CN101087137A - 光纤远程多点开关状态监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于传感监测技术领域。具体公开了一种光纤远程多点开关状态监测系统。包括依次相互连接的工控机、光时域反射仪、光路分配装置和磁光行程开关；光路分配装置有多个，其分别包括一个输入端和两个输出端，光路分配装置的一个输出端与磁光行程开关的输入端连接，光分路装置的另一个输出端与后一个光路分配装置的输入端相连，多个磁光行程开关依次通过光路分配装置并联连接，相邻光路分配装置之间、光路分配装置与磁光行程开关之间、以及光路分配装置与光时域反射仪之间均采用通信光缆连接。本发明绝缘，本质安全，现场无需用电，采用非接触式磁光行程开关，而且结构设计简单，能够适用于高压，高粉尘，潮湿等各种恶劣环境条件中。
Description
技术领域
本发明属于传感监测技术领域，涉及一种开关状态监测系统，特别是一种适用于工作在高压、易燃、现场无供电等恶劣环境的远程多点开关状态在线监测系统。
背景技术
由于监测环境和需求的多样化，对传感器的性能和适应性提出了越来越高的要求，传统的开关监测系统已不能满足苛刻的检测要求。例如专利200310105802.0和02238116.3中所提到的监测系统，由于采用电激励方式，在高电压、易燃等环境条件下无法适用，如果现场无供电或禁止用电，那这些产品则更是无用武之地。
最新的光纤传感器，专利号200510025483.1的专利，虽然很好的解决了高电压环境下作业的问题，但仍存在如下一些缺点：单点传感，当测量物体较多或分布分散时，单一系统显得无能为力；传感方式为接触式，有机械摩擦，易损坏且安装方式有局限性；传感器结构较复杂，不易推广；需光电转换器将光信号转化为电信号，不适用于远距离监测。
而专利号为89107596.8和92115028.8的发明专利虽然实现了远距离多点的监测，但致命缺点是这些系统都需要现场供电。近年来比较流行的光纤光栅监测技术则由于其造价昂贵，接触式传感，发生异常故障的可能性大，传感器串联且串联个数非常有限等不足限制了它在这一领域的发展。
发明内容
本发明的目的是克服现有监测系统存在的不足，设计一种用于监测物体移动位置、本质安全、防雷防爆、性能可靠、结构简单、维护方便、价格便宜、易于推广的光纤远程多点开关状态监测系统。
本发明解决技术问题的技术方案如下：
一种光纤远程多点开关状态监测系统，其特征在于，包括依次相互连接的工控机、光时域反射仪、光路分配装置和磁光行程开关；
所述光路分配装置有多个，其分别包括一个输入端和两个输出端，光路分配装置的一个输出端与磁光行程开关的输入端连接，光分路装置的另一个输出端与后一个光路分配装置的输入端相连，多个磁光行程开关依次通过光路分配装置并联连接，相邻光路分配装置之间、光路分配装置与磁光行程开关之间、以及光路分配装置与光时域反射仪之间均采用通信光缆连接。
由以上公开的技术方案可知，本发明通过采用光时域反射仪OTDR作为传感信号的采集与处理器，将OTDR运用于全新的传感探测领域，利用OTDR能够检测光纤中事件点的具体位置和反射光强度的特性，有效的量化前端磁光行程开关所传感的光信号，同时精确定位，而且，利用每个磁光行程开关在光纤链路中不同的物理位置，可以有效的区分并同时监测各个磁光行程开关所传感的被测物体开关状态的变化；采用磁光行程开关检测被测物开关量，将被检测物体的开关量转化为反射光信号的变化量，通过通信光缆将此变化量传输到OTDR；采用光路分配装置分配光路，将数十个磁光行程开关联入干路，并联使用；通过分析软件处理，从而在工控机上显示各个被检测物体相对应的开关状态。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.采用全光传感技术，现场无需用电。本发明以激光脉冲为传感信号，传感及光路分配装置完全由无源器件组成，监测现场不需要电力供应，尤其适用于电力提供有困难的野外及偏远地带。
2.抗电磁干扰防爆。本发明具有光无源器件最突出的优势。由于器件自身完全不带电，电磁波辐射不会对器件造成影响且本征防爆，性能稳定可靠。
3.非接触式，减少物理磨损，使用寿命长。光传感模块和磁模块之间无需直接接触，利用磁场作用完成开关量的监测，有效减小了物理磨损，大大提高了器件寿命。
4.适用于远距离监测。本发明输入、输出使用一根光纤，对外接口装置简洁，利用激光脉冲作为传输信号，可用于超远距离的监测。
5.实现同一时刻多点监测。由于采用通信光缆传输光信号，采用光路分配装置有效合理地分配光路，方便组网、可以实现数十个磁光行程开关并联使用，且互不干扰，特别适用于远距离，多点传感。
附图说明
图1为本发明监测系统原理结构示意图；
图2是光路分配装置一个实施例；
图3是磁光行程开关结构示意图；
图4是磁光行程开关的一个实施例在监测物体关断状态示意图；
图5是磁光行程开关的一个实施例在监测物体开通状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
如图1本发明监测系统原理图所示，本发明光纤远程多点开关状态监测系统，包括依次相互连接的工控机、光时域反射仪、光路分配装置和磁光行程开关；
所述光路分配装置有多个，其分别包括一个输入端和两个输出端，光路分配装置的一个输出端与磁光行程开关的输入端连接，光分路装置的另一个输出端与后一个光路分配装置的输入端相连，多个磁光行程开关依次通过光路分配装置并联连接，相邻光路分配装置之间、光路分配装置与磁光行程开关之间、以及光路分配装置与光时域反射仪之间均采用通信光缆连接。
如图2光路分配装置一个实施例所示，所述光路分配装置为传感支路盒3，其包括设置在安装盒301内的分路器302和补偿光纤303，所述分路器302的一个输出端304与补偿光纤303一端相连，补偿光纤303的另一端与后一个传感支路盒输入端相连；分路器302的另一个输出端305与磁光行程开关的输入端相连。通过分路器302将光路分配至每个磁光行程开关，同时实现磁光行程开关的并联。传感支路盒内有一定长度的补偿光纤303，有效区分各个监测物体。
所述光路分配装置中分路器302可以为Y型分路器、环形器或光开关，也可以为其他具有同样分路功能的装置。
如图3磁光行程开关结构示意图所示，所述磁光行程开关包括光传感模块1与磁模块2，所述光传感模块1与磁模块2彼此分离，为非接触式传感器；所述光传感模块1包括沿光路依次设置的传输光纤101、光纤准直器102和反射镜103，所述光纤准直器102和反射镜103固设在绝缘密封壳104内，所述光纤准直器102的一端与传输光纤101连接，光纤准直器102的另一端与反射镜103之间设有磁感应体105。光纤准直器102光纤端与传感支路盒输出端相连，用于激光脉冲信号的输入与输出，实现行程开关状态检测目的。光纤准直器102与磁感应体105、反射镜103统一密封封装在绝缘密封壳104内。光脉冲信号通过光纤准直器102耦合进入磁感应体105并继续向前传播，经过反射镜103反射，按原光路返回，并通过光纤准直器102重新耦合入通信光纤，反馈检测信号。上述反射镜102与光脉冲信号的传输方向垂直，并与光纤准直器102保持一定距离。磁感应体105安装于光纤准直器102与反射镜103之间，并能根据磁场强弱调制通过该感应体的光信号的强弱。绝缘密封壳104用于各个器件的安装与固定。光传感模块采用一体式全密封封装方式，抗振动性强，防水防潮。
磁感应体可有多种形态：例如采用磁性物体的移动来阻挡光路达到调制反射光信号的强弱的目的，也可采用磁旋光晶体达到调制反射光信号的强弱的目的。如图4和图5所示，在所述光纤准直102与反射镜103之间置有光束通道106；所述反射镜103的镜面与所述光束通道106的轴线相垂直；在所述绝缘密封壳104内光纤准直器102和反射镜103之间，还置有一与光束通道106相垂直的圆柱状孔腔107，所述磁感应体105设置在孔腔107内且可沿孔腔107内壁移动滑行。还可以在所述绝缘密封壳体104的外侧，磁感应体105正下方相应位置，固定设置有辅助磁体108。所述磁模块2由固定于被监测物体的机械安装调试架201和与所述机械安装调试架201固定连接的磁块202组成。当所述磁感应体105在孔腔107内的位置，位于光准直器和反射镜之间的位于光束通道106上时阻断光束(如图4所示)；当所述磁感应体108沿孔腔107内壁向上移动离开光束通道106时使光路导通(如图5所示)。所述磁感应体105是磁性移动物体或法拉第磁旋光晶体。
磁模块2随监测物体运动，可固定于被检测物体上，或采用其他方式随监测物体运动，例如：固定于浮子内随水位移动等。
该磁光行程开关的工作原理是：
当被监测物体远离光传感模块1时，随被检测物体运动的磁模块2远离光传感模块的磁感应区域，光传感模块内的磁感应体103由于不受外界磁力影响，保持原有状态，光脉冲信号通过反射镜104反射后沿原光路返回。光路为通路状态。
当被检测物体移动时，带动磁模块2一起运动，逐渐靠近光传感模块1。当磁模块2进入光传感模块1的磁感应区域时(非接触)，光传感模块中的磁感应体由于受到外加磁场强度的影响，对通过磁感应体105的光信号产生调制作用，减弱激光脉冲信号的强度，使原先反射并耦合入传输光纤的光脉冲信号发生突变，光路由通路变为断路。
上述两种状态可以定义为物体的开关状态，当被检测物体来回运动时，反射的光脉冲信号发生变化，使光路在通路和断路间不断切换，光时域反射仪OTDR可以通过监测光路反射光的强弱，显示物体的行程开关状态。
由于本发明采用的是磁光感应原理，所以在光传感模块和磁模块是非接触的，而且可以分开安装，适用于不同大小，不同开度的行程开关监测。而且本质安全，安装简洁，适用于各种不同场合。
Claims (10)
1.一种光纤远程多点开关状态监测系统，其特征在于，包括依次相互连接的工控机、光时域反射仪、光路分配装置和磁光行程开关；
所述光路分配装置有多个，其分别包括一个输入端和两个输出端，光路分配装置的一个输出端与磁光行程开关的输入端连接，光分路装置的另一个输出端与后一个光路分配装置的输入端相连，多个磁光行程开关依次通过光路分配装置并联连接，相邻光路分配装置之间、光路分配装置与磁光行程开关之间、以及光路分配装置与光时域反射仪之间均采用通信光缆连接。
2.根据权利要求1所述的光纤远程多点开关状态监测系统，其特征在于，所述磁光行程开关包括光传感模块(1)与磁模块(2)，所述光传感模块(1)与磁模块(2)彼此分离，为非接触式传感器；所述光传感模块(1)包括沿光路依次设置的传输光纤(101)、光纤准直器(102)和反射镜(103)，所述光纤准直器(102)和反射镜(103)固设在绝缘密封壳(104)内，所述光纤准直器(102)的一端与传输光纤(101)连接，光纤准直器(102)的另一端与反射镜(103)之间设有磁感应体(105)。
3.根据权利要求2所述的光纤远程多点开关状态监测系统，其特征在于，所述光纤准直器(102)与反射镜(103)之间置有光束通道(106)；所述反射镜(103)的镜面与所述光束通道(106)的轴线相垂直；在所述绝缘密封壳(104)内光纤准直器(102)和反射镜(103)之间，还置有一与光束通道(106)相垂直的圆柱状孔腔(107)，所述磁感应体(105)设置在孔腔(107)内且可沿孔腔(107)内壁移动滑行。
4.根据权利要求2所述的光纤远程多点开关状态监测系统，其特征在于，所述磁模块2由固定于被监测物体的机械安装调试架(201)和与所述机械安装调试架(201)固定连接的磁块(202)组成。
5.根据权利要求2所述的光纤远程多点开关状态监测系统，其特征在于，在所述绝缘密封壳体(104)的外侧，磁感应体(105)正下方相应位置，还固定设置有辅助磁体(108)。
6.根据权利要求3所述的光纤远程多点开关状态监测系统，其特征在于，所述磁感应体(105)在孔腔(107)内的位置，或位于光束通道(106)上阻断光束，或离开光束通道(106)使光路导通。
7.根据权利要求2所述的光纤远程多点开关状态监测系统，其特征在于，所述光纤准直器(102)有一个，反射光信号通过光纤准直器(102)沿原输入光路返回，所述传输光纤(101)为单芯光纤，其用于同时传输输入光信号和返回光信号。
8.根据权利要求1所述的光纤远程多点开关状态监测系统其特征在于，所述光路分配装置为传感支路盒(3)，其包括设置在安装盒(301)内的分路器(302)和补偿光纤(303)，所述分路器(302)的一个输出端(304)与补偿光纤(303)一端相连，补偿光纤(303)的另一端与后一个传感支路盒输入端相连；分路器(302)的另一个输出端(305)与磁光行程开关的输入端相连。
9.根据权利要求7所述的光纤远程多点开关状态监测系统，其特征在于，其特征在于，所述分路器为Y型分路器、环形器或光开关。
10.根据权利要求2所述的光纤远程多点开关状态监测系统，其特征在于，所述磁感应体(105)是磁性移动物体或法拉第磁旋光晶体。
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