CN104949705B - 动态调节光纤传感器阈值的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供动态调节光纤传感器阈值的方法，其光纤传感器包括发射端和接收端，发射端和接收端通过耦合传输系统进行光学连结；其步骤包括：首先，根据初始状态下有无被测物体时接收端的光电流值，设置初始阈值；其次，当光纤传感器运行到某一状态时，采样接收端的光电流，并将采样到的光电流与初始状态无被测物时接收端的光电流做比较；最后，根据上一步骤的比较结果，判断执行阈值的动态调节；当耦合传输系统中的镜头受到污染或偏离对准、光纤传感器的发射端的光源发光效率下降、或者接收端响应度降低等因素发生时，造成光纤传感器接收端输出电流的下降时，采用本发明的阈值动态调节方法，控制程序自动判断调节阈值，从而达到准确检测的目的。

Description

动态调节光纤传感器阈值的方法

技术领域

本发明涉及传感领域，尤其是关于动态调节光纤传感器阈值的方法。

背景技术

传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和智能化的方向发展。在这一过程中，光纤传感器这个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具有很多优异的性能，例如：具有抗电磁和原子辐射干扰的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区)，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。

如图1所示，光纤传感器包括发射端10和接收端20，其中发射端10和接收端20通过耦合传输系统30进行光学连结。其中，当耦合传输系统30中的镜头受到污染或偏离对准、光纤传感器的发射端10的光源发光效率下降、或者接收端响应度降低等因素发生时，均会造成光纤传感器接收端输出电流的下降，如果此时仍采用初始状态时设置的阈值作为判断标准，光纤传感器容易误判而造成经济损失或安全事故。

发明内容

本发明提供动态调节光纤传感器阈值的方法，在耦合传输系统由于上述原因阈值发生变化时，控制程序电路自动调节判断阈值，从而达到准确检测的目的。

为了达到上述发明目的，本发明提供的技术方案如下：动态调节光纤传感器阈值的方法，其光纤传感器包括发射端和接收端，其中发射端和接收端通过耦合传输系统进行光学连结；其步骤包括：首先，根据初始状态下有无被测物体时接收端的光电流值，设置初始阈值；其次，当光纤传感器运行到某一状态时，采样接收端的光电流，并将采样到的光电流与初始状态无被测物时接收端的光电流做比较；最后，根据上一步骤的比较结果，判断执行阈值的动态调节。

其中，优选实施方式为：当光纤传感器运行到某一状态时，采样接收端的光电流超过预设范围时，将上一次的预制更新为当前阈值；再返回上一步判断下一采样节点的接收端光电流。

其中，优选实施方式为：当光纤传感器运行到某一状态时，采样接收端的光电流未超过预设范围时，阈值不变；再返回上一步判断下一采样节点的接收端光电流。

其中，优选实施方式为：上述方法可应用于透射型或反射型的光纤传感器中。

本发明的动态调节光纤传感器阈值的方法相比于现有技术来说具有以下优点和积极效果：当耦合传输系统中的镜头受到污染或偏离对准、光纤传感器的发射端的光源发光效率下降、或者接收端响应度降低等因素发生时，造成光纤传感器接收端输出电流的下降时，采用本发明的阈值动态调节方法，控制程序自动判断调节阈值，从而达到准确检测的目的。

附图说明

图1为光纤传感器的光路结构示意图。

图2为本发明的光纤传感器阈值动态调节的流程图。

具体实施方式

为使对本发明的目的、构造特征及其功能有进一步的了解，配合附图详细说明如下。应当理解，此部分所描述的具体实施例仅可用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1，图1为光纤传感器的光路结构示意图。光纤传感器包括发射端10和接收端20，其中发射端10和接收端20通过耦合传输系统30进行光学连结。

当光纤传感器应用在透射型场合时，这里的透射型场合指光纤传感器的发射端10发出的光透射过被测物体到达接收端20，其初始状态设置如下:

初始状态无被测物体时，发射端10的光功率为P_e1，耦合传输系统30的耦合传输效率为η₁，此时接收端20的光电流I_r1为：

I_r1＝η₁·P_e1 (公式1a)

初始状态有被测物体时，发射端10的光功率为P_e1，耦合传输系统30的耦合传输效率为η₂，此时接收端20的光电流I_r2为：

I_r2＝η₂·P_e1 (公式1b)

此时，光纤传感器的阈值I_th0为：

(公式1c)

当光纤传感器的发射端10的光源发光效率下降或者耦合传输系统30的耦合传输效率降低时，此时，光纤传感器的某一状态如下：

光纤传感器的某一状态无被测物体时，发射端10的光功率为P_e2，耦合传输系统30的耦合传输效率为η₃，此时接收端20的光电流I_r3为：

I_r3＝η₃·P_e2 (公式2a)

光纤传感器的某一状态有被测物体时，发射端10的光功率为P_e2，耦合传输系统30的耦合传输效率为η₄，此时接收端20的光电流I_r4为：

I_r4＝η₄·P_e2 (公式2b)

光纤传感器发射端10的某一状态的光功率P_e2与初始状态的光功率P_e1具有以下关系：

P_e2＝xP_e1,其中，0≤x≤1， (公式3a)

由于光纤传感器的发射端10的镜头污染或偏离对准等造成的耦合传输系统30的传输效率降低时，某一状态无被测物体时的耦合传输效率η₃与初始状态无被测物体时的耦合效率η₁具有如下的对应关系：

η₃＝yη₁,其中，0≤y≤1 (公式3b)

同理，某一状态有被测物体时的耦合传输效率η₄与初始状态有被测物体时的耦合传输效率η₂具有如下的对应关系：

η₄＝yη₂,其中，0≤y≤1 (公式3c)

因此，当光纤传感器处于某一状态时，阈值I_th1为：

(公式3d)

将公式1b、公式2b、公式3a及公式3c带入公式3d得出：

其中，0≤xy≤1 (公式4a)

一般的，当光纤传感器应用在透射型场合时，某一状态无被测物体时的接收端20的电流I_r3远远大于初始状态有被测物体时接收端20的电流I_r2，因此，某一状态时的阈值I_th1近似为：

(公式4b)

由上述公式4b可以得出，某一状态时的阈值I_th1与某一状态无被测物体时的接收端20的电流I_r3和初始状态有被测物体时接收端20的电流I_r2呈线性关系。

请再参照图2，图2为动态调节光纤传感器阈值的方法流程图。其步骤如下：

S10：光纤传感器开始工作；

S20：判断初始状态下，是否存在被测物体。其中，无被测物体时，接收端20的光电流为I_r1；初始状态有被测物体时，接收端20的光电流为I_r2。

S30：计算初始阈值I_th0。其中初始阈值I_th0与S20中的光电流I_r1及I_r2之间的关系为

S40：某一状态无被测物体时，光纤传感器在预设的时间间隔内采样到的大电流信号值为I_r3，即此时采样到的接收端20的光电流的数值。

S50：控制程序将I_r3与I_r1作比较。

S501：如果I_r3超过预设的范围S，这里预设的范围S可用如下表达式表达：S＝R*I_r1，其中R为预定义的系数，其范围为0≤R≤1；I_r3满足表达式I_r3＞R*I_r1时，则将I_r1替换为I_r3，并将阈值更新为(I_r1+I_r2)/2，即返回步骤S30，按照步骤S30、S40、S50依次循环判断执行，达到自动调节阈值的目的。

S502：如果I_r3未超过预设的范围，即I_r3满足表达式I_r3≤R*I_r1时，阈值不变，进入下一采样节点，开始重复执行步骤S40、S50，达到动态调节阈值的目的。

上述实施例以光纤传感器应用于透射型场合作为代表，其同样也可应用于反射型场合，其动态调节方法与上类似，再此不再赘述。

本发明的动态调节光纤传感器阈值的方法相比于现有技术来说具有以下优点和积极效果：当耦合传输系统30中的镜头受到污染或偏离对准、光纤传感器的发射端10的光源发光效率下降、或者接收端响应度降低等因素发生时，造成光纤传感器接收端输出电流的下降时，采用本发明的阈值动态调节方法，控制电路自动判断调节阈值，从而达到准确检测的目的。

以上所述,仅为本发明最佳实施例而已,并非用于限制本发明的范围,凡依本发明申请专利范围所作的等效变化或修饰,皆为本发明所涵盖。

Claims (4)

1.动态调节光纤传感器阈值的方法，其光纤传感器包括发射端(10)和接收端(20)，其中发射端(10)和接收端(20)通过耦合传输系统(30)进行光学连结；其步骤包括：首先，根据初始状态下无被测物体时接收端(20)的光电流值I_r1和有被测物体时接收端(20)的光电流值I_r2，设置初始阈值其次，当光纤传感器运行到某一状态时，采样接收端(20)的光电流，并将采样到的光电流与初始状态无被测物时接收端(20)的光电流做比较；最后，根据上一步骤的比较结果，采样接收端(20)的光电流超过预设范围时，将上一次的阈值更新为当前阈值，采样接收端(20)的光电流未超过预设范围时，阈值不变。

2.如权利要求1所述的动态调节光纤传感器阈值的方法，其特征在于：当光纤传感器运行到某一状态时，采样接收端(20)的光电流超过预设范围时，将上一次的阈值更新为当前阈值；再返回上一步判断下一采样节点的接收端(20)光电流。

3.如权利要求1所述的动态调节光纤传感器阈值的方法，其特征在于：当光纤传感器运行到某一状态时，采样接收端(20)的光电流未超过预设范围时，阈值不变；再返回上一步判断下一采样节点的接收端(20)光电流。

4.如权利要求1、2或3所述的动态调节光纤传感器阈值的方法，其特征在于：上述方法可应用于透射型或反射型的光纤传感器中。