CN106768862A - 一种反射阻断式光纤开关传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种反射阻断式光纤开关传感器，属于光传感器领域。其包括传感器本体、法兰盘、光纤准直器、磁性反光片以及吸光挡片，该传感器本体上具有至少两个开口，其中一个开口处固定有法兰盘，光纤准直器容置在传感器本体内，光纤准直器的尾纤接头设置在法兰盘内，吸光挡板设置在传感器本体内侧壁面处，传感器本体上具有的另一个开口处活动连接有磁性反光片，磁性反光片位于光纤准直器出射端和吸光挡板之间，且光纤准直器中轴与磁性反光片法线的角度偏差小于0.05°，磁性反光片滑进或者滑出传感器本体后形成后向光路通光或者后向光路阻断。本发明传感器能有效解决在无电源环境或有限使用电源环境下的各种“门”的开关状态的监测难题。

Description

一种反射阻断式光纤开关传感器

技术领域

本发明属于机械式光传感器领域，更具体地，涉及一种反射阻断式光纤开关传感器。

背景技术

面向易燃易爆危险品生产车间、储存仓库的门禁系统往往不同于住宅小区、办公写字楼及普通生产车间、仓库的门禁系统。在民用普通门禁系统中，常常采用视频监控、指纹人脸识别、红外对射等多技术手段的集成电子式门禁系统，以能更好地满足多种类功能要求。但是,在易燃易爆危险品生产车间及其储存仓库的现场环境中，电子电路容易诱发严重的燃爆事故，不允许使用或限制使用电子门禁技术。

在实际应用中，多将易燃易爆危险品生产车间及其储存仓库的门洞向地面以下下沉，并挖掘进出半封闭隧道与门洞相连，在门洞外的隧道段布置门禁管理龙门架。通过声光电监控手段告警进出易燃易爆危险品生产车间及其储存仓库的人员数量与非法闯入。与传统门禁不同的是，在以上门禁应用环境下门禁系统并不需要控制门页的开启与闭合，该门禁更多扮演监视角色。

易燃易爆危险品生产车间及其储存仓库外的龙门架虽然可以假设用作身份验证的人脸识别和远距离RFID识别的摄像头与天线，但由于与门洞还存在一定安全距离，所以龙门架仍然可能被绕开。而且，易燃易爆危险品生产车间、储存仓库的门页的开启与闭合状态也无法通过依赖龙门架的门禁系统反映出来。

综上所述，无电源条件或有限使用电源的现场环境下，远程监视易燃易爆危险品生产车间门及其储存仓库门等各种门页的开关状态较为困难，同样的，监测光缆交接箱箱门以及各种无源条件下柜门、井盖的开关状态也较为困难，因此，有必要开发一种无源传感器，以能有效解决在无电源环境下的各种装置、设备的“门”的开关状态的监测难题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种反射阻断式光纤开关传感器，其巧妙将机械制动带来“门”的开关导致光束的有无联系起来，设计出能够在无电源条件或有限使用电源的现场环境下使用的开关传感器，该开光传感器能用于远程监视易燃易爆危险品生产车间门及其储存仓库门等各种门页的开关状态，有效解决在无电源环境或有限使用电源环境下的各种厂房、仓库的“门”的开关状态的监测难题。

为实现上述目的，本发明提供了一种反射阻断式光纤开关传感器，其包括传感器本体、法兰盘、光纤准直器、磁性反光片以及吸光挡片，其中，

所述传感器本体为非磁性材质制备的壳体状，该传感器本体上具有至少两个开口，其中一个开口处插置固定有法兰盘，所述法兰盘位于所述传感器本体内侧处，所述光纤准直器容置在所述传感器本体内，该光纤准直器的尾纤接头设置在所述法兰盘内，所述法兰盘用于提供外部光纤跳线适配连接的光接口，

所述吸光挡板设置在所述传感器本体内侧壁面处，

所述传感器本体上具有的另一个开口处活动连接有磁性反光片，所述磁性反光片位于所述光纤准直器出射端和所述吸光挡板之间，且所述光纤准直器中轴与所述磁性反光片法线间的角度偏差小于0.05°，以能在磁性反光片滑进至传感器本体内设定位置时遮挡并反射自所述光纤准直器出射端出射的光束，并在所述磁性反光片滑出至传感器本体外设定位置时准许自所述光纤准直器出射端出射的光束射入至所述吸光挡板上。

进一步的，还包括吸附块，该吸附块为钢质或者铁质，该吸附块固定在待监控设备的门页处以能随门开启或者闭合运动而移动，该吸附块用于吸附所述磁性反光片，以能使所述磁性反光片滑进至所述传感器本体内或者滑出至所述传感器本体外。

进一步的，所述吸光挡板所在的平面与所述光纤准直器出射端出射的光束的夹角为5°～15°，优选为10°。

进一步的，所述磁性反光片包括至少两层，一层为与所述光纤准直器相对设置的反射镜或者反光膜，另一层为与所述反射镜相固定为一体的磁性材料层。

进一步的，在所述磁性反光片和所述传感器本体间设置有柔性密封条，所述柔性密封条用于密封的同时还用于所述磁性反光片往复滑动。

进一步的，所述吸光挡板为金属材质，该金属材质的吸光挡板具有设定的表面粗糙度Ra以能吸收从光纤准直器出射端出射的光束。优选的，所述金属材质的吸光挡板的表面粗糙度Ra大于25μm。

进一步的，所述吸光挡板材质为钢质或者铁质。铁质或钢质的金属材料对半导体激光吸收性能最佳，其他材质的金属材料会严重降低对半导体激光的吸光性能。

进一步的，所述传感器本体材质为铝或者工程塑料。

本发明提供的反射阻断式光纤开关传感器工作不需要依赖任何电源，通过“门”开启后进入光纤首端的光束提供光源，光纤末端在传感器本体内连接有光纤准直器，光纤准直器的出射端对准吸光挡板，形成后向光路的阻断，在吸光挡板与准直器之间设置受磁力控制可滑动的磁性反光片，实现了后向光路的导通的机械控制，这样，后向光路的建立与撤销可表达易燃易爆危险品生产车间门及其储存仓库门闭合与开启两种状态，也就是说易燃易爆危险品生产车间门、储存仓库门开合状态可直接通过光纤传输到外界或者后台的传感信号分析系统，以在禁止使用电源条件或限制使用电源条件的现场环境下，监测易燃易爆危险品生产车间门及其储存仓库门等各种门页的开关状态，有效解决在禁止使用电源或限制使用电源环境下的各种易燃易爆危险品厂房、仓库的“门”的开关状态的监测难题。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)可活动的磁性反光片采用磁性材料，在门页的开合之下依靠设置在门页处的磁力件对磁性反光片的吸附作用使磁性反光片往复滑动，以此造成从准直器至吸光挡板之间光路的畅通或者阻断，从而反应出门的开合状态，其避免采用液压或弹性器件的滑柱或滑片在门页闭合时机械力作用在器件局部转化的热能，避免产生安全隐患，此外，也克服了弹性器件可能产生的疲劳失效问题，这也使得本发明传感器的工作更加可靠；

(2)磁性反光片置于光纤准直器与吸光挡片之间，准直光束在两者之间的空气介质传导行程较短，可以降低准直光在空气介质中传导的损耗，增大门闭合时的传感器反射光强度，使得本发明传感器具有更好的性能；

(3)吸光挡板相较于磁性反光片距光纤准直器更远，当磁性反光片抽离光路时，准直光束在准直器与吸光挡板之间具有更大的空气介质传导行程，有助于加大反射损耗，降低此时的反射光功率，相应使得本发明传感器具有更好的传感性能；

(4)采用铁质或钢制材料的吸光挡板，可以加大半导体激光的吸收率，且铁质和钢制金属材料易于散热，可降低吸光材料热蓄积的风险，同时铁质或钢制吸光挡板易于加工和固定。

附图说明

图1为本发明实施例中反射阻断式光纤开关传感器结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1——传感器本体 2——法兰盘

3——光纤准直器 4——磁性反光片

5——吸光挡板 6——柔性密封条

7——吸附块 8——门页

9——光纤

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1为本发明实施例中反射阻断式光纤开关传感器结构示意图，由图可知，本发明提供的一种反射阻断式光纤开关传感器包括传感器本体1、光纤准直器3、磁性反光片4、吸光挡板5和法兰盘2。

其中，所述光纤准直器3与所述吸光挡板5间隔设定距离且同时容置定位于所述传感器本体1内，光纤一端在所述传感器本体一侧与法兰盘2连接，光纤另一端与所述光纤准直器3连接；所述磁性反光片4一面为反光镜或反光膜，所述磁性反光片4置于所述光纤准直器3与所述吸光挡板5之间，且所述光纤准直器3中轴与所述磁性反光片4法线间的角度偏差小于0.05°，所述磁性反光片可在所述传感器本体一侧滑动，使所述反光镜或反光膜阻挡光纤准直器3出射的准直光束并反射准直光束，构成后向光路通光；或者使所述反光镜或反光膜不阻挡光纤准直器3出射的准直光束并使准直光束射向吸光挡板5，构成后向光路阻断。

本发明的反射阻断式光纤开关传感器还包括吸附块7，该吸附块7为铁片、钢片、铁块或者钢块，或者吸附块7可以为其他形状。该吸附块7固定在待监控设备的门页8处以能随门开启或者闭合运动而移动。该吸附块能吸附所述磁性反光片4，以能使所述磁性反光片4滑进至所述传感器本体1内或者滑出至所述传感器本体1外，进而构成后向光路阻断或者后向光路通光。在实际工程实践中，吸附块7可以是铁、钴、镍等铁磁性材料或者磁铁，总之吸附块7需要具有吸附磁性反光片4的能力或者属性。

当门页上譬如粘贴的吸附块7靠磁力拉动所述磁性反光片4滑动，使磁性反光片4的一段滑出外露于传感器本体1外，所述磁性反光片4错开所述光纤准直器3与所述吸光挡板5之间的前向光路，造成后向光路阻断；当门页8推动吸附块致使吸附块推动磁性反光片4外露的一段回退进传感器的本体内，使所述磁性反光片4阻挡所述光纤准直器与所述吸光挡板间的前向光路，造成后向光路通光。

在本发明的一个实施例中，所述吸光挡板5所在的平面与所述光纤准直器出射端出射的光束的夹角为5°～15°，优选为10°，这样的设置能更好的吸收光束。所述磁性反光片4包括至少两层，一层为与所述光纤准直器3相对设置的反射镜或者反射膜，另一层为与所述反射镜相固定为一体的磁性材料层，或者所述磁性反光片4为在磁性材料表面粘贴有反光镜或反光膜的拨片。在实际工程实践中，反射镜或者反射膜与磁性材料层采用工业胶水永久粘合在一起，以形成整体。

在本发明的又一实施例中，在所述磁性反光片4和所述传感器本体1间设置有柔性密封条6，所述柔性密封条6用于密封的同时还用于所述磁性反光片往复滑动。所述吸光挡板5为金属材质，该金属材质的吸光挡板5具有设定的粗糙度以能吸收从光纤准直器出射端出射的光束。在实际工程实践中，所述吸光挡板5譬如为表面粗糙的钢质薄片或者铁质薄片，该钢质薄片或者铁质薄片的表面粗糙Ra优选的大于25μm，所述传感器本体材质为铝或者工程塑料，工程塑料和铝材不具有铁磁性性，可以保证磁性反光片顺利推进或者拉出传感器本体1。

本发明中，法兰盘2用于提供外部光纤跳线适配连接的光接口，也即用于适配连接传感器本体1外的光纤和传感器本1体内的光纤9。

本发明反射阻断式光纤开关传感器的工作原理如下：

吸光挡板与光纤准直器形成了无后向光的前向光路，磁性反光片的位移对前向光路的遮挡与不遮挡产生后向光路的导通与闭合两种状态量；光纤提供光源并作为反射光的传输介质，反射光的存在与消失表达了门页闭合与开启两种状态。

当被监测的门页，比如易燃易爆危险品厂房门页及其仓库门页为关闭状态时，磁性反光片的外露端被推进传感器本体内，此时，磁性反光片遮挡射向吸光挡板的准直光束并产生准直光的反射，后向光路状态为“通”，即后向光路通光。

相反，被监测的门页，比如易燃易爆危险品厂房门页及其仓库门页被开启时，磁性反光片随门页上粘贴的铁质金属片被拉出，此时，磁性反光片从光纤准直器至吸光挡板间的前向光路中抽离出，准直光束射向吸光挡片后被吸收并无反射光，后向光路为“断”，即后向光路阻断。至此，被监测门页的开关状态转换为了后向光路的通断状态。

这样，可将门页的开关状态转换为了后向光路的通断。

本发明的传感器的工作不需要依赖任何电源，通过光纤提供光源，该光纤还用作反射光的传输介质，光纤末端通过准直器与光反射件，形成光回路，并在光反射件与准直器之间设置可随门页开合而移动的磁性反光片，实现了光回路的通断状态机械控制，这样，反射光的有无可表达箱门闭合与开启两种状态，也就是说箱门开合状态量可直接通光光纤传输到后台系统，以在无源条件的现场环境下，监测箱门、柜门、井盖、光交箱等各种结构的开关状态，可有效解决在无电源环境下的各种装置、设备的“门”的开关状态的监测难题。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种反射阻断式光纤开关传感器，其特征在于，其包括传感器本体(1)、法兰盘(2)、光纤准直器(3)、磁性反光片(4)以及吸光挡片(5)，其中，

所述传感器本体(1)为非磁性材质制备的壳体状，该传感器本体上具有至少两个开口，其中一个开口处插置固定有法兰盘(2)，所述法兰盘(2)位于所述传感器本体内侧处，所述光纤准直器(3)容置在所述传感器本体内，该光纤准直器(3)的尾纤接头设置在所述法兰盘(2)内，所述法兰盘(2)用于提供外部光纤跳线适配连接的光接口，

所述吸光挡板(5)设置在所述传感器本体(1)内侧壁面处，

所述传感器本体上具有的另一个开口处活动连接有磁性反光片(4)，所述磁性反光片(4)位于所述光纤准直器(3)出射端和所述吸光挡板(5)之间，且所述光纤准直器(3)中轴与所述磁性反光片(4)法线间的角度偏差小于0.05°，以能在磁性反光片(4)滑进至传感器本体(1)内设定位置时遮挡并反射自所述光纤准直器出射端出射的光束，并在所述磁性反光片(4)滑出至传感器本体(1)外设定位置时准许自所述光纤准直器出射端出射的光束射入至所述吸光挡板(5)上。

2.如权利要求1所述的一种反射阻断式光纤开关传感器，其特征在于，还包括吸附块，该吸附块为钢质材料或者铁质材料，该吸附块固定在待监控设备的门页处以能随门开启或者闭合运动而移动，该吸附块用于吸附所述磁性反光片，以能使所述磁性反光片滑进至所述传感器本体内或者滑出至所述传感器本体外。

3.如权利要求1所述的一种反射阻断式光纤开关传感器，其特征在于，所述吸光挡板(5)所在的平面与所述光纤准直器出射端出射的光束的夹角为5°～15°，优选为10°。

4.如权利要求1、2或3所述的一种反射阻断式光纤开关传感器，其特征在于，所述磁性反光片包括至少两层，一层为与所述光纤准直器(3)相对设置的反射镜或者反光膜，另一层为与所述反射镜相固定为一体的磁性材料层。

5.如权利要求4所述的一种反射阻断式光纤开关传感器，其特征在于，在所述磁性反光片和所述传感器本体间设置有柔性密封条，所述柔性密封条用于密封的同时还用于所述磁性反光片往复滑动。

6.如权利要求1所述的一种反射阻断式光纤开关传感器，其特征在于，所述吸光挡板为金属材质，该金属材质的吸光挡板具有设定的表面粗糙度以能吸收从光纤准直器出射端出射的光束。

7.如权利要求6所述的一种反射阻断式光纤开关传感器，其特征在于，所述吸光挡板材质为钢质或者铁质。

8.如权利要求1-7之一所述的一种反射阻断式光纤开关传感器，其特征在于，所述传感器本体材质为铝或者工程塑料。

9.如权利要求8所述的一种反射阻断式光纤开关传感器，其特征在于，所述金属材质的吸光挡板的表面粗糙度Ra大于25μm。