CN105137927A - 无干扰光纤信号灯状态采集系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无干扰光纤信号灯状态采集系统和方法，用于同时采集电子电气设备上多个信号灯状态。包含：传输光纤、光传感器、光纤固定架、光信号采集和处理模块、通信接口。传输光纤的每一芯紧贴并对准设备的每一个信号灯，将信号灯的光状态传输到对应光传感器，光纤固定架将每一芯光纤进行可靠定位，每一个光传感器将对应光纤传来的光信号转换成电信号，光信号采集和处理模块对各路信号状态分析处理、统计并存储信号灯状态数据，通信接口完成与上位机的通信。由于光纤不遮挡指示灯，由此，在不影响设备现场视觉监控的同时实时精准地检测设备信号灯的状态，进而确保电子电气设备与本发明设备系统不产生电磁干扰。

Description

无干扰光纤信号灯状态采集系统和方法

技术领域

本发明涉及一种关于信号灯状态识别、采集、传输的装置和方法，尤其是能在无视觉和电磁干扰的前提下对零星或高密集多个信号灯的状态进行准确高速的检测分析，也可以在高湿、高温、低温、液体中、腐蚀或有毒恶劣工作环境下的完成设备信号灯状态采集。

背景技术

随着电子、电气及自动化产业的快速发展，在工作和生活中涌现出大量的电子电气设备，这些设备通常将设备状态通过各种信号指示灯显示出来。特别是的生产车间，可能用来判断设备或生产线的正常与否，也可能用来判断生产产品的质和量。

早期，人们是均通过视觉判断这些信号亮、灭来确认系统或设备是否正常。人工目测方式对信号灯容易产生误判，特别变化速率较快、信号灯多时更加容易生产误判。

目前也有一些设备部分解决了人为视觉判断的问题，但也存在较多的问题，首先，安装这些设备后，由于采集传感器对原信号灯的遮挡造成现场无法视觉巡检各判断设备状态，影响系统现场巡检及现场应急处理；其次，由于采集传感器的体积不可能太小，造成高密度信号灯采集无法完成；再次，由于采集传感器是一电子部件，采集传感器与原信号灯紧贴安装，所以不可避免对原电路系统可能会有一定的电磁干扰；最后，由于现有系统的传感器对采集环境要求很高，无法完成在恶劣环境下对设备信号灯状态的采集，更不用说采集水下的设备信号灯状态。

发明内容

本发明的一目的是在各种环境下提供无视觉和电磁干扰的精确高速采集信号灯状态的系统和方法。

本发明解决了现有人为视觉误差的问题，解决了现有采集设备传感器遮挡原信号灯造成视觉干扰的问题，解决了高密度信号灯的采集问题，解决了对信号灯颜色状态的采集问题，解决了对多信号灯各状态组合和时序组合状态的采集问题，解决了对原设备的电磁干扰的问题，解决了在恶劣环境下的设备信号灯状态的采集问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种无干扰光纤信号灯状态采集系统和方法，包括：传输光纤、光纤固定管、光纤固定架、窄带滤光片、光信号传感器、光信号采集和处理模块、现场跟随显示模块、通信接口、纤芯端面打磨工艺、纤芯热弯曲工艺。

所述传输光纤的每一芯紧贴并对准设备的每一个信号灯，再由传输光纤将信号灯的光状态传输到对应光传感器，传输光纤有效信号传输长度可以达到100m以上；

所述光纤固定管、光纤固定架将每一芯传输光纤进行可靠固定定位，光纤固定管适当弯曲方式固定传输光纤及其纤芯，以避免对信号灯造成视觉遮挡；

所述窄带滤光片，在各光信号传感器前可加装对应的窄带滤光片，使只有对应颜色即波长的光信号通过窄带滤光片到达各光信号传感器，实现对信号灯颜色变化的状态采集。

所述光信号传感器将各传输光纤纤芯传来的信号灯光信号进行光电转换，光信号传感器的电信号端连接光信号采集和处理模块；

所述光信号采集和处理模块对信号灯各种状态进行分析处理、统计并存储信号灯状态数据；

所述现场跟随显示模块根据光信号采集和处理模块对信号灯各种状态进行分析处理、统计的信号灯状态数据，同步模拟显示被采集信号灯的各种状态；

所述通信接口将光信号采集和处理模块对信号灯各种状态进行分析处理、统计的信号灯状态数据结果上传到各系统的上位机；

所述纤芯端面打磨工艺是将传输光纤端面打磨成一定角度或形状的端面，以保证只有指定方向的光进入光纤传输，避免相邻信号灯或环境杂光对采集系统的影响干扰。

所述纤芯热弯曲工艺是将纤芯加热到塑性变化温度，对纤芯进行弯曲加工。在仅仅靠光纤固定架及光纤固定管无法完全准确保证纤芯端面对准信号灯发光方向时，进一步利用纤芯热弯曲工艺将纤芯端面精确对准信号灯发光方向，从而确保只有指定信号灯的光信号可靠进入传输光纤传输；也可以利用纤芯细小且高透明特性来避免对信号灯现场视觉遮挡。

所述的采集方法是采用将传输光纤的每一芯紧贴并对准设备的每一个信号灯，再由传输光纤将信号灯的光状态传输到对应光传感器，传输光纤有效信号传输长度可以达到100m以上，固定架将每一芯传输光纤进行可靠固定定位，每一个光传感器将对应传输光纤传来的光信号转换成电信号，光信号采集和处理模块对各路信号状态进行分析处理、统计并存储信号灯状态数据，通信接口完成与上位机的通信；如需对信号灯颜色状态进行采集，则可选用本发明中的窄带滤光片对光颜色即波长进行选择性采集。

解决的相关问题有：

1、光信号传感器与信号灯一一对应的，加上采用高速单片机为核心设计，光传感器采用高可靠快速响应器件，从而解决了精确且高速采集信号灯状态及组合状态的问题；

2、光纤纤芯透明且直径很小几乎不影响原信号灯现场视觉巡查，从而解决了现场信号灯视觉干扰的问题；

3、光纤纤芯直径很小，适当打磨后的纤芯端面可以只传输定向光信号，通过纤芯热弯曲工艺将纤芯前端进行适当弯曲，其最长弯曲长度可超过5cm，从而解决了高密度信号灯的采集中各信号灯之间的光干扰问题；

4、各光信号传感器前可加装对应的窄带滤光片，使只有对应颜色即波长的光信号通过窄带滤光片到达各光信号传感器，实现对信号灯颜色变化的状态采集；

5、通信接口将光信号采集和处理模块对信号灯各种状态进行分析处理、统计的信号灯状态数据结果上传到各系统的上位机；

6、现场跟随显示模块根据光信号采集和处理模块对信号灯各种状态进行分析处理、统计的信号灯状态数据，同步模拟显示被采集信号灯的各种状态，由此在现场即可对本发明系统的工作状态进行直观的判断，只要将无干扰光纤信号灯状态采集器安装在现场监控室的合适位置即可根据模拟显示来对现场关键信号灯进行及时全面的监控；

7、由于光纤为石英、塑料和橡胶等非金属材料制造而成，传输光纤有效信号传输长度可以达到1百米以上，从而完全可以避免光信号采集器对被采集设备造成电磁干扰；

8、系统由于采用传输光纤对信号灯的状态进行采集，从而系统可以完成在高湿、高温、低温、液体中、缺氧、腐蚀或有毒恶劣工作环境下的设备信号灯状态采集。

本发明的有益效果是：

本发明应用于各设备信号灯状态采集领域，实时获取各设备信号灯状态或组合状态。

本发明采用光纤进行信号灯的光信号传输，可同时对多个高密集信号灯进行状态采集，可应用于7段数码管的信号指示组合状态的采集，从而解决各种信号状态或复杂的组合状态、时序状态进行采集。

可在本发明的光信号传感器前加装窄带滤光片，实现对信号灯颜色状态的准确采集。解决了一直来同一信号灯颜色改变时设备状态无法采集的问题。

本发明对采集点环境要求极低，采集点工作温度范围-40～80℃，湿度范围无要求，完全可以在水中对相关水下设备的信号灯进行采集。适用于只对光纤不造成腐蚀的各种环境下的信号灯采集。由于传输光的传输距离可以超过100m,因此可以实现对高湿、高温、低温、液体中、缺氧、腐蚀或有毒恶劣工作环境下的设备信号灯状态进行采集，只要将信号灯状态采集器放置于环境合适的室内、机柜或密闭容器内即可。结合本发明的现场跟随显示模块，从而可以使工作人员避免进入有害的设备工作环境进行设备巡检，也可根据模拟显示来对现场关键信号灯进行及时全面的监控，达到保护工作人员身体健康的目的。

本发明系统可实时将光信号采集和处理模块对信号灯各种状态进行分析处理、统计的信号灯状态数据结果上传到各系统的上位机，提供给各系统做远程监控、自动控制、智能控制、智慧系统用。从而进一步发挥系统的经济效益和社会效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的一部分应用实施例：

图1为信号灯不规则朝向或高密集环境下，传输光纤前端需跟随转弯时，信号灯状态采集的光电转换部分结构图；

图2为本发明中信号灯状态采集的光电转换部分结构图；

图3为本发明信号灯采集状态采集方法的流程图；

图4为本发明信号灯采集状态采集系统示意图；

图5为本发明对机架设备信号灯状态采集的应用实例示意图；

图6为本发明对设备电子线路板信号灯状态采集的应用实例示意图；

图中100-被采集信号灯的设备，110-信号灯，210-光纤固定架，220-光纤固定管，310-传输光纤，520-光信号传感器，530-光信号采集和处理模块，540-通信接口，550-现场跟随显示模块，600-上位机。

具体实施方式

信号灯（110）状态有：信号灯的亮和灭，信号灯的发光强弱，单个或多个信号灯的发光规律即状态组合和时序组合，信号灯的发光颜色。

在图1中，传输光纤（310）由光纤固定架（210）和光纤固定管（220）固定并对准信号灯（110）发光较强位置。传输光纤（310）另一端对准对应的光信号传感器（520）；若各光信号传感器（520）前可加装对应的窄带滤光片（410），使只有对应颜色即波长的光信号通过窄带滤光片（410）到达各光信号传感器（520），实现对信号灯（110）颜色变化的状态采集；传输光纤（310）将信号灯（110）的状态以极低损耗方式传送到光信号传感器（520）。光信号传感器（520）完成对接收到的光信号按信号灯（110）的特性进行光电转换工作。光纤固定管（220）适当弯曲以避免对信号灯（110）造成遮挡，由于传输光纤（310）纤芯细小且呈高透明特性，所以对现场视觉巡检和监控不造成遮挡和干扰。

在图3中，在所示的流程图中设备信号灯（110）的发光状态由传输光纤（310）准确无误地传送到光信号传感器（520）中，由光信号传感器（520）将进行光电状态转换，再由光信号采集和处理模块（530）进行对信号状态进行分析处理、统计并存储信号灯状态数据。处理后的状态数据第一路到现场跟随显示模块（550）对信号灯（110）进行现场跟随显示，以便现场直观判断本发明系统工作是否正常，也可辅助现场视觉巡检和监控。处理后的状态数据第二路到通信接口（540），由通信接口（540）完成与上位机的通信。

在图4中，在所示的系统图中传输光纤（310）由光纤固定架（210）和光纤固定管（220）固定并对准信号灯（110）发光较强位置。传输光纤（310）通过合理隐藏的路径走向，最终对准对应的光信号传感器（520），从而将信号灯（110）的状态以极低损耗方式传送到光信号传感器（520）。光信号传感器（520）完成对接收到的光信号按信号灯（110）的特性进行光电转换工作。再由光信号采集和处理模块（530）进行对信号状态进行分析处理、统计并存储信号灯状态数据。处理后的状态数据第一路到现场跟随显示模块（550）对信号灯（110）进行现场跟随显示，以便现场直观判断本发明系统工作是否正常，也可辅助现场视觉巡检和监控。处理后的状态数据第二路到通信接口（540），由通信接口（540）完成与上位机的通信。光纤固定管（220）适当弯曲以避免对信号灯（110）造成遮挡，由于传输光纤（310）纤心细小且呈高透明特性，所以对现场视觉巡检不造成遮挡和干扰。

在图5中，在机架设备信号灯状态采集的应用实例示意图中，传输光纤（310）由光纤固定架（210）和光纤固定管（220）固定并对准机架设备的信号灯（110）发光较强位置。传输光纤（310）通过合理隐藏的路径走向，最终进入本发明系统-光信号采集器（500）中。由光信号采集器（500）中的各模块完成对信号状态进行分析处理、统计并存储信号灯状态数据及与上位机（600）进行通信；现场跟随显示模块（550）根据光信号数据同步模拟显示被采集信号灯（110）的各种状态。

在图6中，在设备电子线路板信号灯状态采集的应用实例示意图中，传输光纤（310）由光纤固定架（210）和光纤固定管（220）固定并对准设备电子线路板的信号灯（110）发光较强位置。传输光纤（310）通过合理隐藏的路径走向，最终进入本发明系统-光信号采集器（500）中。由光信号采集器（500）中的各模块完成对信号状态进行分析处理、统计并存储信号灯状态数据及与上位机（600）进行通信；现场跟随显示模块（550）根据光信号数据同步模拟显示被采集信号灯（110）的各种状态。

首先，由于光信号传感器（520）与信号灯（110）一一对应的，本发明采用高速单片机为核心设计，加上光信号传感器（520）为高可靠快速响应器件，从而解决了精确且高速采集信号灯（110）状态的问题；其次，由于传输光纤（310）纤芯固定时采取适当弯曲以避免对信号灯（110）造成遮挡，加上传输光纤（310）纤芯透明且直径很小几乎不影响原信号灯（110）现场视觉巡查和监控，从而解决了现场信号灯（110）视觉干扰的问题；再次，由于传输光纤（310）纤芯直径很小，从而解决了高密度信号灯（110）的采集问题；最后，由于传输光纤（310）为石英、塑料和橡胶等非金属材料制造而成，传输光纤（310）有效信号传输长度可以达到100m以上，从而完全可以避免包括光信号采集器（500）在内的本发明系统对被采集设备造成电磁干扰，同时也可以实现对高湿、高温、低温、液体中、缺氧、腐蚀或有毒恶劣工作环境下的设备信号灯（110）状态进行采集。

Claims (8)

1.一种无干扰光纤设备信号灯状态识别、采集、传输的装置和方法，尤其是能在无视觉和电磁干扰的前提下对零星或高密集多个信号灯的状态进行准确高速的检测分析，其特征是：

尤其是采用光纤进行光信号传输；

光纤固定架和光纤固定管共同对传输光纤进行固定；

纤芯端面打磨及纤芯热弯曲工艺使采集点定点准确和采集光方向定向准确；

采用窄带滤光片对信号灯颜色变化状态的采集；

光信号采集和处理模块对单个或多个信号灯复杂状态的快速分析处理；

现场跟随显示模块对被采集信号灯各状态进行跟随显示；

通过标准通信接口将光信号采集和处理模块的计算结果上传到各系统的上位机。

2.根据权利要求1所述的无干扰光纤信号灯状态采集系统和方法，其特征是：由传输光纤完成光信号的传输，信号灯的光信号由传输光纤送至一对原设备系统无干扰的场合，传输光纤最大传输长度可超过100m；以避免信号采集处理的电子设备对原设备造成电磁干扰，可以实现对高湿、高温、低温、液体中、缺氧、腐蚀或有毒恶劣工作环境下的设备信号灯状态进行采集。

3.根据权利要求1所述的无干扰光纤信号灯状态采集系统和方法，其特征是：光纤固定架和光纤固定管共同对传输光纤进行固定,光纤固定管适当弯曲方式固定传输光纤及其纤芯，以避免对信号灯造成视觉遮挡，传输光纤纤芯细小且呈高透明特性，对现场设备视觉巡检不造成遮挡和干扰。

4.根据权利要求1所述的无干扰光纤信号灯状态采集系统和方法，其特征是：传输光纤各自的纤芯与信号灯一一对应,其纤芯端面进行适当打磨后即可使纤芯对定向光信号进行采集，通过纤芯热弯曲工艺将纤芯前端进行适当弯曲，其最长弯曲长度可超过5cm，从而避免在信号灯高密集场合中邻近信号灯的光干扰。

5.根据权利要求1所述的无干扰光纤信号灯状态采集系统和方法，其特征是：传输光纤多个纤芯可同时对准一个颜色变化的信号灯进行光信号的颜色状态采集，传感器组中各光信号传感器前可加装对应的窄带滤光片，使只有对应颜色即波长的光信号通过窄带滤光片到达各光信号传感器，要采集信号灯几种颜色状态就用相应数量纤芯进行采集，同时传到相应数量的光信号传感器中，来实现对信号灯颜色变化的状态采集。

6.根据权利要求1所述的无干扰光纤信号灯状态采集系统和方法，其特征是：光信号采集和处理模块采用高速单片机为核心设计，光信号传感器采用高可靠快速响应器件设计，从而本发明系统可以精确且高速采集信号灯的各种状态；高速运行的光信号采集和处理模块对信号灯各种状态进行分析处理、统计并存储信号灯状态数据；可处理信号灯状态有：信号灯的亮和灭，信号灯的发光强弱，单个或多个信号灯的发光规律即状态组合和时序组合，信号灯的发光颜色。

7.根据权利要求1所述的无干扰光纤信号灯状态采集系统和方法，其特征是：现场跟随显示模块根据光信号采集和处理模块对信号灯各种状态进行分析处理、统计的信号灯状态数据，同步模拟显示被采集信号灯的各种状态，由此在现场即可对本发明系统的工作状态进行直观的判断，也可根据模拟显示来对现场关键信号灯进行及时全面的监控。

8.根据权利要求1所述的无干扰光纤信号灯状态采集系统和方法，其特征是：采用标准通信接口将光信号采集和处理模块对信号灯各种状态进行分析处理、统计的信号灯状态数据结果上传到各系统的上位机，提供给各系统做远程监控、自动控制、智能控制、智慧系统用。