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《天津大学》 2004年 硕士论文
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有源光旋转连接器的研究

张尹馨  
【摘要】:光旋转连接是一门跨学科的技术,它把光传输、电子电路、精密机械设计等 技术领域的研究有机的结合起来,形成了一种能完成机械结构相对转动,光信号 旋转耦合的复合技术。它具有光信号动态传输,防电磁干扰、小型易用等突出优 点,在军事和民用领域有着不可替代的重要意义。本文为弥补传统的光旋转连接 系统在机械精度要求高、结构复杂、成本高等方面的局限,提出了红外空间互连 旋转连接器和采用自聚焦透镜的光电混合光纤旋转连接器两种设计方案,它们都 具有机械结构简单,光信号耦合容易实现等特点。对这两种系统的设计方案和系 统优化方法的探索,在现有技术的综合应用,以及开发新型光旋转连接器并推广 使用方面具有开拓性意义。 本文的主要工作: 1. 提出将红外无线数据传输技术引入旋转连接器的设计思想,并根据旋转 连接器的基本设计要求,及其与红外无线传输技术相结合的具体要求,完成了红 外空间互连旋转连接器的整体设计方案。 2. 设计了红外空间互连旋转连接器的电路。从微机接口、通信控制和红外 收发三个层次讨论了电路的实现方法,并完成了信号调制与解调的时序仿真。采 用多种新型器件和功能模块,设计了具有功能齐全,体积小等特点的电路硬件。 3. 通过实验检验了红外空间互连旋转连接器的适应性。在不同主机操作系 统下,对红外空间互连旋转连接器的传输性能进行分析与评估,测试了系统的通 信速率、传输稳定性和可靠性等重要指标,并总结了红外空间互连旋转连接器的 传输特点。 4. 优化设计了旋转连接器中的红外光链路。分析了 IrDA 协议规定的红外 无线信道的特性,从改善红外互连旋转连接器光链路,优化系统的角度设计了准 直光学系统,用其减小红外光发散角,从而提高旋转连接器的传输性能。 5. 设计了采用自聚焦透镜的光电混合光纤旋转连接器。该系统综合了有源 及无源光纤旋转连接器的系统结构,转动部分用自聚焦透镜准直光信号,固定接 收部分用光电和电光变换电路,从而完成光信号的旋转连接。文中根据系统性能 要求,完成了系统整体结构和各组成部分的设计,并模拟和计算了系统的耦合效 率,从理论上分析了该光电混合光纤旋转连接器传输光信号的有效性。 I WP=3 本文的创新之处: 1. 将红外无线数据传输技术引入旋转连接器的设计,实现了红外空间互连 旋转连接器对光信号的动态传输。 2. 提出了采用集成准直光学系统,优化红外光链路的方法,并完成了相应 的光学系统设计。该优化方法能提高红外空间互连旋转连接器的红外信道传输质 量。 3. 综合有源及无源光纤旋转连接器的系统结构,设计了光电混合光纤旋转 连接器。该结构中,自聚焦透镜准直转动光纤的出射光,固定部分用光电和电光 转换电路接收并再生光信号,从而实现光信号的旋转连接。


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