Система для наблюдения за зоной, в пределах которой перемещаются люди

Система для наблюдения за зоной, в пределах которой перемещаются люди

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение относится к системе для наблюдения за:

зоной, в пределах которой перемещаются люди или товары,

внешним периметром предварительно заданной зоны, или

уязвимыми местами внутренней зоны, доступ к которым затруднен, например, такими, как воздухозаборный и кондиционирующий короба.

Уровень техники

Ощущается потребность в наблюдении за многолюдными зонами (например, терминалами аэропортов или морских портов, железнодорожными станциями, большими универмагами, торговыми центрами, промышленными предприятиями, и т.д.), в пределах которых перемещаются люди, для своевременного обнаружения наличия токсичных веществ в воздухе, присутствующем в упомянутой зоне. В этих случаях необходим датчик первичного оповещения, вероятность обнаружения вещества которым будет наивысшей.

Упомянутые токсичные вещества могут выпускаться в воздух после аварий (например, аварий на промышленном предприятии), а еще - умышленного разрушения, такого, как террористические акты.

Чтобы удовлетворить потребность в наблюдении, охарактеризованную выше, в настоящее время используются сети точечных датчиков (например, химических датчиков или оптических датчиков), предназначенных для обнаружения присутствия токсичных веществ в назначенных точках зоны, находящейся под наблюдением.

Обычно эти решения накладывают некоторые ограничения:

применение точечных датчиков влечет за собой сложность и высокие затраты, поскольку необходимо применять большое количество взаимосвязанных деталей;

большинство применяемых точечных датчиков не гарантирует непрерывный контроль (например, они взаимодействуют с окружающей средой и требуют перехода из режима забора проб в режим очистки);

точечные датчики оптического типа могут гарантировать непрерывную оперативность, чувствительность и избирательность, но выяснилось, что для гарантии обеспечения всех этих признаков одновременно такие датчики обходятся слишком дорого, чтобы их можно было применять в большом количестве.

Краткое изложение сущности изобретения

Цель данного изобретения состоит в том, чтобы разработать систему наблюдения того типа, которая описана выше и которая будет эффективной, будет обладать высокой чувствительностью и избирательностью, обеспечит непрерывное наблюдение во времени, будет иметь ограниченное время отклика и будет обладать низкой стоимостью изготовления и установки.

Вышеуказанная цель достигается данным изобретением, поскольку оно относится к системе для наблюдения за ограниченной зоной, в пределах которой перемещаются люди, отличающейся тем, что она содержит:

по меньшей мере, одно полое оптическое волокно, конфигурация которого обеспечивает прохождение через упомянутую зону, причем упомянутое полое оптическое волокно по всей его длине снабжено множеством отверстий, которые устанавливают внутренний канал волокна, сообщающийся с пространством снаружи волокна;

средство перекачивания, предназначенное для обеспечения нагнетаемого потока воздуха вдоль упомянутого внутреннего канала полого оптического волокна;

оптические источники, конфигурация которых обеспечивает подачу упомянутого оптического сигнала в первый конец упомянутого полого оптического волокна;

оптические датчики, предназначенные для обнаружения оптического сигнала, присутствующего на втором конце волокна;

средства оптической связи, предназначенные для передачи оптического сигнала из лазерного источника в один конец полого оптического волокна и из одного конца полого оптического волокна в датчики;

блоки сопряжения при подключении, предназначенные для передачи оптического сигнала и потока воздуха на входе в конец полого оптического волокна и на выходе из этого конца; и

систему для сбора, оцифровывания и обработки сигнала, предназначенную для проверки спектра оптического сигнала, обнаруживаемого упомянутыми средствами датчиков, для обнаружения присутствия токсичных веществ в зоне и засасывания их в упомянутый канал,

причем упомянутая система содержит множество полых оптических волокон, которые проходят в упомянутой зоне в соответствии с сетчатой структурой.

Краткое описание чертежей

Теперь изобретение будет проиллюстрировано с конкретными ссылками на прилагаемые чертежи, где представлен предпочтительный неограничительный вариант его осуществления, при этом:

на фиг.1 представлено схематическое изображение системы для наблюдения за зоной, в пределах которой перемещаются люди, в соответствии с предписаниями данного изобретения; и

на фиг.2 изображен вариант системы согласно фиг.1.

Лучший способ осуществления изобретения

На фиг.1 представлена обозначенная как единое целое позицией (1) система для наблюдения за зоной (2), в пределах которой перемещаются люди (3).

Зона (2) может быть просто терминалом аэропорта или морского порта, железнодорожной станцией, торговым центром, большим универмагом или промышленным предприятием, и содержит по меньшей мере один участок (4), ограниченный стенами (5) (изображенными схематически) и снабженный входами (6) и выходами (7).

Система (1) содержит по меньшей мере одно (промышленно поставляемое) полое оптическое волокно (10), конфигурация которого обеспечивает прохождение через зону (2). Полое оптическое волокно (10), предпочтительно с круглым поперечным сечением, ограничивает внутренний канал (11), причем полое оптическое волокно снабжено по всей его длине множеством радиальных отверстий (12), отстоящих друг от друга и предназначенных для установления внутреннего канала (11), сообщающегося с пространством снаружи волокна (10). Радиальные отверстия (12) с удобством получены путем использования технологий известного типа, как правило - лазерным сверлением.

К полому оптическому волокну также может примыкать сбоку капиллярная трубка КТ, которая соединена с одним концом волокна, установлена вдоль него и снабжена по всей ее длине множеством отверстий, которые устанавливают внутренний канал трубки, сообщающийся с пространством снаружи самой трубки.

Пример полого оптического волокна описан в патентной заявке № РСТ WO 01/94915.

Оптическое волокно (10) может находиться на земле, быть прикрепленным к стенам (5) или еще и к потолку зоны (2), тем самым приспосабливаясь к форме участка (4). Как правило, оптическое волокно (10) можно устанавливать в вентиляционном коробе (не показан) зоны (2). Длина волокна может находиться в диапазоне от нескольких метров до нескольких десятков метров, а также может быть получена путем соединения нескольких секций полого оптического волокна.

Коэффициент пропускания волокна (10) предпочтительно должен быть таким, чтобы потери сигнала составляли менее 1 дБ/м по всей рабочей ширине полосы спектра (от 3 до 15 мкм).

Потери из-за изгиба волокна должны составлять менее 1 дБ на поворот для изгибов на уровне 90° с радиусом кривизны свыше 10 см. Если волокно проложено, то - благодаря меньшим оптическим потерям - оно гарантирует повышенную чувствительность датчика по сравнению с другими техническими решениями.

Первый конец (10a) оптического волокна (10) связан с первым соединителем (15), предназначенным для предоставления возможности поставки потока воздуха внутри полого волокна посредством микронасоса (16) известного типа и для предоставления возможности прохождения оптического сигнала, входящего в первый конец волокна.

Второй конец (10b) оптического волокна (10) связан со вторым соединителем (17), предназначенным для предоставления возможности впуска или выпуска воздуха, перекачиваемого во внутреннем канале (11) посредством микронасоса (16), и для предоставления возможности прохождения сигнала, покидающего второй конец волокна.

Таким образом, получается поток воздуха, всасываемый снаружи полого оптического волокна, вдоль внутреннего канала (11) от первого конца (10a) ко второму концу (10b), или наоборот. Более того, гарантируется также передача оптического сигнала от источника (20) к датчику (24) через внутреннее пространство полого оптического волокна.

Микронасос (16) сконфигурирован для предоставления возможности довольно быстрого прохождения воздуха внутри волокна 10 с неизменной скоростью, тем самым минимизируя шум, вносимый потоком воздуха внутри волокна. Полое оптическое волокно (10) и/или капиллярную трубку КТ (если она предусмотрена) можно снабдить коробом, который их содержит, причем упомянутый короб выполнен с возможностью фильтрации крупных частиц или предусматривает прохождение возможных посторонних веществ во внутрь полого оптического волокна и капиллярной трубки КТ (если она есть).

Система (1) содержит генераторное устройство (20) для генерирования оптического сигнала, предназначенное для подачи вырабатываемого сигнала в первый конец (10a) полого оптического волокна (10). Например, генераторное устройство (20) содержит лазерный источник, такойкак предназначенный для генерирования оптического сигнала с регулируемой длиной волны, который направляется посредством двух зеркал (22a), (22b) и расщепителя (23) луча, установленного между зеркалами, к первому соединителю (15).

Система (1) дополнительно содержит датчик (24) (известного типа), предназначенный для обнаружения оптического сигнала, присутствующего на втором конце (10b) волокна (10). Упомянутый сигнал посылается в датчик (24) посредством пары зеркал (25a), (25b), которые направляют к датчику (24) оптический сигнал, выходящий из второго соединителя (17). Датчик (24) и полое оптическое волокно (10) предпочтительно работают в области спектра электромагнитного излучения, которая простирается от 3 до 15 мкм (MID-IR), где присутствуют полосы наиболее интенсивного характеристического поглощения (так называемые «отпечатки») большинства токсичных промышленных соединений (ТПС) и химических боевых веществ (ХБВ). Датчик (24) (который является датчиком известного типа) выбран с малыми временами отклика.

Система (1) дополнительно содержит блок (30) обработки, который принимает сигнал измерения, генерируемый датчиком (24) и возможный опорный сигнал, генерируемый датчиком (21), для обработки оптического спектра сигнала, принимаемого из датчика (24).

Помимо этого, блок (30) обработки предназначен для проверки спектра оптического сигнала (посредством известных алгоритмов инфракрасной спектроскопии) с тем, чтобы обнаружить присутствие характеристических форм спектра, которые отображают токсичные вещества, присутствующие в зоне (2) и всасываемые в канал (11).

Таким образом, в случае выпуска токсичного вещества (газа или пара) в пределах зоны (2), упомянутое вещество всасывается через отверстия (12) полого оптического волокна или капиллярной трубки КТ, проложенного или проложенной по упомянутой зоне, внутри канала (11) оптического волокна (10), где условия светопередачи изменены. Вследствие этого, спектр принимаемого сигнала предполагает некоторую характеристическую форму, которая указывает присутствие токсичных веществ. Тогда электронный блок (30) может выдавать аварийное предупреждение по специализированной линии (32), чтобы активировать процедуры эвакуации зоны (2) и восстановления безопасных условий.

Из вышеизложенного описания очевидно проявляются преимущества системы (1), а именно:

по сравнению с точечными датчиками, система (1) предоставляет возможность существенного уменьшения количества деталей, а значит и затрат, обеспечивая при этом эквивалентный или даже более высокий уровень охвата;

по сравнению с большинством известных систем система (1) гарантирует непрерывный контроль, а также надлежащую чувствительность и избирательность, воплощая широкий спектральный охват;

по сравнению с точечными оптическими датчиками система (1) в принципе чувствительнее благодаря оптическому пути, обеспечиваемому оптическим волокном, и благодаря более высокой оптической эффективности передачи сигнала проложенного полого оптического волокна по сравнению с точечными датчиками, где используется такое же полое оптическое волокно, но свернутое в рулон, как описано в патентной публикации № WO2008061949A1; по оценкам, система (1) может достигать чувствительностей в области от нескольких частиц на миллион частиц без использования, в частности, интенсивных или сложных оптических источников, и до нескольких частиц на миллиард частиц в случае, если используются лазерные источники; и

наконец, процедуры ориентации и калибровки системы (1) упрощаются по сравнению с этими процедурами для системы, предусматривающей использование некоторого количества точечных датчиков.

На фиг.2 изображено множество полых оптических волокон, которые проходят в зоне (2) в соответствии с сетчатой структурой.

Если говорить подробнее, то предусматриваются следующие компоненты:

первый демультиплексор (40), установленный между генераторным устройством (20) и первыми концами (10a) первых волокон (10') для последовательной подачи оптического сигнала в первых волокнах;

первый оптический мультиплексор (44), который подает оптические сигналы, присутствующие на вторых концах (10b) первых волокон (10'), в первый датчик (24); возможное воплощение оптического мультиплексора реализуется посредством волноводной системы оптических переключателей;

второй демультиплексор (42), установленный между вторым генераторным устройством (20) и первыми концами (10a) вторых волокон (10”), для последовательной подачи оптического сигнала во вторых волокнах (10”);

при этом цепь полых оптических волокон будет снабжена микронасосами, по одному для каждого волокна или для каждой группы волокон, питаемых самим лазерным источником, для регулирования потока воздуха внутри полых оптических волокон; возможное - но не исключительное - воплощение реализуется в системе насосов и электромагнитных клапанов, которые выбирают поток из подгруппы оптических волокон для ускорения анализа на присутствие анализируемого вещества и/или увеличения концентрации газообразного анализируемого вещества и ограничения области забора проб; и

второй оптический мультиплексор (45) (известного типа), который подает оптические сигналы, присутствующие на вторых концах (10b) вторых волокон (10”) во второй датчик (24).

Первые и вторые полые оптические волокна (10', 10”) расположены в соответствии с сетчатой структурой, в которой первые волокна (10') пересекают вторые волокна (10”) в разных точках A, B, C, и т.д., ограниченной зоны (2).

В случае если токсичное вещество выпускается в точке A, B, C, и т.д., зоны (2), обнаруживается сигнал тревоги, по меньшей мере, для одного первого волокна (10'), которое проходит через заданную точку, и, по меньшей мере, для одного второго волокна (10”), которое проходит через ту же точку. Таким образом, электронный блок (30) может распознавать волокна (10', 10”), по которым прошел сигнал тревоги, и прослеживать его обратно до той точки в зоне (2), где проведена химическая атака.

1. Система для наблюдения за ограниченной зоной (2), в пределах которой перемещаются люди, отличающаяся тем, что она содержит:по меньшей мере одно полое оптическое волокно (10), сконфигурированное для прохождения через упомянутую зону (2), причем упомянутое полое оптическое волокно (10) по всей его длине снабжено множеством отверстий (12), которые устанавливают внутренний канал (11) волокна, сообщающийся с пространством снаружи волокна;средство (16) перекачивания, предназначенное для обеспечения нагнетаемого потока воздуха вдоль упомянутого внутреннего канала (11) полого оптического волокна;оптические источники (20), конфигурация которых обеспечивает подачу упомянутого оптического сигнала в первый конец (10a) упомянутого полого оптического волокна (10);оптические датчики (24), предназначенные для обнаружения оптического сигнала, присутствующего на втором конце (10b) волокна;средства (22a), (22b), (23), (25a), (25b) оптической связи, предназначенные для направления оптического сигнала из лазерного источника в один конец полого оптического волокна и из одного конца полого оптического волокна в датчики (21), (24);блоки (15), (17) сопряжения при подключении, предназначенные для передачи оптического сигнала и потока воздуха на входе в конец полого оптического волокна и на выходе из этого конца, исистему (30) для сбора, оцифровывания и обработки сигнала, предназначенную для проверки спектра оптического сигнала, обнаруживаемого упомянутыми средствами (24) датчиков, для обнаружения присутствия токсичных веществ в зоне и засасывания их в упомянутый канал (11),причем упомянутая система содержит множество полых оптических волокон (10', 10”), которые проходят в упомянутой зоне в соответствии с сетчатой структурой.

2. Система по п. 1, в которойсредства мультиплексоров или оптические переключатели (40, 42) предусмотрены установленными между оптическими источниками (20) и первыми концами (10a) упомянутых волокон (10', 10”) для последовательной подачи упомянутого оптического сигнала в упомянутых волокнах,и при этом дополнительно предусмотрены средства (44, 45) оптических сумматоров, которые подают оптические сигналы, присутствующие на вторых концах волокон (10', 10”), в упомянутые датчики (24).

3. Система по п. 1, в которой предусмотреныпервое множество первых полых оптических волокон (10'), которые последовательно принимают на своих первых концах (10a) упомянутый оптический сигнал и имеют вторые концы (10b), сообщающиеся с первым средством (24) датчика, ивторое множество вторых полых оптических волокон (10”), которые последовательно принимают на своих первых концах (10a) упомянутый оптический сигнал и имеют вторые концы (10b), сообщающиеся со вторым средством (24) датчика,причем упомянутые первые и вторые полые оптические волокна (10', 10”) расположены в соответствии с сетчатой структурой, в которой первые волокна пересекают вторые волокна в разных точках упомянутой ограниченной зоны;система (30) для сбора, оцифровывания и обработки сигнала, предусмотренная для обнаружения пар первых оптических волокон и вторых оптических волокон, для которых обнаружено присутствие токсичного вещества, и ограничения точки упомянутой зоны, в которой присутствует упомянутое токсичное вещество.

4. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой упомянутое полое оптическое волокно соединено с капиллярной трубкой (КТ), примыкающей к этому волокну сбоку и снабженной по всей ее длине множеством отверстий, которые устанавливают внутренний канал капиллярной трубки, сообщающийся с пространством снаружи самого волокна.