專利名稱：光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于傳感監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，特別是一種適用于工作在高壓、易燃、現(xiàn)場無供電等惡劣環(huán)境的遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
由于監(jiān)測環(huán)境和需求的多樣化，對傳感器的性能和適應(yīng)性提出了越來越高的要求，傳統(tǒng)的開關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)已不能滿足苛刻的檢測要求。例如專利200310105802.0和02238116.3中所提到的監(jiān)測系統(tǒng)，由于采用電激勵(lì)方式，在高電壓、易燃等環(huán)境條件下無法適用，如果現(xiàn)場無供電或禁止用電，那這些產(chǎn)品則更是無用武之地。
最新的光纖傳感器，專利號200510025483.1的專利，雖然很好的解決了高電壓環(huán)境下作業(yè)的問題，但仍存在如下一些缺點(diǎn)單點(diǎn)傳感，當(dāng)測量物體較多或分布分散時(shí)，單一系統(tǒng)顯得無能為力；傳感方式為接觸式，有機(jī)械摩擦，易損壞且安裝方式有局限性；傳感器結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不易推廣；需光電轉(zhuǎn)換器將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，不適用于遠(yuǎn)距離監(jiān)測。
而專利號為89107596.8和92115028.8的發(fā)明專利雖然實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離多點(diǎn)的監(jiān)測，但致命缺點(diǎn)是這些系統(tǒng)都需要現(xiàn)場供電。近年來比較流行的光纖光柵監(jiān)測技術(shù)則由于其造價(jià)昂貴，接觸式傳感，發(fā)生異常故障的可能性大，傳感器串聯(lián)且串聯(lián)個(gè)數(shù)非常有限等不足限制了它在這一領(lǐng)域的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)存在的不足，設(shè)計(jì)一種用于監(jiān)測物體移動位置、本質(zhì)安全、防雷防爆、性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、價(jià)格便宜、易于推廣的光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案如下一種光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括依次相互連接的工控機(jī)、光時(shí)域反射儀、光路分配裝置和磁光行程開關(guān)；所述光路分配裝置有多個(gè)，其分別包括一個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，光路分配裝置的一個(gè)輸出端與磁光行程開關(guān)的輸入端連接，光分路裝置的另一個(gè)輸出端與后一個(gè)光路分配裝置的輸入端相連，多個(gè)磁光行程開關(guān)依次通過光路分配裝置并聯(lián)連接，相鄰光路分配裝置之間、光路分配裝置與磁光行程開關(guān)之間、以及光路分配裝置與光時(shí)域反射儀之間均采用通信光纜連接。
由以上公開的技術(shù)方案可知，本發(fā)明通過采用光時(shí)域反射儀OTDR作為傳感信號的采集與處理器，將OTDR運(yùn)用于全新的傳感探測領(lǐng)域，利用OTDR能夠檢測光纖中事件點(diǎn)的具體位置和反射光強(qiáng)度的特性，有效的量化前端磁光行程開關(guān)所傳感的光信號，同時(shí)精確定位，而且，利用每個(gè)磁光行程開關(guān)在光纖鏈路中不同的物理位置，可以有效的區(qū)分并同時(shí)監(jiān)測各個(gè)磁光行程開關(guān)所傳感的被測物體開關(guān)狀態(tài)的變化；采用磁光行程開關(guān)檢測被測物開關(guān)量，將被檢測物體的開關(guān)量轉(zhuǎn)化為反射光信號的變化量，通過通信光纜將此變化量傳輸?shù)絆TDR；采用光路分配裝置分配光路，將數(shù)十個(gè)磁光行程開關(guān)聯(lián)入干路，并聯(lián)使用；通過分析軟件處理，從而在工控機(jī)上顯示各個(gè)被檢測物體相對應(yīng)的開關(guān)狀態(tài)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)1.采用全光傳感技術(shù)，現(xiàn)場無需用電。本發(fā)明以激光脈沖為傳感信號，傳感及光路分配裝置完全由無源器件組成，監(jiān)測現(xiàn)場不需要電力供應(yīng)，尤其適用于電力提供有困難的野外及偏遠(yuǎn)地帶。
2.抗電磁干擾防爆。本發(fā)明具有光無源器件最突出的優(yōu)勢。由于器件自身完全不帶電，電磁波輻射不會對器件造成影響且本征防爆，性能穩(wěn)定可靠。
3.非接觸式，減少物理磨損，使用壽命長。光傳感模塊和磁模塊之間無需直接接觸，利用磁場作用完成開關(guān)量的監(jiān)測，有效減小了物理磨損，大大提高了器件壽命。
4.適用于遠(yuǎn)距離監(jiān)測。本發(fā)明輸入、輸出使用一根光纖，對外接口裝置簡潔，利用激光脈沖作為傳輸信號，可用于超遠(yuǎn)距離的監(jiān)測。
5.實(shí)現(xiàn)同一時(shí)刻多點(diǎn)監(jiān)測。由于采用通信光纜傳輸光信號，采用光路分配裝置有效合理地分配光路，方便組網(wǎng)、可以實(shí)現(xiàn)數(shù)十個(gè)磁光行程開關(guān)并聯(lián)使用，且互不干擾，特別適用于遠(yuǎn)距離，多點(diǎn)傳感。


圖1為本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是光路分配裝置一個(gè)實(shí)施例；圖3是磁光行程開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是磁光行程開關(guān)的一個(gè)實(shí)施例在監(jiān)測物體關(guān)斷狀態(tài)示意圖；圖5是磁光行程開關(guān)的一個(gè)實(shí)施例在監(jiān)測物體開通狀態(tài)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
如圖1本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)原理圖所示，本發(fā)明光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括依次相互連接的工控機(jī)、光時(shí)域反射儀、光路分配裝置和磁光行程開關(guān)；所述光路分配裝置有多個(gè)，其分別包括一個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，光路分配裝置的一個(gè)輸出端與磁光行程開關(guān)的輸入端連接，光分路裝置的另一個(gè)輸出端與后一個(gè)光路分配裝置的輸入端相連，多個(gè)磁光行程開關(guān)依次通過光路分配裝置并聯(lián)連接，相鄰光路分配裝置之間、光路分配裝置與磁光行程開關(guān)之間、以及光路分配裝置與光時(shí)域反射儀之間均采用通信光纜連接。
如圖2光路分配裝置一個(gè)實(shí)施例所示，所述光路分配裝置為傳感支路盒3，其包括設(shè)置在安裝盒301內(nèi)的分路器302和補(bǔ)償光纖303，所述分路器302的一個(gè)輸出端304與補(bǔ)償光纖303一端相連，補(bǔ)償光纖303的另一端與后一個(gè)傳感支路盒輸入端相連；分路器302的另一個(gè)輸出端305與磁光行程開關(guān)的輸入端相連。通過分路器302將光路分配至每個(gè)磁光行程開關(guān)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)磁光行程開關(guān)的并聯(lián)。傳感支路盒內(nèi)有一定長度的補(bǔ)償光纖303，有效區(qū)分各個(gè)監(jiān)測物體。
所述光路分配裝置中分路器302可以為Y型分路器、環(huán)形器或光開關(guān)，也可以為其他具有同樣分路功能的裝置。
如圖3磁光行程開關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖所示，所述磁光行程開關(guān)包括光傳感模塊1與磁模塊2，所述光傳感模塊1與磁模塊2彼此分離，為非接觸式傳感器；所述光傳感模塊1包括沿光路依次設(shè)置的傳輸光纖101、光纖準(zhǔn)直器102和反射鏡103，所述光纖準(zhǔn)直器102和反射鏡103固設(shè)在絕緣密封殼104內(nèi)，所述光纖準(zhǔn)直器102的一端與傳輸光纖101連接，光纖準(zhǔn)直器102的另一端與反射鏡103之間設(shè)有磁感應(yīng)體105。光纖準(zhǔn)直器102光纖端與傳感支路盒輸出端相連，用于激光脈沖信號的輸入與輸出，實(shí)現(xiàn)行程開關(guān)狀態(tài)檢測目的。光纖準(zhǔn)直器102與磁感應(yīng)體105、反射鏡103統(tǒng)一密封封裝在絕緣密封殼104內(nèi)。光脈沖信號通過光纖準(zhǔn)直器102耦合進(jìn)入磁感應(yīng)體105并繼續(xù)向前傳播，經(jīng)過反射鏡103反射，按原光路返回，并通過光纖準(zhǔn)直器102重新耦合入通信光纖，反饋檢測信號。上述反射鏡102與光脈沖信號的傳輸方向垂直，并與光纖準(zhǔn)直器102保持一定距離。磁感應(yīng)體105安裝于光纖準(zhǔn)直器102與反射鏡103之間，并能根據(jù)磁場強(qiáng)弱調(diào)制通過該感應(yīng)體的光信號的強(qiáng)弱。絕緣密封殼104用于各個(gè)器件的安裝與固定。光傳感模塊采用一體式全密封封裝方式，抗振動性強(qiáng)，防水防潮。
磁感應(yīng)體可有多種形態(tài)例如采用磁性物體的移動來阻擋光路達(dá)到調(diào)制反射光信號的強(qiáng)弱的目的，也可采用磁旋光晶體達(dá)到調(diào)制反射光信號的強(qiáng)弱的目的。如圖4和圖5所示，在所述光纖準(zhǔn)直102與反射鏡103之間置有光束通道106；所述反射鏡103的鏡面與所述光束通道106的軸線相垂直；在所述絕緣密封殼104內(nèi)光纖準(zhǔn)直器102和反射鏡103之間，還置有一與光束通道106相垂直的圓柱狀孔腔107，所述磁感應(yīng)體105設(shè)置在孔腔107內(nèi)且可沿孔腔107內(nèi)壁移動滑行。還可以在所述絕緣密封殼體104的外側(cè)，磁感應(yīng)體105正下方相應(yīng)位置，固定設(shè)置有輔助磁體108。所述磁模塊2由固定于被監(jiān)測物體的機(jī)械安裝調(diào)試架201和與所述機(jī)械安裝調(diào)試架201固定連接的磁塊202組成。當(dāng)所述磁感應(yīng)體105在孔腔107內(nèi)的位置，位于光準(zhǔn)直器和反射鏡之間的位于光束通道106上時(shí)阻斷光束(如圖4所示)；當(dāng)所述磁感應(yīng)體108沿孔腔107內(nèi)壁向上移動離開光束通道106時(shí)使光路導(dǎo)通(如圖5所示)。所述磁感應(yīng)體105是磁性移動物體或法拉第磁旋光晶體。
磁模塊2隨監(jiān)測物體運(yùn)動，可固定于被檢測物體上，或采用其他方式隨監(jiān)測物體運(yùn)動，例如固定于浮子內(nèi)隨水位移動等。
該磁光行程開關(guān)的工作原理是當(dāng)被監(jiān)測物體遠(yuǎn)離光傳感模塊1時(shí)，隨被檢測物體運(yùn)動的磁模塊2遠(yuǎn)離光傳感模塊的磁感應(yīng)區(qū)域，光傳感模塊內(nèi)的磁感應(yīng)體103由于不受外界磁力影響，保持原有狀態(tài)，光脈沖信號通過反射鏡104反射后沿原光路返回。光路為通路狀態(tài)。
當(dāng)被檢測物體移動時(shí)，帶動磁模塊2一起運(yùn)動，逐漸靠近光傳感模塊1。當(dāng)磁模塊2進(jìn)入光傳感模塊1的磁感應(yīng)區(qū)域時(shí)(非接觸)，光傳感模塊中的磁感應(yīng)體由于受到外加磁場強(qiáng)度的影響，對通過磁感應(yīng)體105的光信號產(chǎn)生調(diào)制作用，減弱激光脈沖信號的強(qiáng)度，使原先反射并耦合入傳輸光纖的光脈沖信號發(fā)生突變，光路由通路變?yōu)閿嗦贰?br> 上述兩種狀態(tài)可以定義為物體的開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)被檢測物體來回運(yùn)動時(shí)，反射的光脈沖信號發(fā)生變化，使光路在通路和斷路間不斷切換，光時(shí)域反射儀OTDR可以通過監(jiān)測光路反射光的強(qiáng)弱，顯示物體的行程開關(guān)狀態(tài)。
由于本發(fā)明采用的是磁光感應(yīng)原理，所以在光傳感模塊和磁模塊是非接觸的，而且可以分開安裝，適用于不同大小，不同開度的行程開關(guān)監(jiān)測。而且本質(zhì)安全，安裝簡潔，適用于各種不同場合。
權(quán)利要求
1.一種光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括依次相互連接的工控機(jī)、光時(shí)域反射儀、光路分配裝置和磁光行程開關(guān)；所述光路分配裝置有多個(gè)，其分別包括一個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，光路分配裝置的一個(gè)輸出端與磁光行程開關(guān)的輸入端連接，光分路裝置的另一個(gè)輸出端與后一個(gè)光路分配裝置的輸入端相連，多個(gè)磁光行程開關(guān)依次通過光路分配裝置并聯(lián)連接，相鄰光路分配裝置之間、光路分配裝置與磁光行程開關(guān)之間、以及光路分配裝置與光時(shí)域反射儀之間均采用通信光纜連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述磁光行程開關(guān)包括光傳感模塊(1)與磁模塊(2)，所述光傳感模塊(1)與磁模塊(2)彼此分離，為非接觸式傳感器；所述光傳感模塊(1)包括沿光路依次設(shè)置的傳輸光纖(101)、光纖準(zhǔn)直器(102)和反射鏡(103)，所述光纖準(zhǔn)直器(102)和反射鏡(103)固設(shè)在絕緣密封殼(104)內(nèi)，所述光纖準(zhǔn)直器(102)的一端與傳輸光纖(101)連接，光纖準(zhǔn)直器(102)的另一端與反射鏡(103)之間設(shè)有磁感應(yīng)體(105)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖準(zhǔn)直器(102)與反射鏡(103)之間置有光束通道(106)；所述反射鏡(103)的鏡面與所述光束通道(106)的軸線相垂直；在所述絕緣密封殼(104)內(nèi)光纖準(zhǔn)直器(102)和反射鏡(103)之間，還置有一與光束通道(106)相垂直的圓柱狀孔腔(107)，所述磁感應(yīng)體(105)設(shè)置在孔腔(107)內(nèi)且可沿孔腔(107)內(nèi)壁移動滑行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述磁模塊2由固定于被監(jiān)測物體的機(jī)械安裝調(diào)試架(201)和與所述機(jī)械安裝調(diào)試架(201)固定連接的磁塊(202)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，在所述絕緣密封殼體(104)的外側(cè)，磁感應(yīng)體(105)正下方相應(yīng)位置，還固定設(shè)置有輔助磁體(108)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述磁感應(yīng)體(105)在孔腔(107)內(nèi)的位置，或位于光束通道(106)上阻斷光束，或離開光束通道(106)使光路導(dǎo)通。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖準(zhǔn)直器(102)有一個(gè)，反射光信號通過光纖準(zhǔn)直器(102)沿原輸入光路返回，所述傳輸光纖(101)為單芯光纖，其用于同時(shí)傳輸輸入光信號和返回光信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)其特征在于，所述光路分配裝置為傳感支路盒(3)，其包括設(shè)置在安裝盒(301)內(nèi)的分路器(302)和補(bǔ)償光纖(303)，所述分路器(302)的一個(gè)輸出端(304)與補(bǔ)償光纖(303)一端相連，補(bǔ)償光纖(303)的另一端與后一個(gè)傳感支路盒輸入端相連；分路器(302)的另一個(gè)輸出端(305)與磁光行程開關(guān)的輸入端相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，其特征在于，所述分路器為Y型分路器、環(huán)形器或光開關(guān)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述磁感應(yīng)體(105)是磁性移動物體或法拉第磁旋光晶體。
全文摘要
本發(fā)明屬于傳感監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。具體公開了一種光纖遠(yuǎn)程多點(diǎn)開關(guān)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。包括依次相互連接的工控機(jī)、光時(shí)域反射儀、光路分配裝置和磁光行程開關(guān)；光路分配裝置有多個(gè)，其分別包括一個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端，光路分配裝置的一個(gè)輸出端與磁光行程開關(guān)的輸入端連接，光分路裝置的另一個(gè)輸出端與后一個(gè)光路分配裝置的輸入端相連，多個(gè)磁光行程開關(guān)依次通過光路分配裝置并聯(lián)連接，相鄰光路分配裝置之間、光路分配裝置與磁光行程開關(guān)之間、以及光路分配裝置與光時(shí)域反射儀之間均采用通信光纜連接。本發(fā)明絕緣，本質(zhì)安全，現(xiàn)場無需用電，采用非接觸式磁光行程開關(guān)，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，能夠適用于高壓，高粉塵，潮濕等各種惡劣環(huán)境條件中。
文檔編號H03K17/94GK101087137SQ20061002729
公開日2007年12月12日 申請日期2006年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月5日
發(fā)明者林麟, 葛捷, 寧娜 申請人:上海光子光電傳感設(shè)備有限公司