WO2018084744A1 - Terminal fibre optic detector - Google Patents
Terminal fibre optic detector Download PDFInfo
- Publication number
- WO2018084744A1 WO2018084744A1 PCT/RU2017/000792 RU2017000792W WO2018084744A1 WO 2018084744 A1 WO2018084744 A1 WO 2018084744A1 RU 2017000792 W RU2017000792 W RU 2017000792W WO 2018084744 A1 WO2018084744 A1 WO 2018084744A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- cfi
- rings
- sensitive part
- working body
- optical
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 38
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 22
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 238000005253 cladding Methods 0.000 claims description 3
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims description 2
- 230000005489 elastic deformation Effects 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000000253 optical time-domain reflectometry Methods 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 230000011664 signaling Effects 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative effect Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 1
- 230000002550 fecal effect Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
- G08B13/18—Actuation by interference with heat, light, or radiation of shorter wavelength; Actuation by intruding sources of heat, light, or radiation of shorter wavelength
Abstract
The invention relates to fibre optic technology, and more particularly to terminal fibre optic detectors. A terminal fibre optic detector (FOD) comprises a housing with a working member that allows a change in the position of the optical fibres of a sensitive portion of the FOD, and a sensitive portion mounted inside the housing of the FOD and connected to a transport portion that allows connection of the FOD to a branched optical network and allows the forward and backward transport of laser pulses. The sensitive portion is comprised of optical fibres and a splitter, the outputs of which are mutually closed by an optical fibre and form a closed loop, for generating a reflection signal, wherein a change in the geometrical position of the fibres in the sensitive portion of the FOD within an elastic strain range as a result of a change in the position of the working member is such that it leads to a change in capacity for the generation and passage of reflection signals. The technical result is the guaranteed reception of clear information about a reflection signal which is dependent on the position of the working member of the FOD.
Description
Концевой оптоволоконный извещатель End Fiber Detector
Область техники Technical field
Предлагаемая полезная модель относится к оптоволоконной технике, а именно к концевым оптоволоконным извещателям (далее - КОИ), 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 о положениях рабочих органов КОИ производится при помощи устройства обработки информации, рефлектометра и разветвленной на сплиттерах оптоволоконной кабельной сети. Дальность размещения КОИ может достигать 50 ООО м и более, при обеспечении требуемой величины энергии зондирующего импульса, отводимого к КОИ. The proposed utility model relates to fiber optic technology, namely to end fiber optic detectors (hereinafter referred to as CFI), the principle of operation of which is based on the use of the properties of optical fiber to change the transmission capacity of probe laser radiation depending on the geometric shape of the optical fiber, which is changed by the CFI working body. Information on the positions of the working bodies of the CFI is collected using an information processing device, an OTDR, and a fiber-optic cable network branched on splitters. The range of the COI placement can reach 50 000 m or more, while providing the required energy value of the probe pulse allocated to the COI.
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 50 000 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. KOI can be used in burglar alarm systems, panic alarm buttons, the status of gate sensors and gates of perimeters of small and extended territories, the position of manhole covers for well spaces, as well as the condition of doors of structures and premises, the position sensors of gully gangways, signaling the state of walls on the presence of cracks, fractures and breaks, liquid level sensors, ultimate pressure sensors, etc. without the use of electrical energy at a distance of 100 to 50,000 meters, in t including the use of CFI in explosive atmospheres, in conditions of 100% humidity, increased gas contamination and dust, when working in water, including fecal effluents, in conditions of increased radiation, in conditions that exclude the possibility of using electrical devices, in conditions of high-power electromagnetic interference.
Уровень техники State of the art
Из уровня техники известны конструкции устройств, использующие оптоволокно для регистрации состояния различных систем (см., например, RU 2467397, 20.11.2012). The prior art design of devices using optical fiber to record the status of various systems (see, for example, RU 2467397, 11/20/2012).
Недостатками данной конструкции является отсутствие возможности сбора распределенной на значительные расстояния информации о состоянии подвижных частей конструкций, на которых установлены оптоволоконные датчики, основанные на принципе изменения уровня сигнала отражения (возвращения) в зависимости от положения рабочего органа датчика. The disadvantages of this design are the inability to collect information distributed over considerable distances about the state of the moving parts of structures on which fiber-optic sensors are installed, based on the principle of changing the reflection signal level (return) depending on the position of the sensor’s working body.
Раскрытие полезной модели
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое техническое решение, заключается в том, что обеспечивается возможность гарантированного получения четких сведений о сигнале отражения, зависящего от положения рабочего органа КОИ. Utility Model Disclosure The technical result, the achievement of which the proposed technical solution is aimed at, is that it is possible to guaranteedly obtain clear information about the reflection signal, depending on the position of the working body of the CFI.
Эта задача решается путем создания концевого оптоволоконного извещателя This problem is solved by creating an end fiber optic detector.
(КОИ), содержащего корпус с рабочим органом, обеспечивающим изменение положения оптических волокон чувствительной части КОИ, чувствительную часть, которая установлена в корпусе КОИ и соединена с транспортной частью, обеспечивающей подключение КОИ к разветвленной оптической сети и транспортировку лазерных импульсов в прямом и обратном направлении, чувствительная часть КОИ выполнена из оптических волокон и сплиттера, выходы которого замкнуты между собой оптическим волокном и образуют замкнутую петлю для формирования сигнала отражения, изменение геометрического положения волокон в чувствительной части КОИ в упругом диапазоне деформаций вследствие изменения положения рабочего органа таковы, что приводят к изменению возможности формирования и прохождения сигналов отражения. (CFI), comprising a housing with a working body, providing a change in the position of the optical fibers of the sensitive part of the CFI, the sensitive part, which is installed in the housing of the CFI and connected to the transport part, providing the connection of the CFI to the branched optical network and the transportation of laser pulses in the forward and reverse direction, the sensitive part of the CFI is made of optical fibers and a splitter, the outputs of which are closed together by an optical fiber and form a closed loop to form a reflection signal , a change in the geometric position of the fibers in the sensitive part of the CFI in the elastic range of deformations due to a change in the position of the working body are such that they lead to a change in the possibility of formation and transmission of reflection signals.
В одном из вариантов заявленного решения чувствительная часть КОИ представляет собой замкнутую петлю в виде колец с радиусом изгиба в упругом диапазоне деформаций, допускающем свободное прохождение сигнала отражения зондирующего импульса в одном из положений рабочего органа и радиусом изгиба колец в упругом диапазоне деформаций во втором положении рабочего органа до формы, при которой сигнал зондирующего импульса частями поглощается в оболочке оптического волокна чувствительной части КОИ в местах с наименьшими радиусами до необходимого минимального значения сигнала отражения. In one embodiment of the claimed solution, the sensitive part of the CFI is a closed loop in the form of rings with a bending radius in the elastic range of deformations, allowing free passage of the reflection signal of the probe pulse in one of the positions of the working body and the bending radius of the rings in the elastic range of deformations in the second position of the working body to the form in which the signal of the probe pulse is absorbed in parts in the optical fiber cladding of the sensitive part of the CFI in places with the smallest radii to the required direct minimum values of the reflection signal.
В другом из вариантов заявленного решения чувствительная часть КОИ представляет собой замкнутую петлю в виде оптических волокон свернутых в кольца и установленных в корпусе КОИ таким образом, что в одном из положений рабочего органа одни кольца находятся в состоянии, допускающем свободное прохождение сигнала зондирующего импульса, а другие кольца в состоянии, при котором сигнал зондирующего импульса частями поглощается в оболочке оптического волокна чувствительной части КОИ в местах с наименьшими радиусами до необходимого минимального значения сигнала отражения, а во втором положений рабочего органа положения колец изменяются на противоположное, обеспечивая инверсное состояние сигналов отражения.
В другом из вариантов заявленного решения чувствительная часть КОИ представляет собой замкнутую петлю в виде оптических волокон, свернутых в кольца и установленных в корпусе КОИ таким образом, что две группы колец закреплены с одной стороны на неподвижной части корпуса, а вторые стороны колец соединены друг с другом и с свободно висящим подвижным рабочим органом, при этом плоскости групп колец располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях, обеспечивающих возможность автоматического удержания колец в упругой деформации во встречном усилии без отведения в стороны положения подвижного груза, сжатых до степени среднего уровня поглощения энергии зондирующего импульса в каждых группах колец, обеспечивая динамическое изменение сигналов отражения в зависимости от величины ускорения передаваемого на корпус КОИ. In another embodiment of the claimed solution, the sensitive part of the CFI is a closed loop in the form of optical fibers rolled into rings and installed in the frame of the CFI in such a way that in one of the positions of the working body, some rings are in a state that allows the free passage of the signal of the probe pulse, and others rings in a state in which the signal of the probe pulse is absorbed in parts in the optical fiber cladding of the sensitive part of the CFI in places with the smallest radii to the required minimum th reflection signal values, and in the second position the working member ring positions reversed, providing inverted state signal reflections. In another embodiment of the claimed solution, the sensitive part of the CFI is a closed loop in the form of optical fibers, rolled into rings and installed in the frame of the CFI so that two groups of rings are fixed on one side on the fixed part of the body, and the second sides of the rings are connected to each other and with a freely hanging movable working body, while the planes of the groups of rings are located in mutually perpendicular planes, which enable automatic retention of the rings in elastic deformation in the meeting the effort without taking aside the position of the moving load, compressed to the extent of the average level of energy absorption of the probe pulse in each groups of rings, providing a dynamic change in the reflection signals depending on the magnitude of the acceleration transmitted to the casing.
В другом из вариантов заявленного решения изменение пространственной формы оптического волокна чувствительной части КОИ производится через захваты, расположенные на разных сторонах колец чувствительного элемента, одни из захватов соединены с подвижной частью рабочего органа КОИ, другие - с основанием корпуса КОИ. In another embodiment of the claimed solution, the spatial shape of the optical fiber of the sensitive part of the CFI is changed through the grips located on opposite sides of the rings of the sensitive element, some of the grips are connected to the movable part of the working body of the CFI, others to the base of the CFI body.
В другом из вариантов заявленного решения захваты выполнены в виде отрезков термоусадочных труб разных диаметров, вставленных друг в друга, одни предназначены для удержания оптических волокон, свернутых в кольца, - оптической бухты, другие - для захвата первых и формирования монтажного отверстия, предназначенного для прикрепления оптической бухты к подвижной и неподвижной частям КОИ. In another of the variants of the claimed solution, the grips are made in the form of segments of heat-shrink tubes of different diameters inserted into each other, some are designed to hold optical fibers rolled into rings, an optical bay, others are used to capture the first ones and form a mounting hole for attaching an optical bays to the moving and motionless parts of the CFI.
Таким образом, заявляемое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет обеспечить возможность гарантированного получения четких сведений о сигнале отражения, зависящего от положения рабочего органа КОИ. Thus, the claimed technical solution with all its essential features makes it possible to guarantee the receipt of clear information about the reflection signal, depending on the position of the working body of the CFI.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
На фиг. 1 представлено положение чувствительной части датчика - радиус изгиба волокна более минимального критического значения, зондирующий импульс и отраженный сигнал свободно движутся в сердцевине волокна в обоих направлениях. In FIG. Figure 1 shows the position of the sensitive part of the sensor — the bending radius of the fiber is more than the minimum critical value, the probe pulse and the reflected signal move freely in the fiber core in both directions.
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 показана чувствительная часть датчика, выполненная в виде бухты оптического волокна с захватами, прикрепленными к корпусу датчика и к подвижной части рабочего органа. In FIG. Figure 2 shows the position of the sensitive part of the sensor — the fiber bending radius is less than the critical value at which the probe pulse, reaching the fiber bending point, penetrates the fiber sheath and is absorbed in it, as a result of which a reflection signal is not formed. In FIG. 3 shows the sensitive part of the sensor, made in the form of an optical fiber bay with grips attached to the sensor housing and to the movable part of the working body.
На фиг. 4 показана чувствительная часть датчика, выполненная в виде двух бухт оптического волокна с захватами, прикрепленными к корпусу датчика и к подвижной части рабочего органа. In FIG. 4 shows the sensitive part of the sensor, made in the form of two bays of optical fiber with grips attached to the housing of the sensor and to the movable part of the working body.
На фиг. 5 приведен пример работы датчика, в котором чувствительный элемент датчика выполнен в виде двух бухт оптического волокна с двумя общими захватами по краям. In FIG. 5 shows an example of a sensor operation in which the sensor element is made in the form of two bays of optical fiber with two common grips at the edges.
На фиг. 6 показан общий вид датчика КОИ. In FIG. 6 shows a general view of the COI sensor.
Осуществление полезной модели Utility Model Implementation
Сигналы отражения формируются на входе премного устройства в результате прохождения зондирующего импульса в обратном направлении через разветвленную оптическую сеть, на ответвлениях которой размещены КОИ. Reflection signals are generated at the input of the premix device as a result of the passage of the probe pulse in the opposite direction through a branched optical network, on the branches of which there are KOI.
Необходимая величина ответвляемой мощности к КОИ, как правило, должна быть значительно меньше исходного значения мощности на выходе рефлектометра и зависит от характеристик излучателя, чувствительности приемного устройства рефлектометра и дальности размещения КОИ от измерительного устройства, что позволяет на одном транспортном кабеле размещать множество ответвлений к КОИ. The required value of the branch power to the COI, as a rule, should be significantly less than the initial value of the power at the OTDR output and depends on the characteristics of the emitter, the sensitivity of the OTDR receiving device, and the distance of the COI from the measuring device, which allows you to place many branches to the COI on one transport cable.
Величина ответвляемой мощности на каждый КОИ по принципу работы устройства может отличаться между собой в несколько раз, не ухудшая работы устройства, что позволяет использовать ответвители с широким диапазоном ветвления. Мощность возвращенного сигнала на входе приемного устройства, как правило, не должна превышать пределов насыщения для применяемого приемного устройства и не должна быть ниже допустимого уровня, сопоставимого с уровнем шумов. Превышение величины мощности отраженного сигнала пределов насыщения приемного устройства не нарушает работу устройства. The magnitude of the branch power for each CFI according to the principle of operation of the device can differ by several times without deteriorating the operation of the device, which allows the use of taps with a wide range of branching. The power of the returned signal at the input of the receiving device, as a rule, should not exceed the saturation limits for the used receiving device and should not be lower than the permissible level comparable to the noise level. Exceeding the power of the reflected signal of the saturation limits of the receiving device does not interfere with the operation of the device.
Основным результатом сбора информации от КОИ является соотношение величины мощности возвращенного сигнала в одном из положений датчика к величине мощности возвращенного сигнала в другом положении. Соотношение величины мощности возвращенного сигнала в разных состояниях КОИ может достигает десятки и более раз и рассматривается системой измерений как дискретный сигнал - "есть сигнал" или "нет сигнала". The main result of collecting information from the CFI is the ratio of the magnitude of the power of the returned signal in one of the positions of the sensor to the magnitude of the power of the returned signal in another position. The ratio of the magnitude of the power of the returned signal in different states of the CFI can reach tens or more times and is considered by the measurement system as a discrete signal - “there is a signal” or “there is no signal”.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что КОИ содержит корпус (1) с рычажным механизмом (4), обеспечивающим
перемещение оптических волокон чувствительной части КОИ, отрезок оптоволоконного транспортного кабеля для подключения к разветвленной оптической сети и транспортировки лазерных импульсов в прямом и обратном направлении и чувствительную часть, изменения положения которой приводят к изменению своей пропускной и отражательной способности. The specified problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that KOI contains a housing (1) with a lever mechanism (4), providing moving optical fibers of the sensitive part of the CFI, a segment of the optical fiber transport cable for connecting to a branched optical network and transporting laser pulses in the forward and backward directions, and a sensitive part, changes in the position of which lead to a change in its transmission and reflectivity.
КОИ представляют собой оптико-механические конструкции, в которых вследствие изменения положения рабочего органа датчика происходит изменение величины мощности возвращаемых сигналов. Изменение положения рабочего органа производится при воздействии на элементы рабочего органа. KOI are optical-mechanical constructions in which, due to a change in the position of the working body of the sensor, a change in the magnitude of the power of the returned signals occurs. Changing the position of the working body is made when exposed to the elements of the working body.
Способность датчика изменять величину импульса возвращения производится путем изменения величины радиуса изгиба и ориентации оптического волокна чувствительной части датчика меньше значения, при котором целостность и упругие свойства оптического волокна сохраняются, а оптический луч зондирующего импульса в местах изгиба проникает в оболочку волокна и в ней поглощается (см. фиг. 1, 2). The ability of the sensor to change the magnitude of the return pulse is made by changing the value of the bending radius and orientation of the optical fiber of the sensitive part of the sensor less than the value at which the integrity and elastic properties of the optical fiber are preserved, and the optical beam of the probe pulse penetrates the fiber sheath and is absorbed in the bend (see Fig. 1, 2).
Построение многоточечной оптической схемы возвращения сигналов от датчиков позволяет обеспечить максимально эффективную с малыми потерями энергии сигналов возвращения к приемному устройству, обеспечивая максимальное количество датчиков на одной линии устройства. The construction of a multi-point optical scheme for returning signals from sensors makes it possible to ensure the most efficient with low energy loss signals return to the receiving device, providing the maximum number of sensors on one line of the device.
При построении системы должны учитываться длительность зондирующего импульса, линейные размеры чувствительных элементов и транспортного кабеля с целью предотвращения конкуренции (наложения) возвращаемых сигналов во времени. Регулирование конкуренции сигналов возвращения производится корректирующими катушками, состоящими из однотипного оптического волокна требуемой длины. When constructing the system, the duration of the probe pulse, the linear dimensions of the sensitive elements and the transport cable should be taken into account in order to prevent competition (overlapping) of the returned signals in time. Competition of the return signals is regulated by correcting coils consisting of the same type of optical fiber of the required length.
Работа КОИ с использованием рефлектометрического метода измерения. Work CFI using reflectometry method of measurement.
В основе работы устройства лежит принцип: The basis of the device is the principle:
- получение сигнала отражения от конца линии, отводимой к датчику(ам), достаточной мощности для уверенной идентификации его места и величины отражения; - receiving a reflection signal from the end of the line to the sensor (s) of sufficient power to confidently identify its location and magnitude of reflection;
- возможность изменения величины мощности сигнала отражения, изменением геометрических размеров оптического волокна: - the ability to change the magnitude of the power of the reflection signal by changing the geometric dimensions of the optical fiber:
- соотношение мощности сигнала отражения в состоянии максимальной пропускной способности датчика и линии к величине мощности сигнала отражения в состоянии минимальной пропускной способности датчика и линии, должно обеспечивать однозначное определение состояния датчика при любых обозначенных
значениях помеховых факторов, воздействующих на линию и датчик (температура, давление, влажность, загазованность, погружение в воду и др.). - the ratio of the power of the reflection signal in the state of maximum throughput of the sensor and the line to the value of the power of the reflection signal in the state of minimum throughput of the sensor and the line should provide an unambiguous determination of the state of the sensor for any the values of interference factors affecting the line and the sensor (temperature, pressure, humidity, gas contamination, immersion in water, etc.).
В целях обеспечения работы датчика (датчик КОИ) в диапазоне больших радиусов изгиба на фиг. 3 приведен пример работы датчика, в котором чувствительный элемент датчика выполнен в виде бухты (2) оптического волокна с двумя захватами (3), расположенных по краям бухты. Один из захватов закреплен на неподвижной части корпуса датчика, а второй - на подвижной части, перемещаемой рабочим органом датчика. In order to ensure the operation of the sensor (COI sensor) in the range of large bending radii in FIG. Figure 3 shows an example of the operation of the sensor, in which the sensor element is made in the form of a bay (2) of an optical fiber with two grippers (3) located at the edges of the bay. One of the grips is fixed on the fixed part of the sensor housing, and the second on the movable part, moved by the working body of the sensor.
В данной конструкции поглощение энергии зондирующего импульса при сжатии бухты происходит дважды в каждом витке эллипсовидной формы деформации оптического волокна ЧЭ датчика, что позволяет значительно увеличить минимальное значение радиуса изгиба эллипса, при котором достаточно полно поглощается энергия зондирующего импульса. Захваты выполнены в виде двух термоусадочных труб разных диаметров, вставленных друг в друга, которые предназначены: одна для удержания бухты, вторая для захвата первой и формирования монтажного отверстия, предназначенного для прикрепления бухты к подвижной и неподвижной частям датчика. In this design, the energy of the probe pulse is absorbed during compression of the bay twice in each turn of the ellipsoid deformation of the optical fiber of the SE of the sensor, which can significantly increase the minimum value of the bend radius of the ellipse, at which the probe pulse energy is completely absorbed. The grips are made in the form of two heat-shrink tubes of different diameters inserted into each other, which are designed: one to hold the bay, the second to capture the first and form the mounting hole designed to attach the bay to the movable and fixed parts of the sensor.
На фиг. 4 приведен пример работы датчика, в котором чувствительный элемент датчика выполнен в виде двух бухт (2) оптического волокна с тремя захватами (3) - два по краям на каждой и одного общего в середине. Общий захват закреплен на неподвижной части корпуса датчика, а два других - на подвижной части, перемещаемой рабочим органом датчика. Расстояние между крайними захватами должно обеспечивать полное освобождение одного кольца до размеров круга и сжатие второго кольца до эллипса требуемой формы и наоборот в другом положении датчика. Работа датчика аналогична работе датчика предыдущего исполнения, за исключением того, что сигналы отражения от разных колец датчика находятся в инверсном отношении друг к другу, что обеспечивает непрерывную диагностику исправности датчика по двум сигналам отражения. Дополнительно состояние датчика может считываться двумя независимыми рефлектометрами с учетом инверсии сигналов. Согласно фиг. 4. чувствительная часть датчика выполнена в виде двух бухт оптического волокна с захватами, прикрепленными к корпусу датчика и к подвижной части рабочего органа для получения динамической информации о колебаниях инерционного рабочего органа. In FIG. Figure 4 shows an example of the operation of the sensor, in which the sensor element is made in the form of two bays (2) of optical fiber with three grippers (3) - two at the edges on each and one common in the middle. The general grip is fixed on the fixed part of the sensor housing, and the other two on the moving part, moved by the working body of the sensor. The distance between the extreme grips should ensure the complete release of one ring to the size of the circle and compression of the second ring to an ellipse of the desired shape and vice versa in a different position of the sensor. The operation of the sensor is similar to the operation of the sensor of the previous version, except that the reflection signals from different rings of the sensor are inverse to each other, which provides continuous diagnosis of the health of the sensor by two reflection signals. Additionally, the state of the sensor can be read by two independent reflectometers taking into account the inversion of the signals. According to FIG. 4. the sensitive part of the sensor is made in the form of two bays of optical fiber with grips attached to the body of the sensor and to the movable part of the working body to obtain dynamic information about the oscillations of the inertial working body.
На фиг. 5 приведен пример работы датчика, в котором чувствительный элемент датчика вьшолнен в виде двух бухт оптического волокна с двумя общими захватами по
краям. Один захват закреплен на неподвижной части корпуса датчика, а другой - на подвижной части, перемещаемой рабочим органом датчика. Расстояние между крайними положениями захватов должно обеспечивать полное освобождение колец до размеров круга и сжатие обоих колец до размеров эллипса требуемой формы. Работа датчика аналогична работе датчика с одним кольцом, но с двумя независимыми кольцами, что обеспечивает непрерывную диагностику исправности датчика по двум сигналам отражения. Дополнительно состояние датчика может считываться двумя независимыми рефлектометрами. Согласно фиг. 5 чувствительная часть датчика выполнена в виде двух бухт оптического волокна с захватами, прикрепленными к корпусу датчика и к подвижной части рабочего органа с независимыми выводами оптического волокна для параллельной работы с одним датчиком. In FIG. Figure 5 shows an example of the operation of the sensor, in which the sensor element is made in the form of two bays of optical fiber with two common grips along to the edges. One grip is fixed on the fixed part of the sensor housing, and the other on the movable part, moved by the working body of the sensor. The distance between the extreme positions of the grips should ensure complete release of the rings to the size of the circle and the compression of both rings to the size of the ellipse of the desired shape. The operation of the sensor is similar to the operation of the sensor with one ring, but with two independent rings, which provides continuous diagnosis of the health of the sensor by two reflection signals. Additionally, the state of the sensor can be read by two independent reflectometers. According to FIG. 5, the sensitive part of the sensor is made in the form of two bays of optical fiber with grips attached to the body of the sensor and to the movable part of the working body with independent terminals of the optical fiber for parallel operation with one sensor.
Построение нескольких КОИ в последовательную цепочку позволяет использовать малую часть мощности зондирующего импульса и максимально эффективно доставлять энергию сигналов возвращения к приемному устройству, обеспечивая возможность подключения максимального количества датчиков на одной линии устройства. The construction of several CFI in a serial chain allows you to use a small part of the power of the probe pulse and deliver the energy of the return signals to the receiving device as efficiently as possible, providing the ability to connect the maximum number of sensors on one line of the device.
Описание работы чувствительной части КОИ. Description of the operation of the sensitive part of the CFI.
В качестве чувствительной части КОИ с изменяемым радиусом изгиба волокна служат оптические жилы кабеля, пигтейлов или патчкордов. Волокна кабеля и возвратные движения рабочего органа обеспечивают требуемую долговременную упругость, необходимую при восстановлении исходной формы жилы чувствительной части оптического датчика. Optical cores of a cable, pigtails or patch cords serve as a sensitive part of CFI with a variable radius of bending of the fiber. Cable fibers and return movements of the working body provide the required long-term elasticity necessary when restoring the original shape of the core of the sensitive part of the optical sensor.
Принцип действия датчика поясняется на фиг. 1 и 2. The principle of operation of the sensor is illustrated in FIG. 1 and 2.
Описание принципа действия КОИ. Description of the operating principle of the CFI.
Зондирующий импульс от рефлектометра проходит через транспортную часть оптоволоконной схемы к чувствительной части КОИ. В одном из положений рабочего органа КОИ, при значениях радиусов изгибов волокна чувствительной части более критических значений, при которых энергия лазерного импульса начинает частично проникать , в оболочку волокна, лазерный импульс распространяется в волокне практически без дополнительных потерь (без учета естественного затухания в среде волокна). The probe pulse from the OTDR passes through the transport part of the fiber optic circuit to the sensitive part of the CFI. In one of the provisions of the working organ of the CFI, when the values of the bending radii of the fiber of the sensitive part are more critical, at which the laser pulse energy begins to partially penetrate into the fiber sheath, the laser pulse propagates in the fiber with almost no additional losses (without taking into account the natural attenuation in the fiber medium) .
При любом способе формирования сигнала отражения или возвращения, описанных на чертежах в этом положении рабочего органа КОИ, сигнал отражения поступит на вход приемного устройства, сигнализируя о наличии сигнала отражения с определенного датчика с определенной задержкой по времени. При изменении
положения рабочего органа КОИ и достижении радиуса изгиба волокна в упругом диапазоне менее критического значения, при котором зондирующий импульс, достигая места изгиба волокна, начинает проникать в оболочку волокна и поглощаться в ней, в результате чего сигнал не проходит по замкнутой петле и отражения не образуется.
With any method of generating a reflection or return signal described in the drawings in this position of the working element of the CFI, the reflection signal will be received at the input of the receiving device, signaling the presence of a reflection signal from a specific sensor with a certain time delay. When it changes the position of the working organ of the CFI and reaching the fiber bending radius in the elastic range of less than a critical value at which the probe pulse, reaching the fiber bending point, begins to penetrate into the fiber sheath and is absorbed in it, as a result of which the signal does not pass through a closed loop and reflection is not formed.
Claims
1. Концевой оптоволоконный извещатель (КОИ), содержащий корпус с рабо- чим органом, обеспечивающим изменение положения оптических волокон чувстви- тельной части КОИ, чувствительную часть, которая установлена в корпусе КОИ и со- единена с транспортной частью, обеспечивающей подключение КОИ к разветвленной оптической сети и транспортировку лазерных импульсов в прямом и обратном направ- лении, отличающийся тем, что чувствительная часть выполнена из оптических волокон и сплиттера, выходы которого замкнуты между собой оптическим волокном и образу- ют замкнутую петлю для формирования сигнала отражения, причем изменение геомет- рического положения волокон в чувствительной части КОИ в упругом диапазоне де- формаций вследствие изменения положения рабочего органа таковы, что приводят к изменению возможности формирования и прохождения сигналов отражения. 1. The end fiber optic detector (CFI), comprising a housing with a working body, providing a change in the position of the optical fibers of the sensitive part of the CFI, the sensitive part, which is installed in the frame of the CFI and connected to the transport part, providing the connection of the CFI to the branched optical network and transportation of laser pulses in the forward and reverse directions, characterized in that the sensitive part is made of optical fibers and a splitter, the outputs of which are closed between themselves by an optical fiber and disordered dissolved closed loop to form a reflection signal, wherein the change in the geometrical position of the fiber in the sensitive part of the koi deformations in the elastic range due to changes in the position of working body such that lead to changes in the possibility of forming the reflection and transmission signals.
2. Концевой оптоволоконный извещатель по п. 1, отличающийся тем, что чув- ствительная часть КОИ представляет собой замкнутую петлю в виде колец с радиусом изгиба в упругом диапазоне деформаций, допускающем свободное прохождение сигна- ла отражения зондирующего импульса в одном из положений рабочего органа и радиу- сом изгиба колец в упругом диапазоне деформаций во втором положении рабочего ор- гана до формы, при которой сигнал зондирующего импульса частями поглощается в оболочке оптического волокна чувствительной части КОИ в местах с наименьшими ра- диусами до необходимого минимального значения сигнала отражения. 2. The terminal fiber-optic detector according to claim 1, characterized in that the sensitive part of the CFI is a closed loop in the form of rings with a bending radius in the elastic range of deformations allowing free passage of the reflection signal of the probe pulse in one of the positions of the working body and the radius of bending of the rings in the elastic range of deformations in the second position of the working body to the form in which the signal of the probe pulse is partially absorbed in the optical fiber cladding of the sensitive part of the CFI in places with smaller radii to the required minimum value of the reflection signal.
3. Концевой оптоволоконный извещатель по п. 1, отличающийся тем, что чув- ствительная часть КОИ представляет собой замкнутую петлю в виде оптических воло- кон, свернутых в кольца и установленных в корпусе КОИ таким образом, что в одном из положений рабочего органа одни кольца находятся в состоянии, допускающем сво- бодное прохождение сигнала зондирующего импульса, а другие кольца - в состоянии, при котором сигнал зондирующего импульса частями поглощается в оболочке оптиче- ского волокна чувствительной части КОИ в местах с наименьшими радиусами до необ- ходимого минимального значения сигнала отражения, а во втором положений рабочего органа положения колец изменяются на противоположное, обеспечивая инверсное со- стояние сигналов отражения. 3. The terminal fiber-optic detector according to claim 1, characterized in that the sensitive part of the CFI is a closed loop in the form of optical fibers folded into rings and installed in the frame of the CFI in such a way that there are only rings in one of the positions of the working body are in a state that allows the free passage of the signal of the probe pulse, and other rings are in a state in which the signal of the probe pulse is partially absorbed in the sheath of the optical fiber of the sensitive part of the CFI in places with the smallest radius E up to a necessary minimum value of the reflection signal, and in the second position the working body position changes to the opposite rings, providing inverse co-distance signal reflections.
4. Концевой оптоволоконный извещатель по п. 1, отличающийся тем, что чув- ствительная часть КОИ представляет собой замкнутую петлю в виде оптических воло- кон, свернутых в кольца и установленных в корпусе КОИ таким образом, что две груп- пы колец закреплены с одной стороны на неподвижной части корпуса, а вторые сторо-
ны колец соединены друг с другом и с свободно висящим подвижным рабочим орга- ном, при этом плоскости групп колец располагаются во взаимно перпендикулярных плоскостях, обеспечивающих возможность автоматического удержания колец в упру- гой деформации во встречном усилии без отведения в стороны положения подвижного груза, сжатых до степени среднего уровня поглощения энергии зондирующего импуль- са в каждых группах колец, обеспечивая динамическое изменение сигналов отражения в зависимости от величины ускорения передаваемого на корпус КОИ. 4. The terminal fiber-optic detector according to claim 1, characterized in that the sensitive part of the CFI is a closed loop in the form of optical fibers folded into rings and installed in the frame of the CFI so that two groups of rings are fixed to one side on the fixed part of the body, and the second side These rings are connected to each other and to a freely hanging movable working body, while the planes of the groups of rings are located in mutually perpendicular planes, which make it possible to automatically hold the rings in elastic deformation in the counter force without moving the movable load to the side, compressed to the degree of the average level of energy absorption of the probe pulse in each groups of rings, providing a dynamic change in the reflection signals depending on the magnitude of the acceleration transmitted to the body K I.
5. Концевой оптоволоконный извещатель по любому из пп. 2-4, отличающийся тем, что изменение пространственной формы оптического волокна чувствительной ча- сти КОИ производится через захваты, расположенные на разных сторонах колец чув- ствительного элемента, одни из захватов соединены с подвижной частью рабочего ор- гана КОИ, другие - с основанием корпуса КОИ. 5. The terminal fiber optic detector according to any one of paragraphs. 2-4, characterized in that the spatial shape of the optical fiber of the sensitive part of the CFI is changed through the grips located on different sides of the rings of the sensing element, one of the grippers is connected to the moving part of the working body of the CFI, others to the base of the housing KOI.
6. Концевой оптоволоконный извещатель по п. 5, отличающийся тем, что за- хваты выполнены в виде отрезков термоусадочных труб разных диаметров, вставлен- ных друг в друга, одни предназначены для удержания оптических волокон, свернутых в кольца, - оптической бухты, другие - для захвата первых и формирования монтажного отверстия, предназначенного для прикрепления оптической бухты к подвижной и не- подвижной частям КОИ.
6. The terminal fiber optic detector according to claim 5, characterized in that the grips are made in the form of segments of heat-shrink tubes of different diameters inserted into each other, some are designed to hold optical fibers rolled into rings, an optical bay, others for capturing the first and forming a mounting hole for attaching the optical bay to the movable and fixed parts of the CFI.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016143171 | 2016-11-02 | ||
| RU2016143171 | 2016-11-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2018084744A1 true WO2018084744A1 (en) | 2018-05-11 |
Family
ID=62075480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2017/000792 WO2018084744A1 (en) | 2016-11-02 | 2017-10-27 | Terminal fibre optic detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2018084744A1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070024857A1 (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-01 | Sercel | Fiber optic interferometric sensor array |
| RU72086U1 (en) * | 2007-12-29 | 2008-03-27 | Олег Викторович Горбачев | FIBER OPTICAL SOVA PROTECTION SYSTEM |
| RU2467397C1 (en) * | 2011-11-21 | 2012-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "СибСенсор" ООО "СибСенсор" | Fibre-optic linear fire alarm |
| RU2530244C2 (en) * | 2012-10-02 | 2014-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Оптические измерительные системы" | Distributed coherent reflectometric system with phase demodulation (versions) |
-
2017
- 2017-10-27 WO PCT/RU2017/000792 patent/WO2018084744A1/en active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20070024857A1 (en) * | 2005-07-28 | 2007-02-01 | Sercel | Fiber optic interferometric sensor array |
| RU72086U1 (en) * | 2007-12-29 | 2008-03-27 | Олег Викторович Горбачев | FIBER OPTICAL SOVA PROTECTION SYSTEM |
| RU2467397C1 (en) * | 2011-11-21 | 2012-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "СибСенсор" ООО "СибСенсор" | Fibre-optic linear fire alarm |
| RU2530244C2 (en) * | 2012-10-02 | 2014-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Оптические измерительные системы" | Distributed coherent reflectometric system with phase demodulation (versions) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU172554U1 (en) | End Fiber Detector | |
| RU2648008C1 (en) | Device for collecting information on the sizes of dynamic impacts on flexible structures and the state of end-function fiber-detectors | |
| EP3172533B1 (en) | Distributed optical fibre sensors | |
| AU2009334553B2 (en) | Unidirectional absolute optical attenuation measurement with OTDR | |
| US20040067003A1 (en) | Fiber-optic sensing system for distributed detection and localization of alarm conditions | |
| CN104040598B (en) | Interferometer type optical fiber interference detecting apparatus and detection method thereof | |
| CN106769736B (en) | Dust concentration measurement system | |
| EP3384248B1 (en) | Optical measuring system with an interrogator and a polymer-based single-mode fibre optic sensor system | |
| CN110307920B (en) | Optical fiber temperature and stress sensing system based on noise modulation and measuring method | |
| CN203747824U (en) | Optical cable line fault point detector | |
| CN108072596A (en) | Detection based on high sensitivity optical fiber | |
| CN106685522B (en) | A kind of network monitoring method and device based on poll Self Matching | |
| JP2013185922A (en) | Optical fiber vibration sensor | |
| CN202453113U (en) | Sensor for measuring temperature and salinity of seawater based on fibre Bragg grating (FBG) | |
| WO2016105401A1 (en) | Apparatus and method for characterization of fbg reflector array | |
| WO2018084744A1 (en) | Terminal fibre optic detector | |
| CN104811241A (en) | Wavelength-tunable optical time domain reflectometer and fiber ring-down cavity sensor array integrated system | |
| CN203504566U (en) | Optical time-domain reflectometer | |
| CN206399781U (en) | A kind of apparatus for measuring dust concentration | |
| CN206557060U (en) | A kind of powder concentration measurement system | |
| CN104426602B (en) | A kind of fiber optical time domain reflection instrument | |
| CN105806373A (en) | Remote FBG detection method and system | |
| AU2010306071B2 (en) | Modalmetric fibre sensor | |
| RU141884U1 (en) | FIBER OPTICAL LINK | |
| CN105784325B (en) | A kind of breakpoints of optical fiber method for detecting position, apparatus and system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 17866427 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 17866427 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |