本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于自適應(yīng)導電介質(zhì)的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸裝置，主要解決現(xiàn)有非接觸式裝置通信速率低、通用性差以及動態(tài)適應(yīng)性差的問題。該裝置包括脈沖發(fā)生器（101）、電磁耦合線圈對（102）、I/V變換器（103）、正向比較器（104A）、負向比較器（104B）和R-S觸發(fā)器（105）。脈沖發(fā)生器分別將原信號的上升沿和下降沿轉(zhuǎn)換為前沿陡峭、后沿平緩的脈沖信號，并通過電磁耦合線圈對以非接觸的方式傳遞至I/V變換器進行檢波，檢波生成的脈沖電壓信號經(jīng)過正、負向比較器分別得到正、負觸發(fā)信號，再經(jīng)過R-S觸發(fā)器恢復出原信號。本發(fā)明專利技術(shù)具有通信速率高、通用性和動態(tài)適應(yīng)性強的優(yōu)點，可用于各種旋轉(zhuǎn)部件間的非接觸數(shù)據(jù)傳輸。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
基于自適應(yīng)導電介質(zhì)的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸裝置
本專利技術(shù)屬于電子元件
，特別涉及一種非接觸式數(shù)據(jù)傳輸裝置，可用于旋轉(zhuǎn)臂、速度轉(zhuǎn)臺、石油鉆井等旋轉(zhuǎn)件傳遞高速雙向多路信號。
技術(shù)介紹
目前，為雷達、旋轉(zhuǎn)臂、速度轉(zhuǎn)臺、風力發(fā)電等旋轉(zhuǎn)部件進行非接觸式信息傳遞的技術(shù)已取得一定的發(fā)展，該技術(shù)主要利用電磁波將信號從旋轉(zhuǎn)部件的一端，跨過一定的間隙，耦合至旋轉(zhuǎn)部件的另一端，從而解決傳統(tǒng)導電傳輸裝置所存在的穩(wěn)定性差、轉(zhuǎn)速低、壽命短、成本聞昂等諸多弊端。現(xiàn)有非接觸式數(shù)據(jù)傳輸裝置通常由調(diào)制電路、環(huán)形天線和調(diào)解電路三部分構(gòu)成。利用窄帶通信機制，將原始信號調(diào)制到特定頻率，如315MHz、2.4GHz的載波上，再通過環(huán)形天線耦合至接收端，最后由解調(diào)電路將原始信號恢復出來。在應(yīng)用環(huán)境中，由于環(huán)形天線的間隙中可能存在空氣、水、油或泥漿等不同流體介質(zhì)，且各組分的比例和濃度不固定，從而形成一個復雜的、動態(tài)變化的電磁屏蔽腔，阻隔某些頻段電磁波的有效傳輸，造成現(xiàn)有的非接觸式數(shù)據(jù)滑環(huán)存在以下不足:1、窄帶通信技術(shù)自身的頻帶利用率較低，因此通信速率低，無法實現(xiàn)高速通信。2、針對不同的應(yīng)用場合，需要采用不同的頻率載波，即不同的調(diào)制、解調(diào)設(shè)備進行通信，設(shè)備通用性差。3、由于載波頻率固定，不能隨電磁屏蔽腔特性的變化動態(tài)調(diào)整，無法保證可靠通信，因此動態(tài)適應(yīng)性差。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提供一種基于自適應(yīng)導電介質(zhì)的非接觸式數(shù)據(jù)滑環(huán)，以提高傳輸裝置的通信速率，改善傳輸裝置在不同應(yīng)用環(huán)境中的通用性和動態(tài)適應(yīng)性。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)基于自適應(yīng)導電介質(zhì)的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸裝置，包括:脈沖發(fā)生器，分別對輸入端TTL/CM0S信號的上升沿、下降沿進行提取，并得到前沿陡峭、后沿平緩的脈沖電壓信號，送至電磁耦合線圈對；[0011 ] 電磁耦合線圈對，用于將脈沖電壓信號以電磁耦合的方式由初級傳遞至次級，得到與輸入電壓信號波形一致的脈沖電流信號，并送入Ι/v變換器；I/V變換器，用于將電磁耦合線圈對輸出的脈沖電流信號轉(zhuǎn)換為脈沖電壓信號，并同時送入正向比較器和負向比較器；正向比較器，用于對正脈沖的提取，在原信號發(fā)生0/1跳變的時刻輸出一個正向單脈沖，并送入R-S觸發(fā)器的S端；負向比較器，用于對負脈沖的提取，在原信號發(fā)生1/0跳變的時刻輸出一個負向單脈沖，并送入R-S觸發(fā)器的R端；R-S觸發(fā)器，用于在正向比較器和負向比較器輸出的正、負向單脈沖的觸發(fā)下，產(chǎn)生波形與原信號一致的電壓信號，完成對原信號的還原功能。作為優(yōu)選，所述的電磁耦合線圈對至少包括I對內(nèi)、外圈電磁耦合線圈，這兩個內(nèi)、外圈電磁耦合線圈分別固定在兩個轉(zhuǎn)動部件的同一水平面上，且二者之間留有環(huán)形間隙，并能隨轉(zhuǎn)動部件相對旋轉(zhuǎn)，且在旋轉(zhuǎn)過程中無電氣和機械接觸。作為優(yōu)選，所述脈沖發(fā)生器與電磁耦合線圈對初級之間采用第一雙絞纜連接，電磁耦合線圈對次級與ι/v變換器之間采用第二雙絞纜連接。作為優(yōu)選，所述的內(nèi)、外圈電磁耦合線圈均由兩個頭端并聯(lián)、尾端開放的環(huán)形單匝線圈構(gòu)成，這兩個環(huán)形單匝線圈同軸，且在軸向上留有間隙，供磁力線通過。作為優(yōu)選之一，所述的環(huán)形單匝線圈，采用導線與骨架配合的結(jié)構(gòu)，即選擇非金屬材料制作骨架，并將導線鑲嵌在骨架預制的環(huán)形線槽內(nèi)。作為優(yōu)選之二，所述的環(huán)形單匝線圈，采用印刷電路板結(jié)構(gòu)，即在印刷電路板上印制用于制作線圈的導電線路，并將印刷電路板卷繞成圓環(huán)狀結(jié)構(gòu)，構(gòu)成所需的環(huán)形單匝線圈。作為優(yōu)選，所述的Ι/V變換器的輸出端分別與正向比較器的同相輸入端和負向比較器的反相輸入端連接；正向比較器的輸出端與R-S觸發(fā)器的S端連接,負向比較器的輸出端與R-S觸發(fā)器的R端連接。作為優(yōu)選，所述的脈沖發(fā)生器包括一個功率電阻器和一個功率電容器，構(gòu)成功率級微分器，用于產(chǎn)生功率級脈沖電壓信號。作為優(yōu)選，所述的正向比較器和負向比較器均采用高速比較器。本專利技術(shù)與現(xiàn)有的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸裝置相比，具有以下優(yōu)點:1、本專利技術(shù)由于采用了脈沖發(fā)生電路、環(huán)形電磁耦合線圈對和脈沖還原電路，可實現(xiàn)基帶調(diào)制通信功能，不僅提高了頻帶利用率，而且可使通信速率提高10-100倍。2、本專利技術(shù)由于采用脈沖發(fā)生電路和脈沖還原電路，對原信號分別進行基帶調(diào)制和基帶解調(diào)，展寬了通信頻點，彌散至幾乎整個頻帶，消除了固定頻點通信受應(yīng)用場合的制約，增強了裝置的通用性。3、本專利技術(shù)由于采用電磁耦合線圈對作為電磁耦合元件，產(chǎn)生包含原信號信息的脈沖磁場信號，實現(xiàn)相對旋轉(zhuǎn)部件間的非接觸式通信；同時由于電磁耦合線圈對采用環(huán)形對稱結(jié)構(gòu)，使得脈沖磁場信號能夠?qū)崟r自主選擇最優(yōu)閉合路徑和最佳通信頻點，保證了線圈相對旋轉(zhuǎn)過程中通信無死角，以及對介質(zhì)特性動態(tài)變化的適用性。下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進一步詳細說明:【附圖說明】圖1是本專利技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)框圖；圖2是本專利技術(shù)中的電磁耦合線圈對結(jié)構(gòu)示意圖。【具體實施方式】參照圖1，本專利技術(shù)的自適應(yīng)導電介質(zhì)的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸裝置，包括:脈沖發(fā)生器101、電磁耦合線圈對102、Ι/V變換器103、正向比較器104A、負向比較器104B和R-S觸發(fā)器105。其中:脈沖發(fā)生器101的輸出端與電磁稱合線圈對102的初級相連，電磁稱合線圈對102的次級與Ι/V變換器103的輸入端相連；I/V變換器103分為兩路輸出，一路經(jīng)由正向比較器104A連接至R-S觸發(fā)器105的S端，另一路經(jīng)由負向比較器104B連接至R-S觸發(fā)器105的R端。所述的脈沖發(fā)生器101，采用一個功率電阻器和一個功率電容器串聯(lián)，構(gòu)成功率級微分器，用于提取原信號的上升沿和下降沿，分別產(chǎn)生前沿陡峭、后沿平緩的正向和負向單脈沖電壓信號，并送入電磁耦合線圈對102的初級。所述的電磁耦合線圈對102，用于將脈沖電壓信號以電磁耦合的方式由初級傳遞至次級，得到與輸入電壓信號波形一致的脈沖電流信號，并送入Ι/v變換器103 ；所述的Ι/V變換器103，采用一個精密電阻器與輸入端并聯(lián)構(gòu)成，用于將脈沖電流信號轉(zhuǎn)換為脈沖電壓信號，并同時送入正向比較器104A和負向比較器104B的輸入端。所述的正向比較器104A和負向比較器104B，采用但不限于響應(yīng)時間為80nS的高速電壓型比較器LM319。該正向比較器104A對輸入信號的正向脈沖進行提取，產(chǎn)生邏輯“I”觸發(fā)脈沖，并送入R-S觸發(fā)器105的S端；該負向比較器104B對輸入信號的負向脈沖進行提取，產(chǎn)生邏輯“O”觸發(fā)脈沖，并送入R-S觸發(fā)器105的R端。所述的R-S觸發(fā)器105，采用但不限于響應(yīng)時間為5nS的高速R-S觸發(fā)器74F74。該R-S觸發(fā)器105在邏輯觸發(fā)脈沖的觸發(fā)下，產(chǎn)生與原信號波形一致的數(shù)字信號并由Q端輸出，完成對信號的還原。參照圖2，所述的電磁耦合線圈對102，包括:內(nèi)圈電磁耦合線圈201、外圈電磁耦合線圈202、第一雙絞纜203和第二雙絞纜204，其中:內(nèi)圈電磁耦合線圈201與外圈電磁耦合線圈202均采用厚度為0.6mm的印刷電路板卷繞成圓環(huán)狀制成,其中內(nèi)圈電磁稱合線圈201的直徑為118mm，外圈電磁耦合線圈202的直徑為138mm，這兩個印刷電路板上印制的導電線路的窗口高度均為18mm ;內(nèi)圈電磁耦合線圈201和外圈電磁耦合線圈202均由兩個頭端并聯(lián)、尾端開放的環(huán)形單匝線圈構(gòu)成，這兩個環(huán)形單匝線圈同軸，且分別固定在兩個轉(zhuǎn)動部件的同一水本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種基于自適應(yīng)導電介質(zhì)的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征在于，包括：脈沖發(fā)生器（101），分別對輸入端TTL/CMOS信號的上升沿、下降沿進行提取，并得到前沿陡峭、后沿平緩的脈沖電壓信號，送至電磁耦合線圈對（102）；電磁耦合線圈對（102），用于將脈沖電壓信號以電磁耦合的方式由初級傳遞至次級，得到與輸入電壓信號波形一致的脈沖電流信號，并送入I/V變換器（103）；I/V變換器（103），采用一個精密電阻器與輸入端并聯(lián)構(gòu)成，用于將電磁耦合線圈對（102）輸出的脈沖電流信號轉(zhuǎn)換為脈沖電壓信號，并同時送入正向比較器（104A）和負向比較器（104B）；正向比較器（104A），用于對正脈沖的提取，在原信號發(fā)生0/1跳變的時刻輸出一個正向單脈沖，并送入R?S觸發(fā)器（105）的S端；負向比較器（104B），用于對負脈沖的提取，在原信號發(fā)生1/0跳變的時刻輸出一個負向單脈沖，并送入R?S觸發(fā)器（105）的R端；R?S觸發(fā)器（105），用于在正向比較器（104A）和負向比較器（104B）輸出的正、負向單脈沖的觸發(fā)下，產(chǎn)生波形與原信號一致的電壓信號，完成對原信號的還原功能。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于自適應(yīng)導電介質(zhì)的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征在于，包括: 脈沖發(fā)生器(101)，分別對輸入端TTL/CMOS信號的上升沿、下降沿進行提取，并得到前沿陡峭、后沿平緩的脈沖電壓信號，送至電磁耦合線圈對(102)； 電磁耦合線圈對(102)，用于將脈沖電壓信號以電磁耦合的方式由初級傳遞至次級，得到與輸入電壓信號波形一致的脈沖電流信號，并送入I/V變換器(103)； I/V變換器(103)，采用一個精密電阻器與輸入端并聯(lián)構(gòu)成，用于將電磁耦合線圈對(102)輸出的脈沖電流信號轉(zhuǎn)換為脈沖電壓信號，并同時送入正向比較器(104A)和負向比較器(104B)； 正向比較器(104A),用于對正脈沖的提取,在原信號發(fā)生0/1跳變的時刻輸出一個正向單脈沖，并送入R-S觸發(fā)器(105)的S端； 負向比較器(104B)，用于對負脈沖的提取，在原信 號發(fā)生1/0跳變的時刻輸出一個負向單脈沖，并送入R-S觸發(fā)器(105)的R端； R-S觸發(fā)器(105)，用于在正向比較器(104A)和負向比較器(104B)輸出的正、負向單脈沖的觸發(fā)下，產(chǎn)生波形與原信號一致的電壓信號，完成對原信號的還原功能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)導電介質(zhì)的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征在于，電磁耦合線圈對(102)至少包括I對內(nèi)、外圈電磁耦合線圈(201，202)，這兩個內(nèi)、外圈電磁耦合線圈分別固定在兩個轉(zhuǎn)動部件的同一水平面上，且二者之間留有環(huán)形間隙，并能隨轉(zhuǎn)動部件相對旋轉(zhuǎn)，且在旋轉(zhuǎn)過程中無電氣和機械接觸。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)導電介質(zhì)的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸裝置，其特征在于，脈沖發(fā)生器(101)...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李小平，郭世忠，史軍剛，謝楷，劉彥明，陳小東，
申請(專利權(quán))人：西安電子科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
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