專利名稱：一種光纖旋轉(zhuǎn)連接器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖旋轉(zhuǎn)連接器的領(lǐng)域，尤其是指一種實現(xiàn)光纖雙向旋轉(zhuǎn)傳輸?shù)墓膺B 接器件。
背景技術(shù)：
在信號傳輸過程中，需要旋轉(zhuǎn)耦合連接機構(gòu)將信號從一端靜止的平臺不斷傳向另 一端旋轉(zhuǎn)的平臺，該機構(gòu)稱為旋轉(zhuǎn)連接裝置，也稱旋轉(zhuǎn)連接器。傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)連接器為電旋轉(zhuǎn)連 接器，存在傳輸速率低，抗電磁干擾差，傳輸距離近等缺點。光纖旋轉(zhuǎn)連接器采用光纖為數(shù) 據(jù)傳輸媒體，為解決旋轉(zhuǎn)連接的系統(tǒng)部件之間的數(shù)據(jù)傳輸，提供了最佳的技術(shù)解決方案。光 纖旋轉(zhuǎn)連接器可以克服電旋轉(zhuǎn)連接器的上述缺點。特別適合應(yīng)用在需要無限制的，連續(xù)或 斷續(xù)旋轉(zhuǎn)，同時又需要從固定位置到旋轉(zhuǎn)位置傳送大容量數(shù)據(jù)、信號的場所。光纖旋轉(zhuǎn)連接 器正在被廣泛應(yīng)用在不同領(lǐng)域中，如工業(yè)上的機械手、絞車，石油開采平臺、風(fēng)力發(fā)電，用于 海洋探測的掃描系統(tǒng)和追蹤雷達、海底機器人，軍事上的戰(zhàn)船的海底水聲系統(tǒng)、戰(zhàn)車的旋轉(zhuǎn) 塔臺，航天領(lǐng)域的飛行器以及醫(yī)療設(shè)備CT掃描系統(tǒng)等等。美國專利第2007/0268805號公開了一種光纖旋轉(zhuǎn)連接器，但是它的結(jié)構(gòu)比較復(fù) 雜，調(diào)節(jié)比較困難，體積較大，且可靠性不好，不能滿足小尺寸和輕重量的要求。美國專利第4641915號，第5633963號，第4373779號公開了光纖旋轉(zhuǎn)連接器，但 是都只能采用多模光纖，無法應(yīng)用于單模光纖。中國專利200720096042. 5，是采用道威棱鏡來實現(xiàn)信號傳輸。但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成 本高，而且也只能用于多模光纖。中國專利20072003219. 5，采用塑料光纖實現(xiàn)信號傳輸，還是無法解決單模光纖的 信號傳輸問題。以上專利都是由普通多模光纖或塑料光纖與自聚焦透鏡組成光纖準直系統(tǒng)，應(yīng)用 領(lǐng)域比較狹窄，無法實現(xiàn)單模光纖的旋轉(zhuǎn)連接。中國專利200610130275. 2，采用光子晶體光纖直接對接實現(xiàn)信號傳輸。主要問題 是由于光束沒有經(jīng)過透鏡準直，因為光纖之間的間距必須非常小，導(dǎo)致了安裝的困難。中國專利CN201464674U，采用TEC光纖直接對接實現(xiàn)信號傳輸。主要問題是由于 光束沒有經(jīng)過透鏡準直，光束還是發(fā)散的，因此光纖之間的間距必須非常小，有很大的局限 性。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有的光纖旋轉(zhuǎn)連接器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝困難、無法實現(xiàn)單模光纖的信號 傳輸，本發(fā)明提供一種光纖旋轉(zhuǎn)連接器，可實現(xiàn)低成本、安裝簡便、耦合效率高、性能穩(wěn)定壽 命長的性能指標。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種光纖旋轉(zhuǎn)連接器，包括定子頭、轉(zhuǎn)子頭、用于固定定子頭的定子外殼7、用于固定轉(zhuǎn)子頭的轉(zhuǎn)子套筒17以及旋轉(zhuǎn)連接裝置，所述定子外殼7套在轉(zhuǎn)子套筒17外，所述旋轉(zhuǎn) 連接裝置設(shè)置在定子外殼7和轉(zhuǎn)子套筒17之間，其特殊之處在于所述定子頭包括定子準直器6以及嵌于定子準直器6 —端的定子光纖1，所述轉(zhuǎn)子 頭包括轉(zhuǎn)子準直器5以及嵌于轉(zhuǎn)子準直器5 —端的轉(zhuǎn)子光纖4，所述定子準直器6的另一端 嵌有定子透鏡2，所述轉(zhuǎn)子準直器5的另一端嵌有轉(zhuǎn)子透鏡3，所述定子透鏡2與定子光纖 1連接，所述轉(zhuǎn)子透鏡3與轉(zhuǎn)子光纖4連接；所述定子透鏡2和轉(zhuǎn)子透鏡3的端面相對且光 軸重合；所述定子光纖1為端部芯徑為20Um-40Um的熱擴芯光纖或錐形光纖；所述轉(zhuǎn)子光 纖4的結(jié)構(gòu)與定子光纖1相同。上述定子透鏡2為自聚焦透鏡、C透鏡或非球面透鏡；所述轉(zhuǎn)子透鏡3與定子透鏡 2相同。上述旋轉(zhuǎn)連接裝置包括套在轉(zhuǎn)子套筒外側(cè)的兩個軸承(10，12)，所述兩個軸承10 和12的外圈被定子外殼7所限位，所述兩個軸承的內(nèi)圈被轉(zhuǎn)子套筒17所限位。上述光纖旋轉(zhuǎn)連接器包括用于密封定子外殼7和轉(zhuǎn)子套筒17之間間隙的密封裝 置，所述密封裝置包括設(shè)置在定子外殼7和轉(zhuǎn)子套筒17之間的彈簧密封圈14以及通過螺 栓固定在定子外殼7端面的端蓋15，所述端蓋15用于固定彈簧密封圈14。上述彈簧密封圈14采用V形彈簧或0形彈簧或U形彈簧。本發(fā)明具有的優(yōu)點1、本發(fā)明通過在現(xiàn)有的光纖旋轉(zhuǎn)連接器中設(shè)置光纖準直系統(tǒng)，且采用了大芯徑單 模光纖，降低了傳輸損耗，降低了機械加工精度，實現(xiàn)了單模光纖的信號傳輸，還可實現(xiàn)大 功率激光的信號傳輸。2、本發(fā)明通過在光纖中增加了透鏡，增大了定子光纖與轉(zhuǎn)子光纖之間的距離，降 低了對機械精度的要求，提高了耦合效率。3、本發(fā)明本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單、成本較低、耦合效率高、密封效果好、可靠性高、壽命 長。


圖1光纖旋轉(zhuǎn)連接器結(jié)構(gòu)示意圖圖2為熱擴芯光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為錐形光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為光纖準直器角度偏差示意圖；圖5為單模光纖準直器角度誤差的損耗曲線；圖6為熱擴芯光纖準直器角度誤差的損耗曲線；其中1_定子光纖，2-定子透鏡，3-轉(zhuǎn)子透鏡，4-轉(zhuǎn)子光纖，5-轉(zhuǎn)子準直器，6_定 子準直器，7-定子外殼，8-隔圈，9-擋圈，10-軸承，11-隔圈，12-軸承，13-彈性擋圈，14-彈 簧密封圈，15-端蓋，16-轉(zhuǎn)子撥桿，17-轉(zhuǎn)子套筒。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種光纖旋轉(zhuǎn)連接器。光纖旋轉(zhuǎn)連接器包括定子頭、轉(zhuǎn)子頭、軸
4承、轉(zhuǎn)子套筒、端蓋、彈簧密封件、轉(zhuǎn)子撥桿、彈性檔圈、隔圈。定子頭包括定子準直器以及 嵌于定子準直器一端的定子光纖，轉(zhuǎn)子準直器的另一端嵌有轉(zhuǎn)子透鏡，轉(zhuǎn)子頭包括轉(zhuǎn)子準 直器以及嵌于轉(zhuǎn)子準直器一端定子透鏡，轉(zhuǎn)子準直器的另一端嵌有轉(zhuǎn)子透鏡，定子透鏡與 定子光纖連接，轉(zhuǎn)子透鏡與轉(zhuǎn)子光纖連接。轉(zhuǎn)子光纖和定子光纖可采用錐形光纖(taper fiber)、熱擴芯光纖(TECfiber)。轉(zhuǎn)子透鏡和定子透鏡可采用自聚焦透鏡、C透鏡(C lens)、非球面透鏡。各種光纖可分別與上述任一透鏡組合成光纖準直器。
如圖1所示，定子頭固定在定子外殼的內(nèi)孔中，轉(zhuǎn)子頭固定在轉(zhuǎn)子套筒17中，轉(zhuǎn)子 套筒17上安裝兩個軸承10和12，再固定到定子外殼中7，端蓋15通過螺栓安裝在定子外 殼7上，彈簧密封圈14安裝在定子外殼7與轉(zhuǎn)子套筒17之間，彈簧密封圈14采用V形彈 簧或0形彈簧或U形彈簧。本發(fā)明的光纖旋轉(zhuǎn)連接器，光路部分由定子光纖1、定子透鏡2、轉(zhuǎn)子光纖4、轉(zhuǎn)子 透鏡3組成。定子光纖1與轉(zhuǎn)子光纖4是熱擴芯光纖或錐形光纖。定子透鏡2和轉(zhuǎn)子透鏡 3是自聚焦透鏡。采用熱擴芯光纖或錐形光纖可以解決采用普通單模光纖造成的對機械精 度要求過高的問題，由于熱擴芯光纖或錐形光纖的纖芯比單模光纖的纖芯直徑大，因此，可 以降低機械精度要求。采用自聚焦透鏡可以將光束準直，相對于光纖與光纖直接連接的方 案，兩個準直器之間可以有1 IOmm的間距，容易調(diào)節(jié)。熱擴芯光纖與定子透鏡2封裝在金屬管狀的定子外殼內(nèi)成為定子準直器6，熱擴 芯光纖與自聚焦透鏡3封裝在金屬管狀轉(zhuǎn)子套筒內(nèi)成為轉(zhuǎn)子準直器5，定子準直器6安裝在 定子外殼7的內(nèi)孔中，轉(zhuǎn)子準直器5安裝在轉(zhuǎn)子套筒17中，轉(zhuǎn)子套筒17上依次安裝彈性擋 圈9、軸承10、隔圈11、軸承12，隔圈8安裝在定子外殼7內(nèi)孔中，并與軸承10外圈相接觸， 彈性擋圈13固定軸承12的位置。彈簧密封圈14是密封定子外殼與轉(zhuǎn)子套筒17的間隙， 端蓋15是通過螺栓固定密封圈14的。本發(fā)明原理普通單模光纖包層和纖芯的折射率差是通過在纖芯中摻雜GeO2來達到的。光纖纖 芯的折射率高于包層中熔融純硅的折射率。當加熱普通單模光纖時，纖芯中摻雜的Ge4+離 子就會向光纖包層中擴散，使光纖橫截面上沿徑向的折射率呈漸變分布，從而達到擴大模 場直徑的目的。圖2是TEC光纖經(jīng)過加熱擴束后形成的結(jié)構(gòu)示意圖；采用1600° 2000°的高溫 火焰對約4mm范圍內(nèi)的單模光纖進行均勻的加熱后，使得光纖被加熱部分纖芯中的鍺摻雜 劑擴散到光纖中，就可達到擴束的效果。光纖在未加熱段仍為階躍光纖，纖芯和包層之間折 射率是階躍的，在加熱段則形成了梯度折射率分布。圖3是錐形光纖的結(jié)構(gòu)示意圖。對于一對光纖準直器裝配時引起的角度偏差，如圖4所示。光纖準直器角度偏差引起的損耗公式為
權(quán)利要求
一種光纖旋轉(zhuǎn)連接器，包括定子頭、轉(zhuǎn)子頭、用于固定定子頭的定子外殼7、用于固定轉(zhuǎn)子頭的轉(zhuǎn)子套筒(17)以及旋轉(zhuǎn)連接裝置，所述定子外殼(7)套在轉(zhuǎn)子套筒(17)外，所述旋轉(zhuǎn)連接裝置設(shè)置在定子外殼(7)和轉(zhuǎn)子套筒(17)之間，其特征在于所述定子頭包括定子準直器(6)以及嵌于定子準直器(6)一端的定子光纖(1)，所述轉(zhuǎn)子頭包括轉(zhuǎn)子準直器(5)以及嵌于轉(zhuǎn)子準直器(5)一端的轉(zhuǎn)子光纖(4)，所述定子準直器(6)的另一端嵌有定子透鏡(2)，所述轉(zhuǎn)子準直器(5)的另一端嵌有轉(zhuǎn)子透鏡(3)，所述定子透鏡(2)與定子光纖(1)連接，所述轉(zhuǎn)子透鏡(3)與轉(zhuǎn)子光纖(4)連接；所述定子透鏡(2)和轉(zhuǎn)子透鏡(3)的端面相對且光軸重合；所述定子光纖(1)為端部芯徑為20um 40um的熱擴芯光纖或錐形光纖；所述轉(zhuǎn)子光纖(4)的結(jié)構(gòu)與定子光纖(1)相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其特征在于所述定子透鏡(2)為自聚焦 透鏡、C透鏡或非球面透鏡；所述轉(zhuǎn)子透鏡(3)與定子透鏡(2)相同。
3 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)連接裝置包括 套在轉(zhuǎn)子套筒外側(cè)的兩個軸承(10，12)，所述兩個軸承(10，12)的外圈被定子外殼(7)所限 位，所述兩個軸承的內(nèi)圈被轉(zhuǎn)子套筒(17)所限位。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其特征在于所述光纖旋轉(zhuǎn)連接器包括用 于密封定子外殼(7)和轉(zhuǎn)子套筒(17)之間間隙的密封裝置，所述密封裝置包括設(shè)置在定子 外殼(7)和轉(zhuǎn)子套筒(17)之間的彈簧密封圈(14)以及通過螺栓固定在定子外殼(7)端面 的端蓋(15)，所述端蓋(15)用于固定彈簧密封圈(14)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光纖旋轉(zhuǎn)連接器，其特征在于所述彈簧密封圈(14)采用V 形彈簧或0形彈簧或U形彈簧。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖旋轉(zhuǎn)連接器，包括定子頭、轉(zhuǎn)子頭、用于固定定子頭的定子外殼、用于固定轉(zhuǎn)子頭的轉(zhuǎn)子套筒以及旋轉(zhuǎn)連接裝置，定子外殼套在轉(zhuǎn)子套筒外，旋轉(zhuǎn)連接裝置設(shè)置在定子外殼和轉(zhuǎn)子套筒之間，定子光纖為端部芯徑為20μm-40μm的熱擴芯光纖或錐形光纖；轉(zhuǎn)子光纖的結(jié)構(gòu)與定子光纖相同。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的光纖旋轉(zhuǎn)連接器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝困難、無法實現(xiàn)單模光纖的信號傳輸，本發(fā)明可實現(xiàn)低成本、安裝簡便、耦合效率高、性能穩(wěn)定壽命長的性能指標。
文檔編號G02B6/36GK101986176SQ20101051940
公開日2011年3月16日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月26日
發(fā)明者劉昭, 姚勝利, 孫博, 張紅菊, 米磊, 韓笑路, 黃濤 申請人:飛秒光電科技(西安)有限公司