所suo示shi
，光guang電dian耦ou合he旋xuan轉zhuan連lian接jie部bu件jian套tao在zai設she備bei的de轉zhuan動dong軸zhou上shang

，旋xuan轉zhuan套tao管guan固gu定ding於yu轉zhuan動dong軸zhou隨sui轉zhuan動dong軸zhou一yi起qi轉zhuan動dong，固gu定ding套tao管guan通tong過guo法fa蘭lan結jie構gou與yu設she備bei的de固gu定ding平ping台tai連lian接jie。考kao慮lv到dao在zai光guang電dian傳chuan輸shu的de過guo程cheng中zhong，外wai界jie光guang輻fu射she以yi及ji發fa光guangLED在套管內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壁塗有吸光塗層以吸收外界光輻射和反射光。 [page]
1.1 工作原理

旋轉套管隨轉動軸一起轉動，使旋轉套管和固定套管上的LED和光電二極管發生相對轉動，其空腔內形成360度覆蓋的複合光場，使光電二極管轉到任意角度時都能接收到來自相對的LED發光管的光信號
，從而實現在任意轉速旋轉中傳遞信號。

1.2發光LED及與光電二極管數量的確定

如圖3所示，若已知LED發光管的發射全角為α，光電二極管的接收全角為β，固定套管內壁半徑為R,旋轉套管外壁半徑為r,設固定套管上的光電二極管數量為n個
，臨界數量為Q1個，固定套管上的LED發光管數量為m個
，臨界數量為Q2個
，則臨界數量Q1

、Q2應滿足以下關係式：


同時要使兩通道光信號不相互幹擾還應滿足約束條件：r/R>sin(α/2)。

要使信號雙向傳輸時各個光電二極管能穩定正確接收信號，應使固定套管上的LED發光管的數量m大於[Q2]個，光電二極管的數量n大於[Q1]個
，其中[Q1]、[Q2]分別表示Q1、Q2的整數部分。
2 信號收發電路模塊

信號收發電路模塊Ⅰ位於設備的轉台或轉軸上
，信號收發電路模塊Ⅱ位於設備的固定部分，信號收發電路模塊Ⅰ、Ⅱ功能相同，有兩個作用：1)將設備轉軸上或固定平台上的發來的電信號變換為能夠驅動發光二極管的電信號
；2)將光電檢測信號放大並經過波形的整形穩幅後發送給設備轉軸上或固定平台上的控製係統。
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信號收發電路模塊結構如圖4所示。由於發光LEDyuxiangyingdejieshouguangdianerjiguanchuyuxiangduixuanzhuanzhizhong，guangdianerjiguanjieshoudaodeyouxiaoguanggonglvbingbuwending，ershichuyubodongzhuangtai，yincidedaodeguangdianjiancexinhaoyeshibodongde。yibanyouyuguangdianjiancexinhaojiaoruo，zaishuruxinhaoshoufadianlumokuaihoushouxianyaotongguofangdadianluduijiancexinhaojinxingfangda，fangdahoudexinhaoboxingshangshenghexiajiangsudubianman，boxingwendingbufenyehuiyouyidingdebodong。yincixinhaoboxinghaiyaojingguozhengxingwenfudianluchuliyitishengqishangshenghexiajiangsudutongshishiboxingpingwen。
實驗與結果分析

由you於yu在zai旋xuan轉zhuan連lian接jie部bu件jian中zhong光guang信xin號hao發fa射she與yu接jie收shou是shi在zai相xiang對dui旋xuan轉zhuan中zhong進jin行xing的de，光guang場chang的de分fen布bu會hui對dui信xin號hao的de傳chuan輸shu質zhi量liang造zao成cheng影ying響xiang。實shi驗yan的de目mu的de是shi驗yan證zheng設she計ji是shi否fou合he理li，為wei此ci測ce試shi了le雙shuang通tong道dao光guang電dian耦ou合he離li軸zhou旋xuan轉zhuan連lian接jie器qi對dui物wu理li層ceng中zhong位wei信xin號hao的de傳chuan輸shu性xing能neng，包bao括kuo誤wu碼ma率lv的de大da小xiao
、輸入連接器的信號與輸出連接器的信號波形比較。實驗的電路原理圖如圖5所示。
1 器件選擇

光發射器件可以選用紅外LED、白光LED
、激光二極管等
，光接收器件可以選用PIN光電二極管，光電三極管等。隨著科學技術的發展，紅外發射與接收器件目前已廣泛應用於遙控
、遙測和短距通信等領域。

在(zai)本(ben)設(she)計(ji)的(de)實(shi)驗(yan)中(zhong)選(xuan)用(yong)市(shi)售(shou)具(ju)有(you)較(jiao)高(gao)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)的(de)紅(hong)外(wai)發(fa)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)和(he)光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)作(zuo)為(wei)連(lian)接(jie)器(qi)中(zhong)的(de)光(guang)通(tong)信(xin)器(qi)件(jian)。選(xuan)用(yong)單(dan)片(pian)機(ji)作(zuo)為(wei)轉(zhuan)台(tai)上(shang)的(de)信(xin)號(hao)發(fa)送(song)與(yu)接(jie)收(shou)控(kong)製(zhi)器(qi)
，用(yong)微(wei)機(ji)作(zuo)為(wei)上(shang)位(wei)機(ji)，兩(liang)者(zhe)通(tong)過(guo)RS232串口和旋轉連接器連接通信。為降低線路複雜性，轉台上的電路使用9v層疊電池穩壓為5v做電源。
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2 信號收發電路模塊Ⅰ、Ⅱ的電路

光電二極管一般有兩種工作模式：光伏模式和光導模式。在光伏模式時
，光電二極管可以非常精確地線性工作;zaiguangdaomoshixia
，guangdianerjideqiehuansudujiaogao，danjuyoumingxiandefeixianxing，tongshijishizaiwuguangtiaojianxiayehuichanshengandianliuyinruzaosheng。guangdianerjiguanandianliudaxiaoyuwenduyouguan，zaiwendubianhuajiaodadechanghezaoshengjiaoqiang，huishixinhaochuanshuwumalvdadazengjia，xuyaojiaruwendubuchangdianlu。shiyanzaiyigejiaolixiangdetiaojianxiajinxing，huanjingwendubuda，guangdianerjiguangongzuozaiguangdaomoshi。tu6為光電檢測信號的兩級放大與整形穩幅電路，圖7為LED發光管驅動電路。各元件具體參數値根據實際選擇調整。 [page]
3 誤碼率測試

誤碼率(BER:biterrorratio)是衡量數據在規定時間內數據傳輸精確性的指標。誤碼率=傳輸中的錯誤碼元數/所傳輸的總碼元數。信號衰變、噪聲、交流電或閃電造成的脈衝、傳輸設備故障及其他因素都會導致誤碼(比如傳送的信號是1,而接收到的是0;反之亦然)。誤碼率測試的上位機界麵如圖8所示，該界麵使用VBbianxie，jianjieyicaozuo。dangran，yekeyishiyongchuankoutongxinzhushouxiaoruanjianzuoweishangweijitongxinjiemian。shiyanzhong，zaiyidingzhuansuxiadanpianjiyuweijixianghufasongyidingliangdezijieshuju，tongjishuangfangzhengquejieshoudezijieshuju。
由於碼元錯誤不方便直接統計
，而實際信息多以字節傳送，故以接收字節數據的錯誤率作為誤碼率。統計結果如表1和表2所示


，可以看出雙通道發送數據均存在不同程度的誤碼
，試驗中轉速的不同對誤碼率影響不明顯，並且誤碼率不超過2%,不是很高

，進行校驗及糾錯處理後可以滿足一般通信需求。 [page]
4 信號波形對比

單片機發送一組6.2kHz矩形脈衝模擬位信號用示波器觀察到如圖9、圖10所示波形。圖9中zhong上shang方fang為wei單dan片pian機ji發fa出chu的de矩ju形xing脈mai衝chong序xu列lie波bo形xing，下xia方fang為wei通tong過guo雙shuang通tong道dao光guang電dian耦ou合he旋xuan轉zhuan連lian接jie器qi後hou的de信xin號hao波bo形xing。可ke以yi看kan出chu後hou者zhe稍shao有you延yan遲chi
，很hen可ke能neng是shi器qi件jian的de響xiang應ying時shi間jian所suo致zhi，但dan波bo形xing未wei變bian
，由you串chuan口kou的de通tong信xin協xie議yi可ke知zhi
，在zai無wu噪zao聲sheng幹gan擾rao時shi通tong信xin完wan全quan可ke持chi續xu進jin行xing。圖tu10中(zhong)上(shang)方(fang)的(de)波(bo)形(xing)為(wei)光(guang)電(dian)二(er)級(ji)管(guan)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)波(bo)形(xing)，可(ke)以(yi)看(kan)出(chu)信(xin)號(hao)下(xia)降(jiang)沿(yan)下(xia)降(jiang)速(su)度(du)變(bian)慢(man)，波(bo)形(xing)產(chan)生(sheng)明(ming)顯(xian)失(shi)真(zhen)。下(xia)方(fang)波(bo)形(xing)為(wei)經(jing)過(guo)放(fang)大(da)整(zheng)形(xing)穩(wen)幅(fu)後(hou)的(de)波(bo)形(xing)，即(ji)通(tong)過(guo)雙(shuang)通(tong)道(dao)光(guang)電(dian)耦(ou)合(he)旋(xuan)轉(zhuan)連(lian)接(jie)器(qi)後(hou)的(de)信(xin)號(hao)波(bo)形(xing)，已(yi)經(jing)有(you)很(hen)大(da)的(de)改(gai)善(shan)。對(dui)比(bi)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)：實驗中所設計連接器對物理層位信號的傳輸失真較小。
結論

benwenzhenduixianyouxuanzhuanlianjiejishushixianfangfazhongdebuzu，shejileyizhongyiyushixiandeshuangtongdaoguangdianouhelizhouxuanzhuanlianjiezhuangzhidefangan，duiqiyuanlijinxinglefenxibingtongguoshiyanduigaishejifangfadeshijikexingxingjinxingleyanzheng。shiyanjieguobiaoming
，benfangannenggoushixianxiangduixuanzhuandejigouzhijiandefeijiechutongxin，tongshijiegoujiandan，jixiejiagongjingduyaoqiudi

，chengbendi，mouxiechanghexiakeyidaitiguangxianlianjieqishixianduoluduotongdaoshujuchuanshu，yekeyingyongyuyixiezongxiantongxinzhong。

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