專利名稱:以光學(xué)設(shè)施傳送信息和命令的用于監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的方法和裝置的制作方法
本文涉及一種以光學(xué)設(shè)施傳送信息和命令的用于監(jiān)控工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的方法和裝置。
很多工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備往往包括一個(gè)運(yùn)行區(qū)，在其中進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)過程;和一個(gè)控制和監(jiān)視部，它和工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)相隔離。工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行區(qū)中包括有測(cè)量、控制和命令裝置，這些裝置和各種組件結(jié)合起來就可以對(duì)那里的過程進(jìn)行控制和監(jiān)視。這些測(cè)量、控制和命令裝置是非常多的，而且必須通過導(dǎo)體組件與控制部相連，以便這些導(dǎo)體組件可以傳送信息和指令，用于命令和控制運(yùn)行中的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備。
在復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，用于測(cè)量、控制和命令的裝置能夠采取、傳送和/或接受非常廣泛的各種形式的信息和命令，這些信息與生產(chǎn)流程中的參數(shù)有關(guān)，例如溫度、壓力或產(chǎn)量等，也可能與門、閥等元件的位置有關(guān)。除了與工業(yè)生產(chǎn)流程有關(guān)的各種信息外，該系統(tǒng)可以傳送來自檢測(cè)材料的信息，或者提供操作員之間的通信，或任何其他形式的信息。
在某些工業(yè)生產(chǎn)設(shè)施中，生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行部區(qū)域內(nèi)的信息或指令的采取、傳送和/或接收是非常困難的。
裝有壓水堆的原小核電站就是如此，要求在反應(yīng)堆主體內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，但反應(yīng)堆運(yùn)行時(shí)是不容易接近它的，因而要求采取和傳輸數(shù)據(jù)的裝置高度可靠和高度準(zhǔn)確，此種要求還需要使十分頻繁地操作，獲取和傳送這些數(shù)據(jù)的探測(cè)裝置能保持相同的條件向不受工業(yè)流程周圍環(huán)境的影響。
在已有技術(shù)的很多系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的采取、傳送和利用是以電信號(hào)形式進(jìn)行的，電信號(hào)通過導(dǎo)體把控制部和工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行區(qū)連接起來，在運(yùn)行區(qū)中有強(qiáng)磁場(chǎng)的情況下，需要把導(dǎo)體和這些磁場(chǎng)隔離，例如使用屏蔽電纜。在冶金和煉鋼工業(yè)中就是如此。
在所有這些情況下，應(yīng)使導(dǎo)體有良好的絕緣并且對(duì)于電纜的保護(hù)件和支撐件加以有效的接地。在某些設(shè)備中，對(duì)于弱的電信號(hào)和高通量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，需要使用高成本的同軸電纜。在信息提取的位置之間還需要安裝去耦器件。
在某些設(shè)備中，在可燃或易爆物質(zhì)附近傳送電流，即使是低強(qiáng)度的電流也是十分危險(xiǎn)的。例如，在石油式石-化生產(chǎn)設(shè)備中，或者天然氣加工生產(chǎn)設(shè)備中，情況就是如此，在設(shè)備運(yùn)行區(qū)之內(nèi)，在用于測(cè)量、命令或控制的裝置附近需要安置電源時(shí)，這些危險(xiǎn)就更進(jìn)一步增加了。
另一方面，在具有很多測(cè)量和控制裝置，以及因此而包含著大量的與控制部相聯(lián)的連接線的復(fù)雜設(shè)備中，需要盡可能地、最大程度地減少連接同導(dǎo)體的體積和費(fèi)用，在改進(jìn)工業(yè)加工過程或工藝流程時(shí)同樣需要采取措施增加通道的數(shù)目以便滿足更大數(shù)目的測(cè)量或控制的需要，為了取得這些結(jié)果建議使用多路電子信號(hào)混合和多路電子信號(hào)分離器，以便減少在生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行區(qū)和控制部之間所需連接線的數(shù)量。而且可以在沒有增加連接線數(shù)量的情況下可以增加測(cè)量、控制或命令點(diǎn)的數(shù)目。然而這樣的多路電子信號(hào)混合和多路電子信號(hào)分離器是很昂貴的，而且在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行部?jī)?nèi)需要自給電源。
另一方面，眾所周知，可以用光學(xué)設(shè)施來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通訊。它可以使用光導(dǎo)纖維和光導(dǎo)纖維內(nèi)的調(diào)制光信號(hào)，多路信號(hào)混合和分離等設(shè)備聯(lián)合起來構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)將發(fā)射部和接收部連接起來。但是，想使用這樣的器件把工業(yè)生產(chǎn)裝置的控制部連接到該裝置的運(yùn)行區(qū)去卻不是很容易的事。事實(shí)上的困難在于以光導(dǎo)纖維用于遠(yuǎn)距離通訊的這種器件需要在各個(gè)信息發(fā)射點(diǎn)附近和正在控制和監(jiān)視的運(yùn)行區(qū)內(nèi)的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備上的各個(gè)測(cè)量傳感器附近都應(yīng)安裝發(fā)光光源。為此，需要在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的工作部件附近備有電源。
美國(guó)專利4367040建議使用與轉(zhuǎn)子無關(guān)的很多固定光源以供給轉(zhuǎn)子內(nèi)不同部位上的很多溫度測(cè)量傳感器。耦合這些光源形成一個(gè)寬頻帶輻射，并直接射入由轉(zhuǎn)子所構(gòu)成的光學(xué)器件，該光學(xué)器件進(jìn)行了寬頻帶輻射的分解以便得到不同波長(zhǎng)的單一光輻射，每一個(gè)單一元輻射送到一個(gè)溫度傳感器。在該固定光源和轉(zhuǎn)子之間沒有物質(zhì)連接。具有寬頻譜帶的光輻射是按轉(zhuǎn)子的軸向發(fā)射的，并由轉(zhuǎn)子所構(gòu)成的光學(xué)器件所接收。從光源到轉(zhuǎn)子之間的這一段光輻射的傳播路程必須保持很小的距離。
在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的情況下，運(yùn)行區(qū)和發(fā)光輻射產(chǎn)生區(qū)之間必須分離較大的距離，因而這種方法不能采用。
所以本發(fā)明的目的是建議一種以光學(xué)設(shè)施傳送信息和命令的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備控制和監(jiān)視方法。有很多測(cè)量、控制和命令裝置和這個(gè)工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行區(qū)相聯(lián)系。另有一個(gè)控制和監(jiān)視部，它和這個(gè)運(yùn)行區(qū)的所在位置之間相隔一段相當(dāng)大的距離。用不少于一根的光導(dǎo)纖維在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行區(qū)和控制部之間傳送信息和命令。本方法可因充分吸收了光學(xué)傳送信息的很多優(yōu)點(diǎn)而得到最大的利益，但又避免了在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)內(nèi)設(shè)置任何電源;而是采用了一個(gè)可被充分識(shí)別的光輻射裝置與一個(gè)用于測(cè)量、控制和命令的元件相聯(lián)系。
為了達(dá)到此目的位于生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)之內(nèi)的用于測(cè)量、控制和命令的裝置，由監(jiān)視部通過光導(dǎo)纖維供給單一的光輻射。從監(jiān)視部通過此光導(dǎo)纖維將具有寬頻譜帶的發(fā)光輻射分成單一光輻射，以供給測(cè)量、控制和命令的各個(gè)裝置。
本發(fā)明同樣也涉及到一種用于控制和監(jiān)視工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備、能夠以光學(xué)設(shè)施傳送信息和命令的器件。
多色儀6可以像在法國(guó)專利2，530，393所描述的那種多層介質(zhì)型式的?；蛘呦裨诜▏?guó)專利2，479，981和2，543，768所描述的光柵型式的。
根據(jù)本發(fā)明，從控制室到核電站運(yùn)行區(qū)之間的寬頻譜帶的光輻射是靠光導(dǎo)纖維8通過中間區(qū)Ⅱ傳送的。光導(dǎo)纖維8的輸出端通向多色儀10的輸入端，多色儀10可以同樣是包括多層介質(zhì)電型式或者包括光柵型式。
當(dāng)多色儀10是包括多層介質(zhì)型式，并且由球鏡組合構(gòu)成時(shí)，其中某一些球鏡裝以介質(zhì)層，而光導(dǎo)纖維8的端點(diǎn)終止在球鏡之一的聚焦點(diǎn)附近。裝以介質(zhì)層的球鏡是按給定的波長(zhǎng)選用的，并且每一個(gè)球鏡選擇一個(gè)狹小的譜帶寬度，以便將分別射到每個(gè)鏡子的光線會(huì)聚在該鏡子的焦點(diǎn)，而光導(dǎo)纖維12的輸入端就位于此焦點(diǎn)上。光導(dǎo)纖維12本身就構(gòu)成多色儀10的輸出光導(dǎo)纖維，它們都處在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)之內(nèi)，例如在核電站反應(yīng)堆主體之內(nèi)。所以，將光導(dǎo)纖維8傳送的輻射光按波長(zhǎng)加以分開，形成一個(gè)以特征波長(zhǎng)為中心的窄頻譜的單一輻射的集合，靠位于電站的運(yùn)行區(qū)之內(nèi)的光導(dǎo)纖維12收集起來。
在含有光柵的多色儀中，發(fā)射光導(dǎo)纖維8的端點(diǎn)位于一個(gè)凹面鏡的焦點(diǎn)附近，在它旁邊還有一個(gè)平面衍射光柵。從光導(dǎo)纖維8引來的光線被凹鏡反射后按平行凹鏡軸的方向指向衍射光柵，然后光線由衍射光柵送回凹鏡，根據(jù)它們的波長(zhǎng)分別聚焦在它的焦平面的相應(yīng)的焦點(diǎn)上。從多色儀輸出的光導(dǎo)纖維12，它們輸入端是分別按它們所傳送的波長(zhǎng)放在該凹鏡聚焦平面的相應(yīng)的焦點(diǎn)上的。
有40個(gè)光導(dǎo)纖維12放置在多色儀10的輸出端，其中每一個(gè)光導(dǎo)纖維都可以收集和傳輸以某一確定波長(zhǎng)為中心的窄的頻帶的單一輻射。
因而實(shí)際上位于功能區(qū)A之內(nèi)的產(chǎn)生光源的裝置，就相等效地位于大量光輻射裝置的運(yùn)行區(qū)之內(nèi)了。這些大量的發(fā)光輻射是完全憑借它們的波長(zhǎng)區(qū)分的，而沒有在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)之內(nèi)，就避免了采用電源來建立光源的必要。
在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)之內(nèi)，每一個(gè)光導(dǎo)纖維12，連接一個(gè)專用的傳感器15。每一個(gè)傳感器15與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備一個(gè)組件相聯(lián)，以便實(shí)現(xiàn)某種測(cè)量或某種控制。傳感器15可能有不同的型式，并且可以由下述的傳感器構(gòu)成例如“有”或“無”或“有”或“小”的光學(xué)傳感器，使得有可能測(cè)定生產(chǎn)設(shè)備中某一元件的存在或位置;基于不同波長(zhǎng)發(fā)光通量變化原理進(jìn)行工作的位移傳感器;以光導(dǎo)纖維在不同外部參數(shù)(溫度、壓力影響下改變本身的特性而進(jìn)行工作的直接光學(xué)傳感器;或者依據(jù)電場(chǎng)作用系數(shù)發(fā)生變化的原理進(jìn)行工作的真正電一光調(diào)制傳感器。
由光導(dǎo)纖維12中的一部分提供的某些連線是用于對(duì)光學(xué)傳送裝置本身進(jìn)行控制的。在傳感器15的輸出端，由光導(dǎo)纖維16傳送調(diào)制光射線，以便將光導(dǎo)纖維12的光通過該傳感器傳到多色儀17，使它有可能在傳感器的輸出端收集各種射線。一個(gè)位于多色儀輸出端的光導(dǎo)纖維18收集此多色儀接受的，各種調(diào)制光射線。所以光導(dǎo)纖維18保證同時(shí)而且獨(dú)立地傳送代表40個(gè)傳感器15工作狀態(tài)的光射線。因此多色儀17實(shí)現(xiàn)了從傳感器15送來的光信息的多路傳輸。光導(dǎo)纖維18把位于運(yùn)行區(qū)內(nèi)的多色儀17連接到位于控制室內(nèi)的多色儀19。多色儀19實(shí)現(xiàn)了光信息的信號(hào)分離，該光信息靠光導(dǎo)纖維20所收集，它可以把反映測(cè)量和信息的各種射線傳送到光一電轉(zhuǎn)換器21并將它置換成電信號(hào)。這些電信號(hào)借助于放大器22放大，并且在預(yù)處理組件23中進(jìn)行處理。在這些組件內(nèi)有可能進(jìn)行預(yù)處理操作，例如把信號(hào)和予定閾值比較，把這些信號(hào)相互進(jìn)行比較，或者監(jiān)視它們的變化。
使同如上所述的某些方式可以實(shí)現(xiàn)傳感裝置基本元件工作狀態(tài)的常備監(jiān)視。這樣可以保留一種方式，例如監(jiān)視光源5a和它們的供給電路3a、4a的狀態(tài)，以及監(jiān)視多色儀6、10、17和19甚至相應(yīng)于源5a頻帶區(qū)域的狀態(tài)。
而另外一些方式則可保留對(duì)其它光源和多色儀相應(yīng)的部分進(jìn)行常備監(jiān)視。
用來收集四個(gè)光源的多色儀6可能使用一個(gè)耦合器來代替，它是由一個(gè)具有較大直徑的光導(dǎo)纖維與四個(gè)來自光源5a、5b、5c和5d的光導(dǎo)纖維并置構(gòu)成。同樣，也可用一個(gè)退耦合器來代替多色儀10，它包括一個(gè)輸入通道和許多輸出通道。和多色儀10(圖1)的輸出處的情況相反，退耦合器的輸入處的平一的光線和光導(dǎo)纖維8所傳導(dǎo)的光具有相同的波譜，也就是說，都是光源5的波譜。
為了使本發(fā)明更容易理解，作為一個(gè)例子，現(xiàn)在給出根據(jù)本發(fā)明用于控制和監(jiān)視壓水堆核電站和實(shí)現(xiàn)本方法的幾個(gè)實(shí)施例的描述。
圖1是整個(gè)裝置的示意圖，該裝置采用光學(xué)設(shè)施在控制室和包括反應(yīng)堆主體在內(nèi)的電站運(yùn)行區(qū)之間傳送信息。此處的裝置是利用多色儀。
圖2是一個(gè)用于控制室和電站的運(yùn)行區(qū)之間將傳送信息和命令的裝置略圖。此處的裝置是利用耦合器和多色儀。
圖3是圖2中傳送信息和命令的裝置的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施例。
圖4是圖3中用于傳送命令器件的一個(gè)改進(jìn)的實(shí)施例。
圖5是一個(gè)傳送信息和命令的裝置改進(jìn)實(shí)施例的略圖，該裝置是利用一個(gè)單根光導(dǎo)纖維供給傳感器，并且收集信息。
在圖1中，點(diǎn)劃線1把該裝置件位于的空間劃分成三個(gè)順序區(qū)域Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ。
區(qū)域Ⅰ是核電站的控制室，區(qū)域Ⅲ是包括反應(yīng)主體在內(nèi)的核反應(yīng)堆運(yùn)行區(qū)，而區(qū)域Ⅱ表示在控制室和反應(yīng)堆主體兩者之間的間隔。
在圖1中，以水平虛線切割垂直線1，同樣地光學(xué)設(shè)備分成三個(gè)區(qū)域A、13和c。
區(qū)域A是在該裝置內(nèi)產(chǎn)生光源的部分;區(qū)域B是為了采取電站的測(cè)量參數(shù)，對(duì)傳感器內(nèi)的發(fā)光輻射進(jìn)行調(diào)制的部分;區(qū)域C是把運(yùn)行區(qū)中測(cè)出的經(jīng)過調(diào)制的光信號(hào)傳送到控制室的部分。
在控制室內(nèi)為了產(chǎn)生光源，位于區(qū)域A的裝置的功能部分包括四個(gè)振蕩器3a，3b、3c和3d;四個(gè)調(diào)制器4a、4b、4c和4d，以保證光源5a、5b、5c和5d的穩(wěn)定性。在控制室1內(nèi)產(chǎn)生光源的裝備中還包括多色儀6以保證光源5和具有寬頻譜帶輻射的光導(dǎo)纖維8之間的耦合。
事實(shí)上，光源5是在這樣方式下靠器件3和4產(chǎn)生的、即將這此光源和多色儀6輸出端所發(fā)射的寬頻譜帶的輻射耦合起來，送到光導(dǎo)纖維8中去。
例如，在法國(guó)專利2536545中，就描述了這樣的耦合器/退耦合器。
與這些耦合器一起，采用多路信號(hào)混合和分離的器件，來傳送按圖1中述的，多色儀17和19的方式所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。來自傳感器15的調(diào)制光是通過光導(dǎo)纖維16，傳送到多色儀17的。來自特殊傳感器18的每條光導(dǎo)纖維16，在多色儀17上一個(gè)確定位置上，連接到此多色儀。這樣，就能夠把每一個(gè)特定傳感器傳來的調(diào)制光的信息收集起來，傳送到多色儀17輸出處的光導(dǎo)纖維18中去。
從每一個(gè)傳感器中傳來的，以某一特定波長(zhǎng)附近的波段為特征的光束，只有其中的一部分按照各個(gè)光導(dǎo)纖維16在多色儀上的相應(yīng)位置，通過多色儀17傳到光導(dǎo)纖維18中去。
在圖2中，凡是和圖1中相同的元件，都給出相同的標(biāo)記數(shù)碼。光源5a-5b是和一個(gè)耦合器6′相連接，它能將這些光源射出的光線送入光導(dǎo)纖維8中，而其另一端，連接到第二個(gè)耦合器10′。耦合器6′和10′履行和圖1的多色儀6和10相同的功能，而從中產(chǎn)生的供給傳感器的光線，卻不是像光導(dǎo)纖維8中所傳送的寬頻帶光輻射。
以同樣方式，電站運(yùn)行區(qū)和控制室之間信息的傳送，是分別借助于多色儀17，光導(dǎo)纖維18以及一個(gè)多色儀19來實(shí)現(xiàn)，相應(yīng)的多路信號(hào)混合，信號(hào)傳送，以及多路信號(hào)分離。在耦合器10′的輸出處，與測(cè)量通道相連接的傳感器，所提供的信息在裝置區(qū)域C之內(nèi)，傳送并處理就像圖一所描述的一樣。特別是，傳送的射線具有一個(gè)狹窄的頻譜，其頻譜的中心波長(zhǎng)，相應(yīng)于某一個(gè)傳感器。
除了與生產(chǎn)設(shè)備有關(guān)的測(cè)量和控制功能之外，表示在圖2中的裝置還能夠把指令傳送到，位于運(yùn)行區(qū)之內(nèi)的設(shè)備上的某些機(jī)動(dòng)元件上去。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，用一個(gè)調(diào)制器25連接到光源5d，以便能夠用命令元件26，傳送到調(diào)制器25的命令作為函數(shù)來調(diào)制它的光輻射。來自光源5d的光輻射，通過光導(dǎo)纖維8，傳送到耦合器10′，并且被分離成單一輻射，然后再傳送到光導(dǎo)纖維28，然后與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備一個(gè)元件的動(dòng)力設(shè)備相聯(lián)，該動(dòng)力設(shè)備裝有一個(gè)起動(dòng)器。圖2表示了連接到一個(gè)光-電轉(zhuǎn)換器29的一個(gè)通道28。轉(zhuǎn)換器29與一個(gè)由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的葉片引的命令裝置30相聯(lián)。借助于光導(dǎo)纖維28，傳送到轉(zhuǎn)換器29的光學(xué)信號(hào)，控制葉片馬達(dá)32。在解耦器10′輸出處的這些光命令信號(hào)，是來自命令元件26傳送到調(diào)制器25的指令。裝有一個(gè)專門地址裝置的每一個(gè)起動(dòng)器，只接受予定給它的信號(hào)。
除了圖1所表示并描述的30個(gè)測(cè)量道之外，還可以使用十個(gè)命令道，以便將命令發(fā)布到相同數(shù)量的工業(yè)設(shè)備運(yùn)行元件之中去。
為了把命令發(fā)給這些元件，起碼需要一個(gè)電源34，以便通過電命令裝置30，將電源供給馬達(dá)，例如32。盡管本發(fā)明的目的是，以光學(xué)手段傳送信息和命令，可是本方法也允許常規(guī)的電傳感器傳送信息。
在表示在圖2的裝置中，同樣地也提供了，把信息引入多路信息混合多色儀17的可能性。該信息可以來自常規(guī)的電傳感器，例如35，再通過發(fā)送器37而連接到一個(gè)電-光接口36。在電-光接口36的輸出端，傳感器35的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，然后通過光導(dǎo)纖維18而傳送到命令部。
圖3表示了圖2中傳送信息和指令裝置的一個(gè)改進(jìn)實(shí)施例。在控制室和裝置的運(yùn)行區(qū)之間，通過多色儀19，光導(dǎo)纖維18和多色儀17傳送指令。此指令是由一個(gè)光源40，通過調(diào)制器41和多色儀42發(fā)出的，此系統(tǒng)可以借助于命令組件43，通過許多光導(dǎo)纖維，從多色儀42將指令傳送到多色儀19。如前，多色儀17輸出的指令，傳送到光-電轉(zhuǎn)換器(例如29)，其與命令裝置(例如30)相聯(lián)，而30與一個(gè)組件(例如31)相聯(lián)，31現(xiàn)在是一個(gè)由馬達(dá)32驅(qū)動(dòng)的葉片。如前，整個(gè)裝置靠電源34供電。
從而，在本實(shí)施例中，為了使控制室發(fā)出的指令到達(dá)電站的運(yùn)行區(qū)，是使用多色儀和光導(dǎo)纖維來傳送信息的。
作為一種變型。圖4表示一個(gè)用于傳送指令到圖3的多色儀19的裝置。它是由一個(gè)光源45和一根光導(dǎo)纖維46，連接到包含許多光導(dǎo)纖維輸出通道48的多色儀47所構(gòu)成。在每一個(gè)通道48上，都裝有一個(gè)命令元件50，它可以把指令，通過多色儀19，光導(dǎo)纖維18和多色儀17送到相應(yīng)的裝置中去。
在圖5中，在控制室Ⅰ內(nèi)，功能區(qū)A包括四個(gè)振蕩器53a，53b、53c和53d，以及四個(gè)調(diào)制器54a、54b、54c和54d，從而可分別建立起光源55a、55b、55c和55d。調(diào)節(jié)器54能夠保發(fā)光源的穩(wěn)定性。用器件53和54，和光源55相耦合之所以能夠得到寬頻譜帶的輻射光，這是借助于多色儀56，它將源55a-55d耦合起來。多色儀56可以是多層介質(zhì)型的，如同法國(guó)專利2530393所描述的那樣，或者是光柵型的，如同法國(guó)專利2479981和2543768所描述的那樣。
光導(dǎo)纖維58的輸入端，就位于多色儀56的輸出處。光導(dǎo)纖維58收集了，多色儀56內(nèi)靠耦合光源55而得到的寬頻譜帶的光輻射。
很長(zhǎng)的光導(dǎo)纖維58，能夠在反應(yīng)堆控制室Ⅰ和，例如由反應(yīng)堆主體構(gòu)成的電站運(yùn)行區(qū)Ⅲ之間，通過區(qū)域Ⅱ，傳送具有寬頻帶的輻射。
在控制室內(nèi)，離多色儀56不遠(yuǎn)處的光導(dǎo)纖維58的通道上，裝有一個(gè)光耦合器59。作為這種光耦合器的例子之一，就是由法國(guó)專利No2536543所描述的Y型耦合器。
第二個(gè)光導(dǎo)纖維62的輸入端之一，是位于耦合器59的一個(gè)輸出端上。來自多色儀56的光輻射，分成兩個(gè)發(fā)光強(qiáng)度相等的兩路光。第一路光，按照實(shí)線箭頭64所示的方向，亦即從控制室Ⅰ到運(yùn)行區(qū)Ⅲ的方向，在光導(dǎo)纖維58中傳播。第二路光是按垂直于光導(dǎo)纖維58的方向傳送，而在本申請(qǐng)中，沒有加以使用。
受感器70調(diào)制之后的光線，反射回來經(jīng)過多色儀60，再通過光導(dǎo)纖維58，沿虛線65所示方向傳播。也就是說，從運(yùn)行區(qū)Ⅲ送到控制室Ⅰ。這一路光，在耦合器59之內(nèi)，同樣分成相等強(qiáng)度的兩路光。第一路光反回，朝向多色儀56所代表的光源，而不發(fā)生任何效應(yīng)。第二路光是按照虛線65′箭頭所示方向，垂直于光導(dǎo)纖維58，指向多色儀75。光導(dǎo)纖維58一端與耦合器59相聯(lián)，另一端連接到多色儀60，所以多色儀60就可以接收，自光源55的寬頻譜帶輻射光。此多色儀60能夠把寬頻譜帶的輻射，按照它們的波長(zhǎng)，精確地分成許多單一輻射。這種在多色儀60之內(nèi)被劃分而成的單一輻輻射，具有很窄的譜寬，而其中心約是某一個(gè)精確的波長(zhǎng)。
所以，在多色儀60的輸出處，產(chǎn)生40個(gè)單一的輻射光，并且經(jīng)過40個(gè)光導(dǎo)纖維68，連接到傳感器70。
由多色儀60，光導(dǎo)纖維68和傳感器70構(gòu)成的系統(tǒng)，位于核電站運(yùn)行區(qū)之內(nèi)。
傳感器70可以有各種型式。例如，傳感器70是反光型的，也就是說，它能夠在光導(dǎo)纖維68內(nèi)，將按實(shí)線箭頭71方向射來的光線，經(jīng)過調(diào)制后，按虛線箭頭72所示的方向反射回去。另一個(gè)例子是單通道型傳感器70′，它包括一個(gè)與傳感器外部相聯(lián)，或者與傳感器內(nèi)部相聯(lián)的耦合器85，其能夠使光線在傳感器70′的調(diào)制之后經(jīng)光導(dǎo)纖維68′，按虛線72′的箭頭方向反射回去。
多色儀60的每一個(gè)輸出，相應(yīng)于某一種傳感器70，是以它的波長(zhǎng)為特征的單一輻射。它首先通過相應(yīng)的光導(dǎo)纖維68，導(dǎo)向此傳感器，然后依該傳感器存在的狀態(tài)為函數(shù)加以調(diào)制，最后再靠光導(dǎo)纖維68，反回到多色儀60。多色儀60提供了發(fā)光輻射的多路傳輸，接受來自傳感器70的信息，并且將它們通過光導(dǎo)纖維58，按箭頭65的方向，將它傳送到耦合器59，再靠光導(dǎo)纖維62，將這些信息提取出來。
載有來自傳感器70信息的發(fā)光輻射，導(dǎo)入多色儀75，實(shí)現(xiàn)了載有這些發(fā)光輻射信息的信號(hào)分離。
在多色儀75的輸出處，來自于40個(gè)傳感器70的40個(gè)光信息，借助于光導(dǎo)纖維80來收集，并且將它們傳送到處理器件中去，每一個(gè)處理器件包括一個(gè)光-電轉(zhuǎn)換器81，一個(gè)放大器82和一個(gè)處理組件83。
在光-電轉(zhuǎn)換器81的輸出處，載有信息的光信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。通過放大器82和組件83，以常規(guī)方式，處理了此信號(hào)。例如，有可能在組件83內(nèi)，實(shí)現(xiàn)予處理操作如把信號(hào)和予定閾值比較;在信號(hào)本身中相互比較;或者監(jiān)視它們隨時(shí)間的變化。
在電站運(yùn)行區(qū)內(nèi)，相應(yīng)于光導(dǎo)纖維68的某些通道，是專門用為光傳送裝置元件工作狀態(tài)的常備監(jiān)視。通道84就是為此而設(shè)置的，它能夠檢測(cè)光源的產(chǎn)生;信息的獲取以及信息的多路傳輸和信號(hào)分離裝置的各種情況。
可見、按照本發(fā)明的方法和裝置，其優(yōu)點(diǎn)在于在控制位置和遠(yuǎn)離控制室很遠(yuǎn)的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)之間，完全以光學(xué)手段傳送信息和指令，而在生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行區(qū)內(nèi)，不使用任何能源，或者電命令信號(hào)。況且，本方法還能夠用光學(xué)手段，以同樣的方式傳送常規(guī)的電信號(hào)傳感器的信息。采用此種方式，就可以在需要處理易燃或者爆炸物質(zhì)時(shí)，大大減少了危險(xiǎn)性。另外的優(yōu)點(diǎn)是操作十分可靠，而且根本不需要進(jìn)入運(yùn)行區(qū)中，這對(duì)于核反應(yīng)堆來說，是特別有利的。以光學(xué)手段傳送信息和指令裝置，對(duì)設(shè)置的各種部分進(jìn)行操作控制、這種方法可以同時(shí)被正在工作的裝置所采用。盡管，在采用電命令時(shí)，需對(duì)很多元件進(jìn)行經(jīng)常地檢測(cè)。
使用光導(dǎo)纖維傳送裝置，還因?yàn)椴捎昧硕嗦沸盘?hào)混合和分離方式，而使傳輸線的體積有所減少。對(duì)于生產(chǎn)設(shè)備中不同部件的測(cè)量和指令，完全可以憑借著對(duì)每一個(gè)測(cè)量或指令傳輸通道，按不同波長(zhǎng)進(jìn)行地址分配的方法加以區(qū)分。
圖5的實(shí)施例，表明了，僅僅使用一根很長(zhǎng)的單一光導(dǎo)纖維，把控制部分連接到生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行區(qū)，所帶來的附加優(yōu)點(diǎn)。這一根單一光導(dǎo)纖維，能夠一直通到傳感器所在地方。供給和采集通到傳感器的信息。位于運(yùn)行區(qū)的多色儀具有兩種功能對(duì)發(fā)光輻射進(jìn)行區(qū)分，并且對(duì)光信息進(jìn)行多路傳輸。于是就減少了所需元件的數(shù)目。
本發(fā)明并不受已經(jīng)描述的實(shí)施例限制。顯然有可能設(shè)想用其他手段，實(shí)現(xiàn)輻射光源的產(chǎn)生，或者多路傳輸以及信號(hào)分離。也有可能用其它相應(yīng)的器件，代替已經(jīng)描述的多色儀和耦合器。
同樣有可能設(shè)想伴隨以光學(xué)手段、用于傳送信息和指令的裝置的同時(shí)，處理電信號(hào)部件有可能用光-電轉(zhuǎn)換器，或者其他裝以信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，或者相反、電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的接口，來實(shí)現(xiàn)這樣工作方式。
最后、按照本發(fā)明的方法和裝置，不僅僅適用于裝有壓水堆的核電站，而且同樣地、在核工業(yè)其他部門、諸如石油-和石化-生產(chǎn)設(shè)備;一般的化工生產(chǎn)設(shè)備;采礦生產(chǎn)設(shè)備;煉鋼廠;海底作業(yè);甚至在炸藥和爆破器材領(lǐng)域都適用?？傊鶕?jù)本發(fā)明的方法和裝置，能用于眾多的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)地工藝流程，半連續(xù)地工藝流程，或者斷續(xù)地工藝流程。同樣有可能設(shè)想，在超重的場(chǎng)合下特別是航空和宇宙飛船方面獲得應(yīng)用，盡管有所局限，但還是很有意義的。
權(quán)利要求
1.靠光學(xué)手段傳送信息和指令，以控制和監(jiān)視一種工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的方法，其特征在于所說的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備包括一個(gè)以測(cè)量、控制和命令的裝置(15)與之相聯(lián)系的運(yùn)行區(qū)，一個(gè)與運(yùn)行區(qū)所在區(qū)域Ⅲ相分離的控制和監(jiān)視部Ⅰ，至少一個(gè)在生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行區(qū)和控制部之間，傳輸信息和指令的光導(dǎo)纖維(8，18，58)，位于生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行區(qū)的以單一光輻射進(jìn)行測(cè)量、控制和命令裝置(15.70)，所說的單一光輻射是由監(jiān)視部指向光導(dǎo)纖維(8，18，58)，并通向位于運(yùn)行區(qū)的所說的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備，將監(jiān)視部發(fā)出的寬頻譜帶的若干單一光輻射，分別供給每一個(gè)用于測(cè)量、控制和命令的裝置(15，20)。
2.按照權(quán)利要求
1所說的控制和監(jiān)視方法，其特征在于所說的光輻射，由測(cè)量、控制和命令裝置(15)加以調(diào)制，并經(jīng)過多路信號(hào)混合以后，再通過光導(dǎo)纖維(18，58)，以組合的形式傳送到命令部，然后再在控制部中將信號(hào)加以分離并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。
3.如權(quán)利要求
2所述的，用于控制的方法，其特征在于以多個(gè)個(gè)光輻射供給測(cè)量裝置(15)，而僅用一根單一的光導(dǎo)纖維(18)，就可以保證把測(cè)量裝置所調(diào)制的多個(gè)光輻射，傳送到監(jiān)視部中去。
4.按照權(quán)利要求
1所述的，用于控制的方法，其特征在于為了得到許多不同波長(zhǎng)的單一輻射，對(duì)寬頻帶的光輻射，按波長(zhǎng)進(jìn)行了分解。
5.按照權(quán)利要求
2的控制方法，其特征在于具有寬頻譜帶的發(fā)光輻射，被分成許多單一輻射，所說的單一光輻射具有窄的頻譜帶，且經(jīng)測(cè)量、控制和命令的裝置(70)調(diào)制后，經(jīng)過多路信號(hào)混合，再傳送到光導(dǎo)纖維(58)，其中每一個(gè)單一光輻射是以來自該裝置某一波長(zhǎng)特征的輻射。
6.按照權(quán)利要求
1的用于控制的方法，其特征在于所述的各指令，通過光導(dǎo)纖維(8，18)，傳送到生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)中的各元件(31)，然后在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)內(nèi)，變換成電命令信號(hào)。
7.工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的控制和監(jiān)視裝置，在包括工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)的區(qū)域Ⅲ和與此運(yùn)行區(qū)，相分離的控制部Ⅰ之間，以光學(xué)手段傳送信息和指令、其特征在于-在控制部Ⅰ內(nèi)包括有裝置(3，4)用以建立至少一個(gè)穩(wěn)定光源(5)，有一個(gè)耦合器件(6)，其輸入接收光源(5)的輻射，并且其輸出連接到第一個(gè)光導(dǎo)纖維(8)，另有一個(gè)多色儀(19)，多色儀(19)的輸出端，連接到一個(gè)組件(21，22，23)用以處理信息，-在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)Ⅲ內(nèi)包括用于分解光輻射的器件(10)，該器件的輸入端，與第一個(gè)光導(dǎo)纖維(8)的終端相聯(lián)，與工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)Ⅲ相聯(lián)的一組傳感器(15)，其中每一個(gè)傳感器用光導(dǎo)纖維(12)連接到器件(10)的輸出端，并且以光導(dǎo)纖維(16)連接到第二個(gè)多色儀(17)，第二個(gè)多色儀(17)，在其輸出端連接到光導(dǎo)纖維(18)的一端，而光導(dǎo)纖維(18)的另一端，連接到第一個(gè)多色儀(19)的輸入端，光導(dǎo)纖維(8)和(18)將控制位置(1)和生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)區(qū)Ⅲ聯(lián)系起來。
8.以光學(xué)手段在區(qū)域Ⅲ(包括工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行區(qū))和與此運(yùn)行區(qū)分離的控制部Ⅰ之間，傳送信息和指令的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的監(jiān)控裝置，其特征在于-在控制位置(Ⅰ)之內(nèi)包括用于至少建立一個(gè)穩(wěn)定的光源(5)的裝置(3，4)，一個(gè)光學(xué)多色儀(6)，該多色儀的輸入端接受來自光源(5)的輻射，而其輸出端連接到第一個(gè)光導(dǎo)纖維(58)的一端，一個(gè)耦合器(59)插入第一個(gè)光導(dǎo)纖維(58)的路程中，第二個(gè)光導(dǎo)纖維(62)，以它的一端連接到(59)的輸出端，而它的另一端連接到多色儀(75)的輸入端，而多色儀(75)的輸出端(80)，連接到組件(81，82，83)以處理信息，-在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)Ⅲ之內(nèi)包括第二個(gè)多色儀(60)，其輸入端連接到第一個(gè)光導(dǎo)纖維(8)的另一個(gè)端點(diǎn)，一組裝于工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)Ⅲ的光學(xué)傳感器(70)，其中每一個(gè)以光導(dǎo)纖維(68，68′)連接到第二個(gè)多色儀(60)的輸出端，以第一個(gè)光導(dǎo)纖維(58)，傳送到第二個(gè)多色儀(60)的發(fā)光輻射，被分解成許多單一光輻射，其中每一個(gè)光輻射都導(dǎo)向特定的傳感器(70)，而后又反射回到第二個(gè)多色儀(60)，并通過第一個(gè)光導(dǎo)纖維(58)，送到耦合器(59)，然而，將傳感器(70)提供的信息再通過第二個(gè)光導(dǎo)纖維(62)傳送到第二個(gè)多色儀(75)中去。
9.按照權(quán)利要求
7的控制和監(jiān)視裝置，其特征在于-在控制位置Ⅰ內(nèi)包括一個(gè)調(diào)制器(25)，該調(diào)制器至少與一個(gè)命令部件(26)相聯(lián)，以便發(fā)射光信號(hào)，此信號(hào)就是通過耦合器(6′)和光導(dǎo)纖維(8)傳送到運(yùn)行區(qū)Ⅲ中的指令，-在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)Ⅲ內(nèi)還包括至少一個(gè)器件(31)的命令裝置(30)，它通過光-電轉(zhuǎn)換器(29)，和光導(dǎo)纖維(28)，接受發(fā)光輻射所傳送的指令。
10.按照權(quán)利要求
7的控制和監(jiān)視裝置，其特征在于-在控制部Ⅰ內(nèi)的光輻射指令傳送裝置(40，41，42，45，46，47，50)，將指令以發(fā)光輻射形式，通過多色儀(19)和光導(dǎo)纖維(18)，傳送到運(yùn)行區(qū)Ⅲ內(nèi)的多色儀(17)，-在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)內(nèi)的一個(gè)器件(31)的命令(30)，與光-電轉(zhuǎn)換器(29)相聯(lián)，以接受第二個(gè)多色儀(17)輸出的光輻射指令。
11.按照權(quán)利要求
10的用于控制和監(jiān)視的裝置，其特征在于所說的以發(fā)光輻射形式，傳送指令的裝置，是由一個(gè)光源(40)，一個(gè)調(diào)制器(41)和至少一個(gè)命令部件(43)所組成，而所說的光學(xué)調(diào)制器(41)的輸出端，以光導(dǎo)纖維連接到多色儀(42)的輸入端(42)，再用至少一根光導(dǎo)纖維(44)連接到多色儀(19)的一個(gè)輸入端上。
12.按照權(quán)利要求
10的控制和監(jiān)視裝置，其特征在于所說的以光輻射形式傳送指命的裝置，是用一個(gè)光源(45)，經(jīng)光導(dǎo)纖維(46)連接到多色儀(47)的輸入端，在其每一個(gè)輸出端(48)上，安裝一個(gè)命令元件(50)，而多色儀(47)的每一個(gè)輸出端(48)，都由一個(gè)光導(dǎo)纖維連接到多色儀(19)的輸入端上，而構(gòu)成。
13.按照權(quán)利要求
7，用于控制和監(jiān)視裝置，其特征在于安裝在生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行區(qū)Ⅲ內(nèi)的至少一個(gè)傳感器(35)，該傳感器通過一個(gè)光-電轉(zhuǎn)換器(36)連接到第二個(gè)多色儀17的某一個(gè)輸入端上。
14.按照權(quán)利要求
8的控制和監(jiān)視裝置，其特征是所說的傳感器(70)是反光鏡型式的。
15.按照權(quán)利要求
8的控制和監(jiān)視裝置，其特征是所說的傳感器(70′)是單一通道型的，其中包括一個(gè)與外部傳感器，或者內(nèi)部傳感器相聯(lián)的耦合器(85)，該耦合器可將傳感器(70′)之內(nèi)，調(diào)制后的光線，通過光導(dǎo)纖維(68′)，反回到第二個(gè)多色儀(60)中去。
專利摘要
工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備包括一個(gè)與測(cè)量和命令裝置相聯(lián)系的運(yùn)行區(qū)(Ⅲ)；一個(gè)與運(yùn)行區(qū)相遠(yuǎn)離的控制部Ⅰ，位于運(yùn)行區(qū)內(nèi)的測(cè)量、控制和命令裝置(15)。由控制部通過連接運(yùn)行區(qū)到控制部的光導(dǎo)纖維(8)以供給發(fā)光輻射。由控制部(I)通過光導(dǎo)纖維(8)發(fā)射寬頻帶的光輻射，然后分解成單一光輻射以供給每一個(gè)裝置(15)。此方法和設(shè)備能應(yīng)用于各種工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，并特別適用于原子核反應(yīng)堆。
文檔編號(hào)H04J14/02GK86105700SQ86105700
公開日1987年4月1日 申請(qǐng)日期1986年6月18日
發(fā)明者簡(jiǎn)·邁克爾·伯奇特, 扎奎斯·米伊爾, 簡(jiǎn)·彼里·拉德 申請(qǐng)人:法瑪通導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan