Способ сбора информации от пространственно разнесенных источников
Изобретение относится к информационным технологиям, а именно к системам сбора информации. Технический результат заключается в обеспечении сбора информации от множества источников с использованием одного оптического волокна без непосредственного доступа к волокну (без разделки оптического кабеля). Способ сбора информации от пространственно разнесенных источников информации (датчиков) включает в себя подключение волоконно-оптического кабеля к когерентному рефлектометру, установку на оптический кабель источников звуковых волн (или вибрации), формирование электрического сигнала, соответствующего передаваемой информации от каждого датчика, подачу этого сигнала на указанный источник звуковых волн (или вибрации), распознавание упомянутых звуковых колебаний (или вибраций) когерентным рефлектометром. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к информационным системам и может быть применено в комплексах охраны объектов, катодной защиты трубопроводов, пожарной сигнализации и иных различных сферах деятельности.
Сбор информации от пространственно разнесенных датчиков первичной информации традиционно осуществляется с помощью электрических кабельных линий. В современном варианте такие линии представляют собой шлейф, одновременно питающий датчики (например, пожарные извещатели) и служащий средой передачи информации, например, к приемо-контрольному прибору (в случае пожарно-охранной сигнализации) (В.Г. Синилов «Системы охранной, пожарной и охранно-пожарнойсигнализации». М.: Издательский центр "Академия" (2014), стр. 233-236). Датчики могут быть безадресными или (в более поздних разработках) адресными. Недостатками такого способа являются: ограниченная дальность действия, высокая вероятность ложных срабатываний в условиях электромагнитных помех.
Известен также способ сбора информации от пространственно разнесенных датчиков по радиоканалу (см, например, патенты США 7973669 (2011), 9860360 (2018)). В России производится внутриобъектовая радиосистема СТРЕЛЕЦ®, предназначенная для организации радиоканальной охранно-пожарной, адресно-аналоговой пожарной сигнализации и системы оповещения. Система позволяет опрашивать до 512 радиоизвещателей и технологических детекторов, находящихся в зоне радиовидимости. Недостатки этого способа те же. В частности, при использовании диапазона УКВ необходимо обеспечить прямую видимость между источником и приемником сигнала, что ограничивает дальность действия. Система СТРЕЛЕЦ обеспечивает дальность действия до 1000 м. Система, кроме того, не может работать при подземной установке датчиков и в иных условиях, препятствующих распространению радиоволн.
Информация от отдельных датчиков может передаваться по волоконно-оптической сети той или иной топологии (см, например, заявку на полезную модель №2014143134/08 (2014)). В этом случае обеспечивается электромагнитная защищенность и возможность разнесения датчиков (при использовании современных оптических волокон с малыми потерями) на десятки и сотни километров. Однако для каждого датчика необходимо обеспечить собственный канал связи, организуемый либо с использованием многоволоконных оптических кабелей, либо с уплотнением по длине волны, либо с применением тех или иных концентраторов, требующих электрического питания. Такая система сложна в монтаже и эксплуатации, а в условиях отсутствия стационарного электрического питания реализация ее затруднительна.
Характерные для проводной и радиоканальной схем недостатки устранены в так называемых квазираспределенных волоконно-оптических датчиках. Такие датчики характерны тем, что в структуру волокна в месте измерения или месте ввода информации внедряется та или иная неоднородность, на которую можно извне оказать воздействие. Так, в патенте США 9909951 (2018) предлагается использование последовательности внутриволоконных брэгговских решеток (ВБР), чувствительных к акустическим колебаниям. Соответственно, способ сбора информации включает в себя запись ВБР в чувствительное волокно, приведение каждой решетки в контакт с соответствующим источником информации (датчиком), подключение этого чувствительного волокна к рефлектомеру с функцией считывания информации с каждой из ВБР.
Недостаток такого способа, наиболее близкого по технической сущности к заявляемому, состоит в том, что необходима специальная подготовка чувствительного волокна (запись решеток), причем они должны быть распределены особенным образом по длине волокна в соответствии со схемой объекта мониторинга, а затем размещены на объекте строго в соответствии с расчетами. Кроме того, потребовалось бы изготовление из этого волокна специального кабеля и укладка его на объект мониторинга.
Технический результат изобретения состоит в обеспечении сбора информации с использованием оптического кабеля от пространственно разнесенных на произвольные расстояния (от единиц метров до десятков км) датчиков первичной информации без непосредственного доступа к оптическим волокнам. Это позволяет использовать имеющиеся линии связи, оснащенные обычными (связными) волокнами, причем не нарушая их работоспособности даже на период монтажа системы.
Технический результат достигается тем, что одно из волокон в оптическом кабеле подключается к фазо-чувствительному когерентному оптическому рефлектометру (например, по патенту РФ №2477838 (2013), информация о состоянии того или иного датчика преобразуется в акустический (или вибрационный) сигнал, воздействующий посредством специально установленных на кабель источников звуковых волн на отрезок оптического кабеля, адресная информация извлекается по известной задержке рассеянного оптического импульса относительно зондирующего импульса. Передаваемая информация может кодироваться любым из известных способов (частотная модуляция, импульсно-кодовая и пр.). Использование когерентного импульсного рефлектометра позволяет обеспечить дальность действия до 40 км (или до 100 км при использовании оптических усилителей) и более тысячи независимых каналов получения информации. Полоса принимаемых сигналов зависит от дальности действия и типично составляет сотни Гц.
Способствует достижению технического результата возможность преобразования электрического сигнала от источников информации перед подачей на источник звуковых волн путем модуляции (например, частотной) или кодирования (импульсно-кодовая или иная модуляция).
Возможности когерентного рефлектометра позволяют дополнительно производить запись, хранение и/или передачу полученной информации в систему высокого уровня.
Использование изобретения позволяет без существенных затрат осуществить, например, контроль состояния люков телекоммуникационных колодцев (открыт-закрыт) на линиях, использующих оптические кабели связи, при их значительном количестве (сотни) на значительной длине контролируемого участка (до 100 км). При этом монтажные работы сводятся к установке на оптический кабель (без его разделки и доступа к волокнам) источника звуковых волн, управляемого по сигналу датчиком открытия колодца. Возможен и предпочтителен вариант автономного питания (от гальванического источника). При условии, что большую часть времени колодец должен быть закрыт, срок службы батареи питания может составлять годы.
Реализация способа может быть проиллюстрирована на примере устройства, предназначенного для контроля состояния люков телекоммуникационных колодцев и показанного на Фиг. 1.
Устройство содержит когерентный фазочувствительный оптический рефлектометр 1, оптический кабель 2, проходящий через каждый из колодцев 3, причем каждый из колодцев закрыт крышкой 4, датчик открывания крышки 5, например, концевой выключатель, микроконтроллер 6 с автономным источником питания, генератор вибраций 7. Рефлектометр 1 соединен с кабелем 2 посредством сварки или коннекторов. Датчик 5 связан с люком 4 таким образом, чтобы при открытии люка состояние датчика изменилось. Датчик связан с микроконтроллером 6, а последний - с источником вибраций 7.
Устройство работает следующим образом. При закрытой крышке люка микроконтроллер работает в спящем режиме и потребляет малый ток от автономного источника. При открытии крышки люка (санкционированном или несанкционированном) срабатывает датчик 5, при этом микроконтроллер 6 формирует заданную электрическую посылку источнику вибраций 7. Вибрации создают распознаваемый когерентным рефлектометром сигнал, имеющий характерный признаки (дальность от начала оптического кабеля, частота вибраций, скважность и т.д.). Наличие таких признаков гарантирует низкую частоту ложных срабатываний.
Использование предложенного способа позволяет создавать сложные информационные комплексы, когда требуется сбор информации от относительно низкочастотных датчиков, таких, как разнообразные извещатели. Наибольший эффект может быть достигнут при значительном пространственном разнесении источников информации и в случае использования уже проложенных оптических кабелей.
1. Способ сбора информации от пространственно разнесенных источников информации (датчиков), включающий в себя подключение волоконно-оптического кабеля к когерентному рефлектометру, установку на оптический кабель источников звуковых волн (или вибрации), формирование электрического сигнала, соответствующего передаваемой информации от каждого датчика, подачу этого сигнала на указанный источник звуковых волн (или вибрации), распознавание упомянутых звуковых колебаний (или вибраций) когерентным рефлектометром.
2. Способ по п.1, в котором электрический сигнал, соответствующий передаваемой информации от каждого датчика, представляет собой модулированную или кодовую посылку.
