用于相对旋转物体之间的数据传输系统及系统的设计方法 |
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| 申请号 | CN201410771450.0 | 申请日 | 2014-12-12 | 公开(公告)号 | CN104467924A | 公开(公告)日 | 2015-03-25 |
| 申请人 | 北京航星机器制造有限公司; | 发明人 | 徐圆飞; 姚为; 刘玉平; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于相对旋转物体之间的数据传输系统及系统设计方法，系统包括 数据采集 装置、一分N1分路器、N1个发射装置、N2合一合路器、N2个接收装置和 数据处理 装置，N1个发射装置和一分N1分路器设置在一个相对旋转体上，N2合一合路器和N2个接收装置设置在另一个相对旋转体上，发射装置和所述接收装置中的一方在其闭合的运动轨迹上均匀布置，另一方相邻两个之间的设置间隔最大为其闭合运动轨迹除其本身个数再减去前一方的工作范围，N1个发射装置和N2个所收装置中彼此工作范围重合的一对或几对进行数据传输。本发明的装置和方法有效地降低了发射装置和接收装置的成本，提高了传输速率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于相对旋转物体之间的数据传输系统，采用基于多个发射装置多个接收装置交替工作的数据传输方法，其特征在于：包括数据采集装置、一分N1分路器、N1个发射装置、N2合一合路器、N2个接收装置和数据处理装置，N1个所述发射装置和所述一分N1分路器设置在一个相对旋转体上，所述N2合一合路器和N2个所述接收装置设置在另一个相对旋转体上，所述N1、N2的数量根据所述发射装置的作为工作范围的有效发射范围和所述接收装置的作为工作范围的有效接收范围而定， |
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| 说明书全文 | 用于相对旋转物体之间的数据传输系统及系统的设计方法技术领域背景技术[0002] 在非接触式数据传输领域，有这样一种应用需求，要求在相对旋转体之间传输数据，即数据发射和接收装置分别位于相对旋转体上，而且相对旋转体中间是中空的，或者中间被其他装置占用，不能放置数据传输装置的，如计算机断层成像(CT)系统中的数据滑环，其中检测数据是处于旋转状态，需要通过非接触的方式将数据传输到固定的图像处理终端中。 [0003] 目前已知有两类技术可以解决这种应用需求，一类是无线电耦合技术，第二类是光传输技术。其中美国专利US7079619和德国专利DE4412958A1均公布了无线电耦合技术，中国专利CN1997315A和中国专利CN100534013C公布了光传输技术。 [0004] 专利US7079619和专利DE4412958A1公布的无线电耦合技术采用天线发射和接收电磁辐射信号，如果想要得到较高的数据传输速率，天线的尺寸必须相应缩短，但这样就会导致信号比较容易受到其他电磁信号干扰，从而导致传输质量的降低。而且其自身在传输信号时发射的电磁辐射也会影响其他的电子设备，对其他的电子设备产生干扰。 [0005] 专利CN1997315A公布了一种基于多个发射多个接收装置交替工作的数据传输方法，但存在着接收装置切换时会短时间地中断数据传输，必须要通过增加额外的缓存和压缩设备来弥补。其接收装置还需要安装对准调整装置，增加了实现复杂度和成本。而且发射装置在与接收装置对准传输数据的过程中，发射装置与接收装置的间距在不断变化，导致数据传输路径不断变化，从而影响数据传输性能。 [0006] 专利CN100534013C公布了一种基于光波导的光学数据传输方法，但其采用的光波导是整圈的，成本较高，而且接收装置在旋转过程中，其与发射装置的间距在不断变化，这种变化也会导致数据传输路径不断变化，从而影响数据传输性能。 发明内容[0007] 本发明的目的是提出一种用于相对旋转体之间传输数据的装置，尤其是用于中空的或者旋转中心被占用的相对旋转体之间的数据传输装置及设计方法，可以用于固定体和旋转体之间，也可以用于都旋转但具有速度差的旋转物体之间。相比于现有的相对旋转体之间的传输装置或方法，该装置具有成本低、传输速率高等优点。 [0008] 相对旋转体之间的数据传输，其实就是相对旋转的发射装置和接收装置之间的数据传输。进行相对旋转运动的发射装置和接收装置，其中有一个装置可以看成相对静止状态，另一个装置对其进行相对旋转运动。 [0009] 本发明的用于相对旋转物体之间的数据传输系统，采用基于多个发射装置多个接收装置交替工作的数据传输方法，其包括数据采集装置、一分N1分路器、N1个发射装置、N2合一合路器、N2个接收装置和数据处理装置，N1个所述发射装置和所述一分N1分路器设置在一个相对旋转体上，所述N2合一合路器和N2个所述接收装置设置在另一个相对旋转体上，所述N1、N2的数量根据所述发射装置的作为工作范围的有效发射范围和所述接收装置的作为工作范围的有效接收范围而定，所述发射装置和所述接收装置中的一方在其闭合的运动轨迹上均匀布置，另一方相邻两个之间的设置间隔最大为其闭合运动轨迹除其本身个数再减去前一方的工作范围，当所述相对旋转物体之间的数据传输系统工作时，所述数据采集装置采集来的数据经由一分N1分路器分别传送至N1个所述发射装置，N1个所述发射装置和N2个所述接收装置中彼此工作范围重合的一对或几对进行数据传输，接收了数据的所述接收装置经由所述N2合一合路器将该数据传送至所述数据处理装置。 [0010] 优选所述相对旋转体的运动轨迹均为闭合的圆，当所述发射装置的有效发射范围为α，所述接收装置的有效接收范围β时，所述发射装置和所述接收装置各自配置个数N1与N2乘积大于等于360度÷(α+β)的最小整数，N1与N2均为正整数，所述发射装置和所述接收装置各自的配置间隔为：如果选定所述接收装置载在其闭合轨迹圆上均匀分布，则相邻之间的间隔所对圆心角弧度为360度÷N2，相邻的所述发射装置之间最大的间隔所对的圆心角弧度为360度÷N1-β。 [0011] 优选当发射有效范围小于接收有效范围的十分之一时，将α设为0；当接收有效范围小于发射有效范围的十分之一时，将β设为0。 [0012] 优选所述一分N1分路器根据数据采集装置传输到发射装置的数据的传输载体，能够选择光分路器或电路分路器；所述N2合一合路器同样能够根据数据传输载体的形式选择光合路器或电路合路器。 [0013] 本发明用于相对旋转物体之间的数据传输系统的设计方法，其为权利要求1～4中的任一项所述的相对旋转物体之间的数据传输系统的设计方法，其包括：步骤一、确定相对旋转物体的旋转直径；步骤二、根据所述发射装置的有效发射范围和所述接收装置的有效接收范围，计算所述发射装置的有效发射范围在旋转直径所对应的旋转圆上覆盖的圆弧段所对应的圆心角α，计算有效接收范围在旋转直径所对应的旋转圆上覆盖的圆弧段所对应的圆心角β；步骤三、求出所述接收装置和所述发射装置的个数的乘积N≥360度÷(α+β)，N为正整数；步骤四、根据乘积N，确定所述接收装置和所述发射装置的个数，接收装置和发射装置的个数为正整数，步骤五、确定所述发射装置或所述接收装置中的一方为沿其旋转圆周均匀布置，计算出另一方在其旋转圆周上相邻两个之间最大设置间隔所对应圆心角为360度除其个数再减去前一方的有效工作范围，和步骤六、按照上述数据配置所述接收装置和所述发射装置，并与系统地其他部件连接起来。 [0014] 优选设α或β为0。 [0015] 优选当发射范围小于接收范围的十分之一时，将α设为0或当接收范围小于发射范围的十分之一时，将β设为0。 [0016] 优选设定所述接收装置和所述发射装置中的一方的数量为1，则该方能够任意设置，另一方均匀设置在其旋转圆周上。 [0017] 优选选定所述接收装置和所述发射装置的个数，以保证所述接收装置和所述发射装置都能够均匀设置在各自的旋转圆周上。 [0019] 图1是本发明实施例中相对旋转物体旋转前发射装置和接收装置接收范围的初始状态示意图 [0020] 图2是实施例中的相对旋转物体逆时针旋转一定角度后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图 [0021] 图3是实施例中的相对旋转物体在图2的基础上继续逆时针旋转后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图 [0022] 图4是实施例中的相对旋转物体在图3的基础上继续逆时针旋转后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图 [0023] 图5是实施例中的相对旋转物体在图4的基础上继续逆时针旋转后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图 [0024] 图6是实施例中的相对旋转物体在图5的基础上继续逆时针旋转后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图 [0025] 图7是实施例中的相对旋转物体在图6的基础上继续逆时针旋转后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图 [0026] 图8是实施例中的相对旋转物体在图7的基础上继续逆时针旋转后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图 [0027] 图9是实施例中的相对旋转物体在图8的基础上继续逆时针旋转后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图 [0028] 图10是实施例中的相对旋转物体在图9的基础上继续逆时针旋转后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图 [0029] 图11是实施例中的相对旋转物体在图10的基础上继续逆时针旋转后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图 [0030] 图12是实施例中的相对旋转物体在图11的基础上继续逆时针旋转后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图 [0031] 图13是实施例中的相对旋转物体在图12的基础上继续逆时针旋转后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图 [0032] 图14是实施例中的相对旋转物体在图13的基础上继续逆时针旋转后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图 [0033] 图15是实施例中的相对旋转物体在图14的基础上继续逆时针旋转后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图 [0034] 图16是实施例中的相对旋转物体在图15的基础上继续逆时针旋转后的发射装置和接收装置接收范围的状态示意图。 具体实施方式[0035] 如果把接收装置看成相对静止状态，则发射装置进行相对旋转运动，并且发射装置的运动轨迹是一个闭合的圆。 [0036] 一种用于相对旋转物体之间的数据传输装置，设置的接收装置和发射装置的最少个数满足下列关系式： [0037] 接收装置和发射装置的个数的乘积N＝360度÷(α+β)，其中α为发射装置的发射有效范围在旋转圆上覆盖的圆弧段所对应的圆心角，β为接收装置的接收有效范围在旋转圆上覆盖的圆弧段对应的圆心角，若N为小数，则取大于N的最小正整数为N，如N原始计算结果为14.4，则将N取整为15，接收装置和发射装置的个数为正整数。接收装置中心的间隔角度为360度除以接收装置的个数。发射装置中心的间隔角度等于360度除以接收装置个数得到的结果再减去接收装置在旋转圆上覆盖的圆弧段所对应的圆心角。为了简化计算，可以设α或β为0。下面以发射装置的发射有效范围在旋转圆上覆盖的圆弧段所对应的圆心角α为0的实例来具体说明本发明的装置和该装置的设计方法。 [0038] 下面所述的方法即是解决相对旋转体之间的数据传输装置设计得更为有效的方法，以发射装置进行相对旋转运动，接收装置相对静止为例。如果相对旋转体是中空的或是旋转中心被占用的，则首先确定中空直径或被占用的最大直径，如果不是中空的或是旋转中心被占用的，则首先确定发射装置的运动轨迹形成的旋转圆的直径。不管是上述哪种情况，下文都以旋转直径来代替上述的中空直径或被占用的最大直径或发射装置的运动轨迹形成的圆的直径。在确定完旋转直径后，根据接收装置的接收范围计算该接收范围在旋转直径所对应的旋转圆上覆盖的圆弧段所对应的圆心角。此时，就可以根据该圆心角确定接收装置和发射装置个数的乘积N，该乘积N为360除以该圆心角。选取合适的自然数表示接收装置和发射装置的个数，使其乘积等于N。接下来确定接收装置的安装位置，要求接收装置均布于旋转圆上，即接收装置在旋转圆上覆盖的圆弧段均布于旋转圆上，接收装置中心的角度间隔为360除以接收装置的个数。发射装置中心的间隔角度等于360除以接收装置个数得到的结果再减去接收装置在旋转圆上覆盖的圆弧段所对应的圆心角。 [0039] 下面以几个例子对上述方法进行详细说明。如果接收范围对应的圆心角是360度，即接收装置的有效接收范围覆盖了整圈圆，根据上述方法，接收装置和发射装置个数的乘积为1，那么接收装置和发射装置个数都为1，要求接收装置均布于旋转圆上，即沿旋转圆整圈安装。发射装置中心的间隔角度等于360除以接收装置个数得到的结果再减去接收装置在旋转圆上覆盖的圆弧段所对应的圆心角，即360/1-360＝0，这就表示只有1个发射装置，与计算结果相符，发射装置可以随意安装。 [0040] 如果接收范围对应的圆心角是180度，即接收装置的有效接收范围覆盖了半圈圆，接收装置和发射装置个数的乘积为2，存在两种情况，要么发射装置的个数为1，接收装置的个数为2，要么发射装置的个数为2，接收装置的个数为1。当发射装置的个数为1，接收装置的个数为2时，接收装置均布于旋转圆上，接收装置中心的角度间隔为360除以接收装置的个数，即360/2＝180，即每个接收装置覆盖半圈圆。发射装置中心的间隔角度等于360除以接收装置个数得到的结果再减去接收装置在旋转圆上覆盖的圆弧段所对应的圆心角，即360/2-180＝0，这就表示只有1个发射装置，与计算结果相符，发射装置可以随意安装。当发射装置的个数为2，接收装置的个数为1时，接收装置均布于旋转圆上，但接收装置的个数为1，可以任意安装。发射装置中心的间隔角度等于360除以接收装置个数得到的结果再减去接收装置在旋转圆上覆盖的圆弧段所对应的圆心角，即360/1-180＝180，这就表示有两个发射装置，与计算结果相符，中心间隔180度安装。 [0041] 上述情况是为了简化计算而设定的具体实施例，直接将α设为0，或者是由于发射装置的有效范围相对于接收范围比较小，如发射有效范围小于接收有效范围的十分之一时，相对于接收装置的接收范围发射范围可以忽略不计，可以看作是一个点则按上述实施例进行设计。但是，如果发射装置的有效范围很大，则在计算接收装置和发射装置个数的乘积时，可以用360除以发射装置的有效范围在旋转圆上覆盖的圆弧段所对应的圆心角和接收装置在旋转直径上覆盖的圆弧段所对应的圆心角之和，其他的确定接收装置和发射装置的位置与上述方法一样。同理，也可以将β直接设为0来简化计算，或者是由于接收范围相对于发射范围比较小的话，如接收范围小于发射范围的十分之一时，也可以忽略接收范围，将接收范围看作一个点，即设β为0。 [0042] 上述的接收装置和发射装置的个数为完成本发明目的的最小个数，可以在此基础之上增加。接收装置和发射装置的工作方式也可以颠倒，即发射装置具有较大的工作范围，接收装置工作范围较小，可以看成一个点。 [0044] 附图1到附图16所示是本发明的一个用于CT系统的优选的实施例，图中虚线圆圈代表CT系统的自由内径，发射装置安装在旋转体上，沿虚线圆圈旋转，图中省略了旋转体，接收装置安装在固定体上，图中也省略了固定体，接收装置的有效接收范围在CT系统的代表自由内径的虚线圆圈上形成的圆弧对应的圆心角是22.5度，如附图1到附图16中虚线圆圈上的圆弧段所示，发射装置的有效作用范围如附图1到附图16中实心小圆圈所示。 [0045] 按照发明内容中的计算方法，发射装置的个数与接收装置的个数的乘积为360/22.5＝16个，在这里优选发射装置与接收装置个数相等，发射装置和接收装置的个数均为4个，其中发射装置1A、1B、1C、1D发射数据，接收装置2A、2B、2C、2D在有效接收范围内接收数据，发射装置1A、1B、1C、1D和接收装置2A、2B、2C、2D均沿圆周方向布置，其中接收装置沿圆周方向均布，则接收装置中心间隔90度，则发射装置中心间隔为360/4-22.5＝67.5度。在旋转体上还有数据源，该数据源即是需要从旋转体上传输到固定体上的数据源，在CT系统中是数据采集系统采集的扫描数据，该数据通过一分四分路器装置将数据传输到四个发射装置中，如果从数据源传输到发射装置的数据的传输载体是光，那么该一分四分路器装置就是光分路器，如果该数据的传输载体是电流或电压，那么该一分四分路器装置就是电路分路器。在固定体上有四合一合路器将四个接收装置接收到的数据合成一路信号传输到处理装置中，该四合一合路器同样可以根据数据传输载体的形式选择光或电路合路器。 [0046] 附图1到附图16所示是旋转体逆时针旋转时，发射装置1A、1B、1C、1D相对于接收装置2A、2B、2C、2D的不同状态，当然，旋转体也可以顺时针旋转，发射装置1A、1B、1C、1D相对于接收装置2A、2B、2C、2D的状态与逆时针旋转时相似。 [0047] 附图1所示是初始状态时，发射装置1A、1B、1C、1D相对于接收装置2A、2B、2C、2D的状态，这时发射装置1A刚刚进入接收装置2A的有效接收范围，接收装置2A开始接收到发射装置1A发出的数据信号。 [0048] 旋转体逆时针旋转，当旋转22.5度时，此时状态如图2所示，发射装置1A即将旋转出接收装置2A的有效接收范围，同时发射装置1B已经进入接收装置2B的有效接收范围，接收装置2B开始接收数据。 [0049] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态如图3所示，发射装置1B即将旋转出接收装置2B的有效接收范围，同时发射装置1C已经进入接收装置2C的有效接收范围，接收装置2C开始接收数据。 [0050] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态如图4所示，发射装置1C即将旋转出接收装置2C的有效接收范围，同时发射装置1D已经进入接收装置2D的有效接收范围，接收装置2D开始接收数据。 [0051] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态如图5所示，发射装置1D即将旋转出接收装置2D的有效接收范围，同时发射装置1A已经进入接收装置2B的有效接收范围，接收装置2B开始接收数据。 [0052] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态如图6所示，发射装置1A即将旋转出接收装置2B的有效接收范围，同时发射装置1B已经进入接收装置2C的有效接收范围，接收装置2C开始接收数据。 [0053] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态如图7所示，发射装置1B即将旋转出接收装置2C的有效接收范围，同时发射装置1C已经进入接收装置2D的有效接收范围，接收装置2D开始接收数据。 [0054] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态如图8所示，发射装置1C即将旋转出接收装置2D的有效接收范围，同时发射装置1D已经进入接收装置2A的有效接收范围，接收装置2A开始接收数据。 [0055] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态如图9所示，发射装置1D即将旋转出接收装置2A的有效接收范围，同时发射装置1A已经进入接收装置2C的有效接收范围，接收装置2C开始接收数据。 [0056] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态如图10所示，发射装置1A即将旋转出接收装置2C的有效接收范围，同时发射装置1B已经进入接收装置2D的有效接收范围，接收装置2D开始接收数据。 [0057] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态如图11所示，发射装置1B即将旋转出接收装置2D的有效接收范围，同时发射装置1C已经进入接收装置2A的有效接收范围，接收装置2A开始接收数据。 [0058] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态如图12所示，发射装置1C即将旋转出接收装置2A的有效接收范围，同时发射装置1D已经进入接收装置2B的有效接收范围，接收装置2B开始接收数据。 [0059] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态如图13所示，发射装置1D即将旋转出接收装置2B的有效接收范围，同时发射装置1A已经进入接收装置2D的有效接收范围，接收装置2D开始接收数据。 [0060] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态如图14所示，发射装置1A即将旋转出接收装置2D的有效接收范围，同时发射装置1B已经进入接收装置2A的有效接收范围，接收装置2A开始接收数据。 [0061] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态如图15所示，发射装置1B即将旋转出接收装置2A的有效接收范围，同时发射装置1C已经进入接收装置2B的有效接收范围，接收装置2B开始接收数据。 [0062] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态如图16所示，发射装置1C即将旋转出接收装置2B的有效接收范围，同时发射装置1D已经进入接收装置2C的有效接收范围，接收装置2C开始接收数据。 [0063] 当旋转体再逆时针旋转22.5度时，此时状态就会如图1所示，进入下一次循环。通过如上所述的交替传输过程，可以将各发射装置发出的数据信号无缝交替地传输到各接收装置中， [0064] 在本实施例中，优选以光作为载体在旋转体和固定体之间传输数据，当然也可以选择无线电或超声波等作为数据载体。那么，发射装置发射的就是代表数据的光束，光束大小如附图1到附图16中实心小圆圈所示，发射装置中的发射光束的部件可以是一个光纤准直镜，发射出准平行的光束，当然也可以是其他能发射出准平行光束的器件。如果发射装置中的发射光束的部件是光纤准直镜，那么数据源到发射装置的一分四分路器就是常用的一分四均分光分路器。接收装置可以是一个聚焦透镜或透镜组，或是取透镜或透镜组上能覆盖发射光束大小的透镜带，如附图1到附图16中虚线圆圈上的圆弧带所示，在有效接收范围内可以将光束全部接收并传输到位于聚焦透镜或透镜组焦距上的光纤中，再通过四合一光合路器合到一路光纤中。在传输交替时，即各个附图所示状态，同时有两路光信号进入合路器中，只要控制好发射到接收的光路路径长度，保证长度一致或在一定小误差范围内，就可以保证信号不会产生混叠。 [0065] 发射装置可以一直同时发射数据，也可以根据旋转位置来控制当发射装置进入接收装置的有效接收范围内开始发射数据，接收装置同样如此，可以一直接收，也可以根据旋转位置来控制当发射装置进入接收装置的有效接收范围内开始接收数据。 [0066] 发射装置相对与接收装置的运动轨迹也不需要必须是圆，该运动轨迹只要是一封闭曲线，即可采用本发明中所述的方法确定发射装置和接收装置的个数以及它们的位置关系。 [0067] 以上对本发明的优选实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例。对本领域的技术人员来说，在权利要求书所记载的范畴内，显而易见地能够想到各种变更例或者修正例，当然也属于本发明的技术范畴。 |
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