空间生命科学实验光信息传输技术研究

• 作 者: 张夏涛
• 机 构: 中国科学院上海技术物理研究所
• 出 处: 中国科学院上海技术物理研究所
• 发表日期: 2009年期
• 关键词: 离心机 无线光传输 导电滑环 空间生命科学 光信息传输

长期应用于空间重力学生物实验的离心机设备，需要定期将离心机转动体上各种实验样品的科学实验参数和实验过程中所采集的图像传输到非转动体上；同时，也需要将能量传输到离心机转动体上，以供转动体上的各种实验设备、数据采集系统和数据传输系统使用。然而由于离心机转动体与非转动体之间存在的相对转动将对上述信息和能量的传递方式(尤其是有线传输方式)形成一定的约束。所以研究适用于离心机的信息与能量传递方法，并开发相应的实验装置，对我国开展空间生命科学实验研究是十分必要的。　　
本课题的研究目标是在空间实验条件(体积、重量、功耗、电磁兼容性和可靠性等)有严格限制的前提下，采用无线光传输技术，实现离心机转动体和非转动体之间生物实验图像和数据的高效率传输：同时，采用导电滑环技术，实现外界向离心机转动体提供能量。其研究成果可应用于空间重力生物学研究中，用以提高离心机实验系统信息传输与能量传输的可靠性，促进我国载人航天工程空间生命科学实验技术的发展。　　
论文首先从系统的角度分别介绍了信息与能量传输方案，并分析了两种方案的可行性。然后介绍了本无线光传输系统发射机和接收机的各功能单元，其中包括：数据帧格式编解码器、NRZ OOK调制解调器和PPM调制解调、位同步时钟提取电路、发射光源、光电探测器及其放大电路、LVDS接口等。并通过理论计算，得出了在给定误码率情况下，本无线光传输系统的极限传输速率和极限传输距离。同时，本文还分析了能量传输系统——导电滑环的各项性能指标对能量传输质量的影响程度，并提出了针对于这些因素的解决方案。　　
最后，本课题设计了充分的实验，分别从功能模块和系统的角度，对本无线光传输系统和能量传输系统进行了测试，从测试结果可以看出：在以无线光传输作为信息传输方式和以导电滑环作为能量传输方式的离心机系统中，无论是信息传递，还是能量传递，均能满足系统的设计性能指标，由此证明了本论文研究工作的正确性和有效性。