1.一种采煤机机械状态光纤传感装置，其特征在于，它包括：

宽带光源(1)、2×1光纤耦合器(2)、光纤光栅解调模块(3)、1×4光开关(4)、光纤耦合器集群Ⅰ(5)、光纤耦合器集群Ⅱ(6)、光纤耦合器集群Ⅲ(7)、光纤耦合器集群Ⅳ(8)、准直透镜集群Ⅰ(9)、准直透镜集群Ⅱ(10)、准直透镜集群Ⅲ(11)、准直透镜集群Ⅳ(12)、环形孔盘(13)、磁性接近开关Ⅰ(14)、磁性接近开关Ⅱ(15)、磁性接近开关Ⅲ(16)、磁性接近开关Ⅳ(17)、触发信号调理模块(18)、工控机(19)、滚筒转轴(20)、滚筒(21)、光纤光栅传感器(22)、永磁铁(23)和光纤光栅传感器的准直透镜(24)；

所述宽带光源(1)的输出尾纤与2×1光纤耦合器(2)的输入尾纤Ⅰ熔接，光纤光栅解调模块(3)的输入尾纤与2×1光纤耦合器(2)的输入尾纤Ⅱ熔接，2×1光纤耦合器(2)的输出尾纤与1×4光开关(4)的输入尾纤熔接；

所述1×4光开关(4)的输出尾纤Ⅰ、输出尾纤Ⅱ、输出尾纤Ⅲ、输出尾纤Ⅳ依次分别与光纤耦合器集群Ⅰ(5)、光纤耦合器集群Ⅱ(6)、光纤耦合器集群Ⅲ(7)、光纤耦合器集群Ⅳ(8)的输入尾纤熔接；

所述光纤耦合器集群Ⅰ(5)的输出尾纤与准直透镜集群Ⅰ(9)的尾纤熔接，光纤耦合器集群Ⅱ(6)的输出尾纤与准直透镜集群Ⅱ(10)的尾纤熔接，光纤耦合器集群Ⅲ(7)的输出尾纤与准直透镜集群Ⅲ(11)的尾纤熔接，光纤耦合器集群Ⅳ(8)的输出尾纤与准直透镜集群Ⅳ(12)的尾纤熔接；

准直透镜集群Ⅰ(9)、准直透镜集群Ⅱ(10)、准直透镜集群Ⅲ(11)和准直透镜集群Ⅳ(12)沿着环形孔盘(13)均匀分布；磁性接近开关Ⅰ(14)、磁性接近开关Ⅱ(15)、磁性接近开关Ⅲ(16)和磁性接近开关Ⅳ(17)均通过螺钉紧固在环形孔盘(13)，并且各接近开关通过矿用通信电缆与触发信号调理模块(18)连接；

触发信号调理模块(18)与工控机(19)通过GPIB数据线连接，1×4光开关(4)与工控机(19)通过RS232数据线连接，光纤光栅解调模块(3)与工控机(19)通过RS232数据线连接；

其中，所述的滚筒(21)与滚筒转轴(20)连接，光纤光栅传感器(22)采用光纤油膏固定于滚筒(21)，光纤光栅传感器的准直透镜(24)镶嵌于滚筒(21)，永磁铁(23) 吸附于滚筒(21)上。

2.根据权利要求1所述的一种采煤机机械状态光纤传感装置，其特征在于，所述的宽带光源(1)为ASE宽带光源，工作波长范围为1525nm至1565nm、8小时的输出功率稳定度≤±0.01dB、输出光波的偏振度≤0.01、输出光波的光谱平坦度≤0.5dB、输出光功率≥20mW；

所述的2×1光纤耦合器(2)的耦合比为50:50，输入尾纤Ⅰ、输入尾纤Ⅱ和输出尾纤均采用单模光纤SMF-28；

所述的光纤光栅解调模块(3)的输入功率范围为-70dBm至-30dBm、波长范围为

1525nm至1565nm、波长分辨率为1pm、波长精度为±40pm、功率分辨率为0.1dBm，具有RS232通信接口，输入尾纤采用单模光纤SMF-28；

所述的1×4光开关(4)的波长范围为1260nm至1650nm，相邻光通道的切换时间≤1ms，插入损耗≤0.5dBm，具有RS232通信接口，输入尾纤、输出尾纤Ⅰ、输出尾纤Ⅱ、输出尾纤Ⅲ和输出尾纤Ⅳ均采用单模光纤SMF-28。

3.根据权利要求1所述的一种采煤机机械状态光纤传感装置，其特征在于，所述的光纤耦合器集群Ⅰ(5)由五个耦合比均为25:25:25:25的1×4光纤耦合器构成，1×4光纤耦合器Ⅰ的输入尾纤作为光纤耦合器集群Ⅰ(5)的输入尾纤，1×4光纤耦合器Ⅰ的四根输出尾纤分别与1×4光纤耦合器Ⅱ、1×4光纤耦合器Ⅲ、1×4光纤耦合器Ⅳ和1×4光纤耦合器Ⅴ的输入尾纤熔接，1×4光纤耦合器Ⅱ、1×4光纤耦合器Ⅲ、1×4光纤耦合器Ⅳ和1×4光纤耦合器Ⅴ的输出尾纤作为光纤耦合器集群Ⅰ(5)的输出尾纤，光纤耦合器集群Ⅰ(5)的输出尾纤数目为16根；

光纤耦合器集群Ⅱ(6)、光纤耦合器集群Ⅲ(7)和光纤耦合器集群Ⅳ(8)均采用光纤耦合器集群Ⅰ(5)的构成方法；光纤耦合器集群Ⅰ(5)、光纤耦合器集群Ⅱ(6)、光纤耦合器集群Ⅲ(7)和光纤耦合器集群Ⅳ(8)的输入尾纤和输出尾纤全部采用单模光纤SMF-28。

4.根据权利要求1所述的一种采煤机机械状态光纤传感装置，其特征在于，所述的准直透镜集群Ⅰ(9)由16个准直透镜构成，每个准直透镜的数值孔径范围为0.38至0.49，每个准直透镜的通光孔径≥3.6mm，光束发散角为0.2°至0.3°，插入损耗＜0.05dB，准直透镜的增透膜范围为1050nm至1620nm；准直透镜集群Ⅱ(10)、准直透镜集群Ⅲ(11)和准 直透镜集群Ⅳ(12)均采用准直透镜集群Ⅰ(9)的构成方法；

准直透镜集群Ⅰ(9)、准直透镜集群Ⅱ(10)、准直透镜集群Ⅲ(11)和准直透镜集群Ⅳ(12)的尾纤全部采用单模光纤SMF-28；准直透镜集群Ⅰ(9)、准直透镜集群Ⅱ(10)、准直透镜集群Ⅲ(11)和准直透镜集群Ⅳ(12)分布在同一圆形轨迹。

5.根据权利要求1所述的一种采煤机机械状态光纤传感装置，其特征在于，所述的环形孔盘(13)通过铸造成型，并预留准直透镜集群Ⅰ(9)、准直透镜集群Ⅱ(10)、准直透镜集群Ⅲ(11)和准直透镜集群Ⅳ(12)的安装孔，环形孔盘(13)与滚筒(21)具有相同的横截面尺寸，环形孔盘(13)的横截面圆心与滚筒(21)的横截面圆心同轴，环形孔盘(13)的横截面与滚筒(21)的横截面互相平行，环形孔盘(13)直接焊接在采煤机的摇臂上，与采煤机的滚筒转轴(20)无连接关系。

6.根据权利要求1所述的一种采煤机机械状态光纤传感装置，其特征在于，所述的磁性接近开关Ⅰ(14)、磁性接近开关Ⅱ(15)、磁性接近开关Ⅲ(16)和磁性接近开关Ⅳ(17)采用干簧管式接近开关，并选用本质安全类型，输出状态为常开型，使用寿命≥100万次；

所述的触发信号调理模块(18)实时采集磁性接近开关Ⅰ(14)、磁性接近开关Ⅱ(15)、磁性接近开关Ⅲ(16)和磁性接近开关Ⅳ(17)的触发信号，对触发信号进行放大和滤波处理，并转换成工控机(19)能够识别的数字信号，触发信号调理模块(18)具有GPIB通信接口，对单路触发信号的响应时间≤2.5ms。

7.根据权利要求1所述的一种采煤机滚筒机械状态光纤传感装置，其特征在于，所述的光纤光栅传感器(22)对滚筒(21)的温度和应变进行同时测量，以实时监测滚筒(21)的机械状态，光纤光栅传感器(22)的工作波长范围为1525nm至1565nm，光栅反射率≥90％，其中，温度测量范围为-40℃至120℃，温度分辨率为0.1℃，应变测量范围为±1500με，应变分辨率为0.5με。

8.根据权利要求1所述的一种采煤机滚筒机械状态光纤传感装置，其特征在于，所述的永磁铁(23)采用方形铁氧体永磁铁，尺寸为100mm×60mm×15mm。

9.根据权利要求1所述的一种采煤机滚筒机械状态光纤传感装置，其特征在于，所述的光纤光栅传感器的准直透镜(24)与准直透镜集群Ⅰ(9)的准直透镜具有相同的性能指标，光纤光栅传感器的准直透镜(24)的初始位置与准直透镜集群Ⅰ(9)、准直透镜集群Ⅱ(10)、准直透镜集群Ⅲ(11)和准直透镜集群Ⅳ(12)的某一个准直透镜的初始位置对 准。

10.一种采煤机滚筒光纤传感方法，其特征在于，包括采煤机滚筒(21)顺时针旋转机械状态监测和采煤机滚筒(21)逆时针旋转机械状态监测过程：

1)当采煤机滚筒(21)沿着顺时针旋转，并且永磁铁(23)的初始位置位于磁性接近开关Ⅱ(15)和磁性接近开关Ⅲ(16)之间，则当采煤机滚筒(21)开始旋转后，永磁铁(23)首先进入磁性接近开关Ⅲ(16)的感应区，磁性接近开关Ⅲ(16)的触发信号经过触发信号调理模块(18)传输至工控机(19)，结合存储在工控机(19)的滚筒(21)旋转方向信息，工控机(19)向1×4光开关(4)输送控制指令，用于打开1×4光开关(4)的输入尾纤与输出尾纤Ⅰ之间的光通道；

宽带光源(1)的输出光波首先经过2×1光纤耦合器(2)进入1×4光开关(4)，然后通过1×4光开关(4)的输出尾纤Ⅰ进入光纤耦合器集群Ⅰ(5)，而后通过光纤耦合器集群Ⅰ(5)的输出尾纤进入准直透镜集群Ⅰ(9)，最后由准直透镜集群Ⅰ(9)输出光束阵列；

光束阵列的某一束光波从光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)进入光纤光栅传感器(22)，这束输入光波在光纤光栅传感器(22)中被光纤光栅反射，携带滚筒机械状态包括温度和应变信号的反射光波经过光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)进入准直透镜集群Ⅰ(9)的某一个准直透镜，依次通过光纤耦合器集群Ⅰ(5)、1×4光开关(4)、2×1光纤耦合器(2)，最后进入光纤光栅解调模块(3)，由光纤光栅解调模块(3)对反射光波的光谱进行测量，并将测量结果传输到工控机(19)上进行数据换算和存储，进而获得滚筒(21)的机械状态；

随着滚筒(21)的旋转，光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)在经过准直透镜集群Ⅰ(9)后，将依次经过准直透镜集群Ⅳ(12)、准直透镜集群Ⅲ(11)和准直透镜集群Ⅱ(10)，参照光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)经过准直透镜集群Ⅰ(9)的光传输特征，光纤光栅传感器(22)将继续完成三次滚筒(21)的机械状态测量；

2)当采煤机滚筒(21)沿着逆时针旋转，并且永磁铁(23)的初始位置位于磁性接近开关Ⅱ(15)和磁性接近开关Ⅲ(16)之间，则当采煤机滚筒(21)开始旋转后，永磁铁(23)首先进入磁性接近开关Ⅱ(15)的感应区，磁性接近开关Ⅱ(15)的触发信号经过触发信号调理模块(18)传输至工控机(19)，结合存储在工控机(19)的滚筒(21)旋转方向信息，工控机(19)向1×4光开关(4)输送控制指令，用于打开1×4光开关(4)的 输入尾纤与输出尾纤Ⅲ之间的光通道；

宽带光源(1)的输出光波首先经过2×1光纤耦合器(2)进入1×4光开关(4)，然后通过1×4光开关(4)的输出尾纤Ⅲ进入光纤耦合器集群Ⅲ(7)，而后通过光纤耦合器集群Ⅲ(7)的输出尾纤进入准直透镜集群Ⅲ(11)，最后由准直透镜集群Ⅲ(11)输出光束阵列；

光束阵列的某一束光波从光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)进入光纤光栅传感器(22)，这束输入光波在光纤光栅传感器(22)中被光纤光栅反射，携带滚筒机械状态包括温度和应变信号的反射光波经过光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)进入准直透镜集群Ⅲ(11)的某一个准直透镜，依次通过光纤耦合器集群Ⅲ(7)、1×4光开关(4)、2×1光纤耦合器(2)，最后进入光纤光栅解调模块(3)，由光纤光栅解调模块(3)对反射光波的光谱进行测量，并将测量结果传输到工控机(19)上进行数据换算和存储，进而获得滚筒(21)的机械状态；

随着滚筒(21)的旋转，光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)在经过准直透镜集群Ⅲ(11)后，将依次经过准直透镜集群Ⅳ(12)、准直透镜集群Ⅰ(9)和准直透镜集群Ⅱ(10)，参照光纤光栅传感器(22)的准直透镜(24)经过准直透镜集群Ⅲ(11)的光传输特征，光纤光栅传感器(22)将继续完成三次滚筒(21)的机械状态测量。