×
02.03.2020
220.018.0811

Результат интеллектуальной деятельности: ДАТЧИК ИСКРЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к волоконной оптике и может быть использовано в волоконно-оптических датчиках искрения и электрической дуги и предназначено для использования на электростанциях, в высоковольтных установках, на линиях электропередачи, на пожаро- и взрывоопасных предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности, в шахтах и на транспорте. Датчик искрения содержит чувствительный элемент, изготовленный из флуоресцентного стекла или полимера, выполненный в виде пластины и расположенный в фокальной плоскости сферической положительной линзы или объектива, перед чувствительным элементом установлен оптический фильтр в виде пластины из оптического стекла, прозрачного в ультрафиолетовой области спектра и непрозрачного в видимой области спектра, у задней поверхности чувствительного элемента упорядоченно размещены торцы оптических волокон или волоконных жгутов, а у их выходных торцов расположены фотоприемники. Технический результат - определение местоположения искрения в пространстве. 2 ил.

Изобретение относится к волоконной оптике и может быть использовано в волоконно-оптических датчиках искрения и электрической дуги.

Известно устройство дуговой защиты УД3-1 [Никитаев О.В., Селиванин А.У. Применение дуговых защит в комплексных распределительных устройствах сельскохозяйственных подстанций. Эксплуатация устройств сельскохозяйственного электроснабжения. Сборник научных трудов. М. 1989. с. 44], состоящее из полимерного волокна и фотодетектора. Часть излучения электрической дуги, попадающего на волокно, за счет светорассеяния в полимере преобразуется в волноводную моду и поступает на фотодетектор. Недостатком устройства являются высокие потери коротковолновой части излучения электрической дуги в полимерном волокне, что уменьшает чувствительность устройства.

Известно «Устройство для отключения комплексных распределительных устройств» (патент RU №2096887, МПК Н02Н 7/22, Н02Н 7/26, дата приоритета 04.08.1993 г., опубликовано 20.11.1997 г.), в состав которого входит эластичный оптоволоконный жгут со светопроницаемой оболочкой, к одному из концов которого подключен фотодетектор. Недостатком устройства является отсутствие возможности определения местоположения дуги и ее мощности. Недостатком устройства является также относительно его низкая чувствительность, связанная с низкой эффективностью преобразования излучения электрической дуги в волноводные моды и высокими потерями коротковолновой части оптического сигнала в волокне.

Известны волоконные датчики с чувствительными элементами на основе полимерного волокна с флуоресцентными добавками, которые применяются как позиционно-чувствительные устройства (M.F. Laguesse // Appl. Opt. 1989. V. 28. №23. P. 5144) и как сенсоры ионизирующих излучений. Недостатком таких датчиков являются высокие потери полезного оптического сигнала в полимерном волокне.

Известен волоконно-оптический датчик открытой электрической дуги (патент RU №2237332, МПК Н02Н 7/26, дата приоритета 07.10.2002 г., опубликовано 27.09.2004 г.), выбранный в качестве прототипа, чувствительным элементом которого является нерегулярный волоконный световод со светопроницаемой оболочкой. Противоположные концы световода подключены к фотоэлектронным преобразователям, что позволяет не только регистрировать возникновение электрической дуги, но и определять ее местоположение и мощность. Недостатком устройства является его относительно низкая чувствительность, связанная с низкой эффективностью преобразования излучения электрической дуги в волноводные моды и высокими потерями коротковолновой части оптического сигнала в световоде. Недостатком является также, то, что для повышения чувствительности датчика требуется увеличение длины его чувствительного элемента, до 30 см и более [Ю.П. Казачков // Письма в ЖТФ. 2008. Т. 34. Вып.20. с. 73]. Недостатком является также относительно низкое пространственное разрешение датчика (не лучше 1 м при длине волокна более 5 м), что исключает возможность его применения для индикации искрения и электрической дуги в малогабаритных устройствах.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является волоконный датчик искры и электрической дуги (патент RU №2459222, МПК G02B 6/02, дата приоритета 23.12.2010 г., опубликовано 20.08.2012 г.), содержащий цилиндрическую линзу, чувствительный элемент в виде оптического волокна с флуоресцентным покрытием, передающее оптическое волокно и фотоприемник. Недостатками датчика являются невозможность определения местоположения искрения без механического поворота датчика по двум координатам и сложность конструкции датчика: необходимость использования оптических волоконных разъемов для соединения чувствительного элемента с передающим волокном, необходимость использования цилиндрического отражателя.

Изобретение решает задачу определения местоположения искры в пространстве.

Решение поставленной задачи достигается тем, что перед чувствительным элементом датчика искрения, выполненным виде пластины, и расположенным в фокальной плоскости сферической положительной линзы или объектива, установлен оптический фильтр, в виде пластины из оптического стекла, прозрачного в ультрафиолетовой области спектра и непрозрачного в видимой области спектра, у задней поверхности чувствительного элемента упорядоченно размещены торцы оптических волокон или волоконных жгутов, а у их выходных торцов расположены фотоприемники.

Электрическую искру можно рассматривать как точечный источник света, а электрический разряд между металлическими электродами содержит интенсивные линии излучения в ультрафиолетовой области спектра в спектральном интервале 200-400 нм. Линза или объектив датчика собирают часть излучения искры и фокусируют его на пластину из флуоресцентного стекла или полимера в пятно малого диаметра. Ультрафиолетовое излучение искры локально возбуждает в этой пластине люминесценцию в видимой области спектра. Часть излучения люминесценции попадает на торец оптического волокна или волоконного жгута, расположенного напротив данной области пластины, преобразуется в волноводные моды и передается на фотоприемник, расположенный у выходного торца данного волокна или волоконного жгута, и преобразуется в электрический сигнал. Входные торцы волокон или волоконных жгутов могут быть расположены в ряд или образовывать двумерную матрицу. Пространственное положение области люминесценции в флуоресцентной пластине зависит от положения электрической искры в пространстве, поэтому номер фотоприемника, в котором появился электрический сигнал, может быть сопоставлен с пространственным положением электрической искры. Для исключения попадания на фотоприемник постороннего излучения, например искусственного освещения либо солнечного света, перед флуоресцентной пластиной может быть расположен оптический фильтр, прозрачный в ультрафиолетовой области спектра, и не прозрачный в видимой области спектра. Так как ультрафиолетовое излучение электрической искры преобразуется в излучение видимой области спектра, для его регистрации могут быть использованы дешевые и широко распространенные кремниевые фотодиоды.

Совокупность признаков, изложенных формуле, характеризует датчик искрения, в котором использована линза и флуоресцентная пластина, за которой упорядоченно расположены входные торцы оптических волокон или волоконных жгутов. Использование упорядоченного расположения волокон или волоконных жгутов позволяет регистрировать пространственное положение электрической искры по одной или двум координатам. В конструкции датчика исключаются дополнительные оптические элементы в виде оптических волоконных разъемов и зеркал, что упрощает конструкцию датчика.

Описание чертежей

Изобретение иллюстрируется следующими чертежами.

На фиг. 1 схематично показаны датчик искрения и принцип его работы. 1 - электрическая искра, 2 - ход лучей от искры, 3 - линза или объектив, 4 - оптический фильтр, 5 - пластина из флуоресцентного стекла или полимера, 6 - передающие оптические волокна или волоконные жгуты, 7 - фотоприемники.

На фиг. 2 показаны возможные варианты расположения входных торцов передающих оптических волокон или волоконных жгутов, а - линейное расположение, б - расположение в виде двумерной матрицы; 5 - пластина из флуоресцентного стекла или полимера, 8 - торцы оптических волокон или волоконных жгутов, в - расположение оптических волокон или волоконных жгутов по окружности; 5 - пластина из флуоресцентного стекла или полимера, 9 - торцы волоконных жгутов.

Далее сущность изобретения раскрывается на примере, который не должен рассматриваться экспертом как ограничивающий притязания изобретения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения.

Пример.

На фиг. 1 показана схема датчика искрения и принцип его работы.

Датчик содержит положительную сферическую линзу 3 из стекла с фокусным расстоянием 15 мм и диаметром 25 мм. В фокальной плоскости линзы расположен оптический фильтр 4 из оптического стекла УФС5, представляющий собой пластину 25×25 мм толщиной 2 мм. За фильтром расположена флуоресцентная пластина 5 из силикатного стекла, содержащего молекулярные кластеры серебра. Пластина 5 имеет поперечные размеры 15×15 мм и толщину 3 мм. Вплотную к задней поверхности флуоресцентной пластины расположены 10 волоконных жгутов 6 из стекла с диаметром торцов 1 мм. Жгуты расположены в ряд (фиг. 2, а), длина ряда жгутов равна 12 мм. Вплотную к выходным торцам жгутов расположены фотоприемники 7. В качестве фотоприемников использованы кремниевые фотодиоды BPW34.

Датчик работает следующим образом.

Излучение от искры 1 (фиг. 1) фокусируется линзой 3 на пластину из флуоресцентного стекла 5. Фоновое излучение от посторонних источников света отсекается оптическим фильтром 4. Флуоресцентная пластина содержит молекулярные кластеры серебра, обладающие люминесценцией в спектральном интервале 450-650 нм при возбуждении люминесценции ультрафиолетовым излучением из спектрального интервала 250-390 нм [V.D. Dubrovin, А.I. Ignatiev, N.V. Nikonorov, A.I. Sidorov, T.A. Shakhverdov, D.S. Agafonova. Luminescence of silver molecular clusters in photo-thermo-refractive glasses // Optical Materials, V. 36, P. 753-759, (2014)]. Выбор материала флуоресцентной пластины определяется тем, что спектральная область люминесценции молекулярных кластеров серебра попадает в спектральную область чувствительности кремниевых фотодиодов. Люминесценция возбуждается в месте расположения фокального пятна в флуоресцентной пластине, которое, в свою очередь, зависит о положения искры в пространстве. Излучение люминесценции попадает в волоконный жгут, расположенные в месте положения фокального пятна, преобразуется в волноводные моды и передается к фотодиоду, расположенному на выходном торце данного волоконного жгута. При расположении фокального пятна между двумя волоконными жгутами возможна регистрация оптического сигнала двумя соседними фотодиодами. Таким образом, номера фотодиодов, зарегистрировавших оптический сигнал, позволяют определить положение искры в пространстве. В данном примере волоконные жгуты 8 расположены в ряд (фиг. 2, а), что дает возможность регистрировать положение искры по одной координате. При расположении жгутов в виде двумерных матриц 9 (фиг. 2, б, в) появляется возможность регистрации положения искры в пространстве по двум координатам.

Тестирование датчика искры показало, что датчик с указанными выше параметрами позволяет регистрировать искру с углом обзора 40°. При расстоянии до искры, равном 50 см, точность определения ее положения составляет 3-5 см, при использовании в датчике 10 волоконных жгутов.

Таким образом, датчик искры позволяет регистрировать и определять местоположение искрения на электростанциях, в высоковольтных установках, на линиях электропередачи, на пожаро- и взрывоопасных предприятиях химической и нефтеперерабатывающей промышленности, в шахтах и на транспорте.

Датчик искрения, содержащий чувствительный элемент, изготовленный из флуоресцентного стекла или полимера, отличающийся тем, что перед чувствительным элементом, выполненным в виде пластины и расположенным в фокальной плоскости сферической положительной линзы или объектива, установлен оптический фильтр в виде пластины из оптического стекла, прозрачного в ультрафиолетовой области спектра и непрозрачного в видимой области спектра, у задней поверхности чувствительного элемента упорядоченно размещены торцы оптических волокон или волоконных жгутов, а у их выходных торцов расположены фотоприемники.
ДАТЧИК ИСКРЕНИЯ
ДАТЧИК ИСКРЕНИЯ
ДАТЧИК ИСКРЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 17.
04.11.2019
№219.017.de8e

Способ изготовления неорганических перовскитных нановискеров типа cspbbr

Изобретение относится к области синтеза наноструктур на основе перовскитов, которые могут быть использованы в качестве материалов для нанофотоники для создания Фабри-Перо наносенсоров и фотонных интегральных схем. Способ изготовления неорганических перовскитных нановискеров типа CsPbBr включает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002705082
Дата охранного документа: 01.11.2019
24.11.2019
№219.017.e5c6

Устройство для сушки суспензий

Изобретение относится к химической и пищевой отраслям промышленности и может быть использовано при производстве сухих дисперсных материалов, в частности пищевого назначения, например сухого молока, наноинкапсулированных комплексных биологически активных ингредиентов или пектина. Устройство для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002707022
Дата охранного документа: 21.11.2019
24.11.2019
№219.017.e5ff

Способ идентификации гидродинамических параметров тела

Изобретение относится к области гидродинамики, измерительной технике, лабораторным установкам, судостроению. Способ заключается в том, что телу в виде корпуса судна, погруженному в жидкость по ватерлинию, или с заданной осадкой, с установленным на корпусе судна управляемым электродвигателем с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002706909
Дата охранного документа: 21.11.2019
14.12.2019
№219.017.edb0

Способ измерения интенсивности ультразвукового поля в жидкости

Использование: для определения интенсивности ультразвукового поля в жидкости. Сущность изобретения заключается в том, что в ванну с исследуемой жидкостью торцом к излучателю ультразвуковых колебаний, установленному в ванне, частично погружают оптически прозрачную измерительную камеру,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002708933
Дата охранного документа: 12.12.2019
27.12.2019
№219.017.f37e

Прозрачный электрод с асимметричным пропусканием света и способ его изготовления

Изобретение относится к области оптоэлектронной техники и может быть использовано для создания сенсорных экранов, солнечных батарей, конструкция которых включает элементы, одновременно прозрачные для света и проводящие электрический ток. Прозрачный электрод с асимметричным пропусканием света,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710481
Дата охранного документа: 26.12.2019
09.02.2020
№220.018.0122

Способ встраивания биометрической информации в цветное изображение лица и устройство для осуществления способа

Изобретение относится к способу встраивания биометрической информации в цветные изображения лиц и устройству для осуществления способа. Техническим результатом является повышение универсальности, защищенности информации и надежности ее хранения в процессе обменных операций с памятью. Способ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002713762
Дата охранного документа: 07.02.2020
29.02.2020
№220.018.0799

Экструдер

Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано при производстве экструдированных пищевых продуктов. Экструдер содержит корпус, камеру прессования, матрицу, камеру измельчения с загрузочным бункером, распылительными форсунками и ножом, шнек и диск. Шнек выполнен сборным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715394
Дата охранного документа: 27.02.2020
02.03.2020
№220.018.07df

Фотоактивная суспензия

Изобретение относится к материалам, используемым для решения экологических проблем, в медицине и санитарии, и может быть использовано для удаления органических примесей. Фотоактивная суспензия, включающая частицы оксида цинка, воду и аммиачную воду, дополнительно содержит нитрат цинка при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715417
Дата охранного документа: 28.02.2020
02.03.2020
№220.018.07e6

Способ определения концентрации свинца (ii) в водных образцах

Изобретение относится к области измерительной техники и касается способа определения концентрации свинца (II) в водных образцах. Способ включает в себя приготовление размещенной на носителе полимерной сенсорной пленки, ее контакт с испытуемым образцом и определение концентрации свинца путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715478
Дата охранного документа: 28.02.2020
02.03.2020
№220.018.0830

Способ определения передаточной функции фазового модулятора в интерферометре саньяка

Изобретение относится к области волоконной оптики. Способ определения передаточной функции фазового модулятора в интерферометре Саньяка включает подачу на электрический вход фазового модулятора управляющего сигнала напряжения, содержащего вспомогательный сигнал в форме меандра, амплитуда...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715479
Дата охранного документа: 28.02.2020
Показаны записи 1-10 из 34.
10.11.2013
№216.012.7d7f

Способ каталитической конверсии целлюлозы в гекситолы

Изобретение относится к области переработки возобновляемого сырья (в частности, целлюлозы) в сырье для химического синтеза и биотопливо. В способе каталитической конверсии целлюлозы в гекситолы, включающем проведения процесса гидролитического гидрирования целлюлозы в течение 3-7 минут при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497800
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.03.2014
№216.012.a953

Способ формирования серебряных наночастиц в стекле

Способ формирования серебряных наночастиц в стекле относится к технологии оптических материалов и может быть использован в интегральной оптике и биосенсорных технологиях. Способ включает нанесение серебряной пленки на поверхность силикатного стекла, допированного церием, выдерживание полученной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509062
Дата охранного документа: 10.03.2014
27.03.2014
№216.012.ae13

Способ получения сапонинсодержащих экстрактов (вариант)

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к способу получения сапонинсодержащего экстракта. Способ получения сапонинсодержащего экстракта, включающий предварительное замачивание корней Saponaria officialis L. в дистиллированной воде, экстракцию под воздействием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510278
Дата охранного документа: 27.03.2014
10.03.2015
№216.013.2faa

Способ записи оптической информации в стекле

Изобретение относится к области оптики и может быть использовано для записи и хранения оптической информации в виде текста, изображений, штрих-кодов и цифровой битовой информации. Целью изобретения является увеличение скорости записи оптической информации в стекле и упрощение состава стекла....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002543670
Дата охранного документа: 10.03.2015
10.04.2015
№216.013.38fa

Преобразователь напряжения в частоту импульсов

Изобретение относится к области автоматики и может использоваться при автоматизации технологических процессов. Достигаемый технический результат - повышение надежности преобразования напряжения в частоту импульсов путем диагностирования полярности подключения его выходных клемм к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546074
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.3904

Многозонный интегрирующий регулятор

Изобретение относится к области преобразовательной техники и может использоваться при автоматизации технологических процессов, например, в регуляторах температуры. Техническим результатом является стабилизация частоты несущих колебаний при отказах релейных элементов и тем самым сохранение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002546084
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.04.2015
№216.013.42b6

Волноводный концентратор солнечного элемента

Волноводный концентратор солнечного элемента относится к волноводной и волоконной оптике и может быть использован в солнечных элементах и солнечных батареях с монокристаллическими полупроводниковыми фотоэлектрическими преобразователями. Концентратор солнечного элемента состоит из трех...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548576
Дата охранного документа: 20.04.2015
27.04.2015
№216.013.4707

Способ биоконверсии отходов промышленного производства сапонинов из корня saponaria officinalis

Изобретение относится к области получения удобрений на основе отходов переработки растительного сырья. Предложен способ биоконверсии отходов промышленного производства сапонинов из корня Saponaria Officinalis. Способ включает приготовление исходной смеси, загрузку смеси в биореактор и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549687
Дата охранного документа: 27.04.2015
10.07.2015
№216.013.60a2

Чувствительный элемент волоконно-оптического датчика температуры

Изобретение относится к волоконно-оптическим датчикам температуры. Чувствительный элемент выполнен в виде волокна из люминесцентного стекла, которое содержит нейтральные молекулярные кластеры серебра и ионы редкоземельного металла. Технический результат - увеличение температурной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002556279
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.01.2016
№216.013.9f76

Дозиметр ультрафиолетового излучения

Изобретение относится к радиационным измерениям, в частности к измерениям дозы ультрафиолетового (УФ) излучения, и может быть использовано в медицине, сельском хозяйстве, биотехнологии, обеззараживании объектов, материаловедении, экологии, дефектоскопии, криминалистике, искусствоведении....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572459
Дата охранного документа: 10.01.2016
+ добавить свой РИД