CN107957502A - 激光光纤测速传感器、开关量传感器及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光光纤测速传感器、开关量传感器和测量方法，激光光纤测速传感器包括具有容纳空间的壳体，在壳体内部设有转盘，转盘表面沿圆周方向均匀设有若干形状相同的通孔，通孔之间具有固定的间隙，在开孔扇形长度部位，同一直径部位实体与间隙扇形尺寸完全一致，转盘的中心具有转轴，转轴伸出壳体与第一待测结构相连；在转盘的一侧设有连接光发射单元的光纤，光纤的出射端与所述通孔在同一水平位置上，使得脉冲激光可以完全穿过所述通孔，所述光纤的尾端还连接有激光解调仪；在转盘的另一侧设有反射单元，其接收并反射穿过通孔的脉冲激光，使脉冲激光由原路返回至光纤，进入激光解调仪。

Description

激光光纤测速传感器、开关量传感器及测量方法

技术领域

本发明涉及激光光纤测速传感器、开关量传感器及测量方法。

背景技术

随着社会发展以及技术革新，机械化水平不断提高，在工农业等行业，自动化水平越来越高。同时，由于国家对生产以及生活安全的重视程度也越来越高。为适应社会及市场需求，与之配套的安全监控系统及检测手段也得到了很大的提升。

电子设备的发展壮大以及日趋成熟，因其反应灵敏、价格低廉、相对可靠等作为常规的监测设备，在日常生产生活中发挥着重要的作用。但是由于电子设备作为检测设备本身需要供电，在易燃易爆、煤矿井下等特殊场合，电子传感器满足防爆设备符合检测要求，但其自身还需要对其供电，这无疑引入了另一个不安全因素。其次，电子的传感器，无法实现远距离分布式的检测；第三，电子传感器一般受电磁干扰、且传感器本身寿命较短、误报率高、连续性监测不强等缺点。

最近30年以来兴起的光纤传感技术，以无源的光纤传感器为感知元件，有效地克服了电子类传感系统存在的不足。其独有的不带电监测、长距离传输、本质安全以及系统容量大的优点，即将在矿山安全生产、易燃易爆场所监测预警以及应急通信方面发挥重大的作用，对保障矿山生产安全、预防安全事故、减少生命财产损失具有重大意义。

目前现有的光纤类测速传感器一般为磁铁吸附或者凸轮触发光纤光栅,引起光纤光栅中心波长变化。找出被测量物理量与光纤光栅中心波长变化的关系,进而获取所测量物理量的原理。一般结构为在转轴上安装磁铁，转轴之外安装磁铁吸附的弹簧片，弹簧片上固定光纤光栅，转轴转动一定角度会与弹簧片靠近并相互吸附，引起光纤光栅波长的变化，通过计量波长变化次数进而进行计数测量实现测速功能；或者在转轴内部安装平滑凸轮，当转轴转动时，凸轮凸出部位接触固定在转轴外的光纤光栅，引起光纤光栅波长变化的原理设计制作。两种方法均利用光纤传感器原理，保证传感器不带电的无源特点，但是其最大的缺点是以光纤光栅作为测量元件，光纤光栅及其固定平台受到高频率的反复变化应力，极易出现疲劳，造成光纤光栅断裂。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种激光光纤测速传感器，具有结构简单，可进行连续性测量，量程及精度均可调，若采用光纤光栅，则光纤光栅可实现测量功能但自身不受外力，耐疲劳并具有高的可靠性。

本发明的技术方案为：

一种激光光纤测速传感器，包括：

具有容纳空间的壳体，在壳体内部设有转盘，转盘表面沿圆周方向均匀设有若干形状相同的通孔，通孔之间具有固定的间隙，所述通孔在圆周方向上的空隙长度与同一位置处的实体长度相等，转盘的中心具有转轴，转轴伸出壳体与第一待测结构相连；

在转盘的一侧设有连接光发射单元的光纤，光纤的出射端与所述通孔在同一水平位置上，使得脉冲激光可以完全穿过所述通孔，所述光纤的尾端还连接有激光解调仪；

在转盘的另一侧设有反射单元，其接收并反射穿过通孔的脉冲激光，使脉冲激光由原路返回至光纤，进入激光解调仪。

其中通孔在圆周方向上的空隙长度与同一位置处的实体长度相等，可以使得本申请在测量转速过程中降低误差，提高测量准确度。

进一步的，所述反射单元还连接有处于悬空状态的光纤光栅，所述激光解调仪替换为光纤光栅解调仪。

进一步的，所述光纤出射端还连接有第一准直单元，所述反射单元采用第二准直单元。

本发明还提出了一种开关量传感器，采用上述的激光光纤测速传感器结构，在转盘伸出壳体的一端设置有限位单元，第二待测结构与所述限位单元相连，通过限位单元使得第二待测结构带动转盘在开状态和关状态之间变换，所述开状态指激光不受遮挡的状态，所述关状态指激光受遮挡的状态。

本发明提出了一种激光光纤测速传感方法，包括：

脉冲激光由光纤发出，向正在转动的转盘投射，当脉冲激光穿过转盘的通孔区域并由原路返回时，记为第一状态；当脉冲激光被转盘的非通孔区域阻拦并由原路返回时，记为第二状态；

根据第一状态与第二状态的间隔时间、脉冲激光的频率、以及转盘的通孔数量，计算转盘的转速。

进一步的，当脉冲激光穿过转盘的通孔区域后，由光纤光栅接收并反射，使反射光束原路返回，采用光纤光栅解调仪对反射光束进行解调。

进一步的，脉冲激光穿过通孔的光强大于设定值时，记为第一状态；脉冲激光穿过通孔的光强小于等于设定值时，记为第二状态。

进一步的，当存在第一状态与第二状态交替变换时，记录每次交替变换的间隔时间；

当只出现一次由第一状态变换为第二状态时，记录为有效事件一次，并记录由第一状态变换为第二状态的变换间隔时间；

当只出现一次由第二状态变换为第一状态时，记录为有效事件一次，并记录由第二状态变换为第一状态的变换间隔时间。

进一步的，增大转盘的通孔数量，用于提高转速测量的分辨率和精度；或；

增大转盘的通孔数量，当脉冲激光不能以第一状态通过通孔时，增大光纤出射端与反射单元之间的距离，用于提高转速测量的分辨率和精度。

进一步的，改变脉冲激光的频率，用于改变转速的测量范围。

本发明的有益效果：

1、本发明光纤激光测速传感器结构相对简单，该原理设计的传感器可进行连续性测量，量程及精度均可调，测量敏感部件自身不受外力，耐疲劳并具有高的可靠性；

2、光纤传感器以光波为信息载体，光纤信息采集与传输一体化。不带电本质安全、适用于煤矿井下易燃、易爆环境；

3、光纤传输损耗小、传输距离远、不受电磁场干扰和温度湿度影响、传输可靠性高；

4、该传感器内置光纤光栅，可进行波分复用，实现一条光纤可进行多个监测点的大容量监测，该设计下一只传感器可实现转速(速度、或者开关量)及温度的同时测量，大大减少设备的种类和数量，且系统配置简单，便于维护；

5、该传感器结构设计，相对光纤光栅作为测量元件的传感器，测量物理量(风速、速度、转速、开关量等)不受外界温度影响，结构上不用考虑温度补偿；

6、可以根据实际使用要求改变传感器的应用环境以及传感器的测量精度以及量程。

附图说明

图1为本发明激光光纤测速传感器整体外形示意图；

图2为本发明激光光纤测速传感器整体结构转轴中心剖视示意图；

图3为本发明激光光纤测速传感器整体结构支架固定螺栓中轴剖视示意图；

图4为本发明激光光纤测速传感器整体结构密封盖固定螺栓中轴剖视示意图；

图5为本发明激光光纤测速传感器搭配齿轮后外形示意图；

图6为本发明激光光纤测速传感器搭配摩擦轮外形示意图；

图7为本发明激光光纤测速传感器搭皮带轮后外形示意图；

图8为本发明激光光纤测速传感器16转盘外形图；

图9为本发明激光光纤测速传感器23密封盖固定螺栓外形图；

图10为本发明激光光纤测速传感器10光纤准直器一外形图；

图11为本发明激光光纤测速传感器17转轴外形图；

其中：1平键、2风杯(或传动齿轮、摩擦轮、带轮等)、3密封盖、4、密封垫、5外壳、 6光缆固定密封头、7传输光纤、8光缆(无光纤)、9光纤光栅、10光纤准直器一、11密封圈一、12轴承一、13轴套、14轴承二、15止脱螺母、16转盘、17转轴、18轴承三、19支架一、20光纤准直器二、21支架固定螺栓、22支架二、23密封盖固定螺栓、24密封圈二、 25密封圈三。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景提出的，目前磁铁吸附式或凸轮触发式的光纤类测速传感器，在长期使用的情况下，容易出现疲劳，造成光纤光栅断裂。

为此，本发明提出了一种激光光纤测速传感器。

如图1所示，为本发明激光光纤测速传感器整体外形示意图。

图2至图3是本发明的具体结构，主要包括1平键、2风杯(或传动齿轮、摩擦轮、带轮等)、 3密封盖、4、密封垫、5外壳、6光缆固定密封头、7传输光纤、8光缆(无光纤)、10光纤准直器一、11密封圈一、12轴承一、13轴套、14轴承二、15止脱螺母、16转盘、17转轴、18轴承三、19支架一、20光纤准直器二、21支架固定螺栓、22支架二、23密封盖固定螺栓、24密封圈二、25密封圈三。

其中，5外壳为1个，内部设有10光纤准直器一、11密封圈一、12轴承一、13轴套、14轴承二、15止脱螺母、16转盘、17转轴、18轴承三、19支架一、20光纤准直器二、21 支架固定螺栓、22支架二；外部设有1平键、2风杯(或传动齿轮、摩擦轮、带轮等)、3密封盖、6光缆固定密封头、7裸光纤、8光缆(无光纤)、23密封盖固定螺栓。

19支架一和22支架二均为1个，19支架一、22支架二两部件外形结构尺寸完全相同，支架上部开阶梯孔，两支架内部位置阶梯孔用于安装14轴承二与18轴承三，阶梯孔内径最小的凸台部分用来固定4轴承二与18轴承三外圈，并起到限位作用，两支架外部的阶梯孔的最大内径为限位孔，其内径略大于13轴套最大外径，起到定位及固定13轴套的作用，保证12轴承一与13轴套装配良好，避免偏心摩擦；中部设有螺纹孔，用于安装10光纤准直器一与20光纤准直器二；下部设有4个螺纹通孔，通过21支架固定螺栓固定在5外壳上，装配完成后19支架一与22支架二中间部位螺纹孔应尽量保持同心；

21支架固定螺栓为8个，将19支架一与22支架二固定位5外壳上，为内六角螺栓，螺栓头部中间部位设有凹槽，放置24密封圈二，螺栓头部与5外壳为间隙配合，配合间隙符合O型圈密封要求，为方便19支架与22支架二装配，21支架固定螺栓头部在5外壳外部；

10光纤准直器一为1个，为透射式准直器(搭配9光纤光栅时为透射式准直器，不搭配 9光纤光栅时为反射式准直器)其一端有设有螺纹，通过螺纹固定在22支架二上，另一端内部为设有9光纤光栅；

9光纤光栅为1个，布设在10光纤准直器一的一端，为避免封装带来的波长漂移及蠕变，同时为提高传感器波分复用的能力，光纤光栅自身一端悬空，另一端固定在10光纤准直器一上，所述9光纤光栅为中心波长相同或者不同的光纤光栅，其中心波长及自身变化范围需在配套设备激光器的扫描范围内；

20光纤准直器二为1个，为透射式准直器，通过螺纹固定在19支架一上，20光纤准直器二连接7传输光纤；

7传输光纤为1根，与20光纤准直器二连接，在8光缆内部；

14轴承二为1个，安置在22支架二上部阶梯孔内，一侧与22支架二阶梯孔内侧接触限位，另一侧与17转轴阶梯轴接触限位；

18轴承三为1个，安置在19支架一上部阶梯孔内，一侧与19支架一阶梯孔内侧接触限位，另一侧与17转轴阶梯轴接触限位；

17转轴为1个，外部设有1平键、2风杯(或传动齿轮、摩擦轮、带轮等)、3密封盖、 11密封圈一、12轴承一、13轴套、14轴承二、15止脱螺母、16转盘、17转轴、18轴承三、 19支架一、22支架二。所述17转轴其一部分在5外壳内部，在5外壳内部，19支架一与22 支架二内部包络部位安置18轴承三与14轴承二，并设有轴肩，用来固定14轴承二与18轴承三的内圈；中间部分设有螺纹，通过螺纹与16转盘连接，最大外径部分为阶梯轴起到限位作用，与螺纹共同用来固定16转盘，17转轴与16转盘旋和部位设有退刀槽；17转轴中间部位螺纹除与16转盘连接外还需要与15止脱螺母连接；所述17转轴与3密封盖间隙配合，且连接部位设有两处凹槽用于安装11密封圈一；

16转盘为1个，中间设有螺纹并通过螺纹与17转轴连接，转盘部位设有均匀边缘过圆心的扇形槽，扇形槽角度与剩余实体部分角度完全相同，以保证获得精确的测量，扇形槽与 10光纤准直器一、20光纤准直器二对应部位开孔尺寸大于激光光束直径；

如图8所示，③与④为过16转盘中心的同心圆，如图8所示，a角度为过16转盘中心扇形孔二分之一扇形角度，通孔与实体部位角度如图所示；从图上可以看出，通孔空隙与相邻实体部位的圆心角是相等的，与同心圆围成的弧长也是相等的，这样设置可以有效降低误差，③与④之间的通孔空隙为通光测量区域。

15止脱螺母为1个，通过螺纹与17转轴连接，并旋合压紧16转盘，所述15止脱螺母具有自锁止脱功能；

13轴套为1个，大径一端与22支架二配合接触，小径一端与12轴承一内圈接触，与3密封盖共同固定12轴承一；

12轴承一为1个，为辅助轴承，对于增加17转轴长度、更换转轴装配部件诸如摩擦轮、齿轮等存在偏心力的情况起到改善工作环境，提高整体工作稳定性及寿命的作用；

11密封圈一为2个，套装在17转轴开槽部位，装配时，与3密封盖中部阶梯孔小径过盈配合，配合后11密封圈一受到挤压，营造密封环境，使2风杯(或传动齿轮、摩擦轮、带轮等)外部环境灰尘水汽等无法从该部位进入传感器内部；

1平键为1个，用于连接2风杯(或传动齿轮、摩擦轮、带轮等)于17转轴；

2风杯(或传动齿轮、摩擦轮、带轮等)，用于测量所需物理量；

4密封垫为1个，安装在5外壳与3密封盖之前，起到密封作用，对4个23密封盖固定螺栓螺纹固定部位设有预留孔；

3密封盖为1个，与17转轴部位设有阶梯孔，用来安装固定12轴承一；并与安装在17转轴上的2个11密封圈一形成两级密封部位，可靠防止外部环境灰尘水汽等从17转轴部位进入传感器内部；

6光缆固定密封头为1个，为标准件自带有密封与固定光缆功能，与5外壳螺纹连接并密封连接部位，另具有锁紧8光缆(无光纤)功能；

8光缆(无光纤)为1根，与6光缆固定密封头连接，并具有保护7传输光纤作用；

23密封盖固定螺栓为4个，用来固定3密封盖，使3密封盖压紧4密封垫的同时固定在 5外壳上；密封固定螺栓头部开槽，用来安置24密封圈二；

24密封圈二为4个，套装在23密封盖固定螺栓凹槽内，装配时密封圈与3密封盖对应螺纹孔的开孔外径过盈配合进行密封，防止外部灰尘及水汽进入传感器内部；

25密封圈三为4个，功能与24密封圈二相同，套装在21支架固定螺栓凹槽内，装配时密封圈与5外壳对应开孔外径过盈配合进行密封，防止外部灰尘及水汽进入传感器内部。

本实施例中的光纤光栅作为改进结构，充分利用了光纤波分复用的特点，实现了一根光纤可通过分路器携带多只传感器的大容量特点,该传感器9光纤光栅，处于悬空状态，若激光器带宽为40nm,在环境温度变化范围100℃内，至少可接入30只以上的传感器。

由于光纤光栅对温度敏感，在实现测速功能同时，9光纤光栅可进行温度测量，实现温度传感器的功能，同时由于光纤光栅波长的不同，可对传感器进行编号标识的作用，实现传感器不同通道的互换性。

目前以光纤光栅作为测量元件的测量仪器，因自身结构受到温度影响需要进行温度补偿，且补偿效果大都不理想，而实施例通过合理选择光纤光栅，在光纤光栅解调仪范围内搭配选择的光纤光栅，在测量转速时，其敏感元件不受温度影响，不需要做任何温度补偿，且能实现温度测量的附加功能。

相比于光电码盘式速度传感器、光纤光栅磁铁吸附式或凸轮式速度传感器，本实施例具有突出优点，相对光电码盘式，本实施例的传感器不带电，适合与易燃易爆危险场合；相对光纤光栅磁铁吸附或者凸轮式速度传感器，本实施例传感器光纤光栅不作为速度测量使用，仅作为温度测量传感器，实现波分复用功能，不作为速度的测量元器件，不承受应力，因此保证了传感器耐疲劳性与高可靠性。

作为上述实施例的一种变形，可以将光纤光栅去掉，选择10光纤准直器为反射式准直器，则成为为另一种传感器。

该种设计变动后,不再对传感器进行波长解调，直接搭配成本较低的多通道的快速激光器解调仪，激光器宽度较窄，(仅测量通1/断0)，只判断通断频率前提下该解调仪可以做到很高频率。

由于不再采用光纤光栅元件，因此该搭配不具有波分复用功能，该设备每通道只能接入一只传感器。

采用这种实施例，也具有其独特的优点，由于激光器设备的价格大大下降，系统成本随之降低，适合应用于系统监测容量不大的应用环境。且由于不再进行波长解调，系统响应频率可以做到很高。

本发明在上述转速传感器的基础上，还可以作进一步延伸，改造成为开关量传感器。开关量传感器的具体部件上采用与上述激光光纤测速传感器相同的结构，只需要在转盘伸出壳体的一端设置一限位单元，待检测结构与限位单元相连，通过限位单元使得待检测结构带动转盘在开状态和关状态之间变换，所述开状态指激光不受遮挡的状态，所述关状态指激光受遮挡的状态。

待检测结构可以由堆料传感器、跑偏开关或者皮带机拉绳开关类的结构带动，使得激光受遮挡为状态一，无遮挡为状态二，实现开关量传感器的功能。

在上述实施例的基础上，本发明提出了一种激光光纤测速传感方法，采用不带有光纤光栅的传感器结构，具体方法包括：

具有固定频率的脉冲激光由光纤发出，向正在转动的转盘投射，当光束通过7传输光纤传输到20光纤准直器二，激光通过20光纤准直器二继续传播，若此时打到16转盘的扇形开孔部位，激光将继续传播到10光纤准直器，并由10光纤准直器反射。反射回来的光若能再次通过16转盘的扇形开孔部位，再次通过20光纤准直器二与7传输光纤进入普通的激光解调仪，解调仪获取信号，此时记为通1；

若周期性的发射脉冲时，若脉冲激光通过7传输光纤传输到20光纤准直器二，激光通过20光纤准直器二继续传播，若此时打到16转盘的扇形非开孔部位，激光将无法解调仪获取信号，此时记为断0；。

若采用带有光栅光纤的激光光纤测速传感器，则若光束打到16转盘的扇形开孔部位，激光将继续传播到10光纤准直器一到达9光纤光栅，由于光纤光栅特性对宽带波长中符合自身波长的激光进行反射。反射回来的光若能再次通过16转盘的扇形开孔部位，再次通过20 光纤准直器二与7传输光纤进入光纤光栅解调仪，解调仪获取信号，此时记为通1；

若周期性的发射脉冲时，若脉冲激光通过7传输光纤传输到20光纤准直器二，激光通过20光纤准直器二继续传播，若此时打到16转盘的扇形非开孔部位，激光将无法解调仪获取信号，此时记为断0。

无论上述哪种方法，均可以通过记录通断的频率、转盘均匀开孔数目进行换算从而获得转盘的转速。

以搭配快速光纤光栅解调仪，脉冲激光的频率以5KHz为例，给出具体的计算原理：

传感器装配完成并安装后，将传感器光缆与光纤光栅解调仪连接，此时，解调仪将发射高频的宽带脉冲波激光，脉冲激光通过7传输光纤传输到20光纤准直器二，激光通过20光纤准直器二继续传播，若此时打到16转盘的扇形开孔部位，激光将继续传播到10光纤准直器一到达9光纤光栅，由于光纤光栅特性对宽带波长中符合自身波长的激光进行反射。反射回来的光若能再次通过16转盘的扇形开孔部位，再次通过20光纤准直器二与7传输光纤进入光纤光栅解调仪，解调仪获取信号，此时记为通1；

若周期性的发射脉冲时，在接下来周期性的发射脉冲时，所有发射的脉冲信号，解调仪均能获取信号则均记为通1；

若周期性的发射脉冲时，脉冲激光通过7传输光纤传输到20光纤准直器二，激光通过 20光纤准直器二继续传播，若此时打到16转盘的扇形非开孔部位，激光将无法解调仪获取信号，此时记为断0；

其中所述10光纤准直器一与20光纤准直器二光束直径为1mm(或者其他尺寸)，光束被16转盘遮挡50％以下含50％(通过的光强度大于50％)，软件算法处理记为通1；光束被16转盘遮挡50％以上不含50％(通过光强度小于等于50％)，软件算法处理记为断0。由以上定义确保传感器具有高的精度。

若周期性的发射脉冲时，在接下来周期性的发射脉冲时，所有发射的脉冲信号，解调仪均不能获取信号则均记为断0；

仅当存在通1-断0-通1-断0时才进行记录；存在一次通1-断0或断0-通1记录为有效事件一次同时记录间隔时间；

也就是：当出现通1-通1……通1-断0-断0……断0，记为有效事件一次，同时记录事件时间；当出现断0-断0……断0-通1-通1……通1，记为有效事件一次，同时记录事件时间；

由于周期性激光脉冲频率为5KHz，安全系数取2.0以保证高的安全系数，则该频率激光脉冲频率可检测2.5KHz的频率变化。

由于空气中光速每秒约为30万公里，1550nm波段的折射率为1.468，光在光纤中传输速率为：30÷1.468≈20.43，约为20公里，传感器到解调设备之间传输距离为10公里，其往复距离在20公里，距离比例，时间差约为1秒×(20÷20000)＝0.001s，时间差最大为1ms，若发出脉冲信号距离若用作10公里的传输距离，该时间延迟约为1ms。由此推断在检测范围10 公里传感器时间延迟在1ms。

10光纤准直器一与20光纤准直器二连同9光纤光栅距离设计不大于50mm，往复通过时间1秒×(50÷1000000÷20000)＝2.5×10^-9s，为2.5ns。相对激光脉冲频率为10KHz,分辨率在 100μs,该段距离通过时间与激光脉冲频率分辨率时间相差5个数量级,因此该种机械结构设计中同一脉冲光从①号孔打入，该束脉冲光反射后从②号孔打出不可能出现；或者同一脉冲激光从①号孔打入,肯定会反射后从①号孔打出。

本实施例还可以进一步的改进，通过选择不同频率的脉冲激光器，用于改变转速的测量范围。

例如5KHz情况：

若配合5KHz，安全系数取2.0则该频率激光脉冲频率可检测2.5KHz的频率变化。因此推算在1s内，连续通断次数可在2500次。所述16转盘均匀开扇形孔18个，在16转盘旋转一周实现18次通断或者断通计数。若按照2.5KHz频率计算，转速最快可达2500÷18≈138转 /s。以2.5KHz频率换算为转速的精度，在0～138转/s的转速内，测量分辨率138÷5000＝0.0276 转/s，测量精度为138÷2500＝0.0552转/s，0.0552转/s相对138转/s，精度为0.0552÷138＝0.0004，也就是1/2500，为0.4‰的精度。若在单位1s内，若角度转换在1/18周内，测该传感器在该秒内测不出数据。因此此种配置传感器在不加减速或增速机构时，可以测量0～138转/s(分辨率为0.056转/s)的转速。通过转换机构可以测量皮带带速、风速等多种物理量。

若在尺寸上增大16转盘尺寸以及10光纤准直器一与20光纤准直器二与17转轴之间的距离，增密扇形孔，可提高传感器的测量精度改变测量区间。例如16转盘均匀开扇形孔36 个，最高速为69转/s，单位1s内可测量1/36转/s的转速，分辨率为0.028转/s,分辨率提高一倍,精度相应提高一倍。

例如10KHz情况：

若提高激光器频率10KHz，所述16转盘均匀开扇形孔18个，测量范围变为0.056～276 转/s(1/18～276转/s)，范围增加一倍。按照常用单位换算后为可实现0～16560r/min的宽频速度检测(分辨率为0.056r/min)。实现了在不增设额外转换结构时，16转盘尺寸及开孔数目固定，通过更换激光器频率可调整测量范围；

本实施例还可以进一步改进，增大转盘的通孔数量，用于提高转速测量的分辨率和精度；

在增大转盘的通孔数量达到一定程度时，脉冲激光可能不能以第一状态通过通孔，此时可以结合增大光纤出射端与反射单元之间的距离，来提高转速测量的分辨率和精度。

以解调频率10KHz为例。搭配16转盘均匀开扇形孔18个，传感器同样可以达到，测量范围变为0.056～276转/s(1/18～276转/s)，范围宽。按照常用单位换算后为可实现0～16560r/min的宽频速度检测(分辨率为0.056r/min)。

实现了在不增设额外转换结构时，并固定激光器频率,通过增大16转盘尺寸增密扇形孔，并增大10光纤准直器一与20光纤准直器二与17转轴之间的距离，可提高传感器的测量精度并改变测量区间。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光光纤测速传感器，其特征在于，包括：

具有容纳空间的壳体，在壳体内部设有转盘，转盘表面沿圆周方向均匀设有若干形状相同的通孔，通孔之间具有固定的间隙，所述通孔在圆周方向上的空隙长度与同一位置处的实体长度相等，转盘的中心具有转轴，转轴伸出壳体与第一待测结构相连；

在转盘的一侧设有连接光发射单元的光纤，光纤的出射端与所述通孔在同一水平位置上，使得脉冲激光可以完全穿过所述通孔，所述光纤的尾端还连接有激光解调仪；

在转盘的另一侧设有反射单元，其接收并反射穿过通孔的脉冲激光，使脉冲激光由原路返回至光纤，进入激光解调仪。

2.根据权利要求1所述的激光光纤测速传感器，其特征在于，将所述反射单元替换为透射单元，投射单元连接有处于悬空状态的光纤光栅，所述激光解调仪替换为光纤光栅解调仪。

3.根据权利要求1或2所述的激光光纤测速传感器，其特征在于，所述光纤出射端还连接有第一准直单元，所述反射单元采用第二准直单元。

4.一种开关量传感器，其特征在于，采用权利要求1或权利要求2所述的激光光纤测速传感器，在转盘伸出壳体的一端设置有限位单元，第二待测结构与所述限位单元相连，通过限位单元使得第二待测结构带动转盘在开状态和关状态之间变换，所述开状态指激光不受遮挡的状态，所述关状态指激光受遮挡的状态。

5.一种基于权利要求1的激光光纤测速传感方法，其特征在于，包括：

脉冲激光由光纤发出，向正在转动的转盘投射，当脉冲激光穿过转盘的通孔区域并由原路返回时，记为第一状态；当脉冲激光被转盘的非通孔区域阻拦并由原路返回时，记为第二状态；

根据第一状态与第二状态的间隔时间、脉冲激光的频率、以及转盘的通孔数量，计算转盘的转速。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当脉冲激光穿过转盘的通孔区域后，由光纤光栅接收并反射，使反射光束原路返回，采用光纤光栅解调仪对反射光束进行解调。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，脉冲激光穿过通孔的光强大于设定值时，记为第一状态；脉冲激光穿过通孔的光强小于等于设定值时，记为第二状态。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：当存在第一状态与第二状态交替变换时，记录每次交替变换的间隔时间；

当只出现一次由第一状态变换为第二状态时，记录为有效事件一次，并记录由第一状态变换为第二状态的变换间隔时间；

当只出现一次由第二状态变换为第一状态时，记录为有效事件一次，并记录由第二状态变换为第一状态的变换间隔时间。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，增大转盘的通孔数量，用于提高转速测量的分辨率和精度；或；

增大转盘的通孔数量，当脉冲激光不能以第一状态通过通孔时，增大光纤出射端与反射单元之间的距离，用于提高转速测量的分辨率和精度。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，改变脉冲激光的频率，用于改变转速的测量范围。