[发明专利]激光光纤测速传感器、开关量传感器及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光光纤测速传感器、开关量传感器及测量方法。

背景技术

随着社会发展以及技术革新，机械化水平不断提高，在工农业等行业，自动化水平越来越高。同时，由于国家对生产以及生活安全的重视程度也越来越高。为适应社会及市场需求，与之配套的安全监控系统及检测手段也得到了很大的提升。

电子设备的发展壮大以及日趋成熟，因其反应灵敏、价格低廉、相对可靠等作为常规的监测设备，在日常生产生活中发挥着重要的作用。但是由于电子设备作为检测设备本身需要供电，在易燃易爆、煤矿井下等特殊场合，电子传感器满足防爆设备符合检测要求，但其自身还需要对其供电，这无疑引入了另一个不安全因素。其次，电子的传感器，无法实现远距离分布式的检测；第三，电子传感器一般受电磁干扰、且传感器本身寿命较短、误报率高、连续性监测不强等缺点。

最近30年以来兴起的光纤传感技术，以无源的光纤传感器为感知元件，有效地克服了电子类传感系统存在的不足。其独有的不带电监测、长距离传输、本质安全以及系统容量大的优点，即将在矿山安全生产、易燃易爆场所监测预警以及应急通信方面发挥重大的作用，对保障矿山生产安全、预防安全事故、减少生命财产损失具有重大意义。

目前现有的光纤类测速传感器一般为磁铁吸附或者凸轮触发光纤光栅,引起光纤光栅中心波长变化。找出被测量物理量与光纤光栅中心波长变化的关系,进而获取所测量物理量的原理。一般结构为在转轴上安装磁铁，转轴之外安装磁铁吸附的弹簧片，弹簧片上固定光纤光栅，转轴转动一定角度会与弹簧片靠近并相互吸附，引起光纤光栅波长的变化，通过计量波长变化次数进而进行计数测量实现测速功能；或者在转轴内部安装平滑凸轮，当转轴转动时，凸轮凸出部位接触固定在转轴外的光纤光栅，引起光纤光栅波长变化的原理设计制作。两种方法均利用光纤传感器原理，保证传感器不带电的无源特点，但是其最大的缺点是以光纤光栅作为测量元件，光纤光栅及其固定平台受到高频率的反复变化应力，极易出现疲劳，造成光纤光栅断裂。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种激光光纤测速传感器，具有结构简单，可进行连续性测量，量程及精度均可调，若采用光纤光栅，则光纤光栅可实现测量功能但自身不受外力，耐疲劳并具有高的可靠性。

本发明的技术方案为：

一种激光光纤测速传感器，包括：

具有容纳空间的壳体，在壳体内部设有转盘，转盘表面沿圆周方向均匀设有若干形状相同的通孔，通孔之间具有固定的间隙，所述通孔在圆周方向上的空隙长度与同一位置处的实体长度相等，转盘的中心具有转轴，转轴伸出壳体与第一待测结构相连；

在转盘的一侧设有连接光发射单元的光纤，光纤的出射端与所述通孔在同一水平位置上，使得脉冲激光可以完全穿过所述通孔，所述光纤的尾端还连接有激光解调仪；

在转盘的另一侧设有反射单元，其接收并反射穿过通孔的脉冲激光，使脉冲激光由原路返回至光纤，进入激光解调仪。

其中通孔在圆周方向上的空隙长度与同一位置处的实体长度相等，可以使得本申请在测量转速过程中降低误差，提高测量准确度。

进一步的，所述反射单元还连接有处于悬空状态的光纤光栅，所述激光解调仪替换为光纤光栅解调仪。

进一步的，所述光纤出射端还连接有第一准直单元，所述反射单元采用第二准直单元。

本发明还提出了一种开关量传感器，采用上述的激光光纤测速传感器结构，在转盘伸出壳体的一端设置有限位单元，第二待测结构与所述限位单元相连，通过限位单元使得第二待测结构带动转盘在开状态和关状态之间变换，所述开状态指激光不受遮挡的状态，所述关状态指激光受遮挡的状态。

本发明提出了一种激光光纤测速传感方法，包括：

脉冲激光由光纤发出，向正在转动的转盘投射，当脉冲激光穿过转盘的通孔区域并由原路返回时，记为第一状态；当脉冲激光被转盘的非通孔区域阻拦并由原路返回时，记为第二状态；

根据第一状态与第二状态的间隔时间、脉冲激光的频率、以及转盘的通孔数量，计算转盘的转速。

进一步的，当脉冲激光穿过转盘的通孔区域后，由光纤光栅接收并反射，使反射光束原路返回，采用光纤光栅解调仪对反射光束进行解调。

进一步的，脉冲激光穿过通孔的光强大于设定值时，记为第一状态；脉冲激光穿过通孔的光强小于等于设定值时，记为第二状态。

进一步的，当存在第一状态与第二状态交替变换时，记录每次交替变换的间隔时间；