專利名稱：一種旋轉(zhuǎn)體和固定體之間的高速數(shù)據(jù)傳輸裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種適用于旋轉(zhuǎn)體和固定體之間的高速數(shù)據(jù)傳輸裝置，尤其涉及 適用于工業(yè)CT系統(tǒng)和醫(yī)用CT系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)體和固定體之間的高速數(shù)據(jù)傳輸裝置。
背景技術(shù)：
在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域中，有很多應(yīng)用場(chǎng)合需要將旋轉(zhuǎn)體上的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)焦潭w 上，典型的應(yīng)用如在工業(yè)CT系統(tǒng)和醫(yī)用CT系統(tǒng)中，在對(duì)被檢對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要實(shí)時(shí)地 將旋轉(zhuǎn)體上檢測(cè)到的信息高速高可靠地傳輸?shù)焦潭w上。最初的數(shù)據(jù)傳輸裝置是通過電刷 和導(dǎo)電環(huán)的方式來實(shí)現(xiàn)的，但由于旋轉(zhuǎn)體在旋轉(zhuǎn)時(shí)電刷和導(dǎo)電環(huán)之間的接觸電阻值在不斷 地變化，這種變化會(huì)產(chǎn)生很大的信號(hào)噪聲，從而降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，因此不能用來?輸高速數(shù)據(jù)信號(hào)。特別是在高壓環(huán)境下，旋轉(zhuǎn)體和固定體之間的高壓放電引起的高壓噪聲 更大。另外，由于碳刷和滑環(huán)之間的接觸摩擦，也影響了數(shù)據(jù)傳輸裝置的使用壽命。隨著具有多排X光探測(cè)器的高速工業(yè)CT系統(tǒng)和醫(yī)用CT系統(tǒng)在實(shí)際檢測(cè)中得到廣 泛應(yīng)用，系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)采集到的檢測(cè)數(shù)據(jù)大大增加，采用碳刷和滑環(huán)接觸的方式來實(shí) 現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸是越來越不可靠和理想的了。因此，業(yè)界提出了用無(wú)線電容耦合的方式來代替 上述的碳刷滑環(huán)方式，但是無(wú)線電容耦合的電磁場(chǎng)比較容易受到外界電壓、電流和電磁場(chǎng) 的干擾，因此高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性以及傳輸速率受到限制和影響。為了解決上述的問題，業(yè)界還提出了基于光學(xué)的信號(hào)傳輸系統(tǒng)，如在公開號(hào)為 CN101006925A的專利申請(qǐng)中，公開了一種基于光纖的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其中，在旋轉(zhuǎn)體上沿圓 周方向固定若干個(gè)電光轉(zhuǎn)換元件(如激光二極管)和聚焦透鏡作為信號(hào)發(fā)射部分，在固定 體上沿圓周方向設(shè)置一段有限長(zhǎng)度的光纖束來接收發(fā)射部分發(fā)射的光信號(hào)并傳送到光電 轉(zhuǎn)換元件，保證在實(shí)際工作中，至少有一束發(fā)射部分發(fā)射的光束能夠落在固定體上的光纖 束上。在公開號(hào)為CN 1989905A的專利申請(qǐng)中，同樣公開了一種基于光纖的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)， 與CN101006925A不同的是，這個(gè)專利申請(qǐng)中在旋轉(zhuǎn)體上只設(shè)置了一個(gè)電光轉(zhuǎn)換元件(如激 光二極管)和聚焦透鏡作為信號(hào)發(fā)射部分，在固定體上沿圓周方向布滿光纖來接收發(fā)射的 光信號(hào)并傳送到光電轉(zhuǎn)換元件。但上述這兩種系統(tǒng)都采用了較多的激光器或光纖，成本較 高，實(shí)用性受到限制。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于無(wú)線激光通信的用于旋轉(zhuǎn)體和固定體之間 的高速高可靠性數(shù)據(jù)傳輸裝置，尤其適用于工業(yè)CT或醫(yī)用CT系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)體上的 檢測(cè)數(shù)據(jù)高速高可靠地傳輸?shù)焦潭w上，該高速高可靠性數(shù)據(jù)傳輸裝置包括設(shè)置在旋轉(zhuǎn) 體上的數(shù)據(jù)采集裝置；設(shè)置在沿旋轉(zhuǎn)體圓周方向上的若干個(gè)激光發(fā)射裝置；設(shè)置在固定體 上的若干個(gè)反射鏡；設(shè)置在固定體上的激光接收裝置。其中數(shù)據(jù)采集裝置與激光發(fā)射裝置相連，具有將X光接收裝置轉(zhuǎn)換的模擬電信號(hào) 轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)和將數(shù)字電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光信號(hào)并通過光纖將其傳輸出去的功能。[0007]激光發(fā)射裝置由光電轉(zhuǎn)換單元、電光轉(zhuǎn)換單元和聚焦透鏡組成，其中光電轉(zhuǎn)換單 元為光電二極管，用于將光纖中的數(shù)字光信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)；電光轉(zhuǎn)換單元為半導(dǎo)體 激光二極管，用于將數(shù)字電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光信號(hào)并在大氣中傳輸出去，并且該電光轉(zhuǎn)換 單元發(fā)射的光束沿著旋轉(zhuǎn)體的徑向，即反向經(jīng)過旋轉(zhuǎn)體的圓心，聚焦透鏡準(zhǔn)直和收縮光束， 激光發(fā)射裝置的個(gè)數(shù)由反射鏡的尺寸和個(gè)數(shù)來決定。反射鏡可以是橢圓面反射鏡或橢球面反射鏡，橢圓面反射鏡的反射面是橢圓位于 旋轉(zhuǎn)體內(nèi)徑和固定體的框架之間的一部分圓周沿著垂直于橢圓方向延伸一定寬度形成的 橢圓曲面，該寬度以能夠完全反射全部光束為宜，該橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)分別是該旋轉(zhuǎn)體的圓 心和激光接收裝置中的光電檢測(cè)器檢測(cè)面的中心，選擇該橢圓合適的長(zhǎng)半軸和短半軸以致 該橢圓的位于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)徑和固定體的框架之間的一部分圓周與旋轉(zhuǎn)體圓心形成的夾角最 大。橢球面反射鏡的反射面是橢圓位于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)徑和固定體的框架之間的一部分圓周相 對(duì)于橢圓焦點(diǎn)所在的直線旋轉(zhuǎn)一定角度形成的橢球面，該角度以能夠完全反射全部光束為 宜，該橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)分別是該旋轉(zhuǎn)體的圓心和激光接收裝置中的光電檢測(cè)器檢測(cè)面的中 心，選擇該橢圓合適的長(zhǎng)半軸和短半軸以致該橢圓的位于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)徑和固定體的框架之間 的一部分圓周與旋轉(zhuǎn)體圓心形成的夾角最大。激光接收裝置主要由光電檢測(cè)器和聚焦透鏡組成，該光電檢測(cè)器為光電二極管， 該聚焦透鏡將光束匯聚到該光電檢測(cè)器的檢測(cè)面上。

圖1是本實(shí)用新型所提出的無(wú)線激光數(shù)據(jù)傳輸裝置的一個(gè)實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)示 意圖；圖2是基于本實(shí)用新型所提出的無(wú)線激光數(shù)據(jù)傳輸裝置的另一個(gè)實(shí)施例的裝置 結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是基于本實(shí)用新型所提出的無(wú)線激光數(shù)據(jù)傳輸裝置采用多塊反射鏡的另一 個(gè)實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型所提出的無(wú)線激光數(shù)據(jù)傳輸裝置包括旋轉(zhuǎn)體110，數(shù)據(jù)采 集裝置140，激光發(fā)射裝置150，角度編碼器160，激光發(fā)射切換電路170，固定體210，激光接 收裝置220和反射鏡310。其中，數(shù)據(jù)采集裝置140，激光發(fā)射裝置150，角度編碼器160和 激光發(fā)射切換電路170都安裝在旋轉(zhuǎn)體110上，X光發(fā)射裝置120和X光接收裝置130也 安裝在旋轉(zhuǎn)體110上，旋轉(zhuǎn)體110的粗線圓周為旋轉(zhuǎn)體內(nèi)徑，旋轉(zhuǎn)體110的細(xì)線圓周為旋轉(zhuǎn) 體的外徑；激光接收裝置220和反射鏡310安裝在固定體210上，固定體210最外側(cè)的細(xì)線 表示固定體210的框架。在CT系統(tǒng)的掃查過程中，旋轉(zhuǎn)體110由電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，在圖1中沒有示出電機(jī)，X 光發(fā)射裝置120持續(xù)發(fā)射X光并隨旋轉(zhuǎn)體110旋轉(zhuǎn)，所述的X光穿過位于該X光發(fā)射裝置 120和X光接收裝置130之間的被檢對(duì)象并被X光接收裝置130所接收到，X光接收裝置 130可以將接收到的X光的能量轉(zhuǎn)換為模擬電信號(hào)，該X光接收裝置130可以為單排或多排 的X光探測(cè)器陣列。[0015]該X光接收裝置130與數(shù)據(jù)采集裝置140相連，并將檢測(cè)到的模擬電信號(hào)傳送到 該數(shù)據(jù)采集裝置140，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)換成數(shù)字電信號(hào)，在高速CT系 統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集裝置140 —般還包括電光轉(zhuǎn)換單元141，將數(shù)字電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字光信號(hào)并 通過光纖傳輸給激光發(fā)射裝置150。在實(shí)際的裝置中，數(shù)據(jù)采集裝置140與所有的激光發(fā)射 裝置150相連接，但為了簡(jiǎn)明起見，圖1中只示出了數(shù)據(jù)采集裝置140將數(shù)字光信號(hào)通過光 纖傳輸給一個(gè)激光發(fā)射裝置150。激光發(fā)射裝置150由光電轉(zhuǎn)換單元151和電光轉(zhuǎn)換單元152組成，光電轉(zhuǎn)換單元 151主要由光電二極管組成，電光轉(zhuǎn)換單元152主要由半導(dǎo)體激光二極管組成，該半導(dǎo)體激 光二極管的發(fā)射方向沿著旋轉(zhuǎn)體110的徑向，其中光電轉(zhuǎn)換單元151可以將數(shù)據(jù)采集裝置 140傳輸過來的數(shù)字光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，電光轉(zhuǎn)換單元152根據(jù)相應(yīng)的調(diào)制方式 將該電信號(hào)調(diào)制成不同形式的光信號(hào)，由半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射出去。由半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射的激光光束在照射到反射鏡310上后，就會(huì)產(chǎn)生反射， 設(shè)計(jì)該反射鏡310的反射面為橢圓曲面，反射面是橢圓位于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)徑和固定體的框架之 間的一部分橢圓圓周沿著垂直于橢圓方向延伸一定寬度形成的橢圓曲面，該寬度以能夠完 全反射全部光束為宜，該橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)分別為旋轉(zhuǎn)體的圓心A點(diǎn)和激光接收裝置220中 檢測(cè)器檢測(cè)面中心所在的點(diǎn)B，根據(jù)橢圓的光學(xué)性質(zhì)，任意由橢圓一個(gè)焦點(diǎn)發(fā)射的光線在經(jīng) 過橢圓反射后將匯聚于另一個(gè)焦點(diǎn)，這樣以保證在旋轉(zhuǎn)體110旋轉(zhuǎn)過程中，激光發(fā)射裝置 150中的半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射的光束經(jīng)過反射鏡310的反射后都匯聚到激光接收裝置 220的檢測(cè)器檢測(cè)面上，該檢測(cè)器為光電二極管。將反射鏡310設(shè)置成與旋轉(zhuǎn)體外徑部分不 在一個(gè)平面上，從而不會(huì)產(chǎn)生空間位置的干涉。由于半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射的激光是空間 發(fā)散的，為了準(zhǔn)直和收縮半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射的激光光束，在半導(dǎo)體激光二極管前面安 裝聚焦透鏡，設(shè)置半導(dǎo)體激光二極管的激光發(fā)射點(diǎn)位于聚焦透鏡的焦點(diǎn)上。同樣為了匯聚 由反射鏡反射的激光光束，在檢測(cè)器前安裝一個(gè)聚焦透鏡，使其聚焦后的光束范圍小于檢 測(cè)器的檢測(cè)面大小，從而能夠有效地接收光束。反射鏡310必須位于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)徑和固定體外部框架之間，選擇該橢圓合適的長(zhǎng)半 軸和短半軸以致該橢圓的位于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)徑和固定體的框架之間的一部分圓周與旋轉(zhuǎn)體圓 心形成的夾角最大，從而確定激光發(fā)射裝置150的個(gè)數(shù)，必須保證數(shù)據(jù)的傳輸是不間斷的， 即工作中的任意時(shí)刻都必須有激光光束照射到反射鏡310上并被反射到激光接收裝置220 上。例如在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，通過計(jì)算得到橢圓的位于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)徑和固定體的 框架之間的一部分圓周與旋轉(zhuǎn)體圓心形成的最大夾角為48. 8度，因此確定激光發(fā)射裝置 150的個(gè)數(shù)為8個(gè)，間隔角度為45度。當(dāng)旋轉(zhuǎn)體110位于圖1所示的位置時(shí)，可以通過角 度編碼器160來判斷出激光發(fā)射裝置150B將進(jìn)入反射鏡310的有效反射區(qū)域，激光發(fā)射裝 置150A將離開反射鏡310的有效反射區(qū)域，從而由激光發(fā)射切換電路170讓激光發(fā)射裝置 150B中的半導(dǎo)體激光二極管工作，并將激光發(fā)射裝置150A中的半導(dǎo)體激光二極管關(guān)閉。圖 1中虛線所示為激光發(fā)射裝置150隨著旋轉(zhuǎn)體110旋轉(zhuǎn)到此位置時(shí)的光路。在實(shí)際的裝置 中，激光發(fā)射切換電路170與所有的激光發(fā)射裝置150相連接，但為了簡(jiǎn)明起見，圖1中只 示出了激光發(fā)射切換電路170與一個(gè)激光發(fā)射裝置150相連接。激光接收裝置220在接收到反射的光束之后，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后可以直接將電信號(hào) 傳送給圖像處理系統(tǒng)，也可以再經(jīng)過電光轉(zhuǎn)換后由光纖傳送給圖像處理系統(tǒng)。[0020]圖2是基于本實(shí)用新型所提出的無(wú)線激光數(shù)據(jù)傳輸裝置的另一個(gè)實(shí)施例的裝置 結(jié)構(gòu)示意圖，與圖1不同的是反射鏡310是橢球形的，反射面是橢圓位于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)徑和固定 體的框架之間的一部分圓周相對(duì)于橢圓焦點(diǎn)所在的直線旋轉(zhuǎn)一定角度形成的橢球面，該角 度以能夠完全反射全部光束為宜，該橢圓的兩個(gè)焦點(diǎn)分別是該旋轉(zhuǎn)體的圓心和激光接收裝 置中的光電檢測(cè)器檢測(cè)面的中心，選擇該橢圓合適的長(zhǎng)半軸和短半軸以致該橢圓的位于旋 轉(zhuǎn)體內(nèi)徑和固定體的框架之間的一部分圓周與旋轉(zhuǎn)體圓心形成的夾角最大。這樣即使半導(dǎo) 體激光二極管發(fā)射的激光是空間發(fā)散的，但這樣的橢球反射曲面將會(huì)很好地將發(fā)散的光束 反射到檢測(cè)器的檢測(cè)面上。圖3是基于本實(shí)用新型所提出的無(wú)線激光數(shù)據(jù)傳輸裝置采用多塊反射鏡的另一 個(gè)實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，在這個(gè)實(shí)施例中采用了兩塊同樣的反射鏡310將光束反射到 兩個(gè)檢測(cè)器上，激光發(fā)射切換電路170對(duì)激光發(fā)射裝置150的控制原理與圖1中一樣，即保 證任何時(shí)刻都有一激光光束照射到反射鏡310上，并被反射鏡310反射到激光接收裝置220 上，這樣就可以只用4個(gè)激光發(fā)射裝置150和兩個(gè)激光接收裝置220就可以實(shí)現(xiàn)圖1中同 樣的功能，從而降低了裝置的成本。
權(quán)利要求一種基于無(wú)線激光通信的高速數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征在于，該高速數(shù)據(jù)傳輸裝置包括設(shè)置在旋轉(zhuǎn)體上的數(shù)據(jù)采集裝置；設(shè)置在旋轉(zhuǎn)體圓周上的多個(gè)激光發(fā)射裝置，其由光電轉(zhuǎn)換單元、電光轉(zhuǎn)換單元和聚焦透鏡組成，該電光轉(zhuǎn)換單元為半導(dǎo)體激光二極管；設(shè)置在固定體上的反射鏡；設(shè)置在固定體上的激光接收裝置，其由光電檢測(cè)器和聚焦透鏡組成，該光電檢測(cè)器為光電二極管。
2.如權(quán)利要求1中所述的高速數(shù)據(jù)傳輸裝置，其中的反射鏡是橢圓面反射鏡，其反射 面是橢圓位于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)徑和固定體的框架之間的一部分圓周沿著垂直于橢圓方向延伸一 定寬度形成的橢圓曲面，該寬度使得橢圓面反射鏡能完全反射全部光束，該橢圓的兩個(gè)焦 點(diǎn)分別是該旋轉(zhuǎn)體的圓心和激光接收裝置中的光電檢測(cè)器檢測(cè)面的中心。
3.如權(quán)利要求1中所述的高速數(shù)據(jù)傳輸裝置，其中的反射鏡是橢球面反射鏡，其反射 面是橢圓位于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)徑和固定體的框架之間的一部分圓周相對(duì)于橢圓焦點(diǎn)所在的直線 旋轉(zhuǎn)一定角度形成的橢球面，該角度使得橢球面反射鏡能夠完全反射全部光束，該橢圓的 兩個(gè)焦點(diǎn)分別是該旋轉(zhuǎn)體的圓心和激光接收裝置中的光電檢測(cè)器檢測(cè)面的中心。
專利摘要一種旋轉(zhuǎn)體和固定體之間的高速數(shù)據(jù)傳輸裝置，該裝置基于無(wú)線激光通信技術(shù)，適用于工業(yè)CT或醫(yī)用CT系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)體上的檢測(cè)數(shù)據(jù)高速高可靠地傳輸?shù)焦潭w上，該裝置包括設(shè)置在旋轉(zhuǎn)體上的數(shù)據(jù)采集裝置、設(shè)置在旋轉(zhuǎn)體圓周上的若干個(gè)激光發(fā)射裝置、設(shè)置在固定體上的反射鏡和設(shè)置在固定體上的若干個(gè)激光接收裝置。由于本實(shí)用新型采用無(wú)線激光通信來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸，傳輸速率高、誤碼率低并且抗干擾能力強(qiáng)，滿足了工業(yè)CT或醫(yī)用CT中大數(shù)據(jù)量高速傳輸?shù)囊蟆?br> 文檔編號(hào)H04B10/00GK201629742SQ20092027940
公開日2010年11月10日 申請(qǐng)日期2009年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月16日
發(fā)明者姜正, 崔航, 張律, 徐圓飛, 楊繼文, 王稷, 許濤, 顏菡, 黃法恒 申請(qǐng)人:北京航星機(jī)器制造公司