DE3326661A1 - Optical waveguide rotary coupler - Google Patents

Abstract

An optical waveguide (1) accommodated in a fixed part is constructed such that it sends its axial light component to a receiver (4) and its radial light component to another optical waveguide (5) which is accommodated in a rotating part. The light guide (5) then conducts the light component received from the light guide (1) to a receiver (8). Conversely, a transmittter (6) of the rotating part can influence a receiver (4) in the fixed part via the light guide (5) by means of transfer to the light guide (1). <IMAGE>

Description

Lichtwellenleiter-Drehkoppler Optical fiber rotary coupler

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lichtwellenleiter-Drehkoppler, bei dem zwischen einem feststehenden Teil und einem rotierenden Teil eine Signalübertragung stattfindet, und liegt auf dem Gebiet der Übertragungstechnik.The invention relates to an optical fiber rotary coupler, in the case of a signal transmission between a fixed part and a rotating part takes place, and is in the field of transmission technology.

Zur Signalübertragung in beiden Richtungen zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Teil erden heute vorwiegend galvanische, kapazitive, induktive und elektromagnetische Kopplungen verwendet. Bekannte konventionelle Übertragungsvorrichtungen werden häufig mit Schleifringkontakten verwirklicht, wobei die Kontakte als Ringschleifer ausgebildet entweder in einem Zentralpunkt oder konzentrisch am Umfang verteilt sind. Der Einsatz von Schleifringen ist beispielsweise bekannt aus einem Prospekt der Fa. Litton, München, mit dem Titel: "Das sind unsere Schleifringe".For signal transmission in both directions between a fixed and a rotating part are now mainly grounded galvanic, capacitive, inductive and electromagnetic couplings are used. Known conventional transmission devices are often realized with slip ring contacts, with the contacts as a ring wiper formed either in a central point or distributed concentrically around the circumference are. The use of slip rings is known, for example, from a brochure from Litton, Munich, with the title: "These are our slip rings".

Derartige mechanische Schleifringe genügen oft nicht den hohen industriellen und militärischen (Panzerdrehtur:n, Radaranlage) Anforderungen. Wegen der hohen Datenrate wird eine besonders gute Kontaktqualität gefordert. Kontaktabnutzung, Kontaktprellen, Staub- und Schmutzeinwirkung, Potentialtrennung, Störeinstrahlung usw. sind weitere Nachteile, die derartigen mechanischen Anordnungen anhaften. Auch eine zeitlich versetzte Signalübertragung (Multiplexverkehr) über nur einen Schleifkontakt läßt sich nur sehr aufwendig verwirklichen.Such mechanical slip rings often do not meet the high industrial standards and military (armored turntable: n, Radar system) requirements. Because of the high data rate, a particularly good contact quality is required. Contact wear, Contact bouncing, effects of dust and dirt, electrical isolation, interference etc. are other disadvantages inherent in such mechanical arrangements. Even a time-shifted signal transmission (multiplex traffic) via just one sliding contact can only be realized with great effort.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die mechanisch sehr aufwendige Signalübertragung zwischen einem rotierenden und einem feststehenden Teil durch eine Lichtkopplung vorzunehmen.The object of the invention is therefore to find the mechanically very complex Signal transmission between a rotating and a stationary part make a light coupling.

Erfindungsgemäß wird dies durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 erreicht. Eine Ausgestaltung ist aus dem Unteranspruch ersichtlich.According to the invention, this is made possible by the features of claim 1 achieved. One embodiment is evident from the dependent claim.

In vorteilhafter Weise wird die optische Signalübertragung bei einem Panzer eingesetzt. Hierbei muß die schwenkbar über Spezialmotoren angetriebene, drehbare Kanone mit Informationen versorgt werden. Dies wurde bisher mittels mechanischer Kontakte im Zentralpunkt des rotierenden Teils vorgenommen. Die jetzt dezentral (im Drehkranz) angeordneten Lichtwellenleiter sorgen für eine einwandfreie Kopplung zwischen dem rotierenden Teil und dem feststehenden Teil. Hierdurch ergeben sich besondere Vorteile bei der EMV-und EMP-Festigkeit. Hierbei bedeuten EMV gleich elektromagnetische Verträglichkeit (Störsicherheit) und EMP gleich elektromagnetischer Puls (Zerstörsichereit bei Feldstärkeerhöhung).In an advantageous manner, the optical signal transmission is in a Tanks used. Here, the swiveling, driven by special motors, rotatable cannon are supplied with information. This was previously done by means of mechanical Contacts made in the central point of the rotating part. The now decentralized Optical fibers arranged (in the slewing ring) ensure perfect coupling between the rotating part and the stationary part. This results in special advantages in terms of EMC and EMP resistance. Here, EMC means electromagnetic Compatibility (immunity to interference) and EMP equal electromagnetic pulse (non-destructive with increased field strength).

Weitere Vorteile liegen in der Potentialtrennung zwischen festem und drehenden Teil, in der Rückwirkungsfreiheit bei mechanischen Zerstörungen, in der Wartungsfreiheit, in der hohen Temperaturbeständigkeit und dem Fehlen jeglicher Kontaktschwierigkeiten. Die Anordnung der Lichtwellenleiter kann zudem konstruktiv an beliebiger Stelle erfolgen. Weitere Vorteile sind aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels ersichtlich.Further advantages are the potential separation between fixed and rotating part, in the absence of interference in the case of mechanical damage, in the Maintenance-free, in the high temperature resistance and the Miss any contact difficulties. The arrangement of the optical waveguides can also be carried out constructively at any point. Other advantages are from the following Description of an exemplary embodiment can be seen.

Fig. 1 zeigt dabei die prinzipielle Anordnung der Lichtwellenleiter mit den Sende- und Empfangsstationen auf beiden Seiten bei der Drehkanone eines Panzers.Fig. 1 shows the basic arrangement of the optical waveguides one with the transmitting and receiving stations on both sides by the rotary cannon Tank.

Fig. 2 zeigt das erfindungsgemäße Prinzip der fjbertragung zwischen zwei Lichtleitern.Fig. 2 shows the principle of the invention of the transmission between two light guides.

Fig. 3 und 4 zeigen Ausgestaltungen der Erfindung.3 and 4 show embodiments of the invention.

In dem feststehenden Teil eines Gehäuses (Panzerwanne) sind Aussparungen vorgesehen, in denen ringartig ein äußerer Lichtwellenleiter 1 angeordnet ist. Dieser schleifenförmig geführte äußere Lichtwellenleiter 1 wird gespeist von einem Sender 2 (beisDielsweise Leuchtdiode LED), der in einem abgeschirmten Elektronik-Teil 3 untergebracht ist. Das andere Ende des äußeren Lichtwellenleiters 1 führt auf einen Empfänger 4 (beispielsweise Fotodiode), der ebenfalls im Elektronik-Teil 3 untergebracht ist.There are recesses in the fixed part of a housing (armored hull) provided, in which an outer optical waveguide 1 is arranged in a ring-like manner. This Outer optical waveguide 1, which is guided in a loop, is fed by a transmitter 2 (e.g. light-emitting diode LED), which is in a shielded electronics part 3 is housed. The other end of the outer optical waveguide 1 leads to one Receiver 4 (e.g. photodiode), which is also housed in electronics part 3 is.

Der in der Wanne des feststehenden Gehäuses angeordnete innere, rotierende Teil weist ebenfalls eine Aussparung auf, in die schleifenförmig ein innerer Lichtwellenleiter 5 verlegt ist. Gespeist wird diese Schleife des inneren Lichtwellenleiters 5 von einem Sender 6 (LED), der in einem abgeschitmten Baustein 7 auf dem rotierenden Teil untergebracht ist. Das andere Ende des inneren Lichtwellenleiters 5 ist auf einen im Baustein 7 befindlichen Empfänger 8 (Fotodiode) geführt.The inner rotating one located in the trough of the fixed housing Part also has a recess into which an inner optical waveguide is looped 5 is relocated. This loop of the inner optical waveguide 5 is fed by a transmitter 6 (LED), which is in a separated building block 7 on the rotating Part is housed. The other end of the inner optical waveguide 5 is open a receiver 8 (photodiode) located in module 7 is performed.

In der Fig. 1 wurde symbolhaft die Übertragung der Lichtstrahlen (Photonen) zwischen dem äußeren (1) und dem inneren (5) Lichtwellenleiter dargestellt. Es ist ersichtlich, daß von beiden Schleifen sowohl gesendet als auch empfangen werden kann. Nur im Koppelbereich zwischen äußeren und innerem Lichtwellenleiter werden die Lichtstrahlen gezielt abgestrahlt und von dem gegenüber befindlichen Leiter aufgenommen. Es werden also die bei jedem Lichtleiter auftretenden Strahlungsverluste im Bereich der Kopplung noch verstärkt durch eine spezielle Behandlung der Lichtwellenleiter, so daß die jetzt erwünschte Strahlung zur Informationsübertragung von einem Lichtwellenleiter auf den anderen verwendet wird. Die axial weiterführenden Lichtstrahlen werden zur Selbstüberprüfung der jeweiligen Leiterschleife verwendet.In Fig. 1, the transmission of light rays (photons) was symbolically shown between the outer (1) and the inner (5) optical waveguide. It is it can be seen that both loops are sending and receiving can. Only in the coupling area between the outer and inner fiber optic cables the light rays are emitted in a targeted manner and from the opposite conductor recorded. So there are the radiation losses occurring with each light guide in the area of the coupling even more intensified by a special treatment of the optical waveguides, so that the radiation now desired for the transmission of information from an optical waveguide used on the other. The axially continuing light rays become Self-checking of the respective conductor loop is used.

Da Sender und Empfänger der äußeren (1) und der inneren (5) Schleife jeweils in einem Gehäuse untergebracht sind, kann sehr leicht überprüft werden, ob der Lichtwellenleiter unterbrochen ist oder eine ijbertragungsstörung vorgelegen hat. Durch diese Möglichkeit der ständigen Überprüfung erhöht sich die Sicherheit und Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Anordnung erheblic-h.As the transmitter and receiver of the outer (1) and inner (5) loop are each housed in a housing can be checked very easily, whether the fiber optic cable is interrupted or there was a transmission fault Has. This possibility of constant checking increases security and reliability of the arrangement according to the invention considerably.

Für die normale Datenübertragung, beispielsweise vom feststehenden auf das drehende Teil läuft somit der Übertragungsweg vom Sender 2 über den schleifenförmigen äußeren Lichtwellenleiter 1 mit Kopplung auf den inneren Lichtwellenleiter 5 und Auswertung im Empfänger 8 des Bausteins 7. Gleichzeitig empfängt der Empfänger 4 die abgesandte Nachricht aus dem Sender 2 und überprüft so die einwandfreie Beschaffenheit des äußeren Lichtwellenleiters 2.For normal data transmission, for example from the stationary The transmission path from the transmitter 2 thus runs to the rotating part via the loop-shaped one outer optical waveguide 1 with coupling to the inner optical waveguide 5 and Evaluation in the receiver 8 of the module 7. At the same time, the receiver 4 receives the sent message from the sender 2 and thus checked the correct condition of the outer fiber optic cable 2.

Umgekehrt lassen sich auch Informationen aus dem rotierenden Teil auf den feststehenden Teil übertragen. Dies erfolgt dann sinngemäß über die Elemente 6, 5, 1, 4. Da jeweils eine große Anzahl von Nachrichten übertragen wird, erfolgt in vorteilhafter Weise eine Codierung der Übertragung, beispielsweise in multiplexer Art. In weiterer Ausgestaltung kann zur Erhöhung der Sicherheit die Anordnung der Lichtwellenleiter redundant ausgeführt werden, d.h., die Lichtwellenleiter sind in doppelter Ausführung vorhanden.Conversely, information can also be obtained from the rotating part transferred to the fixed part. This is then done analogously via the elements 6, 5, 1, 4. Since a large number of messages are transmitted in each case, takes place encoding of the transmission, for example in a multiplexer, is advantageous Art. In a further embodiment, the arrangement of the Optical fibers are designed redundantly, i.e. the optical fibers are available in duplicate.

Anhand der Fig. 2 wird noch einmal die Informationsübertragung von einem Lichtwellenleiter auf den anderen beschrieben. Hierbei ist auch noch einmal der Koppelbereich zwischen den beiden Lichtwellenleitern besonders gekennzeichnet. Während bei normalen Lichtleitern versucht wird, die Verluste (den Lichtaustritt) zu verringern, wird bei der erfindungsgemäßen Anordnung gerade im Koppelbereich ein starker Lichtaustritt gewünscht.The information transmission from one optical fiber described on the other. Here is one more time the coupling area between the two optical fibers is specially marked. While with normal fiber optics attempts are made to reduce the losses (the light emission) to reduce, is in the arrangement according to the invention especially in the coupling area a strong light emission is desired.

Im feststehenden Teil ist ein äußerer Lichtwellenleiter 1 verlegt, der über einen Sender 2 (LED) angesteuert wird und einen Empfänger Lt (Fotodiode) beeinflußt. Im Bereich des gestrichelt gezeichneten Koppelbereiches treten besonders viel Photonen aus (als Pfeile dargestellt) und koppeln auf den inneren Lichtwellenleiter 5 über. Auch dieser innere Lichtwellenleiter weist einen Sender 6 (LED) und einen Empfänger 8 (Fotodiode) auf.An outer optical fiber 1 is laid in the fixed part, which is controlled by a transmitter 2 (LED) and a receiver Lt (photodiode) influenced. In the area of the coupling area shown in dashed lines occur particularly a lot of photons (shown as arrows) and couple onto the inner optical waveguide 5 over. This inner optical waveguide also has a transmitter 6 (LED) and a Receiver 8 (photodiode) on.

Der äußere und der innere Lichtwellenleiter dienen also gleichzeitig zum Senden und Empfangen. Es wird dadurch in vorteilhafter Art die sonst bei Lichtwellenleitern Kopplung mit T- oder Y-Gliedern vermieden. Die T3berwachung wird durch Auswerten des Restlichtes in dem jeweiligen Lichtwellenleiter vorgenommen. Dabei befinden sich Sender und Empfänger gemeinsam im Elektronik-Teil 3 bzw.The outer and the inner optical waveguide therefore serve at the same time for sending and receiving. It is thereby in an advantageous manner that otherwise with optical waveguides Coupling with T or Y links avoided. The T3monitoring is carried out by evaluating of the remaining light in the respective optical fiber. Thereby are located The transmitter and receiver are located together in electronics part 3 or

im abgeschirmten Baustein 7 auf dem rotierenden Teil.in the shielded module 7 on the rotating part.

Die jeweiligen Empfänger Lt bzw. 8 werden doppelt ausgenutzt. Einmal dienen sie zur Überwachung (beispielsweise Unterbruch des Lichtwellenleiters) und einmal dienen sie zum Empfang der vom anderen Lichtwellenleiter überkoppelten Information. Dadurch ist neben der Signalübertragung eine Selbstüberprüfung des Systems möglich.The respective receiver Lt and 8 are used twice. Once they are used for monitoring (e.g. interruption of the fiber optic cable) and once they serve to receive the information coupled over from the other optical waveguide. As a result, in addition to signal transmission, a self-check of the system is possible.

In einer vereinfachten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Signalübertragung werden getrennte Lichtleiter sowohl auf dem feststehenden als auch auf dem rotierenden Teil verwendet. Diese in Fig. 3 dargestellte Anordnung überprüft sich selbst und arbeitet im Simplex- und Halbduplexverkehr. Beim Simplexverkehr werden Daten nur in einer Richtung übertragen und beim Halbduplexbetrieb erfolgt die Übertragung zwar in beide Richtungen, jedoch nicht gleichzeitig.In a simplified embodiment of the signal transmission according to the invention separate light guides on both the fixed and rotating Part used. This arrangement shown in Fig. 3 checks itself and works in simplex and half-duplex traffic. With simplex traffic, data is only are transmitted in one direction and with half-duplex operation the transmission takes place in both directions, but not at the same time.

Der Grundgedanke der Erfindung ist in dieser Fig. 3 verwirklich, allerdings wird viel Platz für die Anordnung der getrennten Lichtwellenleiter benötigt. Die Bauteile der Signalübertragung haben die gleiche Bezeichnung wie in Fig. 2, jedoch mit einer Aufteilung des äußeren Lichtleiters in la und lb bzw. des inneren Lichtleiters in 5a und 5b. Da die gezeigte Anordnung ähnlich wie in Fig. 2 arbeitet, kann eine Funktionsbeschreibung unterbleiben.The basic idea of the invention is realized in this FIG. 3, however a lot of space is required for the arrangement of the separate optical waveguides. the Components of the signal transmission have the same designation as in FIG. 2, however with a division of the outer light guide into la and lb or the inner light guide in 5a and 5b. Since the arrangement shown operates similarly to FIG. 2, a Functional description are omitted.

Eine Vollduplex-Übertragung (gleichzeitige Übertragung in beiden Richtungen) ist mit Lichtwellenleitern besonders durch die teuren T- und Y-Glieder schwierig. Eine Vollduplex-Übertragung wird ermöglicht durch Licht unterschiedlicher Wellenlänge. In Fig. Lt ist eine derartige Signalübertragung gezeigt. Licht mit der Wellenlänge / 1 (z.B. rot) tritt aus dem Sender 2 aus und wird auf den Lichtleiter 1 geführt. Im Bereich der ge- strichelt gezeichneten Auskopplung erfolgt eine bertragung des roten Lichtes auf den Lichtleiter 5 und Weiterleitung auf den Empfänger 8. Vor den Empfänger 8 ist ein Filter F2 gelegt, das nur den roten Lichtanteil mit der Wellenlänge If 1 durchläßt. Ebenso erfolgt die Ubertragung vom inneren Lichtleiter 5. Ein Sender 6, der nur grünes Licht der Wellenlänge X 2 aussendet, steuert den Lichtleiter 5 an. Eine Überkopplung auf den Lichtleiter 1 erfolgt im Koppelbereich, und dann die Weiterleitung über das Filter F1 auf den Empfänger Lt. Dabei läßt das Filter F1 nur das grüne Licht mit der Wellenlänge 2 durch. Man kann dadurch in vorteilhafter Weise zu gleicher Zeit sowohl von einem rotierenden Teil (innerer Lichtleiter) als auch von einem feststehenden Teil (äußerer Lichtleiter) senden und empfangen. Allerdings ist eine Selbstüberprüfung nicht mehr möglich.A full duplex transmission (simultaneous transmission in both directions) is difficult with fiber optic cables, especially due to the expensive T and Y links. Full duplex transmission is made possible by light of different wavelengths. Such a signal transmission is shown in FIG. Light with wavelength / 1 (e.g. red) emerges from transmitter 2 and is routed to light guide 1. In the area of A decoupling is shown in dashed lines Transmission of the red light to the light guide 5 and forwarding to the receiver 8. A filter F2 is placed in front of the receiver 8, which only uses the red light component of the wavelength If 1 passes. The transmission from the inner light guide also takes place 5. A transmitter 6, which only emits green light of wavelength X 2, controls the Light guide 5 on. A coupling to the light guide 1 takes place in the coupling area, and then the forwarding via the filter F1 to the recipient Lt. That leaves that Filter F1 only passes the green light with wavelength 2. One can thereby in advantageous Way at the same time both from a rotating part (inner light guide) and also send and receive from a fixed part (outer light guide). However a self-examination is no longer possible.

Eine sich selbst überprüfende Anordnung für Vollduplexübertragung wird dann erreicht, wenn man eine Kombination der Fig. 3 und 4 vornimmt. Getrennte Lichtwellenleiter la und ib bzw. 5a und 5b in Verbindung mit Filtern F1 und F2 ergeben eine sich selbst überprüfende, vollduplexe Datenübertragung. Allerdings sind hierfür wieder vier voneinander getrennte Lichtwellenleiter erforderlich. Diese Anordnung ist nicht in einer Zeichnung gezeigt.A self-checking arrangement for full duplex transmission is achieved when a combination of FIGS. 3 and 4 is used. Separate Optical waveguides la and ib or 5a and 5b in conjunction with filters F1 and F2 result a self-checking, full-duplex data transmission. However, these are again four separate fiber optic cables are required. This arrangement is not shown in a drawing.

In einer Ausgestaltung kann die erfindungsgemäße Anordnung auch zur Signalübertragung zwischen zwei gegeneinander rotierenden Teilen Anwendung finden.In one embodiment, the arrangement according to the invention can also be used for Signal transmission between two mutually rotating parts are used.

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Claims (2)

Ansprüche S Lichtwellenleiter-DrehkoDpler, bei dem zwischen einem feststehenden und einem rotierenden Teil eine Signalübertragung stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf dem feststehenden Teil aufgebrachter Lichtwellenleiter (1) derart ausgebildet ist, daß er auf einen Lichtwellenleiter (5) des rotierenden Teils abstrahlt oder empfängt und daß der auf dem rotierenden Teil aufgebrachte Lichtwellenleiter (5) derart ausgebildet ist, daß er auf den Lichtwellenleiter (1) des feststehenden Teils abstrahlt oder empfängt, so daß eine Kopplung zwischen den beiden Lichtleitern (1,5) in beiden Richtungen besteht, daß der Lichtwellenleiter (1) des feststehenden Teils mit seinem Anfang auf einen Sender (2) und mit seinem Ende auf einen Empfänger (4) geschaltet ist und daß der Lichtwellenleiter (5) des rotierenden Teils mit seinem Anfang auf einen Sender (6) und mit seinem Ende auf einen Empfänger (8) gelegt ist, so daß sich jeder Lichtwellenleiter (1,5) selbst überwacht. Claims S fiber optic rotary coupler, in which between one stationary and a rotating part a signal transmission takes place, thereby characterized in that an optical waveguide applied to the stationary part (1) is designed such that it is on an optical waveguide (5) of the rotating Part emits or receives and that the applied to the rotating part Optical waveguide (5) is designed in such a way that it connects to the optical waveguide (1) of the fixed part emits or receives, so that a coupling between the two light guides (1.5) in both directions that the light waveguide (1) of the fixed part with its beginning on a transmitter (2) and with its End is connected to a receiver (4) and that the optical waveguide (5) of the rotating part with its beginning on a transmitter (6) and with its end on a receiver (8) is placed so that each optical waveguide (1,5) itself supervised. 2. Lichtwellenleiter-Drehkoppler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Betrieb mit Licht unterschiedlicher Wellenlänge vor jedem Empfänger (iT',8) ein Filter (F1,F2) angeordnet ist. 2. Optical fiber rotary coupler according to claim 1, characterized in that that when operating with light of different wavelengths in front of each receiver (iT ', 8) a filter (F1, F2) is arranged.