Патентный поиск / Патентный поиск

Для получения температурного распределения в объекте измерения излучение рассеяния сначала отделяется ответвителем 5 и дополнительно подавляется оставшаяся рэлеевская компонента брэгговской решеткой 7, затем стоксова и антистоксова компоненты разделяются по двум каналам, направленным ответвителем 6, каждая компонента из которых принимается индивидуальным высокоскоростным фотоприемным модулем 8, 9. Электрические сигналы с выходов модулей 8, 9 поступают в узел обработки сигналов 13, подключенный компьютер 14, где и вычисляется температурное распределение. Узел обработки сигналов 13 запускается по синхроимпульсу с волоконного лазера 2. В случаях, когда определить коэффициент затухания антистоксовой компоненты рассеяния не представляется возможным, для улучшения точности измерений используется вариант устройства с коммутатором 10, циркулятором 11 и диодным лазером 12, излучающим на длине волны антистоксовой компоненты. В альтернативном положении коммутатора излучение лазера 12 поступает в чувствительный элемент 4. По обратному рэлеевскому (несмещенному) рассеянию от импульсного излучения лазера 12, детектируемому фотоприемным модулем 9, рассчитывается требуемый коэффициент. Данное изобретение позволяет измерять температурный профиль вдоль больших расстояний (до нескольких десятков километров) и характеризуется высокой надежностью, простотой исполнения и большой точностью измерений.

Формула изобретения

1.Волоконно-оптическое устройство для измерения температурного распределения, содержащее импульсный источник зондирующего излучения, соединенный через направленный оптический ответвитель, отделяющий рэлеевскую компоненту с чувствительным элементом в виде оптического волокна и систему регистрации, включающую два фотоприемных модуля и узел обработки сигналов, вход синхронизации которого связан с импульсным источником зондирующего излучения, отличающееся тем, что оптическое волокно чувствительного элемента выполнено одномодовым, а к выходу направленного оптического ответвителя подключен последовательно один или более дополнительный направленный оптический ответвитель, отделяющий рэлеевскую компоненту, соединенный последовательно с одним или более направленным оптическим ответвителем, разделяющим стоксову и антистоксову компоненты рассеянного излучения и направляющим их по разным фотоприемным модулям, подключенным к узлу обработки сигналов.

2.Устройство по п.1, отличающееся тем, что между направленными ответвителями встроена волоконная брэгговская решетка.

3.Устройство по п.1, отличающееся тем, что импульсным источником зондирующего излучения служит импульсный волоконный лазер.

4.Устройство по п.1, отличающееся тем, что импульсным источником зондирующего излучения служит импульсный полупроводниковый лазер.

5.Устройство по п.1, отличающееся тем, что для увеличения мощности импульсного источника зондирующего излучения последовательно ему введен волоконно-оптический усилитель.

6.Устройство по п.1, отличающееся тем, что для увеличения мощности импульсного источника зондирующего излучения последовательно ему введен полупроводниковый усилитель с волоконными выходами.

7.Волоконно-оптическое устройство для измерения температурного распределения, содержащее импульсный источник зондирующего излучения, соединенный через направленный оптический ответвитель, отделяющий рэлеевскую компоненту, с чувствительным элементом в виде оптического волокна и систему регистрации, включающую два фотоприемных модуля и узел обработки сигналов, вход синхронизации которого связан с импульсным источником зондирующего излучения, отличающееся тем, что оптическое волокно чувствительного элемента выполнено одномодовым, а к выходу направленного оптического ответвителя подключен последовательно один или более дополнительный направленный оптический ответвитель, отделяющий рэлеевскую компоненту, соединенный последовательно с одним или более направленным оптическим ответвителем, разделяющим стоксову и антистоксову компоненты рассеянного излучения и направляющим их по разным фотоприемным модулям, подключенным к узлу обработки сигналов, причем с одним фотоприемным модулем указанный направленный ответвитель соединен непосредственно, а со вторым - через оптический коммутатор, который может находиться в двух состояниях, при этом в первом состоянии коммутатор настроен таким образом, что излучение поступает непосредственно на фотоприемный модуль, а во втором состоянии излучение поступает на циркулятор, который затем направляет его на один из выходов коммутатора, соединенного с входом фотоприемного модуля, при этом импульсный полупроводниковый лазер работает на длине волны антистоксовой компоненты и соединен с одним из входов циркулятора.

8.Устройство по п.7, отличающееся тем, что между направленными ответвителями встроена волоконная брэгговская решетка.

9.Устройство по п.7, отличающееся тем, что импульсным источником зондирующего излучения служит импульсный волоконный лазер.

10.Устройство по п.7, отличающееся тем, что импульсным источником зондирующего излучения служит импульсный полупроводниковый лазер.

11.Устройство по п.7, отличающееся тем, что для увеличения мощности импульсного источника зондирующего излучения последовательно ему введен волоконно-оптический усилитель.

12.Устройство по п.7, отличающееся тем, что для увеличения мощности импульсного источника зондирующего излучения последовательно ему введен полупроводниковый усилитель с волоконными выходами.

Такое устройство может быть использовано в различных отраслях, таких как:

1)Нефтегазовая промышленность - для контроля температуры в трубопроводах и емкостях;

2)Металлургическая промышленность - для мониторинга температуры в печах и других устройствах;

3)Энергетическая отрасль - для контроля работы тепловых электростанций и оборудования;

4)Медицинская техника - для измерения температуры тела или окружающей среды;

5)Авиационная и космическая отрасль - для мониторинга температуры в моторах и других системах воздушных и космических аппаратов.

Идея патента: использовать свойства волоконно-оптического кабеля для передачи светового сигнала и измерения изменений в его пропускной способности, обусловленных изменениями температуры, например, в нефтяной промышленности для мониторинга температуры в скважинах, в медицине для измерения температуры внутри тела, в космической промышленности для контроля температурных условий в космических аппаратах.

2. Способ идентификации многомодового оптического волокна с повышенной дифференциальной модовой задержкой

Способ заключается в том, что на ближнем конце в оптическое волокно вводят оптический зондирующий сигнал, принимают поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного рассеяния и по результатам его обработки оценивают дифференциальную модовую задержку. Оптический зондирующий сигнал вводят в оптическое волокно в виде последовательности оптических импульсов. Поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного рассеяния подают на вход анализатора поляризации оптического излучения. На выходе анализатора поляризации принимают мощность оптического излучения одной поляризации и измеряют характеристику обратного рассеяния, при биениях которой ниже установленного уровня идентифицируют многомодовое оптическое волокно с повышенными значениями дифференциальной модовой задержки. Технический результат заключается в расширении области применения способа.

Изобретение относится к волоконно-оптической технике связи и может быть использовано для идентификации многомодового оптического волокна с повышенными значениями дифференциальной модовой задержки при отборе оптических волокон для линий передачи локальных сетей и сетей доступа, предназначенных для работы со скоростью передачи Гбит/с и более. Известен способ измерения дифференциальной модовой задержки многомодового оптического волокна /1/, заключающийся в том, что в многомодовое оптическое волокно вводят последовательность оптических импульсов малой длительности, на противоположном конце волокна принимают сигнал и оценивают дифференциальную модовую задержку по искажениям формы оптических импульсов на приеме. Реализация данного способа является достаточно дорогой, поскольку требует применения высокоскоростного приемника и запоминающего осциллографа. Его трудно реализовать на коротких линиях протяженностью до 300…500 м. И, кроме того, он требует выполнения измерений с двух сторон линии, что представляет неудобство для полевых условий. Известен способ измерения дифференциальной модовой задержки многомодового оптического волокна /2/, заключающийся в том, что в многомодовое оптическое волокно вводят последовательность оптических импульсов малой длительности, на противоположном конце волокна принимают сигнал и измеряют уровень его мощности, при этом измерения повторяют многократно при разных условиях ввода/вывода, перемещая измерительные одномодовые оптические волокна вдоль диаметра измеряемого многомодового оптического волокна на входе и выходе, и рассчитывают ДМД с помощью специального алгоритма по результатам измерений распределений оптической мощности вдоль сечения исследуемого волокна. Реализация данного способа является достаточно дорогой и в полевых условиях он практически неприменим.

Известен способ идентификации многомодового оптического волокна с повышенными значениями дифференциальной модовой задержки, заключающийся в том, что на ближнем конце в оптическое волокно вводят оптический зондирующий сигнал, принимают поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного рассеяния и по результатам его обработки оценивают дифференциальную модовую задержку. При этом частота зондирующего сигнала изменяется строго по линейному закону, зондирующий оптический сигнал вводят через оптический разветвитель в измеряемое оптическое многомодовое волокно и через поляризатор в одномодовое оптическое волокно. Поступающее из указанных оптических волокон обратно на ближний конец оптическое излучение суммируется в оптическом разветвителе, где формируется сигнал, модулированный с некоторым периодом биений. Этот сигнал поступает на вход приемника оптического излучения, затем его преобразуют в электрический сигнал, после чего с помощью специального алгоритма при использовании преобразования Фурье переходят из частотной во временную область и рассчитывают дифференциальную модовую задержку. К недостаткам данного способа относятся все основные недостатки присущие оптическим рефлектометрам, работающим в частотной области. Проблемы частотных рефлектометров связаны прежде всего со спектральным анализом сигнала биений (в особенности для релеевского отражения), с обеспечением необходимой длины когерентности зондирующего сигнала и заданных режимов модуляции зондирующего сигнала. Для достижения приемлемых результатов требуется значительное время измерений. И, наконец, потребность в лазерном источнике непрерывного оптического излучения приводит к увеличению стоимости его реализации. Сущностью предлагаемого изобретения является расширение области применения. Эта сущность достигается тем, что согласно способу идентификации многомодового оптического волокна с повышенными значениями дифференциальной модовой задержки на ближнем конце в оптическое волокно вводят оптический зондирующий сигнал, принимают поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного рассеяния и по результатам его обработки оценивают дифференциальную модовую задержку, при этом оптический зондирующий сигнал вводят в оптическое волокно в виде последовательности оптических импульсов, поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного рассеяния подают на вход анализатора поляризации оптического излучения, на выходе которого принимают мощность оптического излучения одной поляризации и измеряют характеристику обратного рассеяния, при биениях которой ниже установленного уровня идентифицируют многомодовое оптическое волокно с повышенными значениями дифференциальной модовой задержки.

Устройство содержит генератор зондирующих импульсов 1, выход которого подключен ко входу источника оптического излучения 2 (лазер), выход которого через оптический разветвитель 3 подключен на ближнем конце линии передачи к оптическому волокну 4.

На ближнем конце линии передачи оптическое волокно 4 через оптический разветивитель 3 подключено ко входу анализатора поляризации оптического излучения 5, выход которого подключен ко входу фотоприемника 6. Выход фотоприемника 6 соединен со входом блока обработки 7, а выход блока обработки 7 соединен со входом блока отображения 8. При этом второй выход генератора зондирующих импульсов 1 соединен со вторым входом блока обработки 7. Устройство работает следующим образом. Генератор 1 вырабатывает последовательность зондирующих импульсов, которая поступает на вход источника оптического излучения 2, с выхода которого оптические зондирующие импульсы через оптический разветвитель 3 поступают на ближнем конце линии передачи в многомодовое оптическое волокно 4. На ближнем конце линии передачи сигнал обратного релеевского рассеяния из многомодового оптического волокна 4 через оптический разветвитель 3 поступает на вход анализатора поляризации оптического излучения 5, с выхода которого оптическое излучение обратного релеевского рассеяния одной поляризации поступает на вход фотоприемника 6, где преобразуется в электрический сигнал, который с выхода фотоприемника 6 поступает на вход блока обработки 7. При этом зондирующие импульсы со второго выхода генератора 1 поступают на второй вход блока обработки 7, обеспечивая синхронизацию, что позволяет измерить зависимость мощности обратного рассеяния от времени - характеристику обратного рассеяния. В блоке обработки 7 оценивают уровень биений характеристики и, если он ниже некоторого установленного уровня, идентифицируют многомодовое оптическое волокно как волокно с повышенными значениями дифференциальной модовой задержки.

Формула изобретения

Способ идентификации многомодового оптического волокна с повышенными значениями дифференциальной модовой задержки, заключающийся в том, что на ближнем конце в оптическое волокно вводят оптический зондирующий сигнал, принимают поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного рассеяния и по результатам его обработки оценивают дифференциальную модовую задержку, отличающийся тем, что оптический зондирующий сигнал вводят в оптическое волокно в виде последовательности оптических импульсов, поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного рассеяния подают на вход анализатора поляризации оптического излучения, на выходе которого принимают мощность оптического излучения одной поляризации и измеряют характеристику обратного рассеяния, при биениях которой ниже установленного уровня идентифицируют многомодовое оптическое волокно с повышенными значениями дифференциальной модовой задержки.

Данный способ идентификации многомодового оптического волокна с повышенной дифференциальной модовой задержкой может быть применен в области:

1)телекоммуникаций;

2)оптической связи;

3)медицинской диагностики;

4)научных исследований

и других областях, где необходимо точное определение параметров оптического волокна.

Идея патента: на ближнем конце в оптическое волокно вводят оптический зондирующий сигнал, принимают поступающий на ближний конец из оптического волокна сигнал обратного рассеяния и по результатам его обработки оценивают дифференциальную модовую задержку.

3. Система регистрации параметров движущейся поверхности в быстропротекающих процессах

Изобретение относится к области измерительной техники и касается системы регистрации параметров движущейся поверхности лайнера в быстропротекающих процессах. Система содержит расположенный перед поверхностью вдоль направления ее движения оптическое средство трансляции информации о динамике состояния поверхности, связанное с регистратором изображения поверхности. Средством трансляции информации о динамике состояния поверхности служит жесткий технический эндоскоп, обеспеченный возможностью подсветки регистрируемой поверхности. Кроме того, эндоскоп может быть оснащен каналом лазерной подсветки, а регистратором может служить цифровая камера. При этом цифровая камера может быть связана с вычислительным центром для обработки результатов регистрации. Технический результат заключается в повышении разрешающей способности системы.

Система относится к области измерительной техники, а, именно, к регистрации параметров движущейся поверхности лайнера при исследовании одноразовых быстропротекающих процессов. Известно несколько систем, реализующих методические подходы при регистрации динамики состояния движущейся поверхности лайнера (скорость, асимметрия, время и сопутствующие движению газодинамические процессы): электроконтактный (Быстрое инициирование взрывчатых веществ. Особые режимы детонации. Сборник научных статей под ред. Т.И. Таржанова. Снежинок, 1998 г. [1]), электрооптический (Способ определения асимметрии движения поверхностей. Патент РФ №2364834. Н.Д. Анохин, В.В. Баканов, И.Н. Будников и др. Опубликован 20.08.2011, бюллетень №23. 2007 г. [2]), фотохронографический (прототип) (Фотографическая регистрация быстропротекающих процессов. А.С. Дубовик. М.: Наука. 1984 г. [3]). Их объединяет свойство измерения определенным инструментом скорости и асимметрии, реализующихся на поверхности лайнера в определенный момент движения лайнера.

При электроконтактном подходе [1] в системе в направлении движения лайнера установлены электроконтактные датчики на определенных базах измерения, при этом регистрируют на электронном осциллографе результат взаимодействия лайнера с электроконтактными датчиками в виде электрических сигналов; при электрооптическом подходе [2] в системе на пути движения лайнера установлены контактнооптические датчики, при этом регистрируют результат взаимодействия лайнера с контактнооптическими датчиками в виде световых и электрических импульсов с помощью электронных осциллографов; в системе, реализующей фотохронографический подход (прототип) [3], в направлении движения лайнера установлен оптический приемник, являющийся оптическим средством трансляции информации о динамике состояния поверхности лайнера, при этом регистрируют результат взаимодействия лайнера с оптическим приемником в виде фотохронограммы с помощью сверхскоростного фотохронографического регистратора. Основным недостатком подходов - электроконтактного [1] и электрооптического [2] является дискретная регистрация динамики состояния движущейся поверхности лайнера. Этот недостаток устраняется в [3] при использовании в качестве оптического средства трансляции информации о динамике состоянии поверхности лайнера оптического приемника сферической формы, изготовленного из оптически прозрачного материала. С помощью оптического приемника передается информация на фотохронографический регистратор, позволяющий зарегистрировать состояние отдельных участков поверхности лайнера в виде растрового изображения на фотопленке. Недостаток прототипа состоит в низком уровне разрешения полученного изображения. Решаемая задача состоит в повышении надежности и достоверности регистрации динамики состояния движущейся поверхности лайнера в быстропротекающих процессах. Технический результат изобретения направлен на повышение уровня разрешения изображения. Указанный технический результат достигается за счет того, что в отличие от известной системы регистрации параметров движущейся поверхности лайнера в быстропротекающих процессах, содержащей расположенный перед поверхностью вдоль направления ее движения оптическое средство трансляции информации о динамике состоянии поверхности, связанное с регистратором изображения поверхности, в заявляемой системе оптическим средством трансляции информации о динамике состояния поверхности служит жесткий технический эндоскоп, обеспеченный возможностью подсветки регистрируемой поверхности. Кроме того, в конкретной реализации в системе регистрации параметров движущейся поверхности лайнера эндоскоп может быть оснащен каналом лазерной подсветки, а регистратором может служить цифровая камера. При этом цифровая камера может быть связана с вычислительным центром для обработки результатов регистрации. Выбор средства трансляции информации о состоянии поверхности лайнера в виде технического эндоскопа при наличии в системе возможности организации подсветки регистрируемой поверхности позволяет повысить качество передачи информации о состоянии поверхности и качество регистрации изображения. Обеспечены условия повышения разрешения изображения за счет увеличения разрешающей способности заявляемой системы до 39 лин/мм вместо 19 лин/мм в фотохронографической системе, Таким образом, предложенный подход позволяет осуществить возможность выхода при регистрации на качественно иной тип техники регистрации изображений.

На схеме под проекцией поверхности движущегося лайнера (1) установлен промышленный жесткий технический эндоскоп ТЭ-80-63-90-60, транслирующий информацию о состоянии поверхности в процессе движения (2) с боковым обзором. В эндоскопе параллельно оптической оси расположены световоды лазерной подсветки (6). Дисторный торец (4) эндоскопа расположен внутри защитного устройства (3) - микроказемата. На дисторный торец наведена цифровая кинокамера (регистратор) (5), которая сфокусирована на поверхность лайнера. С кинокамеры информация поступает на вычислительный центр, в котором с помощью программного обеспечения обрабатывается информация по состоянию поверхности движущегося лайнера в определенный момент времени. Для проверки системы проведен взрывной эксперимент, в котором экспериментальная сборка содержала бинарную оболочку, состоящую из оболочки из алюминиевого сплава толщиной δ=3 мм и медной оболочки толщиной δ=2 мм; бинарная оболочка нагружалась слоем пластического взрывчатого вещества (ВВ) на основе ТЭНа, сынициированного по поверхности с помощью детонационной разводки в нескольких зонах. Детонационную разводку инициировали электродетонатором (7). Оболочку устанавливали на контейнер из стали, объем под оболочкой вакуумировали до остаточного давления 0,1 атм. Под оболочкой перпендикулярно оси устанавливался технический эндоскоп с лазерной подсветкой, дисторный торец которого был выведен в микроказемат и на который была настроена цифровая кинокамера. При подаче высоковольтного импульса электродетонатором подрывается пластическое ВВ, и продукты взрыва нагружают бинарную оболочку (1) с регистрируемой движущейся поверхностью. В момент выхода ударной волны на внутреннюю поверхность оболочка начинает двигаться. В процессе движения состояние регистрируемой поверхности изменяется, и весь процесс через эндоскоп (2) регистрируется с помощью цифровой камеры (5) Sansikam. Полученное изображение демонстрирует динамику процесса движения поверхности оболочки с более высоким разрешением.

Формула изобретения

1.Система регистрации параметров движущейся поверхности лайнера в быстропротекающих процессах, содержащая расположенный перед поверхностью вдоль направления ее движения оптическое средство трансляции информации о динамике состояния поверхности, связанное с регистратором изображения поверхности, отличающаяся тем, что средством трансляции информации о динамике состояния поверхности служит жесткий технический эндоскоп, обеспеченный возможностью подсветки регистрируемой поверхности.

2.Система регистрации параметров движущейся поверхности лайнера по п.1, отличающаяся тем, что эндоскоп оснащен каналом лазерной подсветки.

3.Система регистрации параметров движущейся поверхности лайнера по п.1, отличающаяся тем, что регистратором служит цифровая камера.

4.Система регистрации параметров движущейся поверхности лайнера по п.3, отличающаяся тем, что цифровая камера связана с вычислительным центром.

Эта система может быть применена в различных областях, таких как:

1)производство;

2)машиностроение;

3)автомобилестроение;

4)аэрокосмическая промышленность;

5)медицина;

6)научные исследования;

7)контроль качества продукции;

8)мониторинг и отладка процессов;

9)анализ динамики поверхностей;

10)оценка скорости и направления движения объектов;

11)исследование деформаций и напряжений материалов;

12)определение параметров жидких и газообразных потоков и т.д.

Идея патента: внедрение системы позволит повысить надежность и достоверность регистрации за счет повышения разрешение изображения посредством применения эндоскопа с подсветкой и прогрессивной цифровой техники для исследования одноразовых быстропротекающих процессов.

4. Система для осмотра дефектов внутренней поверхности и измерения износа каналов нарезных стволов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения износа канала нарезных стволов по полям (выступам) и нарезам (впадинам), измерения износа конусных поверхностей (камор), а также осмотра дефектов внутренней поверхности каналов нарезных стволов. Изобретение направлено на расширение функциональных возможностей, повышение оперативности обработки полученной информации при измерениях, повышение точности измерений. Это достигается за счет того, что, изобретение включает зонд с головкой для осмотра канала и видеокамерой, блок питания и управления с контроллером, электронно-вычислительную машину, монитор, а также дополнительно содержит кассету-переходник, подвижный зонд, выполненный в форме длинного тонкостенного цилиндра, на котором расположены измерительная головка с кольцевым уровнем, подвески передних и задних колес, соединенные с подвижными и неподвижными втулками, расположенными на тонкостенном цилиндре. Кассета-переходник имеет корпус в форме цилиндра с тремя винтовыми линиями нарезами с углом подъема от 7 до 10° и расположенными под углом 120° по отношению друг к другу, одна из торцевых поверхностей цилиндра имеет три выступа для сопряжения с винтовыми нарезами канала ствола, другой торец цилиндра образует усеченный конус для ввода подвижного зонда в кассету-переходник.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения износа канала нарезных стволов по полям (выступам) и нарезам (впадинам), измерения износа конусных поверхностей (камор), а также осмотра дефектов внутренней поверхности каналов нарезных стволов. Известна система RIB-2000 фирмы "KAPPA" opto-electronics GmbH для осмотра внутренних поверхностей каналов стволов, содержащая две камеры фронтального и бокового осмотра дефектов внутренней поверхности стволов, сменные кольца для базирования прибора в разных по диаметру каналах стволов, монитор с масштабной сеткой для визуального осмотра и измерения дефектов: трещин, каверн, наростов, коррозии и т.д. (1). Недостатком данного прибора является отсутствие возможности измерения износа канала ствола и конусных поверхностей. За прототип взята система, описанная в статье "A study on the precision wear measurement for a high friction and high pressurized gun barrel by using a diamond indenter”

(2). В данной статье описывается система и метод прецизионного измерения величины износа канала ствола. Для этого на полях винтовой линии канала ствола наносятся алмазным инструментом специальные насечки с определенными геометрическими параметрами. После этого производят несколько выстрелов, затем проводят с помощью электронного сканирующего микроскопа и профилометра измерения геометрических параметров нанесенных ранее насечек и вычисляют величину износа канала ствола. Данный способ измерения величины износа канала ствола относится к исследовательской работе и не может быть применен в практической работе, а также имеет существенные недостатки, поскольку он основан на косвенном измерении величины износа канала ствола, очень трудоемок и низкооперативен, дорогостоящий и привносит дополнительные дефекты в канал ствола.