[發(fā)明專利]激光光纖測(cè)速傳感器、開(kāi)關(guān)量傳感器及測(cè)量方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710979646.2
• 申請(qǐng)日: 2017-10-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107957502A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜龍;魏玉賓;孟輝;金光賢;劉統(tǒng)玉;李連慶;石智棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東微感光電子有限公司
• 主分類號(hào): G01P3/68
• 分類號(hào): G01P3/68
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 黃海麗

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光光纖測(cè)速傳感器、開(kāi)關(guān)量傳感器及測(cè)量方法。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)發(fā)展以及技術(shù)革新，機(jī)械化水平不斷提高，在工農(nóng)業(yè)等行業(yè)，自動(dòng)化水平越來(lái)越高。同時(shí)，由于國(guó)家對(duì)生產(chǎn)以及生活安全的重視程度也越來(lái)越高。為適應(yīng)社會(huì)及市場(chǎng)需求，與之配套的安全監(jiān)控系統(tǒng)及檢測(cè)手段也得到了很大的提升。

電子設(shè)備的發(fā)展壯大以及日趨成熟，因其反應(yīng)靈敏、價(jià)格低廉、相對(duì)可靠等作為常規(guī)的監(jiān)測(cè)設(shè)備，在日常生產(chǎn)生活中發(fā)揮著重要的作用。但是由于電子設(shè)備作為檢測(cè)設(shè)備本身需要供電，在易燃易爆、煤礦井下等特殊場(chǎng)合，電子傳感器滿足防爆設(shè)備符合檢測(cè)要求，但其自身還需要對(duì)其供電，這無(wú)疑引入了另一個(gè)不安全因素。其次，電子的傳感器，無(wú)法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離分布式的檢測(cè)；第三，電子傳感器一般受電磁干擾、且傳感器本身壽命較短、誤報(bào)率高、連續(xù)性監(jiān)測(cè)不強(qiáng)等缺點(diǎn)。

最近30年以來(lái)興起的光纖傳感技術(shù)，以無(wú)源的光纖傳感器為感知元件，有效地克服了電子類傳感系統(tǒng)存在的不足。其獨(dú)有的不帶電監(jiān)測(cè)、長(zhǎng)距離傳輸、本質(zhì)安全以及系統(tǒng)容量大的優(yōu)點(diǎn)，即將在礦山安全生產(chǎn)、易燃易爆場(chǎng)所監(jiān)測(cè)預(yù)警以及應(yīng)急通信方面發(fā)揮重大的作用，對(duì)保障礦山生產(chǎn)安全、預(yù)防安全事故、減少生命財(cái)產(chǎn)損失具有重大意義。

目前現(xiàn)有的光纖類測(cè)速傳感器一般為磁鐵吸附或者凸輪觸發(fā)光纖光柵,引起光纖光柵中心波長(zhǎng)變化。找出被測(cè)量物理量與光纖光柵中心波長(zhǎng)變化的關(guān)系,進(jìn)而獲取所測(cè)量物理量的原理。一般結(jié)構(gòu)為在轉(zhuǎn)軸上安裝磁鐵，轉(zhuǎn)軸之外安裝磁鐵吸附的彈簧片，彈簧片上固定光纖光柵，轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度會(huì)與彈簧片靠近并相互吸附，引起光纖光柵波長(zhǎng)的變化，通過(guò)計(jì)量波長(zhǎng)變化次數(shù)進(jìn)而進(jìn)行計(jì)數(shù)測(cè)量實(shí)現(xiàn)測(cè)速功能；或者在轉(zhuǎn)軸內(nèi)部安裝平滑凸輪，當(dāng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，凸輪凸出部位接觸固定在轉(zhuǎn)軸外的光纖光柵，引起光纖光柵波長(zhǎng)變化的原理設(shè)計(jì)制作。兩種方法均利用光纖傳感器原理，保證傳感器不帶電的無(wú)源特點(diǎn)，但是其最大的缺點(diǎn)是以光纖光柵作為測(cè)量元件，光纖光柵及其固定平臺(tái)受到高頻率的反復(fù)變化應(yīng)力，極易出現(xiàn)疲勞，造成光纖光柵斷裂。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種激光光纖測(cè)速傳感器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可進(jìn)行連續(xù)性測(cè)量，量程及精度均可調(diào)，若采用光纖光柵，則光纖光柵可實(shí)現(xiàn)測(cè)量功能但自身不受外力，耐疲勞并具有高的可靠性。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種激光光纖測(cè)速傳感器，包括：

具有容納空間的殼體，在殼體內(nèi)部設(shè)有轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)表面沿圓周方向均勻設(shè)有若干形狀相同的通孔，通孔之間具有固定的間隙，所述通孔在圓周方向上的空隙長(zhǎng)度與同一位置處的實(shí)體長(zhǎng)度相等，轉(zhuǎn)盤(pán)的中心具有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸伸出殼體與第一待測(cè)結(jié)構(gòu)相連；

在轉(zhuǎn)盤(pán)的一側(cè)設(shè)有連接光發(fā)射單元的光纖，光纖的出射端與所述通孔在同一水平位置上，使得脈沖激光可以完全穿過(guò)所述通孔，所述光纖的尾端還連接有激光解調(diào)儀；

在轉(zhuǎn)盤(pán)的另一側(cè)設(shè)有反射單元，其接收并反射穿過(guò)通孔的脈沖激光，使脈沖激光由原路返回至光纖，進(jìn)入激光解調(diào)儀。

其中通孔在圓周方向上的空隙長(zhǎng)度與同一位置處的實(shí)體長(zhǎng)度相等，可以使得本申請(qǐng)?jiān)跍y(cè)量轉(zhuǎn)速過(guò)程中降低誤差，提高測(cè)量準(zhǔn)確度。

進(jìn)一步的，所述反射單元還連接有處于懸空狀態(tài)的光纖光柵，所述激光解調(diào)儀替換為光纖光柵解調(diào)儀。

進(jìn)一步的，所述光纖出射端還連接有第一準(zhǔn)直單元，所述反射單元采用第二準(zhǔn)直單元。

本發(fā)明還提出了一種開(kāi)關(guān)量傳感器，采用上述的激光光纖測(cè)速傳感器結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)盤(pán)伸出殼體的一端設(shè)置有限位單元，第二待測(cè)結(jié)構(gòu)與所述限位單元相連，通過(guò)限位單元使得第二待測(cè)結(jié)構(gòu)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)在開(kāi)狀態(tài)和關(guān)狀態(tài)之間變換，所述開(kāi)狀態(tài)指激光不受遮擋的狀態(tài)，所述關(guān)狀態(tài)指激光受遮擋的狀態(tài)。

本發(fā)明提出了一種激光光纖測(cè)速傳感方法，包括：

脈沖激光由光纖發(fā)出，向正在轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)盤(pán)投射，當(dāng)脈沖激光穿過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)的通孔區(qū)域并由原路返回時(shí)，記為第一狀態(tài)；當(dāng)脈沖激光被轉(zhuǎn)盤(pán)的非通孔區(qū)域阻攔并由原路返回時(shí)，記為第二狀態(tài)；

根據(jù)第一狀態(tài)與第二狀態(tài)的間隔時(shí)間、脈沖激光的頻率、以及轉(zhuǎn)盤(pán)的通孔數(shù)量，計(jì)算轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速。

進(jìn)一步的，當(dāng)脈沖激光穿過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)的通孔區(qū)域后，由光纖光柵接收并反射，使反射光束原路返回，采用光纖光柵解調(diào)儀對(duì)反射光束進(jìn)行解調(diào)。

進(jìn)一步的，脈沖激光穿過(guò)通孔的光強(qiáng)大于設(shè)定值時(shí)，記為第一狀態(tài)；脈沖激光穿過(guò)通孔的光強(qiáng)小于等于設(shè)定值時(shí)，記為第二狀態(tài)。

進(jìn)一步的，當(dāng)存在第一狀態(tài)與第二狀態(tài)交替變換時(shí)，記錄每次交替變換的間隔時(shí)間；