БЕСПРОВОДНАЯ ДУПЛЕКСНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ

Полезная модель относится к технике связи, в частности к устройствам беспроводного двухстороннего обмена информацией и может быть использована для передачи сигнала с неподвижной части объекта на вращающуюся и наоборот, например в оптико-механических сканирующих устройствах.
Известны устройства двунаправленной оптической связи, описанные в патенте GB №2278971, кл. Н04В 10/24, публ. 07.06.1993 и в патенте RU №2174287, кл. Н04В 10/00, публ. 20.05.01, в которых оптическая система связи выполнена в виде двух частей: передающей с источником излучения и приемной с фотоприемным устройством. Однако они не могут осуществлять двустороннюю связь между частями объекта, находящимися в подвижном состоянии относительно друг друга.
Известны также устройства передачи сигнала по оптическому каналу между взаимно перемещающимися передатчиком и приемником, описанные в заявке ЕР №0215973, кл. G02B 6/36, 1987 г. и в авторском свидетельстве SU №1832395, кл. Н04В 10/00, публ. 07.08.1993, сущность которых заключается в том, что излучатель (передающая часть оптического канала связи) и фотоприемное устройство (приемная часть оптического канала связи) установлены с возможностью вращения друг относительно друга и связаны между собой через волоконно-оптический преобразователь, призмы Дове, Пехана, афокальную систему из цилиндрических линз и т.п.
Недостатком таких систем является необходимость использования призм и волоконной оптики, что влечет за собой сложности в изготовлении, значительные энергетические потери, увеличение массогабаритных характеристик конструкции и стоимости.
Наиболее близким средством того же назначения по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели является изобретение по патенту RU №2178954, кл. Н04В 10/00, публ. 27.01.2002. В нем беспроводная дуплексная оптическая система связи содержит два идентичных оптических приемопередатчика, расположенных на противоположных концах образованной ими оптической линии связи. Каждый из указанных приемопередатчиков состоит из последовательно и соосно расположенных излучателя (передатчика), оптического узла в виде конденсора, диафрагмы и фотоприемника, установленного в фокальной плоскости конденсора. Оптический излучатель и фотоприемник каждого приемопередатчика расположены на прямой, соединяющей их оптические оси в плоскости, перпендикулярной их оптическим осям, и пространственно разнесены. Каждый передатчик и приемник приемопередатчиков подключены к соответствующим конверторам через модулятор и демодулятор.
Несмотря на достигаемый данным изобретением технический результат в части снижения вероятности сбоя связи и повышения устойчивости к помехам, а также низкие затраты на производство и эксплуатацию, к сожалению оно не может обеспечить передачу информационного сигнала с неподвижной части объекта на вращающуюся и наоборот, что ограничивает область его возможного применения.
Задачей данной полезной модели является создание устройства, обеспечивающего беспроводную оптическую связь двустороннего обмена информацией между объектами или их частями, находящимися как в неподвижном состоянии, так и при вращении одной его части относительно другой в любом направлении по ходу оптических лучей от излучателя приемопередатчика.
Технический результат заключается в расширении области применения устройства, создании недорогой малогабаритной, экономичной, легкой и надежной конструкции с большим ресурсом работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве беспроводной дуплексной оптической связи, содержащей два идентичных приемопередатчика, расположенных на противоположных концах образованной ими оптической линии связи, каждый из которых включает излучатель, оптический узел и фотоприемное устройство, один из приемопередатчиков установлен с возможностью вращения, другой - жестко закреплен, а оптические оси первого и второго приемопередатчиков пространственно совмещены. Кроме того, оптический узел, выполненный в виде объектива переноса изображения, установленный перед фотоприемным устройством, снабжен центральным отверстием, в которое помещен излучатель.
Последовательная соосная установка оптических элементов обоих приемопередатчиков и совмещение оптических осей приемопередатчиков с осью вращения обеспечивает формирование беспроводной оптической линии связи в виде одной физической цепи (одного оптического канала), в которой потоки излучения от двух излучателей разделены, благодаря чему осуществляется двусторонняя передача информации с подвижной части объекта на неподвижную и наоборот. Форма выполнения оптических элементов и их взаимоположение позволяют при этом создать компактное, простое и надежное устройство.
На фигуре 1 схематически изображена дуплексная оптическая система связи, поясняющая сущность предлагаемого технического решения.
1
2
1
2
На указанной схеме позиции 1, 1 - два идентичных приемопередатчика, один из которых, например, 1 установлен с возможностью вращения, а другой 1 жестко закреплен. Каждый из
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
1
2
приемопередатчиков 1 (1) содержит соответственно излучатель 2 (2), объектив переноса изображения 3 (3) и фотоприемное устройство 4 (4), установленное в фокальной плоскости объектива 3 (3). При этом оптические оси приемопередатчиков 1 (1) пространственно совмещены и образуют единую оптическую ось O-O. Входы излучателей 2 (2) и выходы фотоприемников 4 (4) подключены к соответствующим схемам информационного обмена.
Поскольку предлагаемое устройство является дуплексным, и реализующие его средства и операции передачи и приема информации в обоих направлениях одинаковы, рассмотрим процесс передачи информации только в одном направлении.
1
1
2
2
Выходные данные с ЭВМ 1 поступают на контроллер (на чертеже не показаны), который осуществляет их буферизацию и обеспечивает выдачу сигнала на вход излучателя 2 в виде последовательных асинхронных задач. Излучатель 2 испускает световые волны, которые объективом переноса изображения 3 фокусируются на фотоприемном устройстве 4, преобразующем входной оптический сигнал в выходной электрический, формируемый далее контроллером в информацию в виде стандартного цифрового кода, которая затем поступает на вход ЭВМ 2 (на чертеже не показана) для автоматизированной обработки.
Для реализации данного устройства в качестве излучателя можно использовать светодиод типа 3Л 139Б, в качестве фотоприемного устройства может быть применен фотодиод ФД-21-КП, в качестве ЭВМ - «Багет-83», для оптических элементов объектива переноса изображения целесообразно использовать пару оптических материалов кремний-германий.
Таким образом, заявляемая полезная модель беспроводной дуплексной оптической связи решает задачу двусторонней передачи информации с подвижного вращающегося объекта на неподвижный и обеспечивает
быстродействие передачи информации при длительности импульсов не менее 20-30 нс, что подтверждают результаты расчета. Расчет, проведенный с учетом индикатрисы излучения светодиода и диаметра чувствительной площадки фотоприемного устройства показал, что обеспечивается максимальный КПД устройства связи, максимальное отношение сигнал/шум и, соответственно, надежность передачи цифровой информации.
Оптическое разделение каналов передачи сигнала обеспечивает отсутствие взаимного влияния сигналов между прямым и обратным каналами связи.