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(guang)LED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LED與yu相xiang應ying的de接jie收shou光guang電dian二er級ji管guan處chu於yu相xiang對dui旋xuan轉zhuan之zhi中zhong
，光guang電dian二er極ji管guan接jie收shou到dao的de有you效xiao光guang功gong率lv並bing不bu穩wen定ding
，而er是shi處chu於yu波bo動dong狀zhuang態tai
，因yin此ci得de到dao的de光guang電dian檢jian測ce信xin號hao也ye是shi波bo動dong的de。一yi般ban由you於yu光guang電dian檢jian測ce信xin號hao較jiao弱ruo，在zai輸shu入ru信xin號hao收shou發fa電dian路lu模mo塊kuai後hou首shou先xian要yao通tong過guo放fang大da電dian路lu對dui檢jian測ce信xin號hao進jin行xing放fang大da
，放fang大da後hou的de信xin號hao波bo形xing上shang升sheng和he下xia降jiang速su度du變bian慢man，波bo形xing穩wen定ding部bu分fen也ye會hui有you一yi定ding的de波bo動dong。因yin此ci信xin號hao波bo形xing還hai要yao經jing過guo整zheng形xing穩wen幅fu電dian路lu處chu理li以yi提ti升sheng其qi上shang升sheng和he下xia降jiang速su度du同tong時shi使shi波bo形xing平ping穩wen。
實驗與結果分析

youyuzaixuanzhuanlianjiebujianzhongguangxinhaofasheyujieshoushizaixiangduixuanzhuanzhongjinxingde，guangchangdefenbuhuiduixinhaodechuanshuzhiliangzaochengyingxiang。shiyandemudeshiyanzhengshejishifouheli，weiciceshileshuangtongdaoguangdianouhelizhouxuanzhuanlianjieqiduiwulicengzhongweixinhaodechuanshuxingneng，baokuowumalvdedaxiao、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;在(zai)光(guang)導(dao)模(mo)式(shi)下(xia)
，光(guang)電(dian)二(er)級(ji)的(de)切(qie)換(huan)速(su)度(du)較(jiao)高(gao)，但(dan)具(ju)有(you)明(ming)顯(xian)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)，同(tong)時(shi)即(ji)使(shi)在(zai)無(wu)光(guang)條(tiao)件(jian)下(xia)也(ye)會(hui)產(chan)生(sheng)暗(an)電(dian)流(liu)引(yin)入(ru)噪(zao)聲(sheng)。光(guang)電(dian)二(er)級(ji)管(guan)暗(an)電(dian)流(liu)大(da)小(xiao)與(yu)溫(wen)度(du)有(you)關(guan)，在(zai)溫(wen)度(du)變(bian)化(hua)較(jiao)大(da)的(de)場(chang)合(he)噪(zao)聲(sheng)較(jiao)強(qiang)，會(hui)使(shi)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)誤(wu)碼(ma)率(lv)大(da)大(da)增(zeng)加(jia)，需(xu)要(yao)加(jia)入(ru)溫(wen)度(du)補(bu)償(chang)電(dian)路(lu)。實(shi)驗(yan)在(zai)一(yi)個(ge)較(jiao)理(li)想(xiang)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)進(jin)行(xing)，環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)不(bu)大(da)，光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)工(gong)作(zuo)在(zai)光(guang)導(dao)模(mo)式(shi)。圖(tu)6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9zhongshangfangweidanpianjifachudejuxingmaichongxulieboxing，xiafangweitongguoshuangtongdaoguangdianouhexuanzhuanlianjieqihoudexinhaoboxing。keyikanchuhouzheshaoyouyanchi，henkenengshiqijiandexiangyingshijiansuozhi，danboxingweibian，youchuankoudetongxinxieyikezhi
，zaiwuzaoshengganraoshitongxinwanquankechixujinxing。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

本ben文wen針zhen對dui現xian有you旋xuan轉zhuan連lian接jie技ji術shu實shi現xian方fang法fa中zhong的de不bu足zu，設she計ji了le一yi種zhong易yi於yu實shi現xian的de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裝zhuang置zhi的de方fang案an，對dui其qi原yuan理li進jin行xing了le分fen析xi並bing通tong過guo實shi驗yan對dui該gai設she計ji方fang法fa的de實shi際ji可ke行xing性xing進jin行xing了le驗yan證zheng。實shi驗yan結jie果guo表biao明ming
，本ben方fang案an能neng夠gou實shi現xian相xiang對dui旋xuan轉zhuan的de機ji構gou之zhi間jian的de非fei接jie觸chu通tong信xin，同tong時shi結jie構gou簡jian單dan，機ji械xie加jia工gong精jing度du要yao求qiu低di，成cheng本ben低di，某mou些xie場chang合he下xia可ke以yi代dai替ti光guang纖xian連lian接jie器qi實shi現xian多duo路lu多duo通tong道dao數shu據ju傳chuan輸shu，也ye可ke應ying用yong於yu一yi些xie總zong線xian通tong信xin中zhong。

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