Бортовая распределённая система контроля и диагностики утечек на основе технологий фотоники

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам контроля и диагностики общесамолетных систем воздушных судов. Бортовая распределенная система контроля и диагностики утечек содержит по меньшей мере один волоконно-оптический датчик, блок-преобразователь, который содержит перестраиваемый эрбиевый волоконный лазер, блок коммуникации, блок термостабилизации, блок питания и плату обработки, которая состоит из по меньшей мере одного оптического разветвителя, фотоприемника, усилителя, аналого-цифрового преобразователя, программируемой логической интегральной схемы, центрального сигнального процессора. При этом вход каждого оптического разветвителя платы обработки оптически связан с источником излучения и каждым волоконно-оптическим датчиком, а каждый выход оптического разветвителя последовательно соединен с фотоприемником, на выходе которого формируется аналоговый сигнал, поступающий на вход усилителя, при этом выход усилителя связан с входом аналого-цифрового преобразователя, на выходе которого сигнал, преобразованный в цифровой, последовательно поступает на программируемую логическую интегральную схему и центральный сигнальный процессор, который соединен с блоком коммуникации, при этом блок коммуникации связан с перестраиваемым источником излучения и блоком термостабилизации. Технический результат - повышение безопасности полетов за счет расширения функциональных возможностей бортовых систем контроля и диагностирования. 7 ил.

 

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам контроля и диагностики общесамолетных систем воздушных судов, а именно к системам мониторинга технического состояния авиационных трубопроводов в процессе эксплуатации. Хорошо известны устройства, в которых оптические волокна используются в качестве датчиков для обнаружения изменения и измерения различных физических параметров, таких как, температура, деформация и механическая вибрация. Это достигается путем передачи света по оптоволокну и последующего анализа обратного рассеяния в оптоволокне, а именно определения характеристик прошедшего света таких как, частота, амплитуда (например, стоксовых и антистоксовых сдвигов комбинационного рассеяния и рассеяния Рэлея) и фазовых сдвигов позволяющих в дальнейшем определять причины, приведшие к изменению характеристик световых пучков.

К настоящему времени неизвестны системы, использующие технологии фотоники при выполнении функций мониторинга технического состояния различных пневматических систем. Однако, данная область исследований является достаточно разработанной и потенциально востребованной.

Из известных системы наиболее близкой по технической сути к предполагаемой системе, является система контроля технического состояния конструкции летательного аппарата (аналог), содержащая датчики технического состояния лопастей винта вертолета или консолей крыла самолета и блок-регистратор, размещенный на их борту. (Патент на изобретение №2544028, Львов Н.Л., Хабаров С.С, Носов А.А., Сиваков Д.В.). Система содержит датчики технического состояния лопастей винта вертолета или консолей крыла самолета и блок-регистратор, размещенный на их борту воздушного судна. На каждой лопасти винта вертолета и каждой консоли крыла самолета установлены не менее двух волоконно-оптических тензодатчиков на основе брэгговской решетки и не менее двух виброакустических датчиков. Система включает волоконно-оптические магистральные кабели, оптические разъемы, электрические шины управления, оптические свитчи, волоконно-оптические измерительные линии.

Общим признаком аналога является использования технологий фотоники при диагностировании технического состояния элементов (систем) воздушных судов.

Предлагаемая бортовая распределенная система контроля и диагностирования утечек обеспечивает основной технический результат: повышение безопасности полетов за счет расширения функциональных возможностей бортовых систем контроля и диагностирования. Кроме того, можно отметить дополнительные технические результаты: возможность перевода эксплуатации таких систем на эксплуатацию по состоянию, сведению к минимуму количество периодических проверок технического состояния воздушных судов, и как следствие, снижение времени технического обслуживания воздушного судна.

Технический результат достигается за счет того, что бортовая распределенная система контроля и диагностики утечек содержит по меньшей мере один волоконно-оптический датчик, блок преобразователь, который содержит перестраиваемый эрбиевый волоконный лазер, блок коммуникации, блок термостабилизации, блок питания и плату обработки, которая состоит из по меньшей мере одного оптического разветвителя, фотоприемника, усилителя, аналого-цифрового преобразователя, программируемой логической интегральной схемы, центрального сигнального процессора, при этом вход каждого оптического разветвителя платы обработки оптически связан с источником излучения и каждым волоконно-оптическим датчиком, а каждый выход оптического разветвителя последовательно соединен с фотоприемником, на выходе которого формируется аналоговый сигнал, поступающий на вход усилителя, при этом выход усилителя связан с входом аналого-цифрового преобразователя, на выходе которого сигнал, преобразованный в цифровой, последовательно поступает на программируемую логическую интегральную схему и центральный сигнальный процессор, который соединен с блоком коммуникации, при этом блок коммуникации связан с перестраиваемым источником излучения и блоком термостабилизации.

Система обеспечивает сигнализацию, контроль и диагностирование утечек из горячих трубопроводов общесамолетных системы, в частности -системы кондиционирования воздуха и пневматической противообледенительной системы, путем неразрушающего контроля их технического состояния.

Экспериментальные исследования бортовой распределенной системы контроля и диагностики утечек (БРСКДУ), подтвердили работоспособность предлагаемой системы и целесообразность ее широкого промышленного использования.

Информационные потоки БРСКДУ можно условно разделить на три части: первая - оптические сигналы, которые содержат полезную информацию в виде спектральных зависимостей; вторая часть - электрические сигналы внутри блоков обработки и третья часть -цифровые внешние интерфейсы.

Первый уровень определяется физическими принципами, на основе которых функционирует система.

Изобретение поясняется следующими чертежами:

На фиг. 1 представлена структурная схема БРСКДУ, где:

1 - волоконно-оптический датчик;

2 - блок преобразователь;

3 - внешние интерфейсы.

На фиг. 2 представлен принцип работы волоконно-оптических датчиков.

На фиг. 3 представлена установка волоконно-оптических датчиков на поверхность, где:

4 - волоконная брэгговская решетка;

5 - клеевое соединение;

6 - основание.

На фиг. 4 представлена структурная схема бока преобразователя, где изображены:

7 - перестраиваемый эрбиевый волоконный лазер;

8 - плата обработки;

9 - блок коммуникации;

10 - блок питания;

11 - блок термостабилизации.

На фиг. 5 представлена структурная схема платы обработки (ПО), где изображены:

12 - оптический разветвитель;

13 - фотоприемник;

14 - усилитель;

15 - аналогово-цифровой преобразователь;

16 - программируемая логическая интегральная схема;

17 - цифровой сигнальный процессор;

На фиг. 6 приведена структурная схема блока коммуникации, где изображен:

18 - блок памяти.

На фиг. 7 приведена обобщенная структурная схема подачи, преобразования и приема сигнала.

Чувствительным элементом всех волоконно-оптических датчиков (ВОД) (1) системы являются волоконные брэгговские решетки (ВБР). ВБР - это структура с периодическим по длине изменением показателя преломления, сформированная в сердцевине оптического волокна. ВБР обладает узким спектром отражения, резонансная длина волны (λ0) которой зависит от показателя преломления материала (n) и периода его изменения (d). Принцип работы ВБР изображен на фиг. 2. При внешнем температурном воздействии на ВБР происходит изменение показателя преломления (Δn) и его периода (Δd), что приводит к изменению резонансной длины волны ВБР (Δλ). Однако, для увеличения чувствительности датчиков можно устанавливать ВБР на поверхность с коэффициентом линейного теплового расширения большим, чем у кварцевого волокна фиг. 3.

Основной задачей блоков преобразователей является измерение сдвига резонансной длины волны ВБР каждого датчика и расчет температуры по этим данным.

Блок преобразователь состоит из источника излучения - перестраиваемого эрбиевого волоконного лазера (ПЭВЛ) (7), платы обработки (ПО) (8), блока коммуникации (БК) (9), блока питания (БП) (10) и блока термостабилизации (БТС) (11) фиг. 4. БП обеспечивает электрическое питание основных модулей блока (БК, ПО, ПЭВЛ) напряжением в 5 В. БТС поддерживает заданный температурный режим основных модулей блока за счет управления нагревателями и элементами Пельтье, расположенными на этих модулях, а также управляет блоком питания, включая основные модули после установления на этих модулях необходимого температурного режима. ПЭВЛ является источником оптического излучения и осуществляет сканирование линий ВОД. ПО обеспечивает прием отраженных от ВБР оптических сигналов, БК обеспечивает взаимодействие и синхронизацию модуля ПЭВЛ с ПО, а также обеспечивает передачу данных во внешние интерфейсы.

Общая структурная схема ПО представлена на фиг. 5. ПО имеет в своем составе:

- оптические разветвители (12), которые обеспечивают разделение входного оптического излучения ПЭВЛ по каналам и обеспечивают вывод из линии на фотоприемник (13) отраженного от волоконных датчиков сигнала. Оптический сигнал из каждого канала попадает на фотоприемник, где преобразовывается в электрический сигнал, после чего проходит усилитель (14) и поступает на аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) (15).

- двухканальные АЦП. Каждый канал АЦП поступает в параллельном виде в программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) (16) с тактированием с заданной частотой. Данные с этих каналов передаются для обработки в цифровой сигнальный процессор (ЦСП) (17). В ПЛИС реализованы следующие функции:

1. Порт управления АЦП с интерфейсом типа SPI.

2. Порты приема данных от АЦП.

3. Преобразование входной тактовой частоты в тактовую частоту необходимую АЦП.

5. Управление преобразователями питания, сигналами начальной загрузки и сброса ЦСП.

6. Прочие функции (зажигание светодиодов, сброс и трансляция прерывания и т.д.).

Структурная схема БК (9) приведена на фиг. 6.

Блок коммуникации включает: блок памяти (18), ЦСП (17) и ПЛИС (16).

БК обеспечивает:

- синхронизацию модуля ПЭВЛ с модулями ПО;

- обмен данными с ПО (по технологии Ethernet);

- хранение калибровочных и конфигурационных данных;

- расчет положения пиков центральных длин волн и значений температуры;

- определение наличия утечки по рассчитанным значениям температуры;

- обмен данными с внешними интерфейсами (3);

- передачу данных о температуре внутри блока и работе всех модулей блоку термостабилизации (БТС) (11);

- формирование управляющих сигналов для ПО. Обобщенная структурная схема подачи, преобразования и приема сигнала представлена на фиг. 7.

БРСКДУ работает следующим образом. ПЭВЛ (7) посылает оптический сигнал по оптической линии волоконно-оптических датчиков (1) через оптические разветвители (12). Сигнал, отраженный от брэгговской решетки волоконно-оптических датчиков попадает в блок преобразователь (2).

В блоке преобразователе (2) отраженный оптический сигнал поступает в плату обработки (8) на вход фотоприемника (13), где преобразуется в электрический аналоговый сигнал малой амплитуды, далее этот сигнал усиливается в усилителе (14) и подается на АЦП (15). В АЦП (15) электрический аналоговый сигнал преобразуется в цифровой сигнал. Цифровой сигнал с каждого канала АЦП (15) поступает в параллельном виде в программируемую логическую интегральную схему (ПЛИС) (16) с тактированием с заданной частотой. Данные с этих каналов передаются для обработки в ЦСП (17).

В ЦСП (17) производится определение центральной длины волны каждого датчика и вычисление температуры. С выхода ЦСП (17) сигнал поступает на вход БК (9).

Если резонансная длина волны ВБР в определенный момент времени совпадает с длиной волны, излучаемой ПЭВЛ (7), то основная часть излучения отражается от ВБР обратно в блок преобразователь (2), где фиксируется скачок оптической мощности фотоприемниками (13) на ПО (8). Зная текущую излучаемую модулем ПЭВЛ (7) длину волны, за счет синхронизации ПО (8) и ПЭВЛ (7) с помощью БК (9), система может точно определить текущую резонансную длину волны ВБР.

Если же резонансная длина волны ВБР не совпадает с длиной волны излучаемой лазером в текущий момент времени, то излучение проходит сквозь ВБР с минимальными потерями, обеспечивая возможность засвечивания следующего датчика в линии. Отраженный сигнал от этого датчика также возвращается в ПО, где происходит расчет температуры аналогичным образом.

Бортовая распределенная система контроля и диагностики утечек на основе технологий фотоники, характеризующаяся тем, что содержит по меньшей мере один волоконно-оптический датчик, блок-преобразователь, который содержит перестраиваемый эрбиевый волоконный лазер, блок коммуникации, блок термостабилизации, блок питания и плату обработки, которая состоит из по меньшей мере одного оптического разветвителя, фотоприемника, усилителя, аналого-цифрового преобразователя, программируемой логической интегральной схемы, центрального сигнального процессора, при этом вход каждого оптического разветвителя платы обработки оптически связан с источником излучения и каждым волоконно-оптическим датчиком, а каждый выход оптического разветвителя последовательно соединен с фотоприемником, на выходе которого формируется аналоговый сигнал, поступающий на вход усилителя, при этом выход усилителя связан с входом аналого-цифрового преобразователя, на выходе которого сигнал, преобразованный в цифровой, последовательно поступает на программируемую логическую интегральную схему и центральный сигнальный процессор, выход которого соединен с блоком коммуникации, при этом блок коммуникации связан с перестраиваемым источником излучения и блоком термостабилизации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области аэромеханических измерений и может быть использовано для измерения шарнирных моментов, действующих на органы управления и взлетно-посадочную механизацию аэродинамических моделей летательных аппаратов в потоке аэродинамической трубы.

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель ракеты в наземных условиях и может быть использовано при наземных испытаниях элементов летательных аппаратов.

Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на головную часть обтекателя ракеты в наземных условиях. Предложен способ теплового нагружения обтекателей ракет из неметаллических материалов, включающий зонный нагрев обтекателя контактным нагревателем в виде электропроводящих секторов, соединенных в электрическую цепь последовательно, координаты которых заданы относительно вершины обтекателя и измерение температуры.
Изобретение относится к области тепловых испытаний летательных аппаратов и может быть использовано при наземных испытаниях антенных обтекателей ракет. Предложен способ управления нагревом при тепловых испытаниях антенных обтекателей ракет, включающий зонный нагрев поверхности обтекателя регулируемыми электрическими нагревателями и измерение в каждой зоне датчиками теплового потока величины подводимого к обтекателю теплового потока.
Изобретение относится к способам воспроизведения аэродинамического теплового воздействия на обтекатель летательного аппарата в наземных условиях. Заявленный способ теплового нагружения обтекателей летательных аппаратов из неметаллических материалов включает нагрев наружной поверхности обтекателя и измерение температуры.
Изобретение относится к области сертификационных испытаний авиационной техники и, в частности, к технологии имитации атмосферного облака, а также имитации перемежающейся облачности при испытаниях противообледенительных систем основных узлов летательного аппарата и его двигателя на наземных стендах.

Изобретение относится к области аэродинамических испытаний и предназначено для использования в аэродинамических трубах для формирования градиента скорости воздушного потока.

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к воспроизведению тепловых режимов головной части (обтекатель) ракеты в наземных условиях.

Изобретение относится к технике наземных испытаний элементов летательных аппаратов (ЛА), а именно к воспроизведению тепловых режимов головной части (обтекатель) ракеты в наземных условиях.

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытательным стендам для аэродинамических испытаний транспортных средств, а именно к покрытиям стендов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля. В способе измерения избыточной длины оптического волокна в модуле оптического кабеля измеряют и запоминают поляризационную характеристику обратного рассеяния оптического волокна, измеренную характеристику обратного рассеяния оптического волокна разбивают на одинаковые участки, для каждого k-того участка по этим характеристикам определяют оценку длины биений оптического волокна и рассчитывают избыточную длину оптического волокна в модуле оптического кабеля на k-том участке , при этом избыточную длину оптического волокна в модуле оптического кабеля рассчитывают по формуле: где rm - внутренний радиус модульной трубки;rF - внешний радиус оптического волокна по защитному покрытию;λ0 - длина волны, на которой измеряли поляризационные характеристики обратного рассеяния оптического волокна;LBk - оценка длины биений оптического волокна на k-том участке.

Изобретение относится к области машиностроения. Позиционирующее устройство для сборочной оснастки включает в себя переходной калибр, прилегающий плотно к установочному элементу сборочной оснастки в виде уха (2), расположенному в цилиндрическом элементе (3), прижимы (7) с пазами, планку (8) с пазом, уголок (9) и струбцину (10).

Изобретение относится к области анализа материалов путем определения их плотности, более конкретно к автоматическим датчикам газового анализа, а именно к фотокомпенсационному датчику плотности газов, который содержит магнитоэлектрический гальванометр, включающий рамку, помещенную в зазоре постоянного магнита, и подвижную часть с жестко закрепленными на ней пластиной и зеркалом, на которое из источника света через конденсор и диафрагму направляется луч света, при этом к поверхности пластины, жестко закрепленной на растяжках магнитоэлектрического гальванометра, нормально расположена входная пневматическая схема, выполненная в виде двух сопел, а в обратной связи указанного датчика расположена электрическая дифференциальная схема, включающая в себя источники напряжения и нагрузочного сопротивления, регистрирующий прибор миллиамперметр и дифференциальный фоторезистор, и указанный датчик характеризуется тем, что к входной пневматической схеме подключена цепь сравнительного газа, в одну из веток которой подключены импульсно подающий при контрольном режиме дозу пробного газа пневмораспределитель, измерительная камера для пробного газа, также подключенная к пневмораспределителю, и микроманометры, измеряющие давления газов.

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано при выполнении лучевой терапии внутриглазных злокачественных новообразований пучками протонов.

Предусмотрено определение того, изготовлена ли шина (2) в соответствии с известной моделью из множества известных моделей. Если шина (2) изготовлена в соответствии с известной моделью, шину (2) контролируют для поиска каких-либо производственных дефектов путем получения данных, характеризующих, по меньшей мере, часть поверхности шины (2), посредством комплекта устройств (282) получения изображений, установленных в соответствии с установочными параметрами, соответствующими известной модели шины.

Изобретение относится к области оптико-электронных измерительных приборов и предназначено для получения информации о двумерном распределении высот микрорельефа поверхностей, которые применяются в оптическом приборостроении, микроэлектронике и материаловедении.

Изобретение относится к устройствам для контроля поверхности реактора. Устройство для контроля поверхности реактора содержит, по меньшей мере, один сенсорный кабель, расположенный при работе устройства отдельными участками в зоне поверхности реактора, при этом один волоконный световод расположен в одном сенсорном кабеле.

Изобретение относится к области электрохимической обработки материалов и касается способа определения толщины покрытия. Способ включает в себя измерение через 5-300 с после начала обработки интенсивности излучения детали в диапазоне длин волн шириной 3-50 нм, включающем характеристическую спектральную линию излучения материала детали, расположенную в области длин волн 200-900 нм.

Изобретение относится к установкам для напыления в вакууме многослойных покрытий различных оптических элементов и может быть использовано для контроля толщины покрытий в широком спектральном диапазоне в процессе их напыления.

Группа изобретений относится к способу и устройству проверки инспекционной системы для обнаружения поверхностных дефектов продукта. Способ проверки инспекционной системы (1) и система для реализации способа для обнаружения поверхностных дефектов (2, 3) продукта (5), преимущественно плоского стального продукта, в котором с помощью одной камеры (6), преимущественно цифровой камеры, делают один снимок (10) одной поверхности (4) одного продукта (5), один снимок (10) в оцифрованном изображении передают на устройство (7) обработки изображений, одно оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3) интегрируют в оцифрованный снимок (10), с помощью устройства (7) обработки изображений и с помощью оцифрованного снимка (10), включая оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3), обнаруживают недостаток и определяют, распознает ли устройство (7) обработки изображений оцифрованное изображение (11, 12) поверхностного дефекта (2, 3) как недостаток на проверяемой поверхности (4).

Группа изобретений относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована для контроля состояния длинномерных объектов, а именно протяженных грузонесущих конструкций в виде рельсовой колеи железнодорожного полотна местных и магистральных железных дорог, метрополитена, горнорудного и строительного производства, а также подвижного состава, перемещающегося по этим конструкциям.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам контроля и диагностики общесамолетных систем воздушных судов. Бортовая распределенная система контроля и диагностики утечек содержит по меньшей мере один волоконно-оптический датчик, блок-преобразователь, который содержит перестраиваемый эрбиевый волоконный лазер, блок коммуникации, блок термостабилизации, блок питания и плату обработки, которая состоит из по меньшей мере одного оптического разветвителя, фотоприемника, усилителя, аналого-цифрового преобразователя, программируемой логической интегральной схемы, центрального сигнального процессора. При этом вход каждого оптического разветвителя платы обработки оптически связан с источником излучения и каждым волоконно-оптическим датчиком, а каждый выход оптического разветвителя последовательно соединен с фотоприемником, на выходе которого формируется аналоговый сигнал, поступающий на вход усилителя, при этом выход усилителя связан с входом аналого-цифрового преобразователя, на выходе которого сигнал, преобразованный в цифровой, последовательно поступает на программируемую логическую интегральную схему и центральный сигнальный процессор, который соединен с блоком коммуникации, при этом блок коммуникации связан с перестраиваемым источником излучения и блоком термостабилизации. Технический результат - повышение безопасности полетов за счет расширения функциональных возможностей бортовых систем контроля и диагностирования. 7 ил.

Наверх