АППАРАТ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВРЕЖДЕНИЯ НА СУДНЕ Российский патент 1999 года по МПК G01D5/353 G01M11/08 

Изобретение относится к аппаратам для определения повреждения на судне, например, корпусе судна, содержащим распределенную систему оптических волокон, расположенных вблизи корпуса судна, причем указанные оптические волокна присоединены к центральному блоку, приспособленному для определения характеристик оптических волокон на режиме пропускания света для определения повреждения корпуса судна.

Из DE-A 3629430 известен аппарат такого типа для определения трещин в элементах конструкции самолета. Этот известный аппарат предупреждает, что как только самолет приземлится, его дальнейшая инспекция необходима.

В условиях эксплуатации судов ситуация иная. Если, например, судно повреждено снарядом, необходимо предпринять немедленные действия. До настоящего времени определение повреждения производилось визуальным осмотром. "Это длительная работа, сопряженная с опасностью. Целью данного изобретения является сбор детальной информации о повреждениях с помощью развитой системы оптических волокон. Особенностью изобретения является то, что центральный блок приспособлен также для определения характеристик оптических волокон в режиме отражения для обнаружения места повреждения и определения типа повреждения.

Разумеется такого рода аппарат должен быть простым и надежным, чтобы даже при значительном повреждении судна он продолжал выдавать надежную информацию. С этой целью центральный блок в предпочтительном варианте изобретения расположен, по крайней мере, в основном в центральной части корпуса судна. Эта позиция выгодна тем, что информация от центрального блока поступает обычно в командную рубку, также занимающую центральное положение внутри судна.

Очевидно, что информация о повреждении будет тем точнее, чем развитее система оптических волокон, т.е. чем больше количество волокон, приходящееся на единицу площади. Предпочтительный компромиссный вариант в этом отношении характерен тем, что на каждую палубу судна система имеет по крайней мере одно оптическое волокно, которое в основном горизонтально проложено по периметру внутренней части корпуса судна.

В случае большого судна система оптических волокон на одну палубу может содержать по крайней мере одно оптическое волокно, которое по крайней мере в основном горизонтально проложено по периметру внутри корпуса судна по его носовой части и по крайней мере одно оптическое волокно, которое по крайней мере в основном горизонтально проложено по периметру внутри судна по его кормовой части. Такое выполнение имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что повреждение носовой и кормовой частей судна могут быть одновременно точно определены.

Могут применяться и несколько оптических волокон, расположенных в основном параллельно по вертикали с шагом, например, 1 м, что дает возможность точно определить повреждение по вертикали.

Еще один предпочтительный вариант аппарата согласно данному изобретению характерен тем, что в центральном блоке каждое оптическое волокно имеет Y-образное разветвление на первом конце и Y-образное разветвление на втором конце, причем каждый конец снабжен источником света и детектором. Это позволяет оптическому волокну работать как на передачу светового сигнала, так и на его отражение, что обеспечивает оптимальность использования. В этом варианте детектор, присоединенный к первому концу предназначен для обнаружения светового сигнала, передаваемого источником света, присоединенным ко второму концу, а детектор, присоединенный ко второму концу, обнаруживает световые сигналы от источника света, присоединенного к первому концу. Далее, детектор, присоединенный к данному концу служит для обнаружения в режиме отражения светового сигнала от источника света, присоединенного к тому же концу.

Для предотвращения взаимной интерференции четырех комбинированных, оборудованных указанным образом измерительных систем, в еще одном предпочтительном варианте данного аппарата, источник света, присоединенный к первому концу и источник света, присоединенный к второму концу, работают в основном попеременно.

Так как одной из целей данного изобретения является использование аппарата для определения размеров пробоины в корпусе судна, источник света должен быть каким-либо образом смодулирован для определения расстояния до пробоины во всяком случае в режиме отражения. Поэтому еще в одном предпочтительном варианте данного изобретения оба источника света попеременно испускают световые импульсы продолжительностью, обеспечивающей необходимое разрешение по дальности.

Наиболее простой вариант изобретения характерен тем, что средства, воздействующие на характеристики волокон в режимах передачи или отражения световых сигналов, это исключительно пассивные средства. Например, в инфраструктурах морских платформ при определении повреждений линий силовых передач или трубопроводов системы водяного охлаждения не требуется измерения пробоин в корпусе. Поломка здесь определяется по обрыву оптического волокна.

В соответствии с изобретением дополнительная полезная информация может быть получена путем измерения температуры корпуса, для чего используется известная в данной области техники зависимость характеристик оптического волокна от температуры. По данному изобретению для определения локальных температур оптического волокна производится измерение зависимости от температуры рассеивания Рамана. Такое измерение температуры позволяет быстро определить место загорания на судне, что особенно важно, например, при попадании снаряда в корпус судна.

В чрезвычайных ситуациях изобретение позволяет члену экипажа, присутствующему в данном помещении, передать сигнал тревоги по проходящему в помещении оптическому волокну с помощью кнопки тревоги. В еще одном варианте данного изобретения указанный эффект реализуется с помощью механического средства, которое для локального увеличения отражательной способности оптического волокна искажает механически его форму в данном месте. Причем периодическим нажатием указанной кнопки можно передавать кодированную информацию о возникновении пожара, течи в помещении на судне и т. п.

Изобретение описывается далее более детально со ссылками на следующие фигуры.

На фиг. 1 представлена схема сечения судна и расположения оптического волокна.

На фиг. 2 представлена схема сечения судна и расположения двух оптических волокон.

На фиг. 3 представлена схема расположения источников света и детекторов.

На фиг. 1 представлено продольное сечение судна в плане. Для уменьшения уязвимости и укорочения линий связи с расположенной в центральной части судна командной рубкой также в центральной части судна расположен центральный блок 1, из которого выведены оптические волокна 2. Последние проложены вдоль бортов корпуса 3 судна, его носовой части 4, кормы 5 и присоединяются к блоку 1.

В соответствии с принципом изобретения центральный блок 1 может посылать световые импульсы через оптические волокна в обоих направлениях и может таким образом определять известным в данной отрасли техники способом расположение пробоины 6 в корпусе 3 судна путем определения времени, в течение которого возвращается световой импульс, отраженный от концов разорванного волокна. Таким образом, проложив несколько волокон 2 вдоль бортов судна на каждой палубе, можно точно и быстро определить повреждение, полученное корпусом 3 судна в 3-х мерной системе координат. Если это необходимо, полы различных палуб также могут быть снабжены оптическими волокнами, с помощью которых может быть создана трехмерная картина повреждения судна в целом. Кроме того, на больших судах, где оптические потери в единичном оптическом волокне могут быть слишком велики, можно разделить оптические волокна 2 на первое оптическое волокно 7, проложенное вдоль носовой части корпуса и второе оптическое волокно 8, проложенное вдоль его кормовой части, как это показано на фиг. 2. Дополнительным преимуществом такого выполнения является возможность точного установления повреждений, случившихся одновременно в носовой и кормовой частях.

Фиг. 3 иллюстрирует способ работы оптического волокна соответственно данному изобретению. В соответствии с этим способом оптическое волокно 2 на его первом конце имеет Y-образное разветвление 9 (хорошо известный в данной отрасли техники элемент), к которому присоединены источник света 10 и детектор 11, выбранные таким образом, чтобы они были совместимы с оптическим волокном 2. Аналогичным образом оптическое волокно 2 на втором конце снабжено Y-образным разветвлением 12 с присоединенными источником света 13 и детектором 14. Y-образные разветвления могут быть включены в центральный блок 1. Преимуществом такого выполнения является возможность присоединения оптических волокон 2 к центральному блоку 1 с использованием единых дешевых муфт.

Далее, центральный блок 1 снабжен главным блоком управления 15, который генерирует контрольные импульсы для различных источников света и который способом, очевидным специалисту в данной области, способен обрабатывать полученные сигналы и выдавать данные обработки в виде, удобном для наблюдения, например на дисплее, присоединенном к главному блоку управления 15.

В первом "проверочном " режиме источник света 10, например, выдает сигнал, который должен принять детектор 14. Последний обнаруживает, что данное оптическое волокно не имеет каких-либо повреждений. Тот же результат может быть получен при использовании источника света 13 и детектора 11 с тем, чтобы аппарат имел определенную степень дублирования.

Во втором режиме работы, "измерительном", место разрыва оптического волокна 2 может быть установлено. Источник света 10 выдает оптический сигнал, но разрыв оптического волокна 2 предотвращает проход этого сигнала на детектор 14. Оптический сигнал интенсивно отражается от места разрыва, и это отражение может быть обнаружено детектором 11. Путем повторной подачи от источника света 10 оптического сигнала, имеющего определенную модуляцию, можно определить положение разрыва датчиком с первого конца волокна. Аналогично можно определить положение разрыва по второму концу волокна с помощью источника света 13 и детектора 11. Таким образом можно определить местонахождение пробоины и ее величину по крайней мере в зоне, занимаемой волокнами.

Кроме того, на этом режиме аппарат имеет определенную степень резервирования, так как единый разрыв оптического волокна едва ли отразится на эффективности функционирования на втором режиме.

Типы соответствующей модуляции общеизвестны в данной области техники. В этом отношении очевидной для использования является амплитудная модуляция при использовании в качестве источника света обычного твердотельного лазера (LЕD), испускающего короткие световые импульсы длительностью, например, lns. Однако для определения расстояния до места разрыва оптического волокна заслуживают внимания и оптические сигналы с линейной частотной модуляцией.

Третий режим работы, "температурный " дает возможность определить известным в данной отрасли способом температуру в различных точках оптического волокна и, следовательно, корпуса судна. Во время работы на этом режиме источник света, например, испускает оптический сигнал. При этом в оптическом волокне 2 происходит рассеивание этого сигнала, которое зависит от температуры волокна. Это рассеивание, преимущественно "рассеивание Рамана ", хорошо известное в данной отрасли, фиксируется детектором 11, который выдает данные по температурам в различных точках судна. Детальная информация об этом способе имеется, например, в "New fiber optic distributed temperature sensor", SPIE, v. 798 Fiber optic sensors II /1987/ p. 131, 136.

Этот третий режим работы особенно релевантен, так как с его помощью можно обнаружить очаги пожара вообще и в особенности те, которые возникают в непосредственной близости от места повреждения.

Четвертый режим работы это аварийный режим, который позволяет членам экипажа поднять тревогу из определенного помещения, в котором проложено оптическое волокно.

В связи с этим в данном помещении имеется, например, кнопка тревоги, с помощью которой оптическое волокно может быть резко изогнуто, что приведет к увеличению коэффициента затухания оптического волокна, и, как следствие, к увеличению интенсивности отраженного оптического сигнала. Такого рода изгибание может быть реализовано, например, с помощью микроизгибающего устройства по Европатенту EP-A 0240100. Это микроизгибающее устройство имеет две пластины, которые снабжены взаимосогласованно расположенными гребнями, между которыми зажато оптическое волокно. Сжимая пластины получаем необходимый изгиб оптического волокна. Так как место расположения отражения может быть определено вышеописанным способом, например, с помощью источника света 10 и детектора 11, помещение, из которого послан сигнал тревоги, может быть определено. Так как место расположения кнопок тревоги точно известно, они могут быть с успехом использованы для первоначальной настройки аппарата.

Используемые в аппарате оптические волокна могут быть обычного 50-микронного типа, без специальной защитной оболочки. Для крепления оптических волокон на изоляционной обшивке, обычно устанавливаемой внутри судна, может быть использована липкая лента. Необходимая изоляция волокон требуется лишь для участков оптических волокон, которые соединяют центральный блок 1 с корпусом судна.

Хотя данный аппарат описан выше в применении к судну, он может быть использован на самолетах и воздухоплавательных аппаратах.

Аппарат используется для определения местонахождения и размеров повреждения корпуса судна, мест возгорания и передачи сигналов тревоги операторам. Аппарат содержит распределительную систему синтетических волокон, размещенных вблизи корпуса судна и соединенных с центральным блоком. Центральный блок выполнен с возможностью передачи оптических сигналов в оба конца каждого оптического волокна и измерения размера отверстий или разрывов корпуса судна. Повышена надежность, обеспечена дешевизна аппарата. 9 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Аппарат для определения повреждения корпуса судна, содержащий распределенную систему оптических волокон, размещенных вблизи корпуса судна, причем оптические волокна соединены с центральным блоком, выполненным с возможностью передачи оптических сигналов по оптическим волокнам и приема отражений этих сигналов для установления расположений отверстий или разрывов в корпусе судна, отличающийся тем, что центральный блок выполнен с возможностью передачи оптических сигналов в оба конца каждого оптического волокна и измерения размера отверстий или разрывов. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что на одну палубу судна он имеет по крайней мере одно оптическое волокно, которое в основном горизонтально проложено по всему внутреннему периметру корпуса судна. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он имеет на одну палубу по крайней мере одно оптическое волокно, проложенное в основном горизонтально вдоль внутреннего периметра носовой части корпуса судна, и по крайней мере одно оптическое волокно, которое в основном горизонтально проложено вдоль внутреннего периметра кормовой части корпуса судна. 4. Аппарат по п.2 или 3, отличающийся тем, что каждое оптическое волокно в центральном блоке содержит Y-образное разветвление на первом конце и Y-образное разветвление на втором конце, причем каждое разветвление имеет источник света и детектор. 5. Аппарат по п.4, отличающийся тем, что детектор, присоединенный к первому концу оптического волокна, выполнен с возможностью определения характеристик оптического волокна в режиме прохождения света, испускаемого источником света, присоединенного к второму концу оптического волокна, а также тем, что детектор, присоединенный ко второму концу оптического волокна, выполнен с возможностью определения характеристик оптического волокна в режиме прохождения света, испускаемого источником света, присоединенным к первому концу волокна. 6. Аппарат по п.4, отличающийся тем, что детектор, присоединенный к первому концу оптического волокна, выполнен с возможностью определения характеристик оптического волокна в режиме отражения света, испускаемого источником света, присоединенным к первому концу оптического волокна, а детектор, присоединенный ко второму концу оптического волокна, выполнен с возможностью определения характеристик оптического волокна в режиме отражения света, испускаемого источником света, присоединенным ко второму концу оптического волокна. 7. Аппарат по п.5 или 6, отличающийся тем, что источник света, присоединенный к первому концу оптического волокна, и источник света, присоединенный ко второму концу оптического волокна, выполнены с возможностью в основном попеременной работы. 8. Аппарат по п.7, отличающийся тем, что оба источника света выполнены с возможностью испускания световых импульсов, длина которых соответствует желаемому разрешению по дальности. 9. Аппарат по п. 6, отличающийся тем, что центральный блок выполнен с возможностью измерения оптического рассеяния в оптических волокнах. 10. Аппарат по п.9, отличающийся тем, что центральный блок выполнен с возможностью измерения оптического рассеяния Рамана в оптических волокнах и с возможностью определения по оптическому рассеянию Рамана распределения температуры в различных точках оптического волокна.