Устройство сбора информации о величинах динамических воздействиях на гибкие конструкции и состояние концевых оптоволоконных извещателей



Устройство сбора информации о величинах динамических воздействиях на гибкие конструкции и состояние концевых оптоволоконных извещателей
Устройство сбора информации о величинах динамических воздействиях на гибкие конструкции и состояние концевых оптоволоконных извещателей
Устройство сбора информации о величинах динамических воздействиях на гибкие конструкции и состояние концевых оптоволоконных извещателей
H04B10/25 - Передающие системы, использующие потоки корпускулярного излучения или электромагнитные волны, кроме радиоволн, например световые, инфракрасные (оптические соединения, смешивание или разделение световых сигналов G02B; световоды G02B 6/00; коммутация, модуляция и демодуляция светового излучения G02B,G02F; приборы или устройства для управления световым излучением, например для модуляции, G02F 1/00; приборы или устройства для демодуляции, переноса модуляции или изменения частоты светового излучения G02F 2/00; оптические мультиплексные системы H04J 14/00)
G01D5/3537 - Передача выходного сигнала от датчика с использованием механических средств; средства преобразования выходного сигнала датчика в другую переменную величину, если форма или вид датчика не препятствуют средству преобразования; преобразователи, специально не предназначенные для особых переменных величин (G01D 3/00 имеет преимущество; средства, предназначенные специально для устройств, замеряющих не мгновенные, а некоторые другие значения переменной величины, G01D 1/00; датчики, см. соответствующие подклассы, например G01,H01; для преобразования только тока или только напряжения в механическое смещение G01R 5/00; специально предназначенные для высоковольтных или сильноточных измерительных устройств G01R 15/04, G01R 15/14; измерение тока или напряжения с использованием цифровой

Владельцы патента RU 2648008:

ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "АВТОМАТИКА - С" (ООО НПП "Автоматика-С") (RU)

Изобретение относится к оптоволоконной технике. Устройство содержит станционную часть, оптоволоконный транспортный кабель, соединенный оптическим контактом с рефлектометром одним концом, а вторым концом соединенный со сплиттером, используемым для разветвления и продолжения транспортировки энергии зондирующих импульсов к чувствительным частям оптической схемы устройства, регулировочные оптические катушки, сплиттеры транспортной части оптической схемы; сплиттеры, предназначенные непосредственно для образования оптического кольца чувствительной части устройства, и концевые оптоволоконные извещатели. Ответвленные транспортные части устройства на части сплиттеров и отрезков транспортного кабеля производят разделение энергии зондирующего импульса до необходимого уровня мощности в целях обеспечения величины сигналов отражений от чувствительной части оптической схемы устройства в номинальном диапазоне от шкалы измерений приемного устройства, а также производят доставку энергии лазерного импульса к месту подключения сплиттеров, образующих оптические кольца чувствительной части оптической схемы устройства и формирующие сигналы возвращения зондирующего импульса. Технический результат заключается в обеспечении возможности использования в качестве основного носителя информации сигнала отражения или возвращения, использующего малую часть мощности зондирующего импульса. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Область техники

Предлагаемое изобретение относится к оптоволоконной технике, а именно к системам охраны оптико-волоконным. Изобретение относится к комбинированным многозонным оптоволоконным сигнализационным средствам охраны периметров малых и протяженных объектов совместно с концевыми оптоволоконными извещателями (далее - КОИ) и основано на использовании высокочувствительного эффекта зависимости фазовых, фазово-поляризационных, амплитудных и частотных характеристик величины возвращаемых сигналов, образованных при прохождении части энергии зондирующего короткого импульса лазерного излучения через оптическое волокно в прямом направлении к искусственным отражателям и в обратном направлении от них, модулированных физическими воздействиями на чувствительную часть искусственных отражателей, а также сигналов от концевых оптоволоконных извещателей, принцип работы которых основан на использовании свойств оптического волокна изменять пропускную способность к прохождению зондирующего лазерного излучения в зависимости от геометрической формы оптического волокна, изменяемого рабочим органом КОИ.

Сбор информации от возвращаемых сигналов с контролируемых зон о величинах динамического воздействия на заграждения и положениях рабочих органов КОИ производится при помощи устройства обработки информации, рефлектометра и разветвленной на сплиттерах оптоволоконной кабельной сети. Дальность размещения контролируемых зон и КОИ в каждом направлении может достигать 25000 м и более, при обеспечении требуемой величины энергии зондирующего импульса, отводимого к контролируемым зонам и КОИ.

КОИ может быть использован в системах охранной сигнализации, кнопок тревожно-вызывной сигнализации, состояния датчиков положения ворот и калиток периметров малых и протяженных территорий, положения крышек люков колодезного пространства, а также состояния дверей сооружений и помещений, датчиков положения решеток водопропусков, сигнализации, состояния стен на наличие трещин, разрушений и проломов, датчиков уровней жидкостей, датчиков предельного давления и др. без использования электрической энергии на расстоянии от 100 до 50000 метров, в том числе применение КОИ во взрывоопасных средах, в условиях 100% влажности, повышенной загазованности и пыли, при работе в воде, включая фекальные стоки, в условиях повышенной радиации, в условиях исключающих возможность применения электрических приборов, в условиях электромагнитных помех высокой мощности.

Уровень техники

Из уровня техники известны конструкции устройств, использующие оптоволокно для регистрации состояния различных систем (см., например, RU 2599527 С1, 10.10.2016).

Недостатками данной конструкции является отсутствие возможности проводить восстановление распределения фазы оптического сигнала вдоль кабеля, что снижает точность измерения воздействия и определение точного места воздействия на оптоволоконный кабель.

Раскрытие изобретения

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, заключается в том, что:

- обеспечивается возможность использования в качестве основного носителя информации сигнала отражения или возвращения, использующего малую часть мощности зондирующего импульса, в зависимости от применяемого приемопередающего устройства;

- обеспечивается возможность гарантированного получения четких сведений о сигнале отражения, зависящего от положения рабочего органа КОИ;

- обеспечение возможности использования ответвителей различной степени ответвления, различного количества ответвлений и типов в качестве основного устройства разделения и объединения сигналов частей зондирующих импульсов и сигналов отражения или возвращения;

- обеспечение возможности получения результата в широких пределах ответвления части мощности зондирующего импульса, при обеспечении величины мощности отражения или возвращения, не достигающих пределов насыщения входного усилителя приемного устройства рефлектометра (оптимально в диапазоне от 25% до 75% от шкалы преобразователя);

- обеспечение регистрации виброакустических воздействий на ЧЭ и конструкции, на которых он закрепляется;

- обеспечение регистрации воздействий в широком диапазоне, включая, например, воздействия характерные для нарушений, создаваемых стандартным нарушителем при попытках преодоления гибких заграждений различными способами преодоления;

- обеспечение разграничения типов воздействий, создаваемых помеховыми факторами и стандартным нарушителем в широком диапазоне величины постоянных помеховых факторов и действий нарушителя при преодолении гибких заграждений;

- обеспечение возможности наращивания одним приемопередающим устройством произвольного числа зон контроля, произвольной длины (размеров), произвольной дальности их расположения, произвольной геометрической конфигурации, произвольной топологии (линейное расположение, звезда или комбинировано), ограниченной только пределами номинального значения величины ответвляемой мощности лазерного излучения, максимальной длиной контролируемой зоны, длиной транспортного кабеля и временным распределением возвращаемых сигналов;

- возможность последовательного наращивания размеров и количества контролируемых зон системы без остановки работы сигнализационного средства;

- обеспечение возможности использования в качестве транспорта одной или нескольких жил одномодового волоконно-оптического кабеля;

- обеспечение возможности определения места воздействия в пределах отдельной контролируемой зоны с допустимой погрешностью при организации не менее двух встречно включенных зон на одном рубеже охраны;

- обеспечение снижения суммарного объема затрат за счет использования более простых и более дешевых компонентов, а также за счет упрощения монтажных и наладочных работ с применением компонентов заводского изготовления;

- возможность выделения одновременно в одной системе динамических и статических характеристик объекта;

- возможность регулирования величины отбираемой мощности для оптимизации чувствительности кабеля-датчика и ограничения величины мощности возвращаемых сигналов ниже уровня насыщения приемного устройства.

- возможность использования метода уплотнения информации без изменения основного назначения в работе оборудования для повышения скорости обработки, качества и количества данных о полезной части информации;

- возможность использования простых и дешевых средств диагностики волоконно-оптических линий связи (рефлектометров) с открытыми протоколами передачи данных на верхний уровень (компьютер);

Кроме того, с указанным выше техническим результатом одновременно, обеспечивается:

возможность использования более простых (и соответственно более дешевых) оптоэлектронных блоков генерации и регистрации потока импульсов излучения и отражения (возвращения);

возможность использования в системе в качестве транспортной части одной или нескольких жил одномодового кабеля;

возможность совмещения в одном кабеле и в одной жиле функций транспортной части и функций чувствительного элемента;

возможность использования в системе зон контроля, удаленных на значительные расстояния (например, 50 км) и связанные с системой при помощи собственной или независимой транспортной линии по одной или нескольким жилами одномодового кабеля;

возможность «наращивания» числа контролируемых зон в любом месте транспортной части системы без прерывания функционирования уже имеющихся участков (зон) контроля, при достаточной мощности ответвления части зондирующего импульса;

возможность определения места воздействия в пределах отдельной контролируемой зоны с допустимой погрешностью при организации не менее двух встречно включенных зон на одном рубеже охраны;

возможность организации дублирующих зон контроля в одном кабеле, обеспечивающем функционирование системы при обрыве ЧЭ или транспортного кабеля;

использование в системе в качестве идеального и стабильного зеркального отражателя «возвращателя(ей)» в виде оптически замкнутых концов сплиттера или схемы возвращения сигнала зондирующего импульса, основанного на применении сплиттеров и\или системы сплиттеров, возвращающих лазерный импульс обратно через волокно ЧЭ в транспортную часть;

однотипность применяемых средств (модульный принцип формирования системы) заводской готовности. Более простые средства монтажа и обслуживания;

возможность выделения одновременно в одной системе динамических и статических характеристик объекта;

возможность использования метода уплотнения информации без изменения основного назначения в работе оборудования в целях:

- многократного повышения количества данных о полезной части информации;

- многократного повышения частоты опроса данных рефлектометрии;

- возможности использования самых простых и дешевых средств диагностики волоконно-оптических линий связи (рефлектометров);

- увеличения дальности размещения и количества контролируемых зон.

Эти задачи решаются путем создания устройства сбора информации о динамических воздействиях на гибкие конструкции с чувствительным элементом из одномодового волокна волоконно-оптического кабеля и статической информации о положении рабочего органа волоконно-оптических датчиков с использованием рефлектометрического метода измерения, содержащее станционную часть, в качестве которой выступает приемно-передающий блок, состоящий из вычислительного устройства и как минимум с одним оптическим рефлектометром, оптоволоконный транспортный кабель, предназначенный для транспортировки энергии зондирующих лазерных импульсов в прямом и обратном направлении, соединенный оптическим контактом с рефлектометром одним концом, а вторым концом соединенный с сплиттером, используемым для разветвления и продолжения транспортировки энергии зондирующих импульсов к чувствительным частям оптической схемы устройства; регулировочные оптические катушки (аппаратные линии задержки), предназначенные для регулировки чувствительности отдельных частей устройства и регулирования времени возвращения сигналов отражения на вход приемного устройства, сплиттеры транспортной части оптической схемы, предназначенные для продолжения транспортировки частей энергии зондирующего импульса к следующим сплиттерам для последующего ответвления к чувствительной части устройства; сплиттеры, предназначенные непосредственно для образования оптического кольца чувствительной части устройства, и концевые оптоволоконные извещатели, отличающегося тем, что ответвленные транспортные части устройства на части сплиттеров и отрезков транспортного кабеля производят разделение энергии зондирующего импульса до необходимого уровня мощности в целях обеспечения величины сигналов отражений от чувствительной части оптической схемы устройства в номинальном диапазоне от шкалы измерений приемного устройства, а также производят доставку энергии лазерного импульса, к месту подключения сплиттеров, образующих оптические кольца чувствительной части оптической схемы устройства и формирующие сигналы возвращения зондирующего импульса к приемному устройству, время поступления которого на вход приемного устройства зависит от длины транспортной части и длины чувствительной части, включая длину регулировочных катушек из оптического волокна, при этом величина изменения сигнала отражения зависит от степени затухания уровня сигнала в оптическом волокне, степени деления энергии зондирующего импульса в транспортной части устройства, величины сдвига фаз возвращаемых сигналов от чувствительной части устройства, связанной с разностью формы и длины путей движения импульсов в волокне во встречном направлении в оптическом кольце чувствительной части к месту оказания воздействия, динамика изменения величины сигнала отражения соответствует величине и характеру упругой деформации чувствительной части устройства возникающего от динамического воздействия нарушителя на конструкцию, на которой закреплена чувствительная часть устройства.

Во всех заявленных решениях чувствительность оптических колец к механическим воздействиям максимальна в начале оптического кольца, любого направления и нечувствительна на самом дальнем конце оптического кольца или в середине кольца, причем чувствительность оптического кольца постепенно снижается от начала кольца к середине чувствительной части, зависит от характеристик применяемого оборудования и регулируется общей длиной кольца чувствительной части устройства.

В другом из вариантов заявленного решения регулирование чувствительности оптических колец к механическим воздействиям производится установкой дополнительной катушки из того же оптического волокна в конце кольца, обеспечивая равную чувствительность обоих плеч кольца в начале, в месте их присоединения к сплиттеру.

В другом из вариантов заявленного решения регулирование чувствительности оптических колец к механическим воздействиям производится установкой дополнительной катушки из того же оптического волокна в начале одного из плеч кольца, обеспечивая большую чувствительность другого плеча, присоединенного к сплиттеру.

В другом из вариантов заявленного решения оптические волокна чувствительной части устройства каждого контролируемого участка образованы из двух встречно-направленных оптических колец, использующих разные оптические жилы в двух волоконно-оптических кабелях и позволяющих по соотношению сигналов двух колец вычислять с допустимой погрешностью место оказания воздействия на конструкцию внутри контролируемой зоны.

В другом из вариантов заявленного решения транспортная часть оптической схемы образует древовидную структуру с одним оптическим выходом к рефлектометру и множествам выходов к чувствительным элементам, позволяющим определять место оказания воздействия на конструкцию, превышающего допустимые значения, с точностью до размеров контролируемых участков.

В другом из вариантов заявленного решения транспортная часть оптической схемы образует древовидную структуру с двумя транспортными ветвями разной длины, поступающими на входы общих чувствительных элементов, обеспечивая возможность дублирования транспортной части устройства.

В другом из вариантов заявленного решения транспортная часть оптической схемы образует древовидную структуру с двумя оптическими выходами к рефлектометрам, поступающим на входы общих чувствительных элементов, обеспечивая возможность дублирования станционной и транспортной части устройства.

В другом из вариантов заявленного решения оптические волокна транспортной части устройства частью конструктивно проходят в волоконно-оптических кабелях чувствительной части устройства, а частью в отдельных кабелях.

В другом из вариантов заявленного решения волокна плеч оптических колец чувствительной части устройства конструктивно проходят в волоконно-оптических кабелях, расположенных на разных частях заграждения.

В другом из вариантов заявленного решения адресация и присвоение условных номеров чувствительным частям устройства производится вычислительным устройством на основании времени прихода возвращенных сигналов от середины колец чувствительных элементов на вход приемного устройства.

В другом из вариантов заявленного решения в любой точке подключения чувствительной части устройства могут подключаться и концевые оптоволоконные извещатели, способные изменять свои отражательные свойства в зависимости от положения рабочего органа.

Таким образом, заявляемое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет обеспечить возможность достижения каждого из приведенных выше технических результатов.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен пример прохождения импульса за определенный период времени.

На фиг. 2 представлено положение чувствительной части датчика - радиус изгиба волокна менее критического значения, при котором зондирующий импульс, достигая места изгиба волокна, проникает в оболочку волокна и поглощается в ней, в результате чего не образуется сигнал отражения.

На фиг. 3 показан фрагмент оптической принципиальной схемы изобретения без дублирования чувствительных частей устройства.

На фиг. 4 показан фрагмент оптической принципиальной схемы изобретения с дублированием чувствительных частей устройства.

Осуществление изобретения

Описываемое устройство сбора информации о динамических воздействиях на гибкие конструкции с чувствительным элементом из одномодового волокна волоконно-оптического кабеля и статической информации о положении рабочего органа концевых оптоволоконных извещателей с использованием рефлектометрического метода измерения относится к техническим средствам охраны, построенным на применении в качестве чувствительного элемента системы стандартного одномодового оптического кабеля с зональной организацией рубежей охраны с возможностью определения места нарушения до размеров зоны, секторов на границе соприкосновения зон или более точно внутри зоны с допустимой погрешностью. Указанное средство может работать в условиях повышенных промышленных помех и природных воздействий и предназначено для охраны территорий с периметрами (охраняемыми рубежами) общей протяженностью от 100 м до 50 км, обустроенных гибкими сетчатыми заграждениями, с козырьками и навершием из армированной колючей ленты или на заграждениях, обустроенных частично гибкими и упругими частями. Предлагаемое техническое решение построено с применением стандартного типового оборудования, применяемого в оптоволоконной технике и специального программного обеспечения.

Для понимания сущности изобретения ниже приведено описание перечня используемых терминов.

Возвращатель - это оптическая схема, разделяющая не менее чем на две части мощность зондирующего импульса и образующая не менее чем два равной длины встречно-направленных пути следования частей зондирующих импульсов, проходящих через одни и те же волокна и элементы схемы и сходящихся при следовании в обратном направлении к приемному устройству в точке их начального разделения. Возвращатель обеспечивает передачу в обратном направлении (возвращение) сигналов частей зондирующих импульсов и их сложение. Возвращатель может быть использован в качестве идеального отражателя путем сварки или соединения между собой выходных оптических волокон ответвителя (второе значение возвращателя - «искусственный отражатель» или «идеальное зеркало»).

Сигнал возвращения - это часть энергии зондирующего импульса, образованного оптической схемой «Возвращатель».

Сигнал отражения - это энергия импульса, образованного путем отражения части энергии зондирующего импульса от существенных неоднородностей оптического волокна, отражающих устройств (зеркал) или от торцов оптического волокна и соединителей. В тексте применяется наравне с «сигналом возвращения».

Сигнал рассеяния - это энергия импульса, образованного путем отражения части энергии зондирующего импульса от неоднородностей оптического волокна. В тексте применяется наравне с «Релеевским сигналом рассеяния».

Сплиттер, или ответвитель - это оптическое устройство, обеспечивающее разделение на части мощности проходящего через него излучения в соответствии с заданным в характеристиках отношении. Направление излучения, проходящего через сплиттер - двустороннее. Ответвители бывают Y-образные, X-образные и многоразветвленные.

Чувствительный элемент - отрезок одномодового кабеля возвращателя, закрепляемого на конструкции (например, ограждении охраняемого объекта), обеспечивающий в комплекте с оборудованием избирательную чувствительность к физическим воздействиям оказываемых на сам ЧЭ или конструкции на которых он закреплен.

Зона - часть оптической схемы с ЧЭ, установленного на заграждении, образующего замкнутый путь прохождения сигналов зондирующего импульса и сигналов отражения (возвращения).

Транспортный кабель - отрезок одномодового кабеля, в значительной мере нечувствительный к физическому воздействию на него или на конструкцию, на которой он закреплен или уложенный в грунт, обеспечивающий доставку энергии сигналов зондирующего импульса на вход сплиттера к чувствительному элементу и передачу возвращенных сигналов от сплиттера на вход приемного устройства.

Рефлектометр - устройство, генерирующее с заданным периодом, длительностью и мощностью зондирующие лазерные импульсы в оптическое волокно и принимающее по тому же кабелю (жиле) на встроенном приемном устройстве, последовательно поступающие сигналы Релеевского рассеяния от неоднородностей оптического волокна и сигналы отражения, возвращенные от существенных неоднородностей и искусственных отражателей. Принимаемые сигналы преобразуются в цифровой код, обрабатываются и передаются на верхний уровень для отображения и дальнейшей обработки.

Помеховые факторы - внешние физические воздействия, оказываемые на ЧЭ или конструкции, на которых он закреплен, ограниченной величины в любом сочетании. К помеховым факторам можно отнести погодные условия (ветер, дождь, снег, солнце, град), звуковое давление, движение техники до определенного расстояния и дальности и т.п.

Предлагаемое оптоволоконное многозонное сигнализационное средство охраны периметров малых и протяженных объектов, как и описанные прототипы, основано на использовании высокочувствительного эффекта зависимости фазовых, фазово-поляризационных, амплитудных и частотных характеристик величины возвращаемых сигналов, образованных при прохождении части зондирующего импульса лазерного излучения через оптическое волокно в прямом и обратном направлении, от физических воздействий (например механических), оказываемых на него.

В качестве носителя полезной информации в предлагаемом устройстве используется энергия сигналов отражения или возвращения частей зондирующего импульса, поступающего на приемное устройство. В качестве чувствительного элемента служит отрезок стандартного одномодового волокна, встроенного в оптическую схему возвращателя.

В предлагаемом устройстве используется рефлектометрический метод получения сигналов отражения с целью определения их динамических свойств. Сигналы отражения или возвращаемые сигналы поступают на вход приемного устройства последовательно и разделяются между собой по времени поступления в приемное устройство.

Идентификация (адресация) сигналов возвращения (отражения) от чувствительных элементов и оптических датчиков осуществляется однозначным соответствием между дальностью размещения чувствительного элемента и временем поступления сигнала отражения на вход приемного устройства. При построении системы учитываются длительность сигнала зондирующего импульса, линейные размеры чувствительных элементов и транспортного кабеля, с целью предотвращения конкуренции (наложения) возвращаемых сигналов во времени.

Сигналы отражения или возвращения формируются в результате прохождения зондирующего импульса через разветвленную оптическую схему, на ответвлениях которой размещены чувствительные элементы, состоящие из стандартного одномодового оптоволоконного кабеля, образующего в оптической цепи равнозначные встречно направленные пути прохождения части энергии зондирующего импульса, сходящихся в обратном направлении на сплиттере, как это показано на примерах на фигурах 1-4.

Чувствительность метода определяется методом построения оптической системы, обеспечивающей получение на приемном устройстве отчетливо выраженной интерференционной картины, изменение фазы которой соответствуют величине и характеру физического воздействия на чувствительный элемент, значительно отличающейся от картины помехового фона.

Метод построения оптической системы заключается в образовании замкнутых оптических контуров, обеспечивающих оптическое усиление динамических свойств возвращаемых сигналов. Оптическое усиление возвращаемых сигналов, соответствующих силе воздействия на волокно, обеспечивается за счет образования встречно-направленного пути прохождения разделенного зондирующего импульса таким образом, чтобы они складывались на сплиттере, с которого производилось разветвление исходного импульса и интерферировали между собой, (см., например, фиг. 1).

Система работает следующим образом. Зондирующий импульс фиг. 1 поз. 6 поступает от генератора лазерного излучения фиг. 1 поз. 1 в транспортную часть системы фиг. 1 поз. 2. В месте установки чувствительного элемента часть мощности зондирующего импульса ответвляется на сплиттере фиг. 1 поз. 3, обеспечивая дальнейшую транспортировку мощности зондирующего импульса к другим зонам. Далее часть мощности зондирующего импульса поступает на вход сплиттера фиг. 1 поз. 4 (при использовании сплиттеров на несколько ответвлений разделение импульса могут выполняться на сплиттерах, как это показано на примере фиг. 2 поз. 5 и т.п.). Далее по двум ветвям чувствительного элемента фиг. 1 поз. 7 и поз. 8 разделенные части зондирующего импульса движутся во встречном направлении и достигают конца чувствительного элемента, проходят друг сквозь друга без взаимодействия и затем поступают на вход сплиттера в обратном направлении. После сплиттера разделенные сигналы складываются (интерферируют между собой) и следуют вместе в направлении приемного устройства.

При отсутствии динамических воздействий на чувствительный элемент пути следования разделенных импульсов практически равны и не оказывают существенного влияния на длительность прохождения импульсов по чувствительному элементу, включая ветви сплиттера (не считая незначительное влияние шума и допустимых помеховых факторов).

Как показано на фиг. 1 поз. 5, пути следования разделенных импульсов к месту оказания физического воздействия оказываются не равными, так как время прохождения импульса по часовой стрелке на приведенном примере фиг. 1 меньше, чем время прохождения импульса против часовой стрелки.

Импульс, следующий по часовой стрелке, пройдет путь к месту воздействия с учетом деформации величиной L1 через время Т1. Импульс, следующий против часовой стрелки, пройдет путь к месту воздействия уже с учетом деформации величиной L2 через время Т1+2*Т2, как показано на фиг. 1 поз. 5, величина деформации волокна за время 2*Т2 изменится (от длины L1 до длины L2), и импульс, проходящий эту деформацию против часовой стрелки, сдвигается по отношению к импульсу, прошедшему раньше во встречном направлении на определенную величину, т.е. сдвигается по фазе относительно встречного импульса. Сдвиг фазы оказывается достаточным, чтобы при сложении двух импульсов получить ярко выраженную интерференцию волн изменяющейся пропорционально силе и скорости внешнего воздействия. Из вышесказанного следует, что при Т2=0, деформация для встречно идущих импульсов не успевает произойти, L1=L2 и сдвиг фаз встречно направленных сигналов в месте возникновения деформации не произойдет, а значит чувствительность датчика, связанная с величиной сдвига фаз в этой точке, стремится к нулю.

Зависимость чувствительности датчика от начала зоны (от сплиттеров) к концу - от максимального значения до нуля - и зависит от динамических характеристик силы воздействия (от конструктивных особенностей закрепления чувствительного элемента на заграждении, силы воздействия, скорости и периодичности). На примере фиг. 1 поз. 9 приведен ориентировочный усредненный график зависимости чувствительности датчика, размещенного на заграждении. По вертикали отображается V - скорость изменения амплитуды сигнала отражения, по горизонтали S - расстояние до места воздействия на заграждение начиная от места соединения с сплиттером (начало зоны).

В момент поступления импульсов в обратном направлении на вход сплиттера фиг. 1 поз. 4 оба импульса складываются, интерферируют и продолжают движение в обратном направлении к приемному устройству фиг. 1 поз. 1. При сложении двух волн одинаковой частоты, но имеющих сдвиг фазы друг относительно друга, результирующее значение амплитуды сигнала зависит от величины амплитуды и сдвига фаз этих импульсов (см. фиг. 2). На фиг. 2 показан график зависимости амплитуды возвращенного сигнала (цвет зеленый), образованного сложением двух сигналов (например, 40 и 60% мощности соответственно), для сдвига фаз 0, 90 и 180 градусов. Как видно из графика, сложение двух сигналов может обеспечиваться при любом соотношении мощности сигналов и при любом сдвиге фаз. Оптимально мощности сигналов должны быть 50\50%. Изменение результирующего сигнала соответствует динамике физического воздействия на волокно.

В качестве источника лазерного излучения и приемного устройства может служить стандартный или специализированный рефлектометр с открытым протоколом передачи данных измерений, или анализатор спектра, предназначенный для работы с одномодовым волокном, например, в диапазоне длин волн 1310 нм и 1550 нм, с типовым соединителем, например, типа FC\APC или оптическим выводом для сварного соединения с транспортной частью системы (фиг 1. поз 1.). Обработка данных, определение характеристик воздействия, логическая обработка, визуализация результатов обработки и интеграция с другими системами производится на сервере специальным ПО.

Метод уплотнения распределенной во времени информации об отраженных сигналах чувствительных элементов и датчиков КОИ, удаленных на малые и большие расстояния от места расположения блока обработки оптического сигнала БООС (рефлектометра), заключается в следующем: генератор зондирующих импульсов (рефлектометр) настраивается на работу с длиной кабеля значительно меньшей фактически контролируемой длины, зондирующие импульсы рефлектометра поступают в оптическое волокно в строгой периодической последовательности, достаточной для движения зондирующего импульса до указанного в настройках расстояния и поступления последнего отраженного сигнала от указанного участка на приемное устройство.

Мощность ответвляемой части зондирующего импульса к чувствительному элементу должна удовлетворять условию - в результате прохождения части зондирующего импульса через оптическую схему, составляющую чувствительный элемент мощность сигнала(ов) отражения или возвращения на входе приемного устройства не должна(ы) быть ниже минимального и более максимального значения от шкалы преобразователя приемного устройства рефлектометра (например, в диапазоне от 25% до 75% от шкалы преобразователя).

В штатной работе рефлектометра основное время уходит на измерение всей длины системы с отражениями от неоднородностей самого волокна, а не только сигналов отражений или возвращений, что для нашего применения является избыточной и не основной информацией.

Основной задачей метода уплотнения информации является сжатие информации путем сокращения опрашиваемой длины и как следствие периода опроса. При этом происходит наложение сигналов отражений или возвращений с неоднородностями самого волокна, которые по величине отражательной способности на несколько порядков ниже даже малой части мощности отражения или возвращения зондирующего импульса.

Рефлектометр посылает периодически зондирующие импульсы в волокно и получает сигналы отражений (возвращений) как от первого участка, так и от последующих участков. Сигналы от последующих участков поступают с запаздыванием кратным последовательному виртуальному номеру участка, но с той же частотой, что и от первого участка. При доставке результатов обработки данных измерений, превышающих десятки или сотни в секунду, запаздывание в доставке информации не влияет на работу системы. Качество обработки данных об отраженных сигналах при этом соответствует возможностям оборудования по обработке значительно меньшего количества исходных данных при заданной меньшей длине контролируемого волокна. Сигналы отражений от всех участков после посылки зондирующего импульса, превышающего номер последнего участка, складываются, образуя итоговую рефлектограмму, на которой индицируются сигналы отражений от неоднородностей самого волокна и сигналы отражений и возвращений от чувствительных элементов и оптических датчиков системы.

Положение сигнала отражения на рефлектограмме определяется положением чувствительного элемента или оптического датчика по дальности на виртуально разделенном участке оптической системы.

Регулирование места положения датчика производят изменением длины либо ЧЭ, либо транспортной части системы по фактически полученным результатам монтажа системы.

Контроль правильности монтажа оптической схемы должен производиться в момент выполнения монтажных работ производством замеров длин транспортной части и схемы чувствительного элемента с использованием стандартных технологий.

1. Устройство сбора информации о динамических воздействиях на гибкие конструкции с чувствительным элементом из одномодового волокна волоконно-оптического кабеля и статической информации о положении рабочего органа концевых оптоволоконных извещателей (КОИ) с использованием рефлектометрического метода измерения, содержащее станционную часть, в качестве которой выступает приемно-передающий блок, состоящий из вычислительного устройства и как минимум с одним оптическим рефлектометром, оптоволоконный транспортный кабель, предназначенный для транспортировки энергии зондирующих лазерных импульсов в прямом и обратном направлении, соединенный оптическим контактом с рефлектометром одним концом, а вторым концом соединенный с сплиттером, используемым для разветвления и продолжения транспортировки энергии зондирующих импульсов к чувствительным частям оптической схемы устройства; регулировочные оптические катушки (аппаратные линии задержки), предназначенные для регулировки чувствительности отдельных частей устройства и регулирования времени возвращения сигналов отражения на вход приемного устройства, сплиттеры транспортной части оптической схемы, предназначенные для продолжения транспортировки частей энергии зондирующего импульса к следующим сплиттерам для последующего ответвления к чувствительной части устройства; сплиттеры, предназначенные непосредственно для образования оптического кольца чувствительной части устройства, и концевые оптоволоконные извещатели, отличающееся тем, что ответвленные транспортные части устройства на части сплиттеров и отрезков транспортного кабеля производят разделение энергии

зондирующего импульса до необходимого уровня мощности в целях обеспечения величины сигналов отражений от чувствительной части оптической схемы устройства в номинальном диапазоне от шкалы измерений приемного устройства, а также производят доставку энергии лазерного импульса к месту подключения сплиттеров, образующих оптические кольца чувствительной части оптической схемы устройства и формирующие сигналы возвращения зондирующего импульса к приемному устройству, время поступления которого на вход приемного устройства зависит от длины транспортной части и длины чувствительной части, включая длину регулировочных катушек из оптического волокна, при этом величина изменения сигнала отражения зависит от степени затухания уровня сигнала в оптическом волокне, степени деления энергии зондирующего импульса в транспортной части устройства, величины сдвига фаз возвращаемых сигналов от чувствительной части устройства, связанной с разностью формы и длины путей движения импульсов в волокне во встречном направлении в оптическом кольце чувствительной части к месту оказания воздействия, изменение величины сигнала отражения соответствует величине и характеру упругой деформации чувствительной части устройства, возникающего от динамического воздействия нарушителя на конструкцию, на которой закреплена чувствительная часть устройства, а величина амплитуды сигнала отражения датчиков КОИ от положения рабочего органа.

2. Устройство сбора информации по п. 1, отличающееся тем, что чувствительность оптических колец к механическим воздействиям максимальна в начале оптического кольца, любого направления и значительно нечувствительна на самом дальнем конце оптического кольца (в середине кольца), причем чувствительность оптического кольца постепенно снижается от начала кольца к середине чувствительной части, она зависит от характеристик применяемого оборудования, начального значения фазы отраженного сигнала и регулируется общей длиной кольца

чувствительной части устройства и размещением чувствительного элемента.

3. Устройство сбора информации по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что регулирование чувствительности оптических колец к механическим воздействиям производится установкой дополнительной катушки из того же оптического волокна в конце кольца, обеспечивая равную чувствительность обоих плеч кольца в начале, в месте их присоединения к сплиттеру.

4. Устройство сбора информации по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что регулирование чувствительности оптических колец к механическим воздействиям производится установкой дополнительной катушки из того же оптического волокна в начале одного из плеч кольца, обеспечивая большую чувствительность другого плеча, присоединенного к сплиттеру.

5. Устройство сбора информации по п. 1, 2, отличающееся тем, что оптические волокна чувствительной части устройства каждого контролируемого участка образованы из двух встречно-направленных оптических колец, использующих разные оптические жилы в двух волоконнооптических кабелях и позволяющих по соотношению сигналов двух колец вычислять с допустимой погрешностью место оказания воздействия на конструкцию внутри контролируемой зоны.

6. Устройство сбора информации по п. 1, отличающееся тем, что транспортная часть оптической схемы образует древовидную структуру с одним оптическим выходом к рефлектометру и множествам выходов к чувствительным элементам, позволяющим определять место оказания воздействия на конструкцию, превышающего допустимые значения, с точностью до размеров контролируемых участков.

7. Устройство сбора информации по п. 1, отличающееся тем, что транспортная часть оптической схемы образует древовидную структуру с двумя транспортными ветвями разной длины, поступающими на входы

общих чувствительных элементов, обеспечивая возможность дублирования транспортной части устройства.

8. Устройство сбора информации по п. 1, отличающееся тем, что транспортная часть оптической схемы образует древовидную структуру с двумя оптическими выходами к рефлектометрам, поступающим на входы общих чувствительных элементов, обеспечивая возможность дублирования станционной и транспортной части устройства.

9. Устройство сбора информации по п. 1, отличающееся тем, что оптические волокна транспортной части устройства частью конструктивно проходят в волоконно-оптических кабелях чувствительной части устройства, а частью в отдельных кабелях.

10. Устройство сбора информации по п. 1, отличающееся тем, что волокна плеч оптических колец чувствительной части устройства конструктивно проходят в волоконно-оптических кабелях, расположенных на разных частях заграждения.

11. Устройство сбора информации по п. 1, отличающееся тем, что адресация и присвоение условных номеров чувствительным частям устройства производится вычислительным устройством на основании времени прихода возвращенных сигналов от середины колец чувствительных элементов на вход приемного устройства.

12. Устройство сбора информации по п. 1, отличающееся тем, что к любой точке подключения чувствительной части устройства могут подключаться концевые оптоволоконные извещатели, способные изменять свои отражательные свойства в зависимости от положения рабочего органа.



 

Похожие патенты:

Способ анализа спектрально-временной эволюции излучения включает в себя получение сигнала оптического гетеродина, измерение интенсивности сигнала, получение аналитической формы сигнала при помощи гильбертова дополнения.

Изобретение относится к радиотехнике. Технический результат – создание технического решения, альтернативного известному решению.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах подводной связи. Технический результат состоит в одновременной реализации высокоскоростного стабилизированного оптического канала связи и акустического канала с высокой дальностью действия.

Изобретение относится к оптическому изолятору, передающему электрические сигналы между двумя изолированными одна от другой цепями с использованием разных частот электромагнитного спектра.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для одновременной полнодуплексной передачи данных и мощности по одиночному оптическому волноводу. Технический результат состоит в повышении пропускной способности передачи сигналов.

Изобретение относится к технике оптической связи и может использоваться для настройки автоматической адаптивной компенсации дисперсии. Технический результат состоит в сокращении продолжительности настройки компенсации дисперсии и повышении эффективности настройки.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах оптической связи. Технический результат состоит в повышении качества связи путем приема и передачи света с длиной волны света от оптического контрольного канала в одном волокне, что исключает асимметрию трактов приема и передачи и обеспечивает выравнивание задержек приема и передачи.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах оптической связи. Технический результат состоит в повышении надежности связи.

Изобретение относится к оптическому приборостроению. Моностатический оптический приемопередатчик содержит передающее оптическое волокно, соединенное с передатчиком, приемное оптическое волокно, соединенное с приемником, объединенные через волоконно-оптический дуплексер, торец выходного волокна которого размещен вблизи фокальной плоскости моностатической оптической системы.

Автоматизированный корабельный комплекс светосигнальной связи содержит прибор оптической связи направленного действия, прибор оптической связи всенаправленного действия, блок электропитания, автоматизированное рабочее место оператора (АРМ), общекорабельную систему стабилизации качки корабля, автоматизированную систему управления кораблем, соединенные определенным образом.

Изобретение относится к устройствам диагностики контактов в сильноточной аппаратуре, а также к средствам сигнализации пожарной опасности и может быть использовано, в частности, в кораблестроении для предупреждения пожарной опасности корабельного электрооборудования, потенциально подверженного преднамеренным силовым электромагнитным воздействиям.

Изобретение относится к области измерительной и информационной техники. Техническим результатом заявляемого изобретения является упрощение процедуры измерения угла вращения.

Изобретение относится к области радиоэлектроники и касается устройства инициирования. Устройство состоит из блока управления, содержащего источник питания, лазеры, и блока инициирования, содержащего преобразователь энергии лазерного излучения в напряжение и фотоэлектронный ключ.

Изобретение относится пьезоэлектрическим датчикам, предназначенным для дистанционного контроля различных физических и химических величин. Технический результат, который дает осуществление изобретения, заключается в обеспечении максимальной чувствительность датчика к концентрации моноокиси углерода за счет использования в качестве импеданса, зависящего от концентрации моноокиси углерода, наностержней оксида цинка, сопротивление которых близко к сопротивлению излучения отражательного ВШП.

Изобретение относится к устройству, системе и способу выявления абсолютного положения объекта с использованием шаблона, содержащего два типа данных положения: положение шаблона относительно объекта и положение шаблона относительно воспринимающего устройства, например, камеры.

Изобретение относится к индуктосинному преобразователю угловых или линейных перемещений и способу определения абсолютных значений перемещений. .

Изобретение относится к средствам дистанционного измерения, использующим изменение интенсивности света. .

Изобретение относится к пьезоэлектрическим датчикам, предназначенным для дистанционного контроля различных физических величин. .

Изобретение относится к области производства полимеров и может быть использовано для измерения давления в процессе полимеризации при изготовлении крупногабаритных изделий.

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в системах с автоматическим сбором информации о значениях измеряемых величин. .

Волоконно-оптический датчик виброакустических сигналов на внутрисветоводном эффекте Доплера содержит источник излучения, чувствительный элемент и разветвитель, первую и вторую дифракционные решетки Брэгга и фотоприемник.

Изобретение относится к оптоволоконной технике. Устройство содержит станционную часть, оптоволоконный транспортный кабель, соединенный оптическим контактом с рефлектометром одним концом, а вторым концом соединенный со сплиттером, используемым для разветвления и продолжения транспортировки энергии зондирующих импульсов к чувствительным частям оптической схемы устройства, регулировочные оптические катушки, сплиттеры транспортной части оптической схемы; сплиттеры, предназначенные непосредственно для образования оптического кольца чувствительной части устройства, и концевые оптоволоконные извещатели. Ответвленные транспортные части устройства на части сплиттеров и отрезков транспортного кабеля производят разделение энергии зондирующего импульса до необходимого уровня мощности в целях обеспечения величины сигналов отражений от чувствительной части оптической схемы устройства в номинальном диапазоне от шкалы измерений приемного устройства, а также производят доставку энергии лазерного импульса к месту подключения сплиттеров, образующих оптические кольца чувствительной части оптической схемы устройства и формирующие сигналы возвращения зондирующего импульса. Технический результат заключается в обеспечении возможности использования в качестве основного носителя информации сигнала отражения или возвращения, использующего малую часть мощности зондирующего импульса. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Наверх