Оптоволоконная сенсорная система



Оптоволоконная сенсорная система
Оптоволоконная сенсорная система

 


Владельцы патента RU 2538076:

КИД ТЕКНОЛОДЖИС, ИНК. (US)

Раскрыт способ обнаружения опасной ситуации при помощи оптоволоконной сенсорной системы. Опросное устройство содержит источник света, спектрометр и устройство обработки данных. Опросное устройство используют для проведения быстрого сканирования множества волоконно-оптических сенсорных элементов. Первые значения параметра окружающей среды вычисляют для каждого волоконно-оптического сенсорного элемента из спектрографических данных и сравнивают с первым пороговым значением. Если первое значение параметра окружающей среды превышает первое пороговое значение для любого волоконно-оптического сенсорного элемента, быстрое сканирование прерывают для осуществления медленного сканирования с высоким разрешением указанного волоконно-оптического сенсорного элемента. Оптоволоконная сенсорная система передает сигнал тревоги в случае, если указанное медленное сканирование с высоким разрешением выявляет опасную ситуацию. Технический результат - повышение пространственного и/или температурного разрешения. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Уровень техники настоящего изобретения

[0001] Настоящее изобретение относится, в общем, к оптоволоконной сенсорной системе и, более конкретно, к зональной системе обнаружения пожара и перегрева, в которой используют оптоволоконные сенсорные элементы.

[0002] В настоящее время волоконно-оптические сенсоры используются для измерения широкого диапазона параметров распределенных систем, начиная от строительных площадок и заканчивая крыльями самолета. Некоторые подобные сенсоры содержат сенсоры давления, деформации и температуры, но волоконно-оптические кабеля могут, в целом, быть использованы для измерения многочисленных величин, которые могут быть связаны с физическим состоянием волоконно-оптического сенсорного элемента. Некоторые волоконно-оптические температурные сенсоры, например, функционируют посредством обнаружения термического расширения волоконно-оптической пряди либо окружающей оболочки вокруг сегментов пряди или зазора между ними при помощи интерферометра. Другие сенсоры обнаруживают изменения в параметрах, таких как температура и давление, при помощи обратного рамановского рассеивания. Устройство обработки данных сопоставляет показания интерферометра с изменениями в физическом состоянии волоконно-оптического сенсорного элемента.

[0003] Большинство волоконно-оптических температурных сенсоров содержат волоконно-оптический сенсорный элемент и опросное устройство, содержащее источник света, спектрометр и устройство обработки данных. Сенсорный элемент состоит из волоконно-оптической пряди, которая проходит от опросного устройства в зондируемую область. Во время функционирования опросное устройство испускает свет по направлению к волоконно-оптическому сенсорному элементу. Изменения в температуре влияют на физическое состояние сенсорного элемента и, следовательно, на его оптические характеристики. Спектрометр и устройство обработки данных оценивают эти различия для идентификации изменений температуры.

[0004] В современных температурных сенсорах используют широкий диапазон технологий на основании спектроскопии и интерферометрии. Эти технологии в основном подразделяются на две категории: точечное и квазираспределенное зондирование на основании волоконных брэгговских решеток (ВБР) и полностью распределенное зондирование на основании рамановского, бриллюэновского или рэлеевское рассеяния. Конкретная конструкция волоконно-оптических сенсорных элементов изменяется в зависимости от типа спектроскопии, используемой сенсорной системой, но все волоконно-оптические сенсоры функционируют при помощи зондирования изменений в физическом состоянии волоконно-оптического сенсорного элемента. Сенсоры на основе ВБР, например, определяют изменение в температуре (ΔT) посредством зондирования относительного сдвига брэгговской длины волны (ΔλBB):

Δ λ B λ B = ( 1 p e ) ε + ( α Λ + α n ) Δ T [уравнение 1],

где pe является оптический коэффициент деформации, ε является приложенной деформацией, αΛ является коэффициентом термического расширения оптического волокна и αn является его термооптическим коэффициентом.

[0005] Волоконно-оптические сенсорные элементы являются недорогими, износостойкими и легко устанавливаемыми по сравнению со стандартными электрическими температурными сенсорами. Наиболее дорогой элемент, входящий в состав большинства волоконно-оптических температурных сенсоров, следовательно, представляет собой опросное устройство. С целью снижения стоимости в некоторых сенсорных системах прикрепляют множество сенсорных элементов к каждому опросному устройству посредством ключа, который осуществляет циклический опрос каждого сенсорного элемента, что позволяет единственному опросному устройству обслуживать множество отдельных сенсорных элементов, которые могут быть расположены в нескольких различных зондируемых областях.

[0006] Волоконно-оптическим сенсорным системам с ключом присущи некоторые недостатки. Быстрое переключение делает необходимым наличие высокой интенсивности сканирования опросных устройств, что ограничивает пространственное и/или температурное разрешение, достигаемое системой. Напротив, системы, в которых происходит только медленное переключение между сенсорными элементами для проверки каждого сенсорного элемента через значительный промежуток времени, могут оставить незамеченными в течение промежутка времени, составляющего менее 10 секунд, наличие опасных температурных режимов, что может быть чрезвычайно важным для борьбы с возникновением пожара и управления нагреванием.

[0007] В US7418171B2 представлен ближайший аналог настоящего изобретения.

Краткое описание сущности настоящего изобретения

[0008] Настоящее изобретение относится к системе и способу обнаружения опасной ситуации при помощи оптоволоконной сенсорной системы. Опросное устройство, содержащее источник света, спектрометр и устройство обработки данных, используют для проведения быстрого сканирования множества волоконно-оптических сенсорных элементов. Первые значения параметра окружающей среды вычисляют для каждого волоконно-оптического сенсорного элемента из спектрографических данных, собранных опросным устройством во время первого сканирования, и сравнивают с первым пороговым значением. Если первое значение параметра окружающей среды превышает первое пороговое значение для любого волоконно-оптического сенсорного элемента, быстрое сканирование прерывают для осуществления медленного сканирования с высоким разрешением указанного волоконно-оптического сенсорного элемента. Оптоволоконная сенсорная система передает сигнал тревоги в случае, если указанное медленное сканирование с высоким разрешением выявляет опасную ситуацию.

Краткое описание графических материалов

[0009] На фиг. 1 представлена структурная схема оптоволоконной сенсорной системы для обнаружения перегрева согласно настоящему изобретению.

[0010] На фиг. 2 представлена блок схема, описывающая способ сканирования, используемый оптоволоконной сенсорной системой для обнаружения перегрева, представленной на фиг. 1.

Подробное описание настоящего изобретения

[0011] На фиг. 1 представлена структурная схема оптоволоконной сенсорной системы 10, содержащей опросное устройство 12, оптический ключ 14 и сенсорные элементы 16a, 16b и 16N. Опросное устройство 12 дополнительно содержит широкополосный источник 18 света, быстродействующий спектрометр 20 и устройство 22 обработки данных. Оптоволоконная сенсорная система 10 может быть использована для обнаружения состояний пожара или перегрева в широком диапазоне применений, включая самолеты и другие транспортные средства. Хотя оптоволоконная сенсорная система 10 описана в настоящей заявке как сенсорная система для измерения температуры, оптоволоконная сенсорная система 10 может быть использована для контроля других параметров, таких как деформация или давление в других вариантах осуществления настоящего изобретения.

[0012] Сенсорные элементы 16a, 16b, … 16N представляют собой оптические сенсорные элементы, которые выступают из оптического ключа 14 для осуществления контроля местонахождения внутри зоны Z1, Z2, … ZM. В целях пояснения сенсорные элементы 16a, 16b, … 16N будут именоваться далее в этом документе как элементы ВБР, хотя другие типы сенсорных элементов могут быть эквивалентно использованы. Аналогично, хотя сенсорные элементы 16a, 16b, … 16N изображены в качестве одиночных волоконно-оптических прядей, соединенных с оптическим ключом 14 только на одном конце (т.е. для измерения преломленного света), другие варианты осуществления могут содержать составные волоконно-оптические пряди для сравнительной интерферометрии или могут быть соединены с оптическим ключом 14 на обоих концах в замкнутом контуре (т.е. для измерения пропущенного света). В представленной системе на основе ВБР каждый сенсорный элемент 16a, 16b, … 16N содержит несколько близко расположенных ВБР, каждой из которых присуща единичная характерная брэгговская длина волны λ1, λ2, … λM, которая может быть использована для различия между сигналами из каждой зоны, как более подробно разъяснено ниже.

[0013] Опросное устройство 12 является опросным устройством ВБР, содержащим широкополосный источник 18 света, быстродействующий спектрометр 20 и устройство 22 обработки данных. Широкополосный источник 18 света, например, может быть источником на основе суперлюминесцентного светоизлучающего диода (ССИД), способного испускать свет с различными длинами волн. Быстродействующий спектрометр 20 является спектрометром, способным осуществлять быструю оценку относительного смещения в брэгговской длине волны (ΔλBB). Конкретные требования к скорости быстродействующего спектрометра 20 будут зависеть от количества оптических сенсорных элементов 16a, 16b, … 16N, а также от требований к скорости взятия замеров оптоволоконной сенсорной системы 10, которые, в свою очередь, могут быть определены исходя из требований безопасности или пожаротушения контролируемых областей или систем. Устройство 22 обработки данных является микропроцессором или другим логическим устройством, сконфигурированным для вычисления изменений температуры (ΔT), связанных с относительными смещениями в брэгговской длине волны (ΔλBB), а также дополнительно сконфигурированным для запуска способа 100 сканирования (который описан ниже относительно фиг. 2). Устройство 22 обработки данных может быть программируемым логическим устройством, таким как многофункциональный компьютер, или устройством обработки с фиксированными функциями.

[0014] Оптический ключ 14 является оптическим ключом 1xN, выполненным с возможностью последовательного присоединения быстродействующего спектрометра 20 к каждому из сенсорных элементов 16a, 16b, … 16N. Более конкретно, оптический ключ 14 является оптическим ключом, выполненным с возможностью последовательного переключения между сенсорными элементами 16a, 16b, … 16N с переменными скоростями, задаваемыми устройством 22 обработки данных. Хотя оптический ключ 14 представлен в качестве структурного блока, представленного отдельно от опросного устройства 12, опросное устройство 12 и оптический ключ 14 могут согласно некоторым вариантам осуществления быть расположены в одном корпусе или выполнены на общей печатной плате.

[0015] Согласно изображенному варианту осуществления каждый сенсорный элемент 16a, 16b, … 16N сконфигурирован таким образом, чтобы обнаруживать изменения температуры в М различных зонах. Как указано выше, каждый сенсорный элемент 16a, 16b, … 16N оборудован ВБР, характеризующейся различной брэгговской длинной волны λB в каждой зоне Z1, Z2, … ZM, тем самым позволяя быстродействующему спектрометру 20 и устройству 22 обработки данных выделять изменения температуры в каждой зоне. Согласно этому варианту осуществления быстродействующий спектрометр 20 идентифицирует M различных значений брэгговской длины волны из каждого сенсорного элемента 16a, 16b, … 16N в соответствии с зонами Z1, Z2, … ZM, а также анализирует относительное смещение для каждого из них (например, Δλ11, Δλ22, … ΔλMM). Устройство 22 обработки может альтернативно или дополнительно осуществлять дифференциацию между каждой зоной Z1, Z2, … ZM исходя из времени прохождения сигнала из каждой зоны к опросному устройству 12. Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения могут воспринимать только одно значение температуры (т.е. только одну зону) посредством каждого сенсорного элемента 16a, 16b, … 16N.

[0016] Оптоволоконная сенсорная система 10 сканирует множество сенсорных элементов 16a, 16b, … 16N, каждый из которых может обслуживать несколько зон Z1, Z2, … ZM. Спектрометр 20 и устройство 22 обработки данных могут выполнять сканирование сенсорных элементов 16a, 16b, … 16N с изменяющимися значениями интенсивности, как описано ниже относительно фиг. 2. Для каждого сканированного сенсорного элемента 16a, 16b, … 16N, а также для каждой сканированной зоны Z1, Z2, ZM устройство 22 обработки данных определяет отклонение в температуре ΔT согласно уравнению 1. ΔT представляет собой изменение значения температуры относительно известного исходного значения температуры Tисходн, следовательно, текущая температура T=Tисходная+ΔT.

[0017] На фиг. 2 представлен способ 100 сканирования, причем согласно способу устройство 22 обработки данных управляет оптическим ключом 14 для осуществления сканирования сенсорных элементов 16a, 16b, … 16N с изменяющимися значениями интенсивности. Во многих системах обнаружения пожара или перегрева недопустимые задержки в обнаружении перегрева или пожара могут привести к возникновению опасных условий, появляющихся до разворачивания устройства для ликвидации пожара или пожаротушения. Следовательно, очень важно, чтобы такие системы характеризовались высокой интенсивностью сканирования опросного устройства для того, чтобы минимизировать временную задержку между последующими проверками каждого сенсорного элемента 16a, 16b, … 16N. Однако из уровня техники хорошо известно, что пространственное и температурное разрешение обратно пропорциональны интенсивности сканирования опросного устройства в распределенных оптоволоконных сенсорных системах. Хотя высокая (быстрая) интенсивность сканирования является необходимой для обеспечения того, что все контролируемые компоненты были быстро опрошены, более высокое разрешение, обеспечиваемое более низкими значениями интенсивности сканирования, может быть необходимо для идентификации и локализации условий пожара или перегрева. Способ 100 сканирования позволяет оптоволоконной сенсорной системе 10 обеспечить высокое пространственное и температурное разрешение в случае необходимости, при этом сохраняя высокое значение нормальной интенсивности сканирования, как описано ниже.

[0018] Устройство 22 обработки данных начинает каждое сканирование сенсорных элементов 16a, 16b, … 16N посредством инициализации номера элемента n=1 (стадия S1), соответствующего сенсорному элементу 16a, и подачи команды быстродействующему спектрометру 20 на осуществление быстрого сканирования соответствующего сенсорного элемента 16a (стадия S2), например посредством посылки светового импульса от опросного устройства 12 через оптический ключ 14 в сенсорный элемент 16a и обратно с частотой 5 Гц. Устройство 22 обработки данных осуществляет оценку температурных изменений, а также положения вдоль сенсорного элемента 16a любых температурных изменений согласно приведенному выше уравнению 1. Указанное быстрое сканирование может быть слишком беглым для обеспечения высокой точности расположения или значения температуры, между тем оно обеспечивает примерное значение температуры T.

[0019] Затем устройство 22 обработки данных осуществляет сравнение обнаруженной температуры T с заданным пороговым значением Tмакс, соответствующим условию возможного перегрева (стадия S3). Согласно некоторым вариантам осуществления устройство 22 обработки данных может также определить изменение в обнаруженной температуре со времени последнего измерения, полученного от сенсорного элемента 16a (т.е. ΔT/Δt=(T-Tпредыдущее)/<временной интервал>), и сравнить это изменение в обнаруженной температуре со вторым пороговым значением ΔTмакс (стадия S4). Если любая из величин превышает соответствующее пороговое значение, устройство 22 обработки данных инициирует медленное сканирование сенсорного элемента 16a, как описано более подробно касательно стадии S8. В противном случае, устройство 22 обработки данных дает приращение n, подает команду на оптический ключ 14 для переключения к следующему сенсорному элементу, а также осуществляет повторения процесса, описанного выше для сенсорных элементов 16b -16N, до тех пор, пока n=N (стадии S5 и S6). При осуществлении быстрого сканирования всех сенсорных элементов 16a, 16b, … 16N (соответствующих n=1 до n=N) устройство 22 обработки данных повторно инициализирует n=1 и повторяет весь способ 100 с самого начала (стадия S7). Посредством тестирования каждого сенсорного элемента 16a, 16b, … 16N с использованием быстрого сканирования оптоволоконная сенсорная система 10 способна обеспечить, по меньшей мере, грубое определение температуры по всем N сенсорным элементам и M зонам за короткие временные рамки, например 5 секунд или менее.

[0020] Пороговые значения Tмакс и ΔTмакс выбирают для того, чтобы запускать медленное сканирование всякий раз, когда условия перегрева могут возникнуть, на основании измерений с ограниченной точностью, выполненных во время быстрого сканирования на стадии S2. Не каждое появление значения T или ΔT/Δt, превышающего соответствующее пороговое значение, будет указывать на случай перегрева или пожара. Если и когда сравнение обнаруженного значения температуры T и/или обнаруженного изменения в температуре ΔT/Δt превышает соответствующее пороговое значение для любого сенсорного элемента 16a, 16b, … 16N (см. стадии S3 и S4), устройство 22 обработки данных прерывает сканирование сенсорных элементов 16a, 16b, … 16N с тем, чтобы подать команду на быстродействующий спектрометр 20 начать медленное сканирование соответствующего сенсорного элемента 16a, 16b, … 16N (стадия S8). Указанное медленное сканирование может занять несколько секунд, а также может предусматривать применение значительно более высокой частоты повторения импульсов (например, 1000 Гц), чем быстрое сканирование на стадии S2, потребляя большее количество времени и энергии. Медленное сканирование на стадии S8 позволяет устройству 22 обработки данных определить температуру T (и/или изменение в температуре ΔT/Δt) с более высокой точностью, чем точность, присущая быстрому сканированию на стадии S2. Кроме того, медленное сканирование на стадии S8 предусматривает большее разрешение времени прохождения положений перегрева или пожара вдоль конкретного сенсорного элемента 16a, 16b, … 16N. Устройство 22 обработки данных может оценить несколько параметров, включая температуру T и изменение температуры ΔT/Δt по сравнению с ожидаемыми значениями для определения того, имеет ли место условие перегрева или пожара (стадия S9), и соответственно для оповещения об опасности перегрева или пожара, в случае необходимости, соответствующую систему ликвидации пожара или пожаротушения (стадия S10).

[0021] Способ 100 позволяет оптоволоконной сенсорной системе 10 осуществлять динамическое переключение между быстрой и медленной интенсивностями сканирования, тем самым поддерживая высокие значения скорости сканирования во время нормального функционирования, а также позволяя осуществить точное измерение температуры и положения событий перегрева или пожара. Быстрое сканирование на стадии S2 обеспечивает измерение температуры с низким разрешением, которое обеспечивает информацию, применимую к общему контролю условий. Устройство 22 обработки данных может быть способно идентифицировать события пожара/перегрева до некоторой величины исходя из указанного быстрого сканирования, но может быть неспособно точно идентифицировать все условия перегрева/пожара. Однако информация, полученная с быстрой интенсивностью сканирования, будет обеспечивать индикацию потенциального возникновения всех условий перегрева/пожара. Это может быть отображено в качестве увеличения абсолютной температуры или в качестве ненормально резкого увеличения значения интенсивности повышения температуры в рамках подверженного воздействию сенсорного элемента. При идентификации потенциального условия пожара или перегрева в любом конкретном элементе интенсивность сканирования опросного устройства будет снижена и оптический ключ будет сконфигурирован для индивидуального обращения к этому элементу (стадия S8). Затем информацию, полученную при более низкой интенсивности сканирования, используют для определения того, существует ли истинное условие перегрева или пожара. После осуществления этой стадии устройство 22 обработки данных снова повышает интенсивность сканирования и продолжает осуществлять последовательный контроль всех элементов.

[0022] Согласно некоторым примерам каждый сенсорный элемент 16a, 16b, … 16N может быть подвергнут медленному сканированию (как описано выше касательно стадии S8) на периодической основе, дополнительно к любому медленному сканированию, которое запущено определениями пороговых значений на стадиях S3 и S4. Эти периодические медленные сканирования обеспечивают точную оценку окружающих условий для каждого сенсорного элемента 16a, 16b, … 16N, который, например, может быть предназначен для целей контроля за состоянием здоровья и пожарной защиты. Согласно одному варианту осуществления каждый полный цикл способа 100 будет включать медленное сканирование одного сенсорного элемента 16a, 16b, … 16N. Первый полный цикл способа 100 может включать запланированное медленное сканирование элемента 16a, например, тогда как второй полный цикл способа 100 может включать запланированное медленное сканирование элемента 16b, причем эта конфигурация повторяется после того, как все N сенсорных элементов будут подвержены медленному сканированию.

[0023] Несмотря на то, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на примерный вариант осуществления (примерные варианты осуществления), специалистам в данной области техники будет понятно, что могут быть выполнены различные изменения, а также замена его элементов эквивалентными элементами без выхода за пределы объема настоящего изобретения. В частности, хотя настоящее изобретение было описано касательно определения температуры, специалисту в данной области техники будет понятно, что способ 100 может аналогичным образом быть применен к системам, которые измеряют давление, деформацию или другие величины, для измерения которых могут быть использованы оптоволоконные сенсоры. Хотя сенсорные элементы 16a, 16b, … 16N были описаны в качестве сенсорных элементов на основе ВБР, другие типы сенсорных элементов могут быть альтернативно применены с соответствующими изменениями в математических моделях, используемых устройством 22 обработки данных. Кроме того, многочисленные модификации могут быть выполнены с тем, чтобы адаптировать конкретную ситуацию или материал к идеям настоящего изобретения без выхода за пределы объема его сущности. Следовательно, предполагается, что изобретение не ограничено раскрытыми конкретным вариантом осуществления (вариантами осуществления), но изобретение будет содержать все варианты осуществления, попадающие в объем приложенной формулы изобретения.

1. Способ обнаружения опасной ситуации для оптоволоконной сенсорной системы, причем способ обнаружения опасной ситуации включает этапы, на которых:
проводят быстрое сканирование множества волоконно-оптических сенсорных элементов с использованием опросного устройства с источником света, спектрометром и устройством обработки данных;
вычисляют первое значение параметра окружающей среды для каждого волоконно-оптического сенсорного элемента из спектрографических данных, собранных посредством опросного устройства во время быстрого сканирования;
сравнивают первое значение параметра окружающей среды с первым пороговым значением для каждого волоконно-оптического сенсорного элемента;
проводят медленное сканирование с высоким разрешением текущего волоконно-оптического сенсорного элемента в ответ на первое значение параметра окружающей среды, превосходящее первое пороговое значение; и
передают сигнал тревоги в случае, если медленное сканирование с высоким разрешением текущего волоконно-оптического сенсорного элемента указывает на опасную ситуацию.

2. Способ обнаружения опасной ситуации по п.1, отличающийся тем, что параметр окружающей среды является температурой.

3. Способ обнаружения опасной ситуации по п.2, отличающийся тем, что опасная ситуация является случаем пожара или перегрева.

4. Способ обнаружения опасной ситуации по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает этапы, на которых:
вычисляют второе значение параметра окружающей среды для каждого волоконно-оптического сенсорного элемента из спектрографических данных, собранных опросным устройством во время быстрого сканирования;
сравнивают второе значение параметра окружающей среды со вторым пороговым значением для каждого волоконно-оптического сенсорного элемента; и
проводят медленное сканирование с высоким разрешением текущего волоконно-оптического сенсорного элемента в ответ на второе значение параметра окружающей среды, превосходящее второе пороговое значение.

5. Способ обнаружения опасной ситуации по п.4, отличающийся тем, что второе значение параметра окружающей среды является изменением в значении параметра окружающей среды со времени последнего измерения.

6. Способ обнаружения опасной ситуации по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает определение местонахождения опасной ситуации исходя из показаний текущего волоконно-оптического сенсорного элемента.

7. Способ обнаружения опасной ситуации по п.6, отличающийся тем, что определение местонахождения опасной ситуации предусматривает идентификацию расстояния от опросного устройства до местонахождения опасной ситуации при помощи измерения времени прохождения, выполненного во время медленного сканирования с высоким разрешением.

8. Способ обнаружения опасной ситуации по п.6, отличающийся тем, что волоконно-оптический сенсорный элемент содержит множество волоконных брэгговских решеток (ВБР) с единичными значениями характерной брэгговской длины волны, и при этом определение местонахождения опасной ситуации предусматривает идентификацию характерной брэгговской длины волны ВБР в местонахождении опасной ситуации.

9. Способ обнаружения опасной ситуации по п.1, отличающийся тем, что первое пороговое значение выбирают для запуска медленного сканирования с высоким разрешением для диапазонов первого значения параметра окружающей среды, соответствующих возможной опасной ситуации.

10. Способ обнаружения опасной ситуации по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно включает периодическое проведение медленного сканирования с высоким разрешением каждого волоконно-оптического сенсорного элемента.

11. Оптоволоконная сенсорная система, содержащая:
опросное устройство с источником света и спектрометром;
множество волоконно-оптических сенсорных элементов;
оптический ключ, сконфигурированный для последовательного присоединения опросного устройства к каждому элементу из множества волоконно-оптических сенсорных элементов; и
устройство обработки данных, сконфигурированное для вычисления значений параметра окружающей среды из спектроскопического анализа при помощи спектрометра света, преломленного от каждого элемента из множества волоконно-оптических сенсорных элементов;
отличающаяся тем, что устройство обработки данных сконфигурировано для управления оптическим ключом для выполнения сканирования каждого волоконно-оптического сенсорного элемента с быстрой интенсивностью сканирования для вычисления грубого значения параметра окружающей среды и, если грубое значение параметра окружающей среды для конкретного волоконно-оптического сенсорного элемента превышает первое пороговое значение, для выполнения сканирования указанного волоконно-оптического сенсорного элемента с низкой интенсивностью сканирования для вычисления точного значения параметра окружающей среды.

12. Оптоволоконная сенсорная система по п.11, отличающаяся тем, что устройство обработки данных дополнительно сконфигурировано для передачи сигнала тревоги в случае, если точное значение параметра окружающей среды превышает второе пороговое значение.

13. Оптоволоконная сенсорная система по п.11, отличающаяся тем, что значения параметров окружающей среды являются значениями температуры, грубое значение параметра окружающей среды является грубым значением температуры, и точное значение параметра окружающей среды является точным значением температуры.

14. Оптоволоконная сенсорная система по п.11, отличающаяся тем, что устройство обработки данных дополнительно сконфигурировано для передачи сигнала тревоги о перегреве или пожаре, если точное значение температуры превышает второе пороговое значение.

15. Оптоволоконная сенсорная система по п.11, отличающаяся тем, что каждый элемент из множества волоконно-оптических сенсорных элементов содержит множество волоконных брэгговских решеток (ВБР) с отличными значениями единичной брэгговской длины волны.

16. Оптоволоконная сенсорная система по п.15, отличающаяся тем, что каждая отличная единичная брэгговская длина волны связана с единичной зоной, зондируемой по меньшей мере одним из волоконно-оптических сенсорных элементов.

17. Оптоволоконная сенсорная система по п.15, отличающаяся тем, что устройство обработки данных дополнительно сконфигурировано для идентификации местонахождения, связанного с каждым значением параметра окружающей среды, исходя из отличной единичной брэгговской длины волны ВБР в указанном местонахождении.

18. Оптоволоконная сенсорная система по п.11, отличающаяся тем, что устройство обработки данных дополнительно сконфигурировано для идентификации местонахождения, связанного с каждым значением параметра окружающей среды, исходя из измерений времени прохождения света, преломленного от волоконно-оптических сенсорных элементов.

19. Оптоволоконная сенсорная система по п.11, отличающаяся тем, что устройство обработки данных дополнительно сконфигурировано для сканирования волоконно-оптического сенсорного элемента с низкой интенсивностью сканирования в случае, если изменение грубого значения параметра окружающей среды со времени последнего измерения грубого параметра окружающей среды превышает третье пороговое значение.

20. Оптоволоконная сенсорная система по п.11, отличающаяся тем, что устройство обработки данных является частью опросного устройства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для мониторинга приборов и элементов мощных систем электроэнергетики. Заявлен волоконно-оптический измеритель температуры, содержащий расположенные по ходу излучения источник света, входное оптическое волокно, датчик, выходное оптическое волокно, фотоприемник, электронную систему индикации выходного оптического сигнала.

Изобретение относится к использованию оптоволоконных систем измерения температуры и может быть использовано в скважинах с водородной средой. Техническим результатом является обеспечение возможности работы волоконно-оптического датчика в условиях с более высокой температурой и повышение надежности его работы в течении всего срока службы.

Изобретение относится к технике оптических измерений и может быть использовано для измерения параметров физических полей (температура) с помощью оптических датчиков.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для создания распределительных систем измерения температуры и деформации. Бриллюэновская система для отслеживания температуры и деформации содержит одно- или двухстороннее волокно с множеством волоконных брэгговских решеток (ВБР) на разных длинах волн и лазерную систему с задающей накачкой, настраиваемую в диапазоне существенно большем, чем бриллюэновский сдвиг.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при измерении параметров в расплавленных массах. Заявленное устройство предназначено для измерения температуры в массах расплавленного металла или расплавленного криолита, имеющих температуру плавления выше 500°С.

Группа изобретений относятся к исследованиям скважин и может быть использована для мониторинга внутрискважинных параметров. Техническим результатом является оптимизация, автоматизация, повышение эффективности процесса добычи нефти, в т.ч.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для измерения температуры в зонах с сильными электромагнитными помехами, в зонах повышенной взрыво-пожароопасности и в других условиях, где недопустимо применение стандартных электронных средств контроля температурного состояния.

Изобретение относится к оптоволоконному датчику для измерения температуры и деформации в продольном направлении измерительного волокна. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры и/или напряжения в процессе непрерывной разливки. .

Изобретение относится к измерительной технике и, более конкретно, к интерференционным датчикам температуры. .

Изобретение относится к области распределенных измерений, а именно к распределенным датчикам акустических и вибрационных воздействий. В распределенном датчике акустических и вибрационных воздействий, содержащем чувствительный элемент в виде волоконно-оптического кабеля и оптически соединенный с ним через оптический интерфейс когерентный фазочувствительный оптический рефлектометр, содержащий оптически соединенные с интерфейсом источник периодической последовательности оптических импульсов и приемник рассеянного излучения с фотодетектором, предназначенный для преобразования рассеянного оптического излучения в электрический сигнал, подаваемый в блок обработки, причем источник периодической последовательности оптических импульсов и блок обработки электрически соединены с блоком управления и синхронизации, а источник периодической последовательности оптических импульсов и/или приемник рассеянного излучения выполнен многоканальным с числом каналов не менее двух и с возможностью регистрации рефлектограмм, формирующихся в каждом из каналов, приемник рассеянного излучения содержит неравноплечный интерферометр Маха-Цендера или Майкельсона с фарадеевскими зеркалами, при этом интерферометр имеет не менее двух выходных каналов, каждый из которых соединен с фотодетектором, а блок управления и синхронизации выполнен с возможностью обеспечения разделения и независимой обработки сигналов с каждого из выходных каналов интерферометра.

Изобретение относится к волоконно-оптическому распределенному акустическому измерению для регистрации P- и S-волн в твердой среде. Распределенного акустического измерения можно добиться с использованием немодифицированной волоконной оптики, запуская оптические импульсы в волокно и регистрируя излучение, которое испытывает рэлеевское обратное рассеяние, оттуда.

Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта содержит непрерывный полупроводниковый лазер, оптический модулятор, предназначенный для формирования периодической последовательности прямоугольных импульсов длительностью в диапазоне от 50 нс до 500 нс и частотой следования от 200 Гц до 50 кГц, чувствительный элемент в виде волоконно-оптического кабеля, узел ввода оптического излучения в чувствительный элемент и вывода рассеянного излучения, фотоприемник, предназначенный для преобразования рассеянного оптического излучения в электрический сигнал, и узел обработки сигнала с процессором, при этом непрерывный полупроводниковый лазер снабжен брэгговским селективным отражателем с возможностью сужения полосы непрерывного излучения лазера до уровня менее 100 кГц, а оптический модулятор выполнен в виде акустооптического модулятора на бегущей акустической волне с возможностью формирования периодической последовательности прямоугольных импульсов с коэффициентом гашения К≥10×lg(T×f), где Т - длительность импульса, f - частота следования.

Изобретение относится к датчикам с воздействием на передающую способность оптического волокна. Датчик содержит корпус, внутри которого размещен оптоволоконный чувствительный элемент, способный изменять характеристики излучения, распространяющегося в световоде, в зависимости от деформации.

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для регистрации вибраций, шумов и акустических сигналов. .

Изобретение относится к устройствам измерения распределения деформации, использующим в качестве чувствительного элемента оптическое волокно. .

Изобретение относится к оптоволоконному датчику для измерения температуры и деформации в продольном направлении измерительного волокна. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры и/или напряжения в процессе непрерывной разливки. .

Изобретение относится к информационно-измерительной технике и может быть использовано для вибродиагностики сооружений, обнаружения несанкционированных воздействий на объекты, охраны периметров и обнаружения утечек газа или жидкости из трубопроводов.

Изобретение относится к области мониторинга деформации и термических процессов с использованием контрольно-измерительных систем на основе волоконных брэгговских решеток.

Изобретение относится к устройствам контроля грунта, использующим для оценки состояния грунта измерения распределения деформации волоконно-оптического чувствительного элемента, связанного с грунтом. Изобретение позволяет выявлять и определять местоположение таких опасных для сооружений явлений, как разжижение грунта, вымывание грунта или эрозию грунта, которые приводят к потери механической связи чувствительного к деформации сенсорного кабеля с грунтом. Устройство для измерения распределения деформаций грунта и контроля его разжижения, и/или вымывания, и/или дефляции содержит сенсорный оптический кабель, чувствительный к деформации по всей своей длине и связанный механически с грунтом, измерительный блок, связанный с кабелем. Устройство снабжено закрепленными на кабеле пригрузами, провисание которых в случае разжижения, и/или вымывания, и/или дефляции грунта вызывает расчетную деформацию кабеля, регистрируемую измерительным блоком. Техническим результатом изобретения является возможность выявления и определения местоположения таких явлений, как разжижение грунта, вымывание грунта или эрозия грунта. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх