基于双通道光电耦合离轴旋转连接器设计方案

3.2 信号收发电路模块Ⅰ、Ⅱ的电路

光电二极管一般有两种工作模式：光伏模式和光导模式。在光伏模式时，光电二极管可以非常精确地线性工作;在光导模式下，光电二级的切换速度较高，但具有明显的非线性，同时即使在无光条件下也会产生暗电流引入噪声。光电二级管暗电流大小与温度有关，在温度变化较大的场合噪声较强，会使信号传输误码率大大增加，需要加入温度补偿电路。实验在一个较理想的条件下进行，环境温度不大，光电二极管工作在光导模式。图6为光电检测信号的两级放大与整形稳幅电路，图7为LED发光管驱动电路。各元件具体参数根据实际选择调整。

3.3 误码率测试

误码率(BER:bit error ratio)是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标。误码率=传输中的错误码元数/所传输的总码元数。信号衰变、噪声、交流电或闪电造成的脉冲、传输设备故障及其他因素都会导致误码(比如传送的信号是1,而接收到的是0;反之亦然)。误码率测试的上位机界面如图8所示，该界面使用VB编写，简洁易操作。当然，也可以使用串口通信助手小软件作为上位机通信界面。实验中，在一定转速下单片机与微机相互发送一定量的字节数据，统计双方正确接收的字节数据。

由于码元错误不方便直接统计，而实际信息多以字节传送，故以接收字节数据的错误率作为误码率。统计结果如表1和表2所示，可以看出双通道发送数据均存在不同程度的误码，试验中转速的不同对误码率影响不明显，并且误码率不超过2%,不是很高，进行校验及纠错处理后可以满足一般通信需求。

3.4 信号波形对比

单片机发送一组6.2kHz矩形脉冲模拟位信号用示波器观察到如图9、图10所示波形。图9中上方为单片机发出的矩形脉冲序列波形，下方为通过双通道光电耦合旋转连接器后的信号波形。可以看出后者稍有延迟，很可能是器件的响应时间所致，但波形未变，由串口的通信协议可知，在无噪声干扰时通信完全可持续进行。图10中上方的波形为光电二级管输出信号波形，可以看出信号下降沿下降速度变慢，波形产生明显失真。下方波形为经过放大整形稳幅后的波形，即通过双通道光电耦合旋转连接器后的信号波形，已经有很大的改善。对比结果表明：实验中所设计连接器对物理层位信号的传输失真较小。

4.结论

本文针对现有旋转连接技术实现方法中的不足，设计了一种易于实现的双通道光电耦合离轴旋转连接装置的方案，对其原理进行了分析并通过实验对该设计方法的实际可行性进行了验证。实验结果表明，本方案能够实现相对旋转的机构之间的非接触通信，同时结构简单，机械加工精度要求低，成本低，某些场合下可以代替光纤连接器实现多路多通道数据传输，也可应用于一些总线通信中。