ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ВОДОЛАЗОВ Российский патент 2003 года по МПК B63C11/00 G01P5/175 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано водолазами и аквалангистами для проведения спасательных работ под водой.

Известна информационная система для водолазов аналогичного назначения [1] , принятая за прототип, содержащая преобразователь гидростатического давления, усилитель, сравнивающее устройство, блок опорных сигналов, формирователь сигнала тревоги и индикаторы с регистратором, при этом выход преобразователя гидростатического давления через усилитель подключен к индикаторам, регистратору и к первому входу сравнивающего устройства, второй вход которого соединен с блоком опорных сигналов, а выход через формирователь сигнала тревоги - с индикаторами.

Известная система позволяет водолазам и подводным пловцам избежать опасной декомпрессии при слишком быстром подъеме на поверхность водоема.

Недостатком прототипа [1] является невозможность с его помощью получения на выходе преобразователя гидростатического давления оптического сигнала, пропорционального непосредственно скорости подъема водолаза. Это приводит к утяжелению информационной подводной системы.

Техническим эффектом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение данного недостатка прототипа, т.е. получение на выходе системы оптического сигнала, пропорционального скорости подъема водолаза.

Данный технический результат получают за счет того, что в информационной системе для водолазов, содержащей преобразователь гидростатического давления, усилитель, сравнивающее устройство, блок опорных сигналов, формирователь сигнала тревоги и индикаторы с регистратором, при этом выход преобразователя гидростатического давления через усилитель подключен к индикаторам, регистратору и к первому входу сравнивающего устройства, второй вход которого соединен с блоком опорных сигналов, а выход через формирователь сигнала тревоги - с индикаторами, преобразователь гидростатического давления выполнен в виде волоконно-оптического интерферометра Цендера-Маха, сигнальная волоконная катушка которого контактирует с исследуемой средой, а опорная волоконная катушка изолирована от нее, при этом вход волоконно-оптического интерферометра оптически согласован со светодиодом, подключенным к источнику питания, а выход подключен к фотодиоду, соединенному со входом усилителя, причем блок опорных сигналов выполнен в виде блока опорной частоты.

Кроме того, информационная система содержит, по крайней мере, один дополнительный аналогичный волоконно-оптический интерферометр Цендера-Маха, но с другим количеством витков в волоконных катушках, при этом в систему дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, второе сравнительное устройство, блок опорных напряжений и формирователь управляющих сигналов, а источник питания светодиодов обоих интерферометров выполнен с управляемым входом, подключенным через формирователь управляющих сигналов к масштабируемому входу регистратора и к выходу второго сравнивающего устройства, первый вход которого соединен через цифроаналоговый преобразователь с выходом усилителя, а второй - с блоком опорных напряжений.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена оптико-электронная схема информационной системы.

Информационная система для водолазов содержит преобразователь гидростатического давления, выполненный в виде волоконно-оптического интерферометра Цендера-Маха, сигнальная волоконная катушка 1 которого контактирует с водной средой, а опорная волоконная катушка 2 изолирована от нее. Светодиод 3 оптически согласован с входом интерферометра, а фотодиод 4 - с выходом интерферометра.

В состав системы входят блок 5 питания, усилитель 6, индикаторы 7, 8 (соответственно звуковой в виде наушников и световой в виде лампочки), а также регистратор 9 выходного сигнала интерферометра в виде частотометра.

Имеются также сравнивающее устройство 10, формирователь 11 сигнала тревоги и блок 12 опорной частоты.

Схема электрических соединений представлена на чертеже.

Для расширения рабочего диапазона измерений информационная система содержит дополнительный аналогичный волоконно-оптический интерферометр Цендера-Маха, но с другим количеством витков в сигнальной и опорной волоконных катушках (на чертеже соответственно 13, 14).

С дополнительным интерферометром оптически согласованы светодиод 15 и фотодиод 16. При этом источник 5 питания выполнен с управляемым входом. В систему дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь 17, сравнивающее устройство 18, блок 19 опорных напряжений и формирователь 20 управляющих сигналов.

Схема электрических соединений дополнительно введенных блоков представлена на чертеже.

Под позициями 21, 22 представлены условно стенки между водной средой и опорными катушками 2, 14.

Информационная система работает следующим образом.

Допустим сначала, что работает волоконно-оптический интерферометр 1...5. (То есть источник 5 питания подключен к светодиоду 3 и отключен от светодиода 15.)
При подъеме водолаза будет изменяться гидростатическое давление, воздействующее на сигнальную волоконную катушку 1. Это приведет к появлению на выходе фотодиода 4 сигнала доплеровской частоты, регистрируемой через усилитель частотометром 9 и подаваемой также на наушники 7 водолаза. Частотометр 9 может находиться на надводном судне. При этом количество импульсов на выходе интерферометра дает информацию о глубине нахождения водолаза, а частота - о скорости его подъема. В наушниках 7 при нормальной скорости подъема слышится привычный для водолаза (или оператора на надводном судне) тон звучания, а лампочка 8 при этом не загорается.

Если скорость подъема водолаза по каким-то причинам превысила допустимое значение, задаваемое предварительно значением опорной частоты блока 12 опорной частоты, то сравнивающее устройство 10 выдает сигнал на формирователь 11 сигнала тревоги и в наушниках 7 появляется прерывистый сигнал, а лампочка 8 при этом загорается и начинает мигать, возвещая об опасности нарушения режима декомпрессии водолаза.

В некоторых случаях водолаза надо поднимать очень медленно, при этом доплеровская частота приобретает очень низкое значение, измеряемое частотометром с большой погрешностью. Для этих случаев предусмотрен режим работы системы с более чувствительным интерферометром 13...16.

При этом сигнал с выхода фотодиода 4 через усилитель 6 подается на цифроаналоговый преобразователь 17, а с него - на сравнивающее устройство 18.

Когда значение скорости подъема водолаза не падает до значения, задаваемого двухуровневым блоком 19 опорных напряжений, работает интерферометр 1.. . 4. В противном случае сравнительное устройство 18 выдает на формирователь 20 управляющих сигналов и на масштабирующий вход частотометра 9 сигналы, которые соответственно отключают источник 5 питания от светодиода 3 и подключают его к светодиоду 15, а частотометр 9 переключают на другую предварительно отградуированную в единицах скорости шкалу.

При работе интерферометра 13...16 блоки 8, 10, 11, 12, обеспечивающие режим тревоги, не включаются.

Если скорость подъема водолаза вновь превысила значение скорости, задаваемого блоком 19 опорных напряжений, то в работу включается интерферометр 1. . . 4 и блоки 8, 10, 11, 12. Работа информационной системы происходит по схеме, описанной выше.

Таким образом, в отличие от прототипа на выходе информационной системы присутствует оптический сигнал, что позволяет применять в ней более легкие и информативные оптические кабели. Кроме того, это позволяет получить с помощью преобразователя гидростатического давления, каковым является волоконно-оптический интерферометр, одновременно два сигнала, пропорциональных значению глубины погружения и скорости подъема водолаза.

Источник информации
1. Патент Франции 2286383, кл. G 01 P 5/00, B 63 C 11/00, G 01 C 5/06, G 01 P 3/62, 1976 - прототип.

Изобретение относится к измерительной технике. Техническим результатом является получение на выходе системы оптических сигналов, пропорциональных глубине погружения и скорости подъема водолаза. Также система позволяет обнаружить нарушение режимов декомпрессии при подъеме водолаза на поверхность. Система содержит преобразователь гидростатического давления, выполненный в виде волоконно-оптического интерферометра Цендера-Маха, сигнальная волоконная катушка которого контактирует с водной средой, а опорная волоконная катушка изолирована от нее, блок питания, усилитель, индикаторы и регистратор, сравнивающее устройство, формирователь сигнала тревоги и блок опорной частоты. Для расширения рабочего диапазона измерений информационная система содержит дополнительный аналогичный интерферометр, но с другим количеством витков в сигнальной и опорной волоконных катушках. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Информационная система для водолазов, содержащая преобразователь гидростатического давления, усилитель, сравнивающее устройство, блок опорных сигналов, формирователь сигнала тревоги и индикаторы с регистратором, при этом выход преобразователя гидростатического давления через усилитель подключен к индикаторам, регистратору и к первому входу сравнивающего устройства, второй вход которого соединен с блоком опорных сигналов, а выход через формирователь сигнала тревоги - с индикаторами, отличающаяся тем, что преобразователь гидростатического давления выполнен в виде волоконно-оптического интерферометра Цендера-Маха, сигнальная волоконная катушка которого контактирует с водной средой, а опорная волоконная катушка изолирована от нее, при этом вход волоконно-оптического интерферометра оптически согласован со свето-диодом, подключенным к источнику питания, а выход подключен к фотодиоду, соединенном со входом усилителя, причем блок опорных сигналов выполнен в виде блока опорной частоты. 2. Информационная система по п. 1, отличающаяся тем, что содержит по крайней мере один дополнительный аналогичный волоконно-оптический интерферометр Цендера-Маха, но с другим количеством витков в волоконных катушках, при этом в систему дополнительно введены цифроаналоговый преобразователь, второе сравнивающее устройство, блок опорных напряжений и формирователь управляющих сигналов, а источник питания светодиодов обоих интерферометров выполнен с управляемым входом, подключенным через формирователь управляющих сигналов к масштабируемому входу регистратора и к выходу второго сравнивающего устройства, первый вход которого соединен через цифроаналоговый преобразователь с выходом усилителя, а второй - с блоком опорных напряжений.