<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE ep-patent-document SYSTEM "OpenDataPatent_cz.dtd">
<ep-patent-document lang="en" file="OpendataIPOCZ_PT_DIFF_PUV2015-31289.xml" country="CZ" doc-number="28684" kind="U1">
  <bibliographic-data country="CZ">
    <publication-reference>
      <document-id>
        <country>CZ</country>
        <doc-number>28684</doc-number>
        <kind>U1</kind>
        <date>2015-10-06</date>
      </document-id>
    </publication-reference>
    <classifications-ipcr>
      <classification-ipcr sequence="1">
        <section>G</section>
        <class>08</class>
        <subclass>B</subclass>
        <main-group>13</main-group>
        <subgroup>04</subgroup>
        <ipc-version-indicator>
          <date>20060101</date>
        </ipc-version-indicator>
        <classification-level>A</classification-level>
        <symbol-position>F</symbol-position>
        <classification-value>I</classification-value>
        <action-date>
          <date>20150924</date>
        </action-date>
        <classification-status>B</classification-status>
        <classification-data-source>H</classification-data-source>
        <generating-office>
          <country>CZ</country>
        </generating-office>
      </classification-ipcr>
      <classification-ipcr sequence="2">
        <section>G</section>
        <class>08</class>
        <subclass>B</subclass>
        <main-group>13</main-group>
        <subgroup>08</subgroup>
        <ipc-version-indicator>
          <date>20060101</date>
        </ipc-version-indicator>
        <classification-level>A</classification-level>
        <symbol-position>L</symbol-position>
        <classification-value>I</classification-value>
        <action-date>
          <date>20150924</date>
        </action-date>
        <classification-status>B</classification-status>
        <classification-data-source>H</classification-data-source>
        <generating-office>
          <country>CZ</country>
        </generating-office>
      </classification-ipcr>
    </classifications-ipcr>
    <application-reference>
      <document-id>
        <country>CZ</country>
        <doc-number>2015-31289</doc-number>
        <date>2015-07-02</date>
      </document-id>
    </application-reference>
    <language-of-filing>cs</language-of-filing>
    <language-of-publication>cs</language-of-publication>
    <priority-claims>
      <priority-claim sequence="1" kind="national">
        <country>CZ</country>
        <date>2015-07-02</date>
      </priority-claim>
    </priority-claims>
    <invention-title lang="CS">Optovláknový a dotykový senzor pro zabezpečení vybraných prostor</invention-title>
    <invention-title lang="EN">Fiber-optic and contact sensor for safeguarding selected areas </invention-title>
  </bibliographic-data>
  <description>
    <heading>

Optovláknový a dotykový senzor pro zabezpečení vybraných prostor</heading>
    <heading>

Oblast techniky</heading>
    <p id="p0001" num="0001">Technické řešení se týká optovláknového a dotykového senzoru, který řeší zabezpečení uzavře-ných prostor, zejména před nežádoucími vstupy.</p>
    <heading>

Dosavadní stav techniky</heading>
    <p id="p0002" num="0002">Dosavadní stav techniky nabízí řadu různých typů venkovních bezpečnostních zařízení, které se používají k detekci a lokalizaci narušitele. Senzory pro zabezpečení prostor využívají pohybové senzory, permanentní magnet pro snímání otevření okna a detekce změny tlaku vzduchu prová-zené charakteristickým zvukem. Bezpečnostní senzory nacházejí v dnešní době uplatnění kromě vězení, vojenských základen, jaderných zařízení, či chemických továren stále častěji i v běžných domácnostech.</p>
    <p id="p0003" num="0003">Použití obvodů z optických vláken jako bezpečnostní čidla, má výhodu oproti senzorům s měděnými kabely, nebo elektromagnetickým senzorům hlavně v tom, že nejsou citlivé na ru-šení rádiovými frekvencemi (RFI), nebo na elektromagnetické rušení (EMI), protože optické vlákno je v podstatě dielektrikum a zároveň ve vhodném provedení poskytuje značnou citlivost.</p>
    <p id="p0004" num="0004">V přihláškách užitného vzoru CN 202990765, CN 203035058 a v přihláškách vynálezu č. CN 103790495 a CN 103850637 je popsáno řešení, které popisuje zabezpečení skla oken proti cizímu vniknutí na bázi optického vlákna. Využívá se zde skleněná deska s uchyceným optickým vláknem, která je umístěna na skleněnou okenní tabuli. Jeden konec optického kabeluje přiveden do okenního křídla, kde se nachází testovací jednotka, napájecí zařízení a zkušební jednotka. Druhý konec optického kabelu je přiveden na testovací jednotku uvnitř okenního křídla, tato jednotka je dále spojena s výstražnou jednotkou. Při poškození skleněné tabule se poruší aj obvod optického vlákna, co se ihned odrazí v interferometru a v testovací jednotce vyhodnotí jako naru-šení prostor, čím se spustí alarm.</p>
    <p id="p0005" num="0005">Vpřihlášce vynálezu č. WO 2013185208 je popsáno řešení, které využívá vláknově interferometrické bezpečnostní zařízení pro detekci a lokalizaci poruchy optického vlákna, způsobeného proříznutím, zašlápnutím, nebo přelezením optického obvodu. Vynález využívá jeden modulo-vaný laserový zdroj, dva back-to-back Michelsnovy interferometry a senzorový kabel pro gene-rování pseudo-IF odpovědí z každého interferometru.</p>
    <p id="p0006" num="0006">V americké přihlášce vynálezu č. US 2010014095 je popsáno řešení, které k detekci a lokalizaci odchylek, jakými jsou vibrace způsobené lidskou činností, využívá dva interferometry. Pro vy-hodnocení těchto odchylek používá kombinaci fázových proměn složených signálů s časovým zpožděním. Zařízení detekuje odchylky způsobené vibracemi, zvukovými vlnami, nebo napětím z hmotnosti člověka.</p>
    <p id="p0007" num="0007">Vpřihlášce č. GB 2194371 je popsáno zařízení, které se týká poplašných mříží, zejména pro použití při varování před pokusy o neoprávněném opuštění věznice a při neoprávněném vstupu do soukromých prostor. Klasicky je mříž tohoto typu určena k fyzickému zabránění průchodu skrz něj. Zařízení podle vynálezu popisuje ale mříž, ve které je uspořádán varovný systém z dutých tyčí a pruhů, přičemž aspoň v jednom pruhu je instalováno optické vlákno. Zařízení je instalováno na okno, nebo dveře tak, aby průchod skrz něj mel za následek protrhnutí pruhu mezi tyčemi, co spustí alarm.</p>
    <p id="p0008" num="0008">Podobné zařízení je popsáno v přihlášce vynálezu č. DE 38322019. Vynález se týká bezpečnost-ního zařízení pro dveře, vrata, okna, stěny a otvory, ve formě kovové mřížky s alarmujícím sys-témem. Bezpečnostní zařízení podle vynálezu se vyznačuje tím, že kovová mřížka sestává ze svislých nebo vodorovných světlo vodících trubek, které jsou spojeny v horní části a ve spodní části U-profilem. Spodní profil je uspořádán jako vysílací pás a horní profil, ve formě pásku zase jako přijímací pásek pro přijetí optických vln.</p>
    <!-- EPO <DP n="2"> -->
    <p id="p0009" num="0009">Zařízení využívající světelný vysílač a přijímač k detekci pohybu, nebo prostorového narušení je popsáno v evropské přihlášce č. EP 0557589. Vysílač a přijímač světelného paprsku jsou umís-těny na, nebo v blízkosti dveří. Vysílač a přijímač je propojen optickým vláknem. Optické čočky jsou uspořádány na konci optických kabelů a jsou umístěny na spodním prahu dveří. To zna-mená, že vysílač a přijímač nepotřebuje být umístěn bezprostředně na dveřích, co eliminuje umístění kabelů přes otvor dveří a taky to chrání vysílač a přijímač z fyzického poškození.</p>
    <p id="p0010" num="0010">Vpřihlášce vynálezu č. CN 103670244 je popsána laserová neviditelná síť proti vloupání, která se skládá z počítačové jednotky, LED diody pro emitování laserového paprsku, laserový přijí-mač, ocelový drát, optické vlákna, napájecí jednotku a jednotku pro bezdrátový přenos dat, křiš-ťálový oscilátor a upevňovací prvky. Vícero vysílačů a přijímačů je umístěno navzájem proti sobě, tak aby tvořili pár vysílač - přijímač. Ocelový drát s navinutým optickým kabelem spojuje navzájem laserové vysílače a přijímače. Jakmile je ocelový drát porušen, nebo mechanicky na-máhán, počítačová jednotka vysílá signál prostřednictvím jednotky pro přenos dat a spouští alarm. Vynález je vhodný pro montáž na parapety, nebo balkóny.</p>
    <p id="p0011" num="0011">Tyto způsoby zabezpečení prostor před nežádoucími vstupy vyžadují zastínění, nebo jiný inva-zivní zásah do dveří, či okna a to speciálním členem obsahujícím obvod s optickým kabelem. Signalizace neoprávněného vstupu se spouští až po mechanickém porušení obvodu s optickým kabelem.</p>
    <p id="p0012" num="0012">Další alternativou, je použití optických vysílačů, nebo přijímačů s optickými čočkami. Tato alternativa signalizuje neoprávněný vstup při přerušení světelného paprsku umístěného před dveřmi, nebo jiným otvorem do prostor, nicméně tato alternativa taky vyžaduje náročnější napájení. Další nevýhodou tyto alternativy je, že hrozí vysoká pravděpodobnost falešného alarmu, který může pustit například i zvěř, nebo hmyz v blízkosti optických čoček.</p>
    <p id="p0013" num="0013">Technické řešení si klade za cíl navrhnout takové řešení, které bude neinvazivní a jednoduché z hlediska instalace, levné z hlediska výroby a napájení, vysoce citlivé a zcela inertní vůči nežá-doucímu spuštění alarmu.</p>
    <heading>

Podstata technického řešení</heading>
    <p id="p0014" num="0014">Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje optovláknový interferometrický senzor pro monitorování a zabezpečení vybraných prostor, zahrnující laserový zdroj propojený přes optické vlákno s ochranným boxem, z kterého vede optické vlákno do fotodetektoru, který je dále propojen prostřednictvím kabelu se zařízením pro zpracování signálu, jehož podstata spočívá v tom, že na vstupu do boxu a výstupu z boxu, prochází optické vlákno přes referenční vazební člen, v nichž se optické vlákno dělí na referenční větev a měřicí větev, přičemž měřicí větev tvoří mě-řící optické vlákno uspořádané v křídle okna, zatímco referenční větev interferometru tvoří refe-renční optické vlákno umístěné v rámu okna pod okenním těsněním.</p>
    <p id="p0015" num="0015">Podstatou řešení je vláknově optický interferometr pracující s polarizaci zachovávajícími vlákny, kdy vlivem vibrací od dotyku okenní tabule a okenního rámu dojde ke vzniku interferometrických obrazců, kdy se vyhodnocují časové změny v těchto interferometrických obrazcích. Záro-veň umožní dodatečnou montáž na již stávající okna či dveře při zachování jednak neviditelnosti a jednak zachování extrémní citlivosti, která dovoluje rovněž využití tohoto optovláknového a dotykového senzoru k prostorovému odposlechu.</p>
    <heading>

Jeho výhody lze shrnout v následujících bodech:</heading>
    <heading>

- není detekovatelný</heading>
    <p id="p0016" num="0016">- senzor je umístěn takovým způsobem, že není vidět umístění vlákna, jedná se tedy o tzv.<br/>„neviditelný&quot; dotykový senzor&quot;. - optické vlákno se chová jako dielektrikum, tzn. je imunní vůči elektromagnetickým interferencím</p>
    <heading>

- senzor je možno spravovat přes webové rozhraní</heading>
    <!-- EPO <DP n="3"> -->
    <heading>

- vysoká citlivost zařízení</heading>
    <p id="p0017" num="0017">- senzor je pasivní, nepotřebuje elektrickou energii, stačí jen 1-2 přívodní optické vlákno/a dle typu interferometru - senzor lze kdykoli a kdekoli instalovat a to i dodatečně, přičemž jeho montáž se vyznačuje jednoduchostí jeho instalace. - Citlivost zařízení je natolik velká, že jednoduchou změnou sw lze zařízení využít jako prosto-rový mikrofon.</p>
    <p id="p0018" num="0018">Objasnění výkresů</p>
    <p id="p0019" num="0019">Předkládané technické řešení je blíže osvětleno pomocí výkresů, na kterých obr. 1 zobrazuje blo-kové schéma zapojení optovláknového interferometrického senzoru, obr. 2 zobrazuje uspřádání dvojice optovláknových interferometrických senzorů v ochranném boxu uspořádaných do měřící sestavy, obr. 3 zobrazuje půdorysný pohled optovláknového interferometrického senzoru, kde jeho měřicí větev je uspořádána v okenním křídle, zatímco referenční větev v rámu okna a takto uspořádané větve tvoří měřicí sestavu, obr. 4a schematicky znázorňuje dotyk dvou různých osob, které se dotýkají okenní skleněné tabule, popř. rámu okna a obr. 4b znázorňuje interferometrické záznamy kdy po Fourierově transformaci vznikne amplitudově frekvenční spektrum, které je odlišné pro různé způsoby dotyku.</p>
    <heading>

Příklady uskutečnění technického řešení</heading>
    <p id="p0020" num="0020">Řešení optovláknového interferometrického senzoru pro monitorování a zabezpečení vybraných prostor vysvětleno na jednotlivých příkladech jeho provedení. Je nasnadě, že níže uvedené popisy jsou ilustrativním vyjádřením aplikace principů tohoto technického řešení.</p>
    <p id="p0021" num="0021">Zapojení optovláknového interferometrického senzoru pro monitorování a zabezpečení vybraných prostor je znázorněno na obr. 1. Zapojení v tomto provedení zahrnuje laserový zdroj 1 propojený přes optické vlákno 2 s ochranným boxem 3, v němž je optické vlákno 2 rozděleno na měřící větev 9 a referenční větev 8 tvořící měřící soustavu interferometrického senzoru. Z ochranného boxu 3 je optické vlákno 2 vedeno do fotodetektoru 6, který je dále propojen pro-střednictvím koaxiálního kabelu 5 se zařízením 4 pro zpracování signálu. Jako zdroj záření je použit Laserový zdroj 1 o vlnové délce 1310 až 1550 nm, vykazuje hodnoty výkonu 1 až 10 mW při dostatečné stabilitě a koherenční délce. U propojovacího (transitního) optického vlákna 2 lze volit jeho délku v rozmezí 0,5 až 1500 m. Zařízení pro zpracování signálu 4 využívá horní propusti k odstranění stejnosměrné složky, zesilovač a analogově digitální převodník, software pře-vádí signál z časové do frekvenční oblasti a dále provádí operace pro nalezení amplitudových minim a maxim.</p>
    <p id="p0022" num="0022">Laserový zdroj 1 musí vykazovat hodnoty výkonu 0,5 až 10 mW při dostatečné stabilitě a kohe-rentní délce. Délku propojovacího vlákna 2 volíme v rozmezí 0,5 až 10 m. Vazebními členy 7 jsou vláknové děliče s dělícím poměrem 50/50 s tolerancí +/- 5 %. Interferometr zobrazen na výkrese je typu Mach-Zehnder. Zařízení pro zpracování signálu 4 využívá horní propusti k od-stranění stejnosměrné složky, zesilovač a analogově digitální převodník, software převádí signál z časové do frekvenční oblasti a dále provádí operace pro nalezení amplitudových minim a maxim.</p>
    <p id="p0023" num="0023">Příkladné provedení optovláknového interferometrického senzoru určeného pro monitorování a zabezpečení vybraného prostoru je znázorněno na obr. 2 a obr. 3. Optovláknový interferometrický senzor v tomto provedení tvoří ochranný box 3 opatřený měřící soustavou odolný proti vnějším vlivům, zejména počasí. Přes ochranný box 3 prochází optické vlákno 2, jež je na jeho vstupu napojeno do prvního referenčního vazebního členu 7, ve kterém je optické vlákno 2 dělí na referenční větev 8 a měřicí větev 9, přičemž obě větve se ve druhém měřicím vazebním členu 7 uspořádaném na výstupu z ochranného box 3 spojují a navazují na optické vlákno 2, přičemž vazebními členy 7 jsou vláknové couplery s dělícím poměrem 50/50 s tolerancí +/- 5 %. Měřicí <!-- EPO <DP n="4"> -->
větev 9 interferometrického senzoru tvoří optické měřící vlákno 22, například standardu G. 652, jenž je stočené do smyčky, které je uspořádáno v rámu JJ. okna a dotýká se okenní plochy. Okenní plocha tvoří rezonátor a její tloušťka je 3 až 10 mm. Referenční větev 8 interferometrického senzoru tvoří referenční optické vlákno 2J_ stočené do smyčky, které je uspořádáno v okenním rámu JJ.. Takovéto uspořádání tvoří vláknově optickou měřící soustavou v podobě interferometru, například typu Mach-Zehnder, schopnou monitorování průniku do střežených prostor. Časová změna fáze světlaje pomocí druhého (měřícího) vazebního členu 7 převedena na interference, které jsou optickým vláknem 2 přenášeny do fotodetektoru 6 a zde jsou převáděny SW z časové do frekvenční domény.</p>
    <p id="p0024" num="0024">Z obr. 4a a 4b vyplývá, že interferometrický optovláknový senzor se vyznačuje takovou citlivostí, že je schopen zachytit fázové změny optické vlny optickém vlákně 2, které vznikají vibracemi okenní tabule a okenního rámu JJ. působením hovorového signálu v jejich blízkosti. Typický frekvenční rozsah je do 4500 Hz, což dostačuje pro srozumitelné zachycení hovorů. Jednotka zpracování je přeprogramovaná tak, aby byl zachycen a filtrován frekvenční rozsah řečového signálu. Po zpětné Fourierově transformaci lze záznam hovoru přehrávat. Na obr. 4a je schematicky znázorněn dotyk dvou různých osob, které se dotýkají okenní skleněné tabule, popř. rámu okna JJ_. Protože se jedná o dvě různé osoby, které se dotýkají okna odlišným způsobem, jsou různé rovněž interferometrické záznamy (střední dvojice obrázků - napětí na kartě). Dotyk okenní tabule narušitelem má svůj časově specifický průběh, který je odlišný pro každého naru-šitele. Tento dotyk, přestože je velmi jemný (typická energie dotyku potřebná pro vyvolání zá-znamu je menší než 0,1 mJ), dojde ke změně fáze optické vlny procházející optickým vláknem. Protože se jedná o časově proměnný záznam, lze jej převést pomocí Fourierovy transformace na frekvenční. Po Fourierově transformaci vznikne amplitudově frekvenční spektrum, které je od-lišné pro různé způsoby dotyku, viz obr. 4b. Vzhledem k výše uvedenému lze takto konstruovaný senzor použít i pro snímání hovorů mezi osobami a to v prostorech kde bude senzor instalován.</p>
    <heading>

Průmyslová využitelnost</heading>
    <p id="p0025" num="0025">Navržený optovláknový senzor lze použít pro monitorování a zabezpečení vybraných prostor, zejména k jejich identifikaci a kategorizaci, jako příklad použití lze uvést zabezpečení, oken a dveří obytných, rekreačních a průmyslových objektů.</p>
  </description>
  <claims>
    <claim id="c-cs-0001" num="0001">
      <claim-text>

1. Optovláknový interferometrický senzor pro monitorování a zabezpečení vybraných prostor, zahrnující laserový zdroj (1) propojený přes optické vlákno (2) s ochranným boxem (3), z kterého vede optické vlákno (2) do fotodetektoru (6), který je dále propojen prostřednictvím kabelu (5) se zařízením (4) pro zpracování signálu, vyznačující se tím, že na vstupu do boxu (3) a výstupu z boxu (3), prochází optické vlákno (2) přes referenční vazební člen (7), v nichž se optické vlákno (2) dělí na referenční větev (8) a měřicí větev (9), přičemž měřicí větev (9) tvoří měřící optické vlákno (2) uspořádané v křídle (10) okna, zatímco referenční větev (8) interferometru tvoří referenční optické vlákno (2) umístěné v rámu (11) okna.<br/>Seznam vztahových značek:
<tables num="">
          <img he="22" wi="80" file="0001.jpg" img-format="jpg" img-content="table" inline="no"/>
        </tables>
      </claim-text>
    </claim>
    <!-- EPO <DP n="5"> -->
    <claim id="c-cs-0002" num="0002">
      <claim-text>
        <tables num="">
          <img he="34" wi="116" file="0002.jpg" img-format="jpg" img-content="table" inline="no"/>
        </tables>
      </claim-text>
    </claim>
  </claims>
  <drawings>
    <figure num="">
      <img he="77" wi="128" file="0003.jpg" img-format="jpg" img-content="drawing" inline="no"/>
    </figure>
    <!-- EPO <DP n="7"> -->
    <figure num="">
      <img he="132" wi="135" file="0004.jpg" img-format="jpg" img-content="drawing" inline="no"/>
    </figure>
    <!-- EPO <DP n="8"> -->
    <figure num="">
      <img he="155" wi="141" file="0005.jpg" img-format="jpg" img-content="drawing" inline="no"/>
    </figure>
    <!-- EPO <DP n="9"> -->
    <figure num="">
      <img he="161" wi="157" file="0006.jpg" img-format="jpg" img-content="drawing" inline="no"/>
    </figure>
  </drawings>
</ep-patent-document>
