УСТРОЙСТВО ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
DEVICE FOR INFORMATION TRANSMISSION

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, оптико-электронному приборостроению и может быть использовано для передачи информации (сигнала) между неподвижной и подвижной частями аппаратуры различного типа, в частности, оптико-электронных приборов, в которых есть неподвижные и вращающиеся, поворотные части. К таким оптико-электронным приборам относятся локаторы кругового обзора, сканирующие системы и т.п.
Известно устройство передачи информации [ЕР 2120429 А2 от 18.11.2009], содержащее светоизлучающий и светочувствительный элементы, расположенные на соединяющей их оптической оси, выполненные с возможностью линейного перемещения элементов вдоль оптической оси и/или вращения элементов вокруг оптической оси. Светоизлучающий и светочувствительные элементы преобразуют электрические сигналы в световые и обратно. Данное устройство не позволяет обеспечить многоканальный режим передачи информации.
Наиболее близким устройством того же назначения, что и заявляемое, по совокупности существенных признаков, является устройство передачи информации [Патент RU №2494544, опубл. 27.09.2013, Бюлл. Изоб., №27, 2013], выбранное нами в качестве прототипа. Устройство включает в себя корпус, соединенный с вращающимся валом и неподвижной втулкой, содержит светоизлучающие и светочувствительные элементы, связанные через общую шину соответственно с источниками и приемниками электрических сигналов и закрепляемые внутри вращающегося вала и внутренней поверхности втулки. Количество пар оптически связанных светоизлучающего и светочувствительного элементов формируют количество каналов передачи информации между вращающейся и неподвижной частями прибора.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства передачи информации, относятся следующие. Устройство может быть использовано, когда либо сама поворотная часть сканирующей системы, либо соединение ее с неподвижной частью представляют собой вал вращения, конструкция которого должна удовлетворять ряду требований. Он должен быть полым, чтобы светоизлучающие элементы могли быть в нем размещены, также участки вала, через которые передается световой сигнал, необходимо изготавливать из прозрачного материала, например стекла. В ряде случаев оптические схемы современных оптико-электронных приборов кругового обзора диктуют особые требования к зоне пространства, через которую проходит ось вращения сканирующей системы. Эта зона не должна экранироваться, а быть свободной и использоваться, например, для прохождения через нее лазерного излучения. Также в устройстве-прототипе не предусмотрена возможность осуществления одновременной передачи информации в двух направлениях: от неподвижной части прибора к вращающейся и от вращающейся части к неподвижной. С учетом сложности конструкций современных сканирующих оптико-электронных приборов устройство передачи информации должно быть компактным и малогабаритным.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Изобретение направлено на решение задачи создания компактного малогабаритного устройства передачи информации между вращающейся и неподвижной частями оптико-электронного прибора, которое является многоканальным и позволяет, в том числе, осуществлять передачу информации одновременно в двух направлениях (от вращающейся части к неподвижной и наоборот), а также учитывает требования по запрету экранирования оси вращения вращающейся части прибора.
Техническим результатом, который достигается при реализации изобретения, является обеспечение многоканальной передачи информации между вращающейся и неподвижной частями оптико-электронного прибора, в том числе с возможностью передачи информации одновременно в двух направлениях (от вращающейся части к неподвижной и наоборот), при сохранении свободной зоны пространства, через которую проходит ось вращения вращающейся части прибора. Заявляемая в изобретении конструкция устройства позволяет сделать его компактным и малогабаритным.
Указанный выше технический результат достигается тем, что в устройстве передачи информации, включающем корпус, связанный с неподвижной и вращающейся частями оптико-электронного прибора, светоизлучающий и светочувствительный элементы, оптически связанные друг с другом через светоотражатель, а также внутренние перегородки, в соответствии с заявляемым техническим решением корпус выполнен из двух колец П-образного поперечного сечения с боковыми стенками, параллельными центральной оси колец, внутренние перегородки выполнены в одном из колец П-образного поперечного сечения параллельно боковым стенкам кольца, при этом кольца П-образного поперечного сечения коаксиально вложены одно в другое и сопрягаются по боковым стенкам так, что внутренняя кольцевая полость, образованная в результате вложения колец П-образного поперечного сечения друг в друга, делится внутренними перегородками на ряд меньших внутренних соосных кольцевых полостей, при этом одно из колец П-образного поперечного сечения соединено с неподвижной частью оптико-электронного прибора, а другое - с вращающейся частью оптико-электронного прибора и выполнено с возможностью вращения вокруг центральной оси колец, при этом центральная ось колец совпадает с осью вращения вращающейся части оптико-электронного прибора, по меньшей мере один светоизлучающий и один светочувствительный элементы установлены соответственно на противоположных плоских стенках колец П-образного поперечного сечения в каждой из внутренних соосных кольцевых полостей, светоотражателем является выполненная светоотражающей поверхность внутренних стенок соосных кольцевых полостей, при этом плоские стенки колец П-образного поперечного сечения выполнены с возможностью подвода электрического сигнала к светоизлучающему элементу и отвода электрического сигнала от светочувствительного элемента.
На Фиг. 1 приведен вид заявляемого устройства передачи информации для случая передачи информации по пяти каналам в разрезе, где
1 - корпус, состоящий из кольца П-образного поперечного сечения 1.1 и кольца П-образного поперечного сечения 1.2, вложенных одно в другое, при этом кольцо 1.1 соединено с вращающейся частью прибора, а кольцо 1.2 соединено с неподвижной частью прибора (соединения не показаны);
2.1, 2.2, 2.3, 2.4 - внутренние перегородки внутри кольца П-образного поперечного сечения 1.2, выполненные параллельно боковым стенкам кольца;
3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5 - пять соосных меньших кольцевых полостей, на которые делится внутренняя кольцевая полость корпуса 1;
4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 - выполненная светоотражающей поверхность внутренних стенок соосных кольцевых полостей 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, соответственно;
5.1, 5.2 - светоизлучающие элементы, установленные на плоской стенке кольца 1.2 корпуса 1 в кольцевых полостях 3.1, 3.2, соответственно;
5.3, 5.4, 5.5 - светоизлучающие элементы, установленные на плоской стенке кольца 1.1 корпуса 1 в кольцевых полостях 3.3, 3.4, 3.5, соответственно;
6.1, 6.2 - светочувствительные элементы, установленные на плоской стенке кольца 1.1 корпуса 1 в кольцевых полостях 3.1, 3.2, соответственно;
6.3, 6.4, 6.5 - светочувствительные элементы, установленные на плоской стенке кольца 1.2 корпуса 1 в кольцевых полостях 3.3, 3.4, 3.5, соответственно;
7 - центральная ось колец 1.1 и 1.2, совпадающая с осью вращения вращающейся части оптико-электронного прибора.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Устройство передачи информации устанавливается между вращающейся и неподвижной частями оптико-электронного прибора так, что кольцо П-образного поперечного сечения 1.1 соединяется с вращающейся частью прибора, а кольцо П-образного поперечного сечения 1.2 соединяется с неподвижной частью прибора. Центральная ось колец 1.1 и 1.2, обозначенная на Фиг. 1 как 7, совпадает при этом с осью вращения вращающейся части оптико-электронного прибора, а кольцо 1.1 выполнено с возможностью вращения вокруг центральной оси 7. При вращении вращающейся части прибора, например, поворотной платформы локатора кругового обзора, вокруг оси вращения вращается и кольцо 1.1 корпуса 1. При возникновении необходимости передачи информации, например, сигналов телеметрии с неподвижной части прибора, например, его основания, на вращающуюся платформу, осуществляют подачу электрических сигналов к светоизлучающим элементам 5.1, 5.2 через плоскую стенку кольца 1.2 корпуса 1 (подходы к решению такой задачи известны).
Электрические сигналы, подводимые через плоскую стенку кольца 1.2, преобразуются в оптическое излучение светоизлучающих элементов 5.1, 5.2. Оптическое излучение многократно отражается от светоотражающей поверхности внутренних стенок соосных кольцевых полостей 3.1, 3.2 и попадает на светочувствительные элементы 6.1, 6.2, установленные на противоположной плоской стенке кольца 1.1. Далее принимаемое оптическое излучение преобразуется в них в электрические сигналы, которые отводятся через плоскую стенку кольца 1.1 и направляются к поворотной платформе (подходы к решению такой задачи известны).
Внутри каждой малой кольцевой полости 3.1, 3.2 вращение вращающегося кольца и многократное отражение излучения от светоотражающей поверхности внутренних стенок кольцевой полости обеспечивают оптическую связь между светоизлучающим и светочувствительным элементом, происходит распространение излучения от светоизлучающего к светочувствительному элементу. Таким образом формируется кольцевой канал передачи информации. Для обеспечения работы устройства на плоской поверхности каждой малой кольцевой полости достаточно установить по меньшей мере по одному светоизлучающему элементу, а на противоположной плоской поверхности той же кольцевой полости по меньшей мере по одному светочувствительному элементу, размещая их так, чтобы при вращении вращающегося кольца и отражениях излучения от внутренних стенок осуществлялась засветка светочувствительного элемента.
В случае необходимости компенсации возникающих при переотражениях потерь светового потока, а также компенсации возможного ослабления светового потока в процессе его распространения, в одной малой кольцевой полости на ее плоской поверхности может быть установлено несколько светоизлучающих элементов, включенных параллельно в электрическую схему, и несколько светочувствительных элементов на противоположной плоской поверхности, также включенных параллельно в электрическую схему. Аналогично можно поступить и в случае распространения излучения в кольцевых полостях с большими диаметрами колец, где также может происходить ослабление светового потока.
Реализуемая в устройстве передача сигнала между неподвижной и вращающейся частями прибора может быть двусторонней. Выше был рассмотрен случай передачи информации от неподвижной части прибора к вращающейся. В случае решения обратной задачи передачи информации от вращающейся части прибора к неподвижной, меняется расположение светоизлучающих и светочувствительных элементов: светоизлучающие элементы устанавливаются на плоской поверхности П-образного кольца, связанного с вращающейся частью прибора, а светочувствительные на плоской поверхности П-образного кольца, связанного с неподвижной частью прибора. На Фиг. 1 этот случай иллюстрируется для кольцевых полостей 3.3, 3.4, 3.5, где на плоской стенке кольца 1.1 установлены светоизлучающие элементы 5.3, 5.4, 5.5, а на плоской стенке кольца 1.2 - светочувствительные элементы 6.3, 6.4, 6.5, соответственно. Подача электрических сигналов к светоизлучающим элементам 5.3, 5.4, 5.5 осуществляется через плоскую стенку кольца 1.1, а отвод электрических сигналов от светочувствительных элементов 6.3, 6.4, 6.5 - через плоскую стенку кольца 1.2 в кольцевых полостях 3.3, 3.4, 3.5, соответственно (подходы к решению таких задач известны). Внутри кольцевых полостей 3.3, 3.4, 3.5 распространение светового потока от светоизлучающего к светочувствительному элементу осуществляется таким же образом, как было описано выше для кольцевых полостей 3.1, 3.2.
Количество малых кольцевых полостей внутри корпуса формирует количество независимых каналов передачи информации между вращающейся и неподвижной частями оптико-электронного прибора. Заявляемое устройство также обеспечивает возможность осуществления передачи информации одновременно в двух направлениях (от вращающейся части к неподвижной и наоборот). Так устройство, представленное на Фиг. 1, позволяет одновременно осуществить передачу информации по 2 независимым каналам от неподвижной части оптико-электронного прибора к вращающейся и по 3 независимым каналам от вращающейся части прибора к неподвижной. При этом зона пространства, через которую проходит ось вращения вращающейся части прибора, сохраняется свободной, не экранируется никакими элементами и может быть использована для прохода через нее оптического, например, лазерного излучения.
Заявляемая в изобретении конструкция устройства позволяет сделать его компактным и малогабаритным. Диаметр свободной центральной зоны определяется апертурой оптической системы оптико-электронного прибора. Размеры устройства, высота боковых цилиндрических стенок колец, размеры внутренних кольцевых полостей, формируемых перегородками, подбираются так, чтобы обеспечить беспрепятственное вращение подвижного кольца корпуса вокруг неподвижного и размещение в кольцевых полостях светочувствительных и светоизлучающих элементов, обеспечивающее их функционирование. В качестве светоизлучающих элементов могут быть использованы светодиоды, в качестве светочувствительных - фотодиоды.
В результате испытания изготовленного на предприятии макета трехканального устройства передачи информации было показано, что устройство может быть успешно реализовано в соответствии с предложенным выше техническим решением, с соблюдением ограничений на его габариты, вытекающих из требований оптической системы. Внешний диаметр устройства составил 140 мм, внутренний диаметр 86 мм. Ширина каждого кольцевого канала передачи информации составляла 7 мм. Кольца П-образного поперечного сечения и внутренние перегородки в неподвижном кольце были выполнены металлическими, из сплава алюминия. В качестве светоизлучающих элементов использовались светодиоды типа L-34SFC, в качестве светочувствительных элементов фотодиоды SFH203. Проверка работоспособности макета подтвердила обеспечение передачи цифровых сигналов со скоростью свыше 6 Мбит/с.