專利名稱：一種將光纖通信技術(shù)應(yīng)用于光電經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)通信的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電經(jīng)緯儀，特別涉及光電經(jīng)緯儀的數(shù)據(jù)通信。
背景技術(shù)：
由于光電經(jīng)緯儀在工作時(shí)，方位軸轉(zhuǎn)動給數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性造成困難。目前，光電經(jīng)緯儀是利用在水平方位軸上安裝導(dǎo)電環(huán)的方法將兩根電纜連接起來，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，利用導(dǎo)電環(huán)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)难b置包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、導(dǎo)電環(huán)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如圖1所示。數(shù)據(jù)傳輸過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)以電信號的形式經(jīng)過電纜傳輸至導(dǎo)電環(huán)，導(dǎo)電環(huán)再將數(shù)據(jù)經(jīng)過電纜傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性。但是，導(dǎo)電環(huán)同時(shí)傳輸?shù)碾姍C(jī)工作的電能對導(dǎo)電環(huán)內(nèi)部信號存在干擾，以及導(dǎo)電環(huán)內(nèi)部信號之間也存在干擾，使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎唾|(zhì)量受到影響，因此，導(dǎo)電環(huán)已經(jīng)成為經(jīng)緯儀發(fā)展的瓶頸之一。同時(shí)，導(dǎo)電環(huán)在安裝過程中，需要進(jìn)行繁瑣的配線工作。

發(fā)明內(nèi)容
針對導(dǎo)電環(huán)數(shù)據(jù)傳輸速率低，帶寬窄，抗電磁干擾能力弱等問題，同時(shí)為了將科研人員從繁瑣的導(dǎo)電環(huán)配線工作中解脫出來，本發(fā)明提出利用光纖通信速率高、帶寬寬、抗電磁干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)，取代傳統(tǒng)的導(dǎo)電環(huán)傳輸數(shù)據(jù)方式，以提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸挕⑺俾屎唾|(zhì)量，數(shù)據(jù)傳輸過程如圖2所示。
本發(fā)明利用光能夠在空氣中傳播的特點(diǎn)，通過一對光準(zhǔn)直器實(shí)現(xiàn)光信號在兩段光纖之間的傳輸，其結(jié)構(gòu)分為轉(zhuǎn)動部分和固定部分轉(zhuǎn)動部分包括第一連接架、第一光準(zhǔn)直器尾纖、第一光準(zhǔn)直器管殼、第一光準(zhǔn)直器透鏡組；固定部分包括第二光準(zhǔn)直器透鏡組、第二光準(zhǔn)直器管殼、第二光準(zhǔn)直器尾纖、第二連接架；第一連接架與經(jīng)緯儀方位軸相連，隨經(jīng)緯儀方位軸一起轉(zhuǎn)動；第一光準(zhǔn)直器管殼與第一連接架相連，隨第一連接架一起轉(zhuǎn)動；第一光準(zhǔn)直器尾纖和第一光準(zhǔn)直器透鏡組分別與第一光準(zhǔn)直器管殼相連，隨第一光準(zhǔn)直器管殼一起轉(zhuǎn)動；第二連接架與經(jīng)緯儀基座固定連接；第二光準(zhǔn)直器管殼與第二連接架固定連接；第二光準(zhǔn)直器透鏡組和第二光準(zhǔn)直器尾纖分別與第二光準(zhǔn)直器管殼固定連接，第一光準(zhǔn)直器透鏡組和第二光準(zhǔn)直器透鏡組的光軸與經(jīng)緯儀方位軸同軸。
本發(fā)明與導(dǎo)電環(huán)相比較，通過采用變電信號的接觸式傳輸為光信號的非接觸式傳輸?shù)募夹g(shù)方案，解決了電信號易受電磁干擾的問題；采用一對光準(zhǔn)直器分別進(jìn)行光束的擴(kuò)束準(zhǔn)直和聚焦，實(shí)現(xiàn)光束在兩段光纖之間的耦合，既解決了由于光電經(jīng)緯儀工作時(shí)水平方位軸轉(zhuǎn)動造成的信號無法連續(xù)傳輸?shù)膯栴}，又解決了細(xì)光纖纖芯，一般為50μm，對準(zhǔn)非常困難的問題。本發(fā)明最大的優(yōu)點(diǎn)是既能提高傳輸速率，又能夠避免電磁干擾對信號的影響，提高傳輸質(zhì)量，同時(shí)光纖的傳輸損耗非常低，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，尤其是當(dāng)利用多臺光電經(jīng)緯儀進(jìn)行跟蹤定位測量時(shí)，需要將所有參與測量的經(jīng)緯儀獲得的數(shù)據(jù)匯總，進(jìn)行分析計(jì)算。由于參與測量的經(jīng)緯儀是分散布置的，因此必然有部分經(jīng)緯儀采集的數(shù)據(jù)需要遠(yuǎn)距離傳輸。光纖在傳輸速度快和損耗低方面與電纜相比較有明顯的優(yōu)勢，因此光纖通信更適合遠(yuǎn)距離通信。
將光纖通信技術(shù)應(yīng)用于光電經(jīng)緯儀可以提高光電經(jīng)緯儀的整體測量性能和靈活性。該技術(shù)將日益成為通信主流方式的光通信技術(shù)應(yīng)用于光電經(jīng)緯儀或者具有類似轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)的儀器之中，具有很好的應(yīng)用前景和巨大的實(shí)用價(jià)值。


圖1是背景技術(shù)的原理示意2是利用本發(fā)明進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑硎疽?是本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖也是摘要附圖具體實(shí)施方式
本發(fā)明分為上面的轉(zhuǎn)動部分和下面的固定部分。圖3中包括經(jīng)緯儀方位軸1、第一連接架2、第一光準(zhǔn)直器尾纖3、第一光準(zhǔn)直器管殼4、第一光準(zhǔn)直器透鏡組5、第二光準(zhǔn)直器透鏡組6、第二光準(zhǔn)直器管殼7、第二光準(zhǔn)直器尾纖8、第二連接架9、經(jīng)緯儀基座10。
第一連接架2和第二連接架9采用堅(jiān)固且變形小的金屬材料制成，第一連接架2的內(nèi)壁做染黑處理，同時(shí)它們內(nèi)壁要粗糙一些，以防止光準(zhǔn)直器透鏡表面的反射光經(jīng)過第一連接架2的內(nèi)壁反射后再進(jìn)入光準(zhǔn)直器，產(chǎn)生干擾，為了更好地吸收反射光，在黑色染料中加入吸收劑碳黑，碳黑能夠?qū)⒖梢姾图t外波長的激光能量基本全部吸收；第一光準(zhǔn)直器尾纖3和第二光準(zhǔn)直器尾纖8根據(jù)光發(fā)射裝置和光接收裝置的工作波長選擇不同材料的光纖，第一光準(zhǔn)直器透鏡組5和第二光準(zhǔn)直器透鏡組6中的透鏡選擇半徑為0.9mm，工作波長與光發(fā)射裝置和光接收裝置工作波長一致，例如，選擇工作波長為1310nm的光發(fā)射裝置和光接收裝置時(shí)，第一光準(zhǔn)直器和第二光準(zhǔn)直器的工作波長也應(yīng)選擇1310nm，第一光準(zhǔn)直器尾纖3和第二光準(zhǔn)直器尾纖8選擇工作波長為1310nm的G652光纖。光束經(jīng)過第一光準(zhǔn)直器透鏡組5擴(kuò)束和準(zhǔn)直后，即使經(jīng)緯儀安裝或移動等原因造成第一光準(zhǔn)直器透鏡組5與第二光準(zhǔn)直器透鏡組6的光軸不在一條直線上，光能的損失也不會太大。它們的透鏡采用半徑為0.9mm、5mm、8mm、11mm，例如透鏡采用半徑為0.9mm的光準(zhǔn)直器，假設(shè)光準(zhǔn)直器的輸出為光強(qiáng)均勻分布的光斑，在第一光準(zhǔn)直器透鏡組5與第二光準(zhǔn)直器透鏡組6的光軸相距0.1mm時(shí)，光能量損耗約為7％，在第一光準(zhǔn)直器透鏡組5與第二光準(zhǔn)直器透鏡組6的光軸相距0.2mm時(shí)，光能量損耗約為16％，約為0.76dB。由于在光電經(jīng)緯儀通信系統(tǒng)中，通信距離一般在幾米至幾十米的范圍內(nèi)，因此光纖自身引起的損耗相對于系統(tǒng)的總損耗可以忽略不計(jì)。如果通過機(jī)械設(shè)計(jì)將一對光準(zhǔn)直器的光軸偏差控制在0.2mm之內(nèi)，那么，在考慮系統(tǒng)所有接口處連接損耗的情況下，整個(gè)光纖通信系統(tǒng)單向傳輸?shù)目倱p耗最大值將在3dB以下，不會對光接收端光信號的判決產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。如果采用透鏡口徑更大的光準(zhǔn)直器，例如透鏡半徑為11mm，那么對于兩個(gè)光準(zhǔn)直器光軸的對準(zhǔn)精度要求可以進(jìn)一步降低，同時(shí)信號的損耗也將降低。在工作中，轉(zhuǎn)動的第一光準(zhǔn)直器透鏡組5和固定的第二光準(zhǔn)直器透鏡組6間應(yīng)確保無塵、無雜散光，因此需要一個(gè)密閉罩，密閉罩的內(nèi)壁應(yīng)染黑，以防止第一光準(zhǔn)直器透鏡組5和第二光準(zhǔn)直器透鏡組6表面的反射光對信號產(chǎn)生干擾，在本發(fā)明中，第一連接架2既起到將經(jīng)緯儀方位軸1和第一光準(zhǔn)直器管殼4連接在一起的作用，又起到密閉罩的作用。
在工作過程中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)以電信號形式傳輸至光發(fā)射裝置，經(jīng)過圖2的光發(fā)射裝置轉(zhuǎn)換為光信號形式，光信號經(jīng)過光纖傳輸至第一光準(zhǔn)直器尾纖3，從第一光準(zhǔn)直器尾纖3出射的光信號經(jīng)過第一光準(zhǔn)直器透鏡組5的擴(kuò)束和準(zhǔn)直后經(jīng)空氣傳輸至第二光準(zhǔn)直器透鏡組6，經(jīng)過第二光準(zhǔn)直器透鏡組6的聚焦進(jìn)入第二光準(zhǔn)直器尾纖8，再經(jīng)過光纖傳輸至光接收裝置，光接收裝置將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號后傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性，即應(yīng)用光纖通信技術(shù)取代導(dǎo)電環(huán)，完成光電經(jīng)緯儀的數(shù)據(jù)通信。
權(quán)利要求
1.一種將光纖通信技術(shù)應(yīng)用于光電經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)通信的裝置，包括經(jīng)緯儀方位軸(1)、經(jīng)緯儀基座(10)，其特征在于轉(zhuǎn)動部分包括第一連接架(2)、第一光準(zhǔn)直器尾纖(3)、第一光準(zhǔn)直器管殼(4)、第一光準(zhǔn)直器透鏡組(5)；固定部分包括第二光準(zhǔn)直器透鏡組(6)、第二光準(zhǔn)直器管殼(7)、第二光準(zhǔn)直器尾纖(8)、第二連接架(9)；第一連接架(2)與經(jīng)緯儀方位軸(1)相連，隨經(jīng)緯儀方位軸(1)一起轉(zhuǎn)動；第一光準(zhǔn)直器管殼(4)與第一連接架(2)相連，隨第一連接架(2)一起轉(zhuǎn)動；第一光準(zhǔn)直器尾纖(3)和第一光準(zhǔn)直器透鏡組(5)分別與第一光準(zhǔn)直器管殼(4)相連，隨第一光準(zhǔn)直器管殼(4)一起轉(zhuǎn)動；第二連接架(9)與經(jīng)緯儀基座(10)固定連接；第二光準(zhǔn)直器管殼(7)與第二連接架(9)固定連接；第二光準(zhǔn)直器透鏡組(6)和第二光準(zhǔn)直器尾纖(8)分別與第二光準(zhǔn)直器管殼(7)固定連接，第一光準(zhǔn)直器透鏡組(5)和第二光準(zhǔn)直器透鏡組(6)的光軸與經(jīng)緯儀方位軸(1)同軸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將光纖通信技術(shù)應(yīng)用于光電經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)通信的裝置，其特征在于第一連接架(2)和第二連接架(9)采用金屬材料制成，第一連接架(2)的內(nèi)壁做染黑處理，同時(shí)內(nèi)壁制成粗糙面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種將光纖通信技術(shù)應(yīng)用于光電經(jīng)緯儀數(shù)據(jù)通信的裝置，其特征在于第一光準(zhǔn)直器透鏡組(5)和第二光準(zhǔn)直器透鏡組(6)中的透鏡半徑選擇為0.9mm-11mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及光電經(jīng)緯儀的數(shù)據(jù)通信裝置，包括方位軸；第一、第二連接架；第一、第二光準(zhǔn)直器尾纖；第一、第二光準(zhǔn)直器管殼；第一、第二光準(zhǔn)直器透鏡組；經(jīng)緯儀基座。本發(fā)明與導(dǎo)電環(huán)相比較，通過采用變電信號的接觸式傳輸為光信號的非接觸式傳輸，解決了電信號易受電磁干擾的問題；采用一對光準(zhǔn)直器分別進(jìn)行光束的擴(kuò)束準(zhǔn)直和聚焦，實(shí)現(xiàn)光束在兩段光纖之間的耦合，既解決了由于光電經(jīng)緯儀工作時(shí)水平方位軸轉(zhuǎn)動造成的信號無法連續(xù)傳輸?shù)膯栴}，又解決了細(xì)光纖纖芯，一般為50μm，對準(zhǔn)非常困難的問題。本發(fā)明既能提高傳輸速率，又能夠避免電磁干擾對信號的影響，提高傳輸質(zhì)量，同時(shí)光纖的傳輸損耗非常低，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸。
文檔編號G01C1/02GK1897062SQ20051010778
公開日2007年1月17日 申請日期2005年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月30日
發(fā)明者沈鋮武, 曹永剛, 王晶, 沈成彬 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所