1 003571 2 Настоящее изобретение относится к опто
advertisement
1 Настоящее изобретение относится к оптоэлектронной системе управления и способу управления. Изобретение относится, в частности, к системе и способу, в которых для избирательного приведения в действие множества электротехнических устройств и управления ими используется световое излучение. Под "приведением в действие" в контексте настоящего изобретения понимается процесс управления и/или подачи рабочей энергии на такие устройства. Предлагаемые в изобретении система и способ предназначены для избирательной подачи электроэнергии эффективного рабочего напряжения на одно или несколько из множества устройств. При этом цель такой подачи электроэнергии может заключаться во включении этих устройств либо в обеспечении их необходимым для их работы электропитанием в зависимости от потребности и наличия иных источников электропитания. Настоящее изобретение наиболее пригодно для применения в местах проведения разведки и добычи нефти и газа в нисходящих скважинах, где температура может достигать 300°С. В соответствии с одним из объектов изобретения в нем предлагается система управления, предназначенная для приведения в действие множества электротехнических устройств и имеющая импульсный источник света, выдающий световые импульсы с варьируемой частотой, которые поступают во множество управляющих шлюзов, каждый из которых при его освещении световыми импульсами с запускающей частотой, при которой происходит срабатывание соответствующего устройства, обеспечивает подачу на такое устройство рабочего напряжения, превышающего некоторую пороговую величину. Каждый из указанных шлюзов оснащен оптическим датчиком или фотоприемником, например фотоэлектрическим преобразователем, предназначенным для преобразования падающих не него световых импульсов в импульсный электрический ток низкого напряжения порядка 3-5 В соответствующей частоты. Каждый шлюз оснащен также частотноизбирательным сегнетоэлектрическим преобразователем постоянного тока, который при совпадении частоты тока с запускающей частотой обеспечивает преобразование импульсного тока низкого напряжения в ток более высокого напряжения, которое превышает пороговую величину для соответствующего устройства и обычно составляет 600-800 В. Подобный преобразователь постоянного тока может представлять собой сегнетоэлектрический трансформатор, и в этом случае запускающей частотой является соответствующая резонансная частота трансформатора, который избирательно настраивают путем изменения геометрии его компонентов. В некоторых вариантах осуществления изобрете- 003571 2 ния для приведения в действие соответствующего устройства выходное напряжение преобразователя может не превышать 100 В. Запускающая частота может лежать в полосе шириной не более примерно 3 кГц в диапазоне от 10 до 40 кГц. С целью компенсировать влияние факторов окружающей среды, таких как давление и температура, запускающие частоты независимо работающих сегнетоэлектрических трансформаторов разнесены на соответствующий интервал около 3 кГц или более. Предлагаемая в изобретении система предпочтительно имеет оптический волновод (световод) для передачи светового излучения от источника света ко множеству управляющих шлюзов. Подобный световод может состоять из разветвленной сети оптических волокон, соединенных оптическими ответвителями. Коэффициент разделения светового излучения в ответвителе можно выбирать с таким расчетом, чтобы обеспечить оптимальную подачу энергии на приводимые в действие устройства. Такой коэффициент зависит от количества устройств, связанных с сетью, и мощности доступного источника света. Обычно коэффициент разделения светового излучения в оптическом ответвителе составляет порядка 5:1, и его выбирают таким образом, чтобы на фотоэлектрический преобразователь поступало оптическое излучение мощностью порядка 40-50 мВт. Помимо этого, для изготовления оптических ответвителей следует выбирать такие материалы, которые способны выдерживать повышенную окружающую температуру. Оптическое излучение должно обладать достаточным энергетическим потенциалом, рассчитанным на возможные изменения коэффициента разделения и эффективности фотоэлектрического преобразования из-за изменяющихся внешних условий. В изобретении предлагается также способ управления, предназначенный для приведения в действие множества электротехнических устройств и заключающийся в том, что подготавливают описанную выше систему управления, предназначенную для приведения в действие этих устройств, и избирательно приводят в действие определенное устройство путем освещения управляющих шлюзов световыми импульсами с частотой, которая соответствует запускающей частоте, при которой происходит срабатывание этого выбранного устройства. Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере одного из вариантов его выполнения со ссылкой на прилагаемый чертеж, на котором показана схема предлагаемой в изобретении системы управления. Как показано на чертеже, в системе имеется единичный источник 10 света, который соединен с волоконно-оптической магистральной линией (волноводом) 12, вдоль которой расположено множество оптических ответвителей 13, обеспечивающих оптическую связь между ма- 3 гистральным оптическим волокном и ответвляющимися от него оптическими волокнами 14. Световые импульсы, исходящие от источника света, распространяются по всей системе через оптическую сеть (12, 13, 14). По ответвляющимся оптическим волокнам 14 световое излучение поступает к управляющим шлюзам, каждый из которых соединен с определенным электротехническим устройством 20. Каждый такой шлюз состоит из фотоэлектрического преобразователя 16 и сегнетоэлектрического трансформатора 18. Электротехническое устройство 20 может представлять собой, например, управляющий клапан, электромагнитный клапан, электродвигатель, электронную измерительную аппаратуру и т.д. Каждый сегнетоэлектрический трансформатор 18 имеет диапазон собственных резонансных частот, ширина которого обычно составляет 3 кГц или менее. Такой трансформатор при поступлении в него импульсного тока с резонансной частотой повышает напряжение до уровня, превышающего некоторую пороговую величину, необходимую для срабатывания или приведения в действие электротехнического устройства 20. Если частота поступающего в трансформатор 18 импульсного тока лежит вне диапазона его запускающей резонансной частоты, то происходит небольшое повышение напряжения, которое в этом случае не достигает пороговой величины. Фотоэлектрический преобразователь 16 каждого шлюза в ответ на падающее на него световое излучение, передаваемое по оптической сети от источника 10 света, преобразует это излучение в импульсный электрический ток с соответствующей частотой повторения импульсов. Частотой повторения световых импульсов, испускаемых источником света, соответственно определяется частота повторения импульсов электрического тока, который одновременно поступает во все трансформаторы 18 системы. В соответствии с изобретением электротехнические устройства 20, рассчитанные на одновременную работу, соединены с управляющими шлюзами, трансформаторы 18 которых имеют близкие запускающие резонансные частоты, а электротехнические устройства, каждое из которых рассчитано на автономную работу вне зависимости от других устройств, соединены с управляющими шлюзами, трансформаторы которых имеют значительно различающиеся запускающие резонансные частоты. Тем самым приводимые в действие устройства могут выбираться путем соответствующего выбора частоты повторения световых импульсов, испускаемых источником света. В соответствии с изобретением обычно запускающие частоты множества устройств лежат в диапазоне 13-16 кГц для первого устройства, 19-22 кГц для второго устройства и т.д., при 003571 4 этом полосы запускающих частот для каждого устройства имеют ширину 3 кГц и разнесены на интервал в 3 кГц. Выходное напряжение фотоэлектрических преобразователей 16 может составлять, например, от 3 до 5 В. Выходное напряжение трансформатора, которого достаточно для приведения в действие соответствующего электротехнического устройства, может составлять от 600 до 800 В, при этом необходимым является условие, при котором частота повторения световых импульсов должна иметь такую величину, чтобы при их преобразовании в электрический ток частота повторения его импульсов лежала в полосе, в которой лежит запускающая резонансная частота трансформатора 18. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Система управления, предназначенная для приведения в действие множества электротехнических устройств и имеющая импульсный источник света, выдающий световые импульсы с варьируемой частотой, которые поступают во множество управляющих шлюзов, каждый из которых при его освещении световыми импульсами с запускающей частотой, при которой происходит срабатывание соответствующего устройства, обеспечивает подачу на такое устройство рабочего напряжения, превышающего некоторую пороговую величину, при этом каждый шлюз оснащен фотоэлектрическим преобразователем, предназначенным для преобразования падающих на него световых импульсов в импульсный электрический ток соответствующей частоты, и частотно-избирательным трансформатором, который при совпадении частоты тока с запускающей частотой обеспечивает преобразование указанного импульсного тока в ток более высокого напряжения, превышающего некоторую пороговую величину для соответствующего устройства. 2. Система по п.1, в которой трансформатор представляет собой сегнетоэлектрический трансформатор, а запускающей частотой является резонансная частота этого трансформатора. 3. Система по п.1 или 2, в которой выходное напряжение фотоэлектрического преобразователя составляет от 3 до 5 В. 4. Система по пп.1, 2 или 3, в которой более высокое напряжение составляет от 600 до 800 В. 5. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой запускающая частота лежит в полосе шириной не более примерно 3 кГц в диапазоне от 10 до 40 кГц. 6. Система по любому из предыдущих пунктов, в которой запускающие частоты устройств, которые должны работать независимо друг от друга, разнесены на интервал, по крайней мере, в 3 кГц. 5 003571 7. Система по любому из предыдущих пунктов, которая имеет оптический волновод или световод для передачи светового излучения от источника света к множеству управляющих шлюзов. 8. Система по п.7, в которой оптический волновод представляет собой разветвленную сеть оптических волокон, соединенных оптическими ответвителями. 9. Система по п.8, в которой мощность оптического излучения, выходящего из оптических ответвителей и поступающего в каждый управляющий шлюз, составляет от 40 до 50 мВт. 6 10. Способ управления, предназначенный для приведения в действие множества электротехнических устройств и заключающийся в том, что подготавливают систему управления, предназначенную для приведения в действие этих устройств, по любому из предыдущих пунктов и избирательно приводят в действие определенное устройство путем освещения управляющих шлюзов световыми импульсами с частотой, которая соответствует запускающей частоте, при которой происходит срабатывание этого выбранного устройства. Евразийская патентная организация, ЕАПВ Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2/6
