NO844866L - Belysningsanordning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en belysningsanordning for inspeksjon av innsiden av et rør og mer bestemt en anordning som gjør bruk av optiske fibre for denne inspeksjon.

Innsidene av rør, f.eks. dampkjelerør, blir vanligvis inspisert ved hjelp av en mekanisk sonde som er utstyrt med en rekke fjærbelastede følere. Ved å måle avbøyningene av fjærene ved hjelp av strekklapper som er montert på følerene, kan avleiringer og/eller hindringer i rørene påvises. På grunn av at bare et lite antall følere kan benyttes, på grunn av plassbegrensninger og på grunn av at disse følere står i en viss avstand fra hverandre, kan imidlertid inspeksjon av hele omkretsen av røret ikke ut-føres. Dessuten er det alltid en risiko for beskadigelse av de meget ømtålige rør under inspeksjon på grunn av at følerene er i berøring med rørets innside og er fjærbe-lastet. Sluttelig gir bruk av en sonde av den mekaniske type ikke muligheter for egentlig observasjon av avset-ningene og/eller hindringene i røret som inspiseres.

På grunn av de problemer som er omhandlet ovenfor, er det ønskelig å komme frem til en inspeksjonssonde som uten kontakt setter brukeren istand til visuelt å inspisere innsiden av et rør over hele dets omkrets.

Foreliggende oppfinnelse løser de nevnte problemer som er knyttet til teknikkens stand såvel som andre problemer ved å benytte optiske fibre i en sondeanordning som ikke har kontakt med rørveggen. Sondeanordningen har en indre kjerne av optiske fibre som virker som lyskilden, en ring av optiske fibre som omgir den indre kjerne av op-

tiske fibre og som fanger opp reflektert lys, et par plan-konvekse linser som samler både lysstrålen som kommer fra den indre kjerne av optiske fibre og den reflekterte lysstråle, slik at den kan oppfanges av ringen av optiske fibre, og et mål i form av et reflekterende kulelager

eller en konkav konus. Lys som reflekteres fra det reflek-r terende kulelager eller den konkave konus, fører til belysning av et omløpende bånd på innsiden av røret. Lys ifra dette bånd overføres til ringen av optiske fibre slik at visuell inspeksjon av innsiden av røret kan utføres. Endene av de optiske fibre som danner ringen er avskrånet i en på forhånd bestemt vinkel for å optimalisere lysoverføringen fra det omløpende bånd til de optiske fibre i ringen.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte

trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under hen-visning til tegningene der: Figur 1 viser et eksempel på foreliggende oppfinnelse sett fra siden og delvis i snitt,

figur 2 viser en alternativ utførelse av den oppfinnelse som er vist på figur 1,

figur 3 viser oppfinnelsen når den er innsatt i et rør som skal inspiseres, sett fra siden og delvis i snitt,

figur 4 viser i forstørret målestokk, avskråningen av endene av de optiske fibre som danner ringen som skal fange opp reflektert lys og

figur 5 viser i forstørret målestokk avskråningen av endene av de optiske fibre som danner ringen ved slipning av en konveks flate på ringens ende.

Tegningene viser foretrukne utførelsesformer for oppfinnelsen, men oppfinnelsen er ikke begrenset til det som her er vist og figur 1 viser et snitt gjennom en første utførelsesform for oppfinnelsen med en sondeanordning 10. Denne anordning består hovedsaklig av en gruppe optiske fibre 12 med stor diameter som danner den sentrale del av anordningen, en ring 14 av optiske fibre med mindre diameter der ringen er konsentrisk med den optiske fibergruppe 12 som har den store diameter, etpar plan-konvekse linser 16 og et reflekterende kulelager 18 som holdes i avstand fra paret av linser 16 og de optiske fibre 12 og 14.

Gruppen av optiske fibre 12 med stor diameter virker som lyskilde og består av omtrent 37 fibre som hver har en dekket diameter på omtrent 0.2 mm. En koaksial avstands-måler 20 omgir den optiske fibergruppe 12 med stor diameter og er innlagt mellom denne optiske fibergruppe 12 og ringen 14 av optiske fibre med mindre diameter. På denne måte blir ringen 14 ved optiske fibre med liten diameter og fiber-gruppen 12 med stor diameter holdt konsentrisk i forhold til hverandre. Ringen 14 av optiske fibre med liten diameter fanger opp lys som reflekteres fra kulelageret 18 og består av omtrent 1500 fibre som hver har en dekket diameter på

0.04 mm og en kjernediameter på omtrent 0.02 mm. Både gruppen 12 av optiske fibre med stor diameter og ringen 14 med optiske fibre med liten diameter er gaffelformet for å lette innføringen av lys ved inngangsenden for gruppen 12 av optiske fibre med stor diameter og samling av lys ved ut-gangsenden for ringen 14 av optiske fibre med liten diameter. I tillegg er enden av gruppen 12 med fibre med stor diameter forsenket i den koaksiale avstandsholder 20, for å skille lys som føres frem med gruppen 12 av fibre med stor diameter fra det som reflekteres mot og samles av ringen 14 av optiske fibre med mindrediameter.

En rørformet hylse 22 er lagt utenfor anordningen som omfatter gruppen 12 av optiske fibre med stor diameter, den koaksiale avstandsholder og ringen 14 av optiske fibre med mindre diameter. Den rørformede hylse 22 er på sin side skrudd inn i en kragemutter 24 som holder paret av plan-konvekse linser 16 i avstand fra hverandre og i forhold til enden av gruppen 12 av optiske fibre med stor diameter og

ringen 14 av optiske fibre med liten diameter.

Anordningen av paret av plan-konvekse linser 16 er en versjon av den klassiske vid-vinkel oppsetning. Hver plan-konveks linse har en brennvidde på omtrent 6 mm,

noe som gir en effektiv brennvidde på omtrent 4.2 mm for linsekombinasjonen. En blender 26 med en diameter på omtrent 2 mm er innskutt mellom linsene og gir en blénder-åpning på omtrent 2 for den samlede linseanordning.

Det reflekterende kulelager 18 holdes i en monteringsblokk

2 8 og denne står i en avstand fra paret av plan-konvekse linser 16 ved hjelp av en rekke tynne tråder 30 som danner liten blokkering for lyset, slik at mest mulig av dette kan passere gjennom komponentene. På denne måte blir paret av plan-konvekse linser 16 innskutt mellom det reflekterende kulelager 18 og anordningen som består av gruppen 12 med optisk fibre med stor diameter og ringen 14 av optiske fibre med liten diameter. I en alternativ utførelse som vist på figur 2, er det reflekterende kulelager 18 og den tilhørende monteringsblokk 28 erstattet av en konkav konus 32 med den viste form.

Begge beskrevne utførelsesformer kan benyttes til å belyse innsiden av et rør, f.eks. et dampkjelerør. For å foreta belysningen blir sodeanordningen 10 innsatt i røret 40

som skal belyses som vist på figur 3. En lyskilde (ikke vist) rettes mot enden av gruppen 12 av optiske fibre med stor diameter, slik at en lysstråle blir sendt gjennom den optiske fibergruppe og stråler ut fra denne. Den resulteren-de spredte lysstråle som er generelt angitt med henvisningstallet 42, samles av paret av plan-konvekse linser 16 og blendeåpning 26 til et billedplan foran det reflekterende kulelager 18 eller den konkave kule 32. Lyset som treffer kulelageret 18 eller den konkave konus 32, blir så reflektert tilbake for å belyse et omløpende bånd som er generelt

antydet ved henvisningstallet 44 på innsiden av røret 40. Bredden av det omløpende bånd 44 er avhengig av de innbyrdes dimensjoner på komponentene i sondeanordningen 10. Størst belysningsstyrke i det omløpende bånd 4 4 oppstår imidlertid tilnærmet ved objektplanet for paret av de plan-konvekse linser 16.

Det reflekterte lys som kommer fra det omløpende bånd 44, blir så samlet av paret av plan-konvekse linser 16 og blenden 26 som står mellom disse til en lysstråle som generelt er betegnet med henvisningstallet 46 og som opptas av enden av ringen 14 av optiske fibre med mindre diameter. Disse tynnere optiske fibre sender så lyset fra det omløpende bånd til detektorer eller betraktningsanordninger (ikke vist), slik at tilstanden av rørets innside kan bestemmes.

Ved eksperimentering har det vist seg at den midlere billed-feltvinkel, d.v.s. vinkelen på den reflekterté lysstråle 46

i forhold til horisontalplanet, er tilnærmet 30°, som vist på figur 4. Ved denne vinkel vil bare 0.4% av lyset som passerer gjennom blendeåpningen 26 komme frem til de optiske fibre méd mindre diameter i ringen 14. Dermed vil koblingen av lys fra rørveggen til fibrene i ringen 14 være meget lite effektiv. Det har vist seg at denne effektivitet kan økes ved å avskråne endene av fibrene i ringen 14 som vist på figur 4. Slik avskråning gjør det mulig for den reflekterte lysstråle fra rørveggen å bli sendt gjennom fibrene i ringen 14 i en retning paralelt med fibrenes akser. På denne måte oppnås den best mulige virkningsgrad.

På figur 5 er det i forstørret målestokk vist fiberenden av sondeanordningen 10. Fra Snell's lov kan man finne at

der n = 1.5, er brytningsindeks for glasset i de optiske fibre med liten diameter i ringen 14. Løser man denne ligning med hensyn på <f>, vil skråningsvinkelen bli

Man får således den beste virkningsgrad for koblingen når skråningsvinkelen ved endene av fibrene med mindre diameter i ringen 14 er omtrent 38°. Det har ved eksperimenter blitt påvist at koblingens virkningsgrad fra bilde til fiber øker mer enn 100 ganger ved anvendelse av den beskrevne avskråning av enden av ringen 14. I tillegg har det vist seg at en måte til oppnåelse av sirkulær symmetrisk avskråning er å slipe en konveks flate med en på forhånd bestemt radius på enden av ringen 14 som vist på figur 5. Radius på den nevnte konvekse flate er avhengig av den totale bredde av sondeanordningen 10. Det skal påpekes at andre mulige løsninger kan benyttes for å skape en symmetrisk avskråning på enden av ringen 14, men det har vist seg at sliping av en konveks flate med en på forhånd bestemt radius gir ypper-ligere resultater på en hendig måte.

Visse modifikasjoner og forbedringer vil kunne gjøres av fagfolk på området etter gjennomgåelse av det som her er beskrevet. Det skal påpekes at alle slike modifikasjoner og anordninger her er utelatt for oversiktens skyld, men ligger innenfor rammen av de følgende krav.

Claims (18)

1. Belysningsanordning for belysning av innsiden av en rørformet gjenstand, omfattende midler for sending av en lysstråle inn i den rørformede gjenstand som skal belyses, karakterisert ved et mål som skal reflektere lysstrålen mot innsiden av den rørformede gjenstand for å frembringe et omløpende belyst bånd på gjen-standens innside og innretninger for samling av lyset som stråler ut fra det belyste omløpende bånd.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at midlene til sending av en lysstråle inn i den rørformede gjenstand omfatter en første gruppe optiske fibre.

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at innretningene for samling av lyset som stråler ut fra det omløpende belyste bånd, omfatter en andre gruppe optiske fibre.

4. Anordning som angitt i krav 3, karakterisert ved at de optiske fibre som utgjør den annen optiske fibergruppe er anbragt i ringform.

5. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at midlene for sending av en lysstråle inn i den rørformede gjenstand, omfatter en første gruppe optiske fibre og ved at innretningene for samling av lys som stråler ut fra det omløpende belyste bånd, omfatter en andre gruppe optiske fibre, der de optiske fibre som danner den andre optiske fibergruppe er anbragt i ringform for opptagelse av den første optiske fibergruppe i ringen.

6. Anordning som angitt i krav 5, karakterisert ved at avstandsholdere eriinnført "mellom den første optiske fibergruppe og ringformen for den annen optiske fibergruppe, hvilke avstandsholdere holder ringformen på den andre optiske fibergruppe konsentrisk i forhold til den første optiske fibergruppe.

7. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at den lysstråleførende ende av den første optiske fibergruppe er forsenket i forhold til den lysstrålesamlende ende av den andre optiske fibergruppe som er i ringform.

8. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at den lysstrålesamlende ende av den ringformede andre optiske fibergruppe er avskrånet i en på forhånd bestemt vinkel for best mulig.overføring av lys fra det omløpende belyste bånd til den annen gruppe av optiske fibre som danner ringen.

9. Anordning som angitt i krav 8, karakterisert ved at avskråningen av den lysstrålesamlende ende av den ringformede fibergruppe tilnærmes ved å utforme en konveks flate med på forhånd bestemt radius på den lysstrålesamlende ende av den ringformede fibergruppe.

10. Anordning som angitt i krav 4, karakterisert ved at antallet optiske fibre som utgjør den andre gruppe av optiske fibre er større enn antallet av optiske fibre som utgjør den første optiske fibergruppe.

11. Anordningsom angitt i krav 4, karakterisert ved at diameteren for de optiske fibre som danner den første gruppe av slike fibre er større enn diameteren for de optiske fibre som danner den annen gruppe av slike fibre.

12. Anordning som angitt i krav 1, karakter i- sert ved midler for samling av lysstrålen som kommer fra sendeanordningen mot målet og for samling av lys som stråler fra det omløpende belyste bånd mot samleinnretningene.

13. Anordning som angitt i krav 12, karakterisert ved at samleanordningen er innskutt mellom sendeanordningen og målet.

14. Anordning som angitt i krav 12, karakterisert ved at samleanordningen er.: innskutt mellom målet og mottageranordningen.

15. Anordning som angitt i krav 12, karakter ir-sert ved at samleanordningen omfatter etpar plan-konvekse linser.

16. Anordning som angitt i krav 15, karakterisert ved at en blendeanordning er anbragt mellom paret av av plankonvekse linser.

17. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at målet er en reflekterende kulelagerdel.

18. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at målet er en konus med konkav form.