CN108362313A - 一种传感器和信号处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种传感器，该传感器包括光源、光探测单元、第一光传输单元、第二光传输单元和光反射体。光源提供的光信号在经过第一光传输单元、光反射体以及第二光传输单元的传输及反射作用后，投射到光探测单元上，光探测单元根据接收到的光信号生成对应的第一传感数据，其中，第一传感数据为根据光探测单元接收的光信号转换得到的电流信号和/或电压信号，并且，该第一传感数据的取值随光探测单元接收到的光信号的强度变化而变化。本发明提供的传感器可直接采集光信号的功率，无需使用复杂的解调设备对光信号进行解调，有效降低了传感器的生产成本。

Description

一种传感器和信号处理方法

技术领域

本发明涉及用于测量角度、位移等信息的传感器领域，尤其涉及一种传感器和信号处理方法。

背景技术

在光电传感器中，光纤可作为传输光波的媒介。当光波在光传输媒介中传输时，光波的特征参量会随着外界物理量的作用而发生变化，因此，通过测量媒介中传输的光波信号的变化，即可探测导致该光波信号变化的各种物理量的大小，实现传感的目的。现有的传感器采集的光波信号的解调过程复杂，成本高，例如，通过光纤布拉格光栅传感器测位移时，需使用光谱仪或光纤光栅解调仪等设备对光信号的波长进行解调，通过光纤陀螺仪测量角度变化时，涉及到干涉光的光强检测，导致后期解调电路复杂。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种传感器和信号处理方法，可用于解决现有传感器采集的光波信号的解调过程复杂，成本高的技术问题。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种传感器，其特征在于，所述传感器包括：

光源、光探测单元、第一光传输单元、第二光传输单元和光反射体；

所述第一光传输单元具有第一光接收端和第一光输出端，所述第一光接收端对准所述光源，所述第一光输出端对准所述光反射体，所述第一光传输单元用于通过所述第一光接收端接收来自所述光源的光信号，并通过所述第一光输出端输出所接收的光信号；

所述第二光传输单元具有第二光接收端和第二光输出端，所述第二光接收端对准所述光反射体，所述第二光输出端对准所述光探测单元，所述第二光传输单元用于通过所述第二光接收端接收所述光反射体反射的光信号，并通过所述第二光输出端输出所接收的光信号；

所述光反射体用于通过自身的光反射面接收所述第一光传输单元输出的光信号并反射所接收的光信号，且所述第二光传输单元的第二光接收端与所述光反射体的光反射面之间的光路距离渐变；

所述光探测单元用于接收所述第二光传输单元输出的光信号，并根据接收的光信号生成对应的第一传感数据，其中，所述第一传感数据为根据所述光探测单元接收的光信号转换得到的电流信号和/或电压信号，并且，所述光探测单元接收的光信号的强度随所述第二光传输单元的第二光接收端与所述光反射体的光反射面之间的光路距离变化而变化，所述第一传感数据的取值随所述光信号的强度变化而变化。

本发明第二方面提供了一种信号处理方法，其特征在于，应用于上述的传感器，所述方法包括：

所述传感器根据自身的光探测单元接收的光信号生成第一传感数据，所述第一传感数据为根据所述光探测单元接收的光信号转换得到的电流信号和/或电压信号；

基于预设的第一传感数据与第二传感数据的映射关系或换算关系，所述传感器根据所述第一传感数据获取对应的第二传感数据；

其中，所述第二传感数据用于表示所述光反射体的位移信息，所述光反射体的位移变化使得所述第二光传输单元的第二光接收端与所述光反射体的光反射面之间的光路距离变化；

或者，所述第二传感数据用于表示所述光反射体的旋转角度信息，所述光反射体的旋转角度变化使得所述第二光传输单元的第二光接收端与所述光反射体的光反射面之间的光路距离变化。

在本发明提供的传感器中，光探测单元用于获取第一传感数据，且第一传感数据的取值随光探测单元接收到的光信号的强度变化而变化，第一传感数据为根据该光信号转换得到的电流信号和/或电压信号，因此，后续通过对该电流信号和/或电压信号的检测即可获取引起光信号强度变化的外界因素的大小，而无需在使用复杂的解调设备对光信号进行解调，有效降低了成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例提供的光纤传感器的结构示意图；

图2为本发明第二实施例提供的光纤传感器的结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的光纤传感器中的可移动斜面体的结构示意图；

图4为本发明第三实施例提供的光纤传感器的结构示意图；

图5为本发明第三实施例提供的光纤传感器中的可移动斜面体的结构示意图；

图6为本发明第四实施例提供的信号处理方法的流程图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，为本发明第一实施例提供的传感器的结构示意图。

传感器包括光源101、光探测单元102、第一光传输单元103、第二光传输单元104和光反射体105。

第一光传输单元103具有第一光接收端和第一光输出端，第一光接收端对准光源101，第一光输出端对准光反射体105，第一光传输单元103用于通过第一光接收端接收来自光源101的光信号，并通过第一光输出端输出所接收的光信号。

第二光传输单元104具有第二光接收端和第二光输出端，第二光接收端对准光反射体105，第二光输出端对准光探测单元102，第二光传输单元104用于通过第二光接收端接收光反射体105反射的光信号，并通过第二光输出端输出所接收的光信号。

光反射体105用于通过自身的光反射面接收第一光传输单元103输出的光信号并反射所接收的光信号，且第二光传输单元104的第二光接收端与光反射体105的光反射面之间的光路距离渐变。

光探测单元102用于接收第二光传输单元104输出的光信号，并根据接收的光信号生成对应的第一传感数据，其中，第一传感数据为根据光探测单元102接收的光信号转换得到的电流信号和/或电压信号，并且，光探测单元102接收的光信号的强度随第二光传输单元104的第二光接收端与光反射体105的光反射面之间的光路距离变化而变化，第一传感数据的取值随光信号的强度变化而变化。

具体地，光源101为该传感器提供光信号，光源101安装于第一光传输单元103的第一光接收端，并与第一光传输单元103的第一光接收端耦合，因此，第一光传输单元103的第一光接收端为光信号的输入端，光源101提供的光信号可从第一光传输单元103的第一光接收端进入第一光传输单元103中。

由于第一光传输单元103的第一光接收端对准光源101，第一光输出端对准光反射体105，因此，光源101提供的光信号可从第一光传输单元103的第一光接收端输入，从第一光输出端输出，并投射到光反射体105上。光反射体105的光反射面用于接收由第一光传输单元103输出的光信号，并将该光信号反射到第二光传输单元104的第二光接收端。

经光反射体105反射的光信号从第二光传输单元104的第二光接收端输入，从第二光传输单元104的第二光输出端输出。并且，光探测单元102安装在第二光传输单元104的第二光输出端，并与第二光传输单元104的第二光输出端耦合，光探测单元102用于接收从第二光传输单元104的第二光输出端输出的光信号。光探测单元102还用于将接收到的光信号转换为电信号。在本发明实施例中，光探测单元102将接收到的光信号转换为相应的电流信号和/或电压信号，该电流信号和/或电压信号即为传感器采集的第一传感数据。

需要说明的是，当外界因素导致光反射体105运动，如直线运动或旋转时，第二光传输单元104的第二光接收端与光反射体105的光反射面之间的光路距离渐变。第二光传输单元104的第二光接收端与光反射体105的光反射面之间的光路距离，即光信号在光反射体105的光反射面的反射作用下，直接进入第第二光传输单元104的第二光接收端所经过的路程。并且，当第二光传输单元104的第二光接收端与光反射体105的光反射面之间的光路距离变化时，光探测单元102接收的光信号的强度变化，由该光信号转换得到的电流信号和/或电压信号随之变化，也即传感器采集的第一传感数据的取值随光信号的强度变化而变化。因此，通过检测并分析该电流信号和/或电压信号，即可获取光探测单元102接受的光信号的功率的变化，从而获得引起光功率变化的外界因素的大小，达到传感的目的。

在本发明实施例提供的传感器中，光探测单元用于获取第一传感数据，且第一传感数据的取值随光探测单元接收到的光信号的强度变化而变化，第一传感数据为根据该光信号转换得到的电流信号和/或电压信号，因此，后续通过对电流信号和/或电压信号的检测和分析即可获取光探测单元接受的光信号的功率的变化，从而获得引起光功率变化的外界因素的大小。该传感器无需使用复杂的解调设备对光信号进行解调，有效降低了成本。

本发明第二实施例提供了一种传感器，用于测量直线位移信息。与第一实施例不同的是，在本实施例中，该传感器还包括数据分析单元。

数据分析单元连接光探测单元102，用于基于预设的第一传感数据与第二传感数据的映射关系或换算关系，并根据光探测单元102生成的第一传感数据获取对应的第二传感数据，第二传感数据用于表示光反射体105的位移信息，其中，光反射体105的位移变化使得第二光传输单元104的第二光接收端与光反射体105的光反射面之间的光路距离变化。

当外界因素导致光反射体105做直线运动时，光反射体105产生一定的位移，光反射体105的位移使得第二光传输单元104的第二光接收端与光反射体105的光反射面之间的光路距离渐变。第二光传输单元104的第二光接收端与光反射体105的光反射面之间的光路距离，即光信号在光反射体105的光反射面的反射作用下，直接进入第二光传输单元104的第二光接收端所经过的路程。并且，当光反射体105的位移使得第二光传输单元104的第二光接收端与光反射体105的光反射面之间的光路距离变化时，光探测单元102接收的光信号的强度随之变化，因此，光探测单元102接收的光信号中包含有外界因素的感测信息，由该光信号转换得到的电流信号和/或电压信号随之变化，也即传感器采集的第一传感数据的取值随光信号的强度变化而变化。

在本发明实施例中，光探测单元102与数据分析单元连接，光探测单元102将第一传感数据发送给数据分析单元。数据分析单元中预存有第一传感数据与第二传感数据的映射关系或换算关系，基于该映射关系或换算关系，数据分析单元根据接收到的第一传感数据生成对应的第二传感数据。由于光反射体105的位移导致光探测单元102接收的光信号的强度变化，光探测单元102将接收的光信号转换为电流信号和/或电压信号，也即第一传感数据后，通过数据分析单元再转换为第二传感数据，该第二传感数据可直观地表示光反射体105的位移信息。示例性的，该数据分析单元为光功率计。因此，光探测单元102接收的光信号转换为第二传感数据的过程相当于对光信号的解调过程，通过对光信号的解调，从而获取外界因素的感测信息。本发明实施例提供的传感器对光信号的解调过程简单，成本低。

请参阅图2和图3，图2为本发明第二实施例提供的传感器的结构示意图，图3为本发明第二实施例提供的传感器中的光反射体105的结构示意图。

进一步的，光反射体105为斜面体106，斜面体106的斜面为反射面。并且，该斜面体106的一端到另一端的斜面厚度呈线性变化。

具体地，如图3所示，光反射体105为底面水平，斜面部分的厚度不均匀的斜面体106，其中，斜面各部分的厚度为斜面的各部分相对于底面的高度。并且，该斜面体106的一端具有最大斜面厚度，也即该斜面体106的一端相对于底面具有最大高度，该端为斜面体106的斜面最厚端1061；斜面体106的另一端具有最小斜面厚度，也即该斜面体106的另一端相对于底面具有最小高度，该端为斜面体106的斜面最薄端1062。其中，斜面体106的最小斜面厚度可以为零也可以不为零，也即斜面最薄端1062相对于底面的高度可以为零也可以不为零。

在本发明实施例中，斜面体106的一端到另一端的斜面厚度呈线性变化，即斜面体106的斜面最厚端1061到斜面最薄端1062的厚度连续减小，且无突变。

进一步地，第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端处于同一平面。第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与斜面体106的斜面相对。

并且，第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与斜面体106的斜面之间的光路距离，不大于斜面体106的最大斜面厚度与最小斜面厚度之差。

第一光传输单元103的第一光输出端端面与第二光传输单元104的第二光接收端端面平齐，也即第一光传输单元103的第一光输出端与第二光传输单元104的第二光接收端处于同一平面上。并且，如图2所示，第一光传输单元103与第二光传输单元104固定于该斜面体106的斜面的一侧，且第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与斜面体106的底面垂直，使得第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与斜面体106的斜面相对。因此，从第一光传输单元103的第一光输出端出射的光可直接投射到斜面体106的斜面上，该斜面体106的斜面为光反射面，斜面体106的斜面将光反射至第二光传输单元104的第二光接收端，并在第二光传输单元104中进一步传输。

可选地，本发明实施例提供的斜面体106为金属材质，斜面体106的斜面可以为平面、或凹形聚光面、或凸型散光面等。且较佳地，斜面体106的斜面光滑，斜面体106的斜面对光的反射形式为镜面反射。

在实际应用中，当斜面体106处于初始位置时，第一光传输单元103的第一光输出端贴靠于斜面体106的斜面最厚处，此时第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与斜面体106的斜面之间的光路距离最小，该光路距离趋于零；当斜面体106相对于第一光传输单元103的第一光输出端从斜面最厚端1061向斜面最薄端1062的方向移动时，第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与斜面体106的斜面之间的距离逐渐增加，直到斜面体106的斜面最薄端1062与第二光传输单元104的第二光接收端相对，也即斜面体106的斜面最薄端1062与第二光传输单元104的第二光接收端的连线垂直于斜面体106的底面，斜面体106达到最终位置，此时，第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与斜面体106的斜面之间的距离最大，等于斜面体106的最大斜面厚度与最小斜面厚度之差。

在本发明实施例中，斜面体106的位移变化，使得第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与光反射体105的光反射面之间的光路距离发生变化，也即，光信号从第一光传输单元103的第一光输出端直接投射到斜面体106的斜面经过的路程，以及，光信号在斜面体106的斜面的反射作用下，直接进入第二光传输单元104的第二光接收端所经过的路程发生变化。并且，由于斜面体106的斜面最厚处到斜面最薄端1062的斜面厚度呈线性变化，故该斜面体106从初始位置匀速运动到最终位置的过程中，第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与斜面体106的斜面之间的光路距离呈线性变化。

并且，从第一光传输单元103的第一光输出端出射的光经过斜面体106的斜面反射后，进入第二光传输单元104的第二光接收端，随着第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与斜面体106的斜面之间的光路距离的变化，会导致第二光传输单元104中输入的光的光强随之发生变化，因此，光探测单元102接收的光信号包含外界因素的感测信息。通过对光探测单元102接收的光信号进行解调，即可获取斜面体106的位移信息，进而获取外界因素的感测信息。

本发明第三实施例提供了一种传感器，用于测量旋转角度信息。与第一实施例不同的是，在本实施例中，该传感器还包括数据分析单元。

数据分析单元连接光探测单元102，用于基于预设的第一传感数据与第二传感数据的映射关系或换算关系，并根据光探测单元102生成的第一传感数据获取对应的第二传感数据，第二传感数据用于表示光反射体105的旋转角度信息，其中，光反射体105的旋转角度变化使得第二光传输单元104的第二光接收端与光反射体105的光反射面之间的光路距离变化。

当外界因素导致光反射体105旋转时，光反射体105的旋转角度发生变化，光反射体105的旋转角度变化使得第二光传输单元104的第二光接收端与光反射体105的光反射面之间的光路距离渐变。第二光传输单元104的第二光接收端与光反射体105的光反射面之间的光路距离，即光信号在第二光传输单元104的第二光输出端的反射作用下，直接进入光反射体105的光反射面所经过的路程。并且，当光反射体105的角位移使得第二光传输单元104的第二光接收端与光反射体105的光反射面之间的光路距离变化时，光探测单元102接收的光信号的强度随之变化，因此，光探测单元102接收的光信号包含外界因素的感测信息，由该光信号转换得到的电流信号和/或电压信号随之变化，也即传感器采集的第一传感数据的取值随光信号的强度变化而变化。

在本发明实施例中，光探测单元102与数据分析单元连接，光探测单元102将第一传感数据发送给数据分析单元。数据分析单元中预存有第一传感数据与第二传感数据的映射关系或换算关系，基于该映射关系或换算关系，数据分析单元根据接收到的第一传感数据生成对应的第二传感数据。由于光反射体105的旋转导致光探测单元102接收的光信号的强度变化，光探测单元102将接收的光信号转换为电流信号和/或电压信号，也即第一传感数据后，通过数据分析单元再转换为第二传感数据，该第二传感数据可直观地表示光反射体105的旋转角度信息。示例性的，该数据分析单元为光功率计。因此，光探测单元102接收的光信号转换为第二传感数据的过程相当于对光信号的解调过程，通过对光信号的解调，从而获取外界因素的感测信息，本发明实施例提供的传感器对光信号的解调过程简单，成本低。

请参阅图4和图5，图4为本发明第三实施例提供的传感器的结构示意图，图5为本发明第三实施例提供的传感器中的光反射体105的结构示意图。与第二实施例不同的是，在本实施例中，光反射体105为螺旋凸轮107。螺旋凸轮107的侧表面为光反射面。并且，螺旋凸轮107的侧表面与螺旋凸轮107的轴心线之间的距离呈线性变化。

如图5所示，该螺旋凸轮107为具有一定盘面厚度的轮盘，其中，螺旋凸轮107的上盘面与下盘面为平面，该上盘面与下盘面之间的垂直距离即为盘面厚度。螺旋凸轮107的盘面轮廓线为螺旋线。螺旋凸轮107的上盘面与下盘面之间通过侧表面连接。并且，该螺旋凸轮107的侧表面的各部分厚度不均匀。螺旋凸轮107的侧表面的各部分的厚度为侧表面的各部分与轴心线之间的距离。

如图5所示的螺旋凸轮107，侧表面最厚处1071与轴心线之间的距离最大，该螺旋凸轮107的侧表面最薄处1072与轴心线之间的距离最小。其中，螺旋凸轮107的侧表面的最小厚度可以为零也可以不为零，也即螺旋凸轮107的侧表面最薄处1072相对于轴心线的距离可以为零也可以不为零。

在实际应用中，螺旋凸轮107的轴心处设有通孔，该通孔用于安装转轴(图5中未示出)，使得螺旋凸轮107以该转轴为中心轴圆周转动。该通孔的盘面圆周上标记有均匀的角度刻度，通过读取相应的角度刻度即可获取螺旋凸轮107的旋转角度。当螺旋凸轮107以转轴为中心轴转动时，螺旋凸轮107的侧表面与轴心线之间的距离线性增加或减小，也即螺旋凸轮107从侧表面最厚处1071向侧表面最薄处1072旋转时，螺旋凸轮107的侧表面的厚度连续减小，且无突变。

进一步地，第一光传输单元103的第一光输出端与第二光传输单元104的第二光接收端处于同一平面。第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与螺旋凸轮107侧表面相对。

并且，第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与螺旋凸轮107的侧表面之间的光路距离，不大于螺旋凸轮107的侧表面与轴心线之间的最大距离与最小距离之差。

第一光传输单元103的第一光输出端端面和第二光传输单元104的第二光接收端端面平齐，也即第一光传输单元103的第一光输出端与第二光传输单元104的第二光接收端处于同一平面上。如图2所示，第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与螺旋凸轮107的侧表面相对，因此，从第一光传输单元103的第一光输出端出射的光可直接投射到螺旋凸轮107的侧表面上，该螺旋凸轮107的侧表面为光反射面，螺旋凸轮107的侧表面将光反射至第二光传输单元104的第二光接收端。

可选地，本发明实施例提供的螺旋凸轮107为金属材质，螺旋凸轮107的侧表面为平面、或凹形聚光面、或凸型散光面等。且较佳地，螺旋凸轮107的侧表面光滑，螺旋凸轮107的侧表面对光的反射形式为镜面反射。

在实际应用中，当螺旋凸轮107处于初始位置时，第一光传输单元103的第一光输出端贴靠于螺旋凸轮107的侧表面最厚处1071，此时第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与螺旋凸轮107的侧表面之间的光路距离最小，该光路距离趋于零；当螺旋凸轮107相对于第一光传输单元103的第一光输出端沿侧表面最厚处1071向侧表面最薄处1072的方向旋转时，第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与螺旋凸轮107的侧表面之间的距离逐渐增加，直到螺旋凸轮107的侧表面最薄处1072与第二光传输单元104的第二光接收端相对，螺旋凸轮107达到最终位置，此时，第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与螺旋凸轮107的侧表面之间的光路距离最大，该光路距离等于螺旋凸轮107的最大侧表面厚度与最小侧表面厚度之差。

在本发明实施例中，螺旋凸轮107的旋转角度变化，使得第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与螺旋凸轮107的侧表面之间的光路距离发生变化，也即，光信号从第一光传输单元103的第一光输出端直接投射到螺旋凸轮107的侧表面经过的路程，以及，光信号在螺旋凸轮107的侧表面的反射作用下，直接进入第二光传输单元104的第二光接收端所经过的路程发生变化。并且，由于螺旋凸轮107从侧表面最厚处1071到侧表面最薄处1072的厚度呈线性变化，故该螺旋凸轮107从初始位置匀速运动到最终位置的过程中，第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与螺旋凸轮107的侧表面之间的光路距离呈线性变化。

并且，从第一光传输单元103的第一光输出端出射的光经过螺旋凸轮107的侧表面反射后，进入第二光传输单元104的第二光接收端，随着第一光传输单元103的第一光输出端和第二光传输单元104的第二光接收端与螺旋凸轮107的侧表面之间的光路距离的变化，会导致第二光传输单元104中输入的光的光强随之发生变化，因此，光探测单元102接收的光信号包含外界因素的感测信息。通过对光探测单元102接收的光信号的进行解调，即可获取螺旋凸轮107的旋转角度信息，进而获取外界因素的传感信息。

较佳地，在本发明实施例中，光源101设置于第一外壳内部，第一外壳的内壁涂有黑色材料。第一光传输单元103的第一光接收端插入第一外壳内，且插入第一外壳内的第一光接收端与光源101相对。在本实施例中，除第一光传输单元103的第一光接收端接受光源101发出的光信号外，第一外壳的内壁上的黑色材料对光还具有吸收作用，以避免光散射。

并且，光探测单元102设置于第二外壳内部，第二外壳的内壁涂有黑色材料。第二光传输单元104的第二光输出端插入第二外壳内，且插入第二外壳内的第二光输出端与光探测单元102相对。在本实施例中，第二光传输单元104的第二光接收端输出的光信号除被光探测单元102接受外，第二外壳的内壁上的黑色材料对光也具有吸收作用，以避免光散射。

进一步地，第一光传输单元103和第二光传输单元104为塑料光纤。

在上述的发明实施例中，第一光传输单元103和第二光传输单元104可以是一对反射光纤，其中，第一光传输单元103为发射光纤，第二光传输单元104为接收光纤，均用于传输光信号。光源101提供的光信号从该发射光纤的输入端进入，从发射光纤的输出端射出，发射光纤出射的光经过光反射体105的反射后进入接收光纤的输入端，并从接收光纤的输出端输出。光信号在发射光纤和接收光纤中以全反射的方式传输。

在本发明实施例中，发射光纤和接收光纤均为由透光聚合物制成的塑料光纤，与石英光纤相比，塑料光纤质轻、柔软、耐弯折且价格低廉。该塑料光纤包括从内到外分布的纤芯、包层和保护层，纤芯材质可为聚甲基丙烯酸甲酯，包层材料可为氟化高聚物，保护层的材料可为聚乙烯。示例性的，一种多模塑料光纤的纤芯直径为0.98毫米(mm)，包层直径为1.0mm，保护层直径为2.2mm，塑料光纤的数值孔径为0.5，塑料光纤的临界弯曲半径可为25mm。在实际应用中，塑料光纤可以不限于该尺寸，根据需要灵活选择即可。

可选地，该塑料光纤可为纤芯到包层的折射率突变的阶跃型光纤。光信号在发射光纤和接收光纤中的传输模式为多模传输。

需要说明的是，发射光纤和接收光纤的型号和尺寸相同，并且，该发射光纤的输出端与接收光纤的输入端处于同一平面上。在实际应用中，发射光纤的输出端的外壁与接收光纤的输入端的外壁通过光学胶粘结在一起，且发射光纤的输出端端面与接收光纤的输入端端面平齐。

较佳地，发射光纤和接收光纤的形状相同，可以同为直线形或弯曲形。

发射光纤和接收光纤是用于传输光信号的媒介，由于光信号在光纤中的损耗会随着光波长而变化，在本发明实施例中，光探测单元102接收的光信号的波长峰值与光源101发射的光信号的波长峰值相同，以保证光源101和光探测单元102能够适用于相同波长范围内的光，并提高探测光信号的光功率的准确性。示例性的，光探测单元102接收的光信号和光源101发射的光信号可为波长为650纳米的红光。

可选地，光源101为发光二极管或半导体激光器等，用于提供光信号。本发明实施例中的光探测单元102是一种光电转换装置，可以为光电二极管、或光电探测器、或光伏电池等，用于接收光信号并将光信号转换为相应的电信号。

请参阅图6，为本发明第四实施例提供的信号处理方法的流程图，应用于上述的第一至第三任一实施例提供的传感器。该信号处理方法包括；

601、传感器根据自身的光探测单元接收的光信号生成第一传感数据，第一传感数据为根据光探测单元接收的光信号转换得到的电流信号和/或电压信号。

在本发明实施例提供的传感器中，光探测单元是一种光电转换装置，如光电二极管等，用于将接收到的光信号转换为电流信号和/或电压信号，该电流信号和/或电压信号即为传感器采集的第一传感数据。

当外界因素导致传感器中的光反射体运动时，光反射体的光反射面与第二光传输单元的第二光接收端之间的光路距离渐变，从而导致光探测单元接收到的光信号的强度发生改变，因此，光探测单元接收到的光信号包含了外界因素的感测信息。

602、基于预设的第一传感数据与第二传感数据的映射关系或换算关系，传感器根据第一传感数据获取对应的第二传感数据。

光探测单元与数据分析单元连接，光探测单元将第一传感数据发送给数据分析单元。数据分析单元中预存有第一传感数据与第二传感数据的映射关系或换算关系，基于该映射关系或换算关系，数据分析单元根据接收到的第一传感数据生成对应的第二传感数据。

其中，第二传感数据用于表示光反射体的位移信息，光反射体的位移变化使得第二光传输单元的第二光接收端与所述光反射体的光反射面之间的光路距离变化。或者，第二传感数据用于表示光反射体的旋转角度信息，光反射体的旋转角度变化使得第二光传输单元的第二光接收端与光反射体的光反射面之间的光路距离变化。

具体地，当传感器中的光反射体为斜面体时，在外界因素的作用下，斜面体做直线运动，并产生一定的位移，从而导致光探测单元接收的光信号的强度发生变化。因此，光探测单元接收的光信号中包含了外界因素的位移信息。光探测单元还用于将该光信号转换为相应的电流信号和/或电压信号，该电流信号和/或电压信号随斜面体的位移变化而变化，也即传感器采集的第一传感数据，以及由该第一传感数据换算得到的第二传感数据，与斜面体的位移具有对应关系。因此，该传感器为位移传感器，用于测量外接装置的位移信息。

当传感器中的光反射体为螺旋凸轮时，在外界因素的作用下，螺旋凸轮旋转，并产生一定的角位移，从而导致光探测单元接收的光信号的强度变化。因此，光探测单元接收到的光信号包含了外界因素的旋转角度信息。光探测单元还用于将该光信号转换为相应的电流信号和/或电压信号，该电流信号和/或电压信号随螺旋凸轮的旋转角度变化而变化，也即传感器采集的第一传感数据，以及由该第一传感数据换算得到的第二传感数据，与螺旋凸轮的旋转角度具有对应关系。因此该传感器为角度传感器，用于测量外接装置的旋转角度信息。

进一步地，步骤602具体包括：分析第一传感数据，获取光探测单元接收的光信号的功率信息，并根据光功率信息换算得到对应的第二传感数据。

在本发明实施例中，光探测单元将接收到的光信号转换为第一传感数据，该第一传感数据为由该光信号转换的电流信号和/或电压信号，数据分析单元对该电流信号和/或电压信号加以分析，并根据预存的第一传感数据与光功率的对应关系，将该电流信号和/或电压信号转换为对应的光功率信息。

并且，数据分析单元中还预存有光功率信息与第二传感数据的对应关系，基于该对应关系，数据分析单元将光功率信息换算为对应的第二传感数据，该第二传感数据可直观地表示光反射体的位移信息或旋转角度信息。示例性的，该数据分析单元为光功率计。因此，光探测单元接收的光信号转换为第二传感数据的过程相当于对光信号的解调过程，通过对光信号的解调，从而获取外界因素的感测信息，达到传感的目的。本发明实施例提供的传感器对光信号的解调过程简单，成本低。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上为对本发明提供的一种传感器和信号处理方法的描述，对于本领域的技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种传感器，其特征在于，所述传感器包括：

光源、光探测单元、第一光传输单元、第二光传输单元和光反射体；

所述第一光传输单元具有第一光接收端和第一光输出端，所述第一光接收端对准所述光源，所述第一光输出端对准所述光反射体，所述第一光传输单元用于通过所述第一光接收端接收来自所述光源的光信号，并通过所述第一光输出端输出所接收的光信号；

所述第二光传输单元具有第二光接收端和第二光输出端，所述第二光接收端对准所述光反射体，所述第二光输出端对准所述光探测单元，所述第二光传输单元用于通过所述第二光接收端接收所述光反射体反射的光信号，并通过所述第二光输出端输出所接收的光信号；

所述光反射体用于通过自身的光反射面接收所述第一光传输单元输出的光信号并反射所接收的光信号，且所述第二光传输单元的第二光接收端与所述光反射体的光反射面之间的光路距离渐变；

所述光探测单元用于接收所述第二光传输单元输出的光信号，并根据接收的光信号生成对应的第一传感数据，其中，所述第一传感数据为根据所述光探测单元接收的光信号转换得到的电流信号和/或电压信号，并且，所述光探测单元接收的光信号的强度随所述第二光传输单元的第二光接收端与所述光反射体的光反射面之间的光路距离变化而变化，所述第一传感数据的取值随所述光信号的强度变化而变化。

2.根据权利要求1所的传感器，其特征在于，所述传感器还包括：数据分析单元；

所述数据分析单元连接所述光探测单元，用于基于预设的第一传感数据与第二传感数据的映射关系或换算关系，并根据所述光探测单元生成的第一传感数据获取对应的第二传感数据，所述第二传感数据用于表示所述光反射体的位移信息，其中，所述光反射体的位移变化使得所述第二光传输单元的第二光接收端与所述光反射体的光反射面之间的光路距离变化。

3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述光反射体为斜面体，所述斜面体的斜面为光反射面，并且，所述斜面体的一端到另一端的斜面厚度呈线性变化。

4.根据权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述第一光传输单元的第一光输出端与所述第二光传输单元的第二光接收端处于同一平面；

所述第一光传输单元的第一光输出端和所述第二光传输单元的第二光接收端与所述斜面体的斜面相对；

所述第一光传输单元的第一光输出端和所述第二光传输单元的第二光接收端与所述斜面体的斜面之间的光路距离，不大于所述斜面体的最大斜面厚度与最小斜面厚度之差。

5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括：数据分析单元；

所述数据分析单元连接所述光探测单元，用于基于预设的第一传感数据与第二传感数据的映射关系或换算关系，并根据所述光探测单元生成的第一传感数据获取对应的第二传感数据，所述第二传感数据用于表示所述光反射体的旋转角度信息，其中，所述光反射体的旋转角度变化使得所述第二光传输单元的第二光接收端与所述光反射体的光反射面之间的光路距离变化。

6.根据权利要求5所述的传感器，其特征在于，所述光反射体为螺旋凸轮，所述螺旋凸轮的侧表面为光反射面，并且，所述螺旋凸轮的侧表面与所述螺旋凸轮的轴心线之间的距离呈线性变化。

7.根据权利要求6所述的传感器，其特征在于，所述第一光传输单元的第一光输出端与所述第二光传输单元的第二光接收端处于同一平面；

所述第一光传输单元的第一光输出端和所述第二光传输单元的第二光接收端与所述螺旋凸轮的侧表面相对；

所述第一光传输单元的第一光输出端和所述第二光传输单元的第二光接收端与所述螺旋凸轮的侧表面之间的光路距离，不大于所述螺旋凸轮的侧表面与轴心线之间的最大距离与最小距离之差。

8.根据权利要求1至7任一项所述的传感器，其特征在于，所述第一光传输单元和所述第二光传输单元为塑料光纤。

9.一种信号处理方法，其特征在于，应用于如权利要求1至8中任一项所述的传感器，所述方法包括：

所述传感器根据自身的光探测单元接收的光信号生成第一传感数据，所述第一传感数据为根据所述光探测单元接收的光信号转换得到的电流信号和/或电压信号；

基于预设的第一传感数据与第二传感数据的映射关系或换算关系，所述传感器根据所述第一传感数据获取对应的第二传感数据；

其中，所述第二传感数据用于表示所述光反射体的位移信息，所述光反射体的位移变化使得所述第二光传输单元的第二光接收端与所述光反射体的光反射面之间的光路距离变化；

或者，所述第二传感数据用于表示所述光反射体的旋转角度信息，所述光反射体的旋转角度变化使得所述第二光传输单元的第二光接收端与所述光反射体的光反射面之间的光路距离变化。

10.根据权利要求9所述的信号处理方法，其特征在于，所述基于预设的第一传感数据与第二传感数据的映射关系或换算关系，所述传感器根据所述第一传感数据获取对应的第二传感数据，包括：

通过分析所述第一传感数据，获取所述光探测单元接收的光信号的功率信息；

根据所述光信号的功率信息换算得到对应的第二传感数据。