CN110057385B - 一种基于光纤多层反射面组合编码的识别系统 - Google Patents

一种基于光纤多层反射面组合编码的识别系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于光纤多层反射面组合编码的识别系统，包括光源、环形器、光开关、光路汇聚选择器、光纤、光纤反射组合编码、光电探测器和主控模块，所述光源的输出端通过光纤连接到环形器的输入端，所述环形器的输出端通过光纤连接到光开关的输入端，所述光开关的输出端通过光纤连接到光路汇聚选择器的输入端，所述光路汇聚选择器的输出端通过光纤连接到光纤反射组合编码，所述环形器与主控模块之间设置有光电探测器，所述主控模块分别控制光源和光开关的开启以及关闭。本发明采用光纤反射组合编码的方式，成本低，加工难度小。

Description

一种基于光纤多层反射面组合编码的识别系统
技术领域
本发明涉及光纤编码识别技术领域，特别涉及一种基于光纤多层反射面组合编码的识别系统。
背景技术
现有光纤编码识别技术主要依靠光纤光栅作为识别对象，存在成本高，加工难度大的技术缺陷。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种基于光纤多层反射面组合编码的识别系统，采用光纤反射组合编码的方式，成本低，加工难度小。
本发明为解决其问题所采用的技术方案是：
一种基于光纤多层反射面组合编码的识别系统，包括光源、环形器、光开关、光路汇聚选择器、光纤、光纤反射组合编码、光电探测器和主控模块，所述光源的输出端通过光纤连接到环形器的输入端，所述环形器的输出端通过光纤连接到光开关的输入端，所述光开关的输出端通过光纤连接到光路汇聚选择器的输入端，所述光路汇聚选择器的输出端通过光纤连接到光纤反射组合编码，所述环形器与主控模块之间设置有光电探测器，所述主控模块分别控制光源和光开关的开启以及关闭。
进一步地，所述光路汇聚选择器包括有多个聚光器、凸透镜准直器、光纤物理连接头以及固定座，所述聚光器由光纤与凸透镜组成，所述凸透镜准直器与光纤物理连接头之间通过光纤连接，所述聚光器、凸透镜准直器和光纤物理连接头安装在固定座内。
进一步地，所述聚光器有四个，四个聚光器分别通过光纤与光纤光开关连接在一起。
进一步地，所述光纤反射组合编码由光纤和多个反射面组成，所述反射面为采用激光在光纤上复刻而成，所述反射面具有成倍数关系的复刻深度，具有同等复刻深度的反射面其反射率相同，多个反射面之间的间距具有倍数关系。
本发明的有益效果是：本发明采用的一种基于光纤多层反射面组合编码的识别系统，采用光纤反射组合编码的方式,利用光纤反射组合编码反射的能量作为编码元，同时利用距离作为识别基准，其结构简单，加工难度小，且复刻所需位置也小，识别精度高。
附图说明
图1是本发明一个实施例所提供的整体结构示意图；
图2是本发明一个实施例所提供的光路汇聚选择器结构示意图；
图3是本发明一个实施例所提供的光纤反射组合编码结构示意图；
图4是本发明一个实施例所提供的光纤反射组合编码识别时的光学示意图；
图中标号：100-光源；200-环形器；300-光开关；400-光路汇聚选择器；410-聚光器；411-凸透镜；420-凸透镜准直器；430-光纤物理连接头；440-固定座；500-光纤；600-光纤反射组合编码；610-反射面；700-光电探测器；800-主控模块。
具体实施方式
本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。
如图1所示，本发明的一个实施例提供了一种基于光纤多层反射面610组合编码的识别系统，包括光源100、环形器200、光开关300、光路汇聚选择器400、光纤500、光纤反射组合编码600、光电探测器700和主控模块800，所述光源100的输出端通过光纤500连接到环形器200的输入端，所述环形器200的输出端通过光纤500连接到光开关300的输入端，所述光开关300的输出端通过光纤500连接到光路汇聚选择器400的输入端，所述光路汇聚选择器400的输出端通过光纤500连接到光纤反射组合编码600，所述环形器200与主控模块800之间设置有光电探测器700，所述主控模块800分别控制光源100和光开关300的开启以及关闭。
在本实施例中，光源100为系统提供光源100输入，可采用脉冲激光器、可调谐激光器等，组成脉冲光源100为系统输入脉宽光源100。优选地，从成本上考虑采用高精度脉冲激光器，采用系统控制输出低脉宽脉冲光源100；如果采用可调谐激光器就可增加高精度光开关300或者开关型SOA，实现脉冲光输出。光源100通过光纤500与环形器200相连，将光波输入环形器200；同时通过线路连接至主控模块800，实现与主控模块800的控制交互。
环形器200用于实现光波的输入和输出。光源100光波先输入到环形器200，再输出至光开关300，同时光开关300将反射光经环形器200传输到光电探测器700。
光开关300用于实现环形器200输入光与光路汇聚选择器400之间的光路选择，根据光路汇聚选择器400输入分支数量选择光开关300分支数量。本实施例中，光路汇聚选择器400优选采用四路聚光器410。
如图2所示，光路汇聚选择器400用于实现多路扇形聚光器410分散光波变换成平行间距多路光波。光路汇聚选择器400由多个聚光器410、凸透镜准直器420、光纤500、光纤500物理连接头430、固定座440组成；其中凸透镜准直器420实现光波的平行输出，也可以采用凹反射镜来实现；聚光器410均与凸透镜411焦点成直线，实现斜射入凸透镜411光能成平行光输出，多个聚光器410成不同角度射入后成一定间距平行光输出。聚光器410由光纤500与凸透镜411组成，实现输入光纤500的发散光波能经凸透镜411汇聚成平行光输出；凸透镜准直器420实现多角度光波的平行输出，也可以采用凹反射镜来实现，本实施例从光器件布局考虑优选凸透镜准直器420；光纤500物理连接头430实现与外接光纤500的互联；固定座440实现多个聚光器410、凸透镜准直器420、光纤500、光纤500物理连接头430的固定和保护。
如图3-4所示，光纤反射组合编码600用于实现入射光波的不同反射。由光纤500和多个反射面610组成。反射面610为采用激光在光纤500上复刻一个低反射的反射面610，其反射面610复刻深度采用一定的深度为基数。多个反射面610按复刻深度成倍数关系，多个反射面610间距也按一定规则间距成倍数关系。而且，每个反射面610按规则同等复刻深度其反射率相同。
当单个平行光射入单个反射面610时，其反射面610会反射一定的反射光，经系统对反射能量和收光时间进行计算，计算出该反射面610反射能量和距离，形成一个识别参数。
每个平行光波输入光纤反射组合编码600时，各复刻深度反射能量成一定数学公式比例，以每个平行光反射能量数学比例形成一个码元，多个平行光射入光纤反射组合编码600的反射能量值形成一个编码组合，且根据发光和收光时间差计算出光纤反射组合编码600的距离。最终实现光纤反射组合编码600识别，其识别参数包括编码、能量、距离。以距离作为基准，多次测量，对比其能量确认中断、衰耗故障。
光电探测器700用于对环形器200输入的光纤500反射光进行高精度采集。本实施例优选带放大的高精度光电探测器700，可以实现高灵敏度和高精度的光波信号采集。
主控模块800通过线路分别与光源100、光开关300、光电探测器700相连。主控模块800控制光源100开启和关闭，发送小脉宽光波，脉宽越小精度越高；主控模块800控制光开关300进行轮流选择聚光器410，实现多个平行光波的轮流输出，单次输出选择一个聚光器410；主控模块800控制光电探测器700，实现光电探测器700的数据采集和处理。
具体实施时，主控模块800控制光源100发送系统要求的脉宽光波，同时开始光电探测器700数据采集，根据数据采集点的时间差，计算出采集点的光纤500距离。
主控模块800控制光源100发送脉冲光源100，经环形器200进入光开关300，主控模块800控制光开关300进行聚光器410输入选择，分别由1至N逐次选择，单次选择一路，光波经光路汇聚选择器400处理成分层的平行光后，射入光纤500，经光纤反射组合编码600反射后，经环形器200后由光电探测器700采集，光电探测器700采集到能量和距离。等待规则范围时间后，主控模块800控制光源100再次发送脉冲光源100，光开关300选择下一路聚光器410，经环形器200后由光电探测器700采集，光电探测器700采集到能量和距离。采用轮训方式，多路聚光器410发光完成后，对光电探测器700所采集到的数据进行处理，并按距离将采集点进行计算，识别出相应的光纤反射组合编码600以及其编码、能量组合以及距离。
光波经光路汇聚选择器400可采用多个聚光器410进行选择输入，同时也可以采用一个聚光器410，使用聚光器410移动的方式实现，多路不同方位光波的输入。
本系统利用单个反射面610能量作为编码元，同时利用距离作为识别基准，其结构简单，加工难度小，且复刻所需位置也小，识别精度高。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (2)

1.一种基于光纤多层反射面组合编码的识别系统，其特征在于：包括光源、环形器、光开关、光路汇聚选择器、光纤、光纤反射组合编码、光电探测器和主控模块，所述光源的输出端通过光纤连接到环形器的输入端，所述环形器的输出端通过光纤连接到光开关的输入端，所述光开关的输出端通过光纤连接到光路汇聚选择器的输入端，所述光路汇聚选择器的输出端通过光纤连接到光纤反射组合编码，所述环形器与主控模块之间设置有光电探测器，所述主控模块分别控制光源和光开关的开启以及关闭，所述光路汇聚选择器包括有多个聚光器、凸透镜准直器、光纤物理连接头以及固定座，所述聚光器由光纤与凸透镜组成，所述凸透镜准直器与光纤物理连接头之间通过光纤连接，所述聚光器、凸透镜准直器和光纤物理连接头安装在固定座内，所述光纤反射组合编码由光纤和多个反射面组成，所述反射面为采用激光在光纤上复刻而成，所述反射面具有成倍数关系的复刻深度，具有同等复刻深度的反射面其反射率相同，多个反射面之间的间距具有倍数关系。
2.根据权利要求1所述的一种基于光纤多层反射面组合编码的识别系统，其特征在于：所述聚光器有四个，四个聚光器分别通过光纤与光纤光开关连接在一起。
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