ОБЪЕДИНЕННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПРЕДОХРАНЕНИЯ В РЕАЛЬНОМ ВРЕМЕНИ ОТ БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАСТАНИЯ И МОНИТОРИНГА БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБРАСТАНИЯ
INTEGRATED SYSTEM FOR REAL-TIME PROTECTION AGAINST BIOLOGICAL FOULING AND BIOLOGICAL FOULING MONITORING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Это изобретение относится к системе для предохранения от биологического обрастания. Изобретение также относится к объекту, который во время использования по меньшей мере частично погружен в воду, главным образом к судну или инфраструктурному объекту, который включает в себя такую систему для предохранения от биологического обрастания. Кроме того, изобретение относится к способу придания такой системы для предохранения от биологического обрастания объекту, главным образом судну или инфраструктурному объекту.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Из предшествующего уровня техники известны способы предохранения от биологического обрастания. Например, в патентном документе US2013/0048877 описана система для предохранения защищаемой поверхности от биологического обрастания, содержащая источник ультрафиолетового света, выполненный с возможностью генерации ультрафиолетового света, и оптическую среду, расположенную вблизи защищаемой поверхности и связанную с источником для приема ультрафиолетового света, при этом оптическая среда имеет направление толщины, перпендикулярное к защищаемой поверхности, два ортогональных направления оптической среды, ортогональные к направлению толщины, параллельны защищаемой поверхности, при этом оптическая среда выполнена с возможностью обеспечения пути прохождения ультрафиолетовому свету, чтобы ультрафиолетовый свет проходил внутри оптической среды в по меньшей мере одном из двух ортогональных направлений, которые ортогональны к направлению толщины, и так, чтобы на местах вдоль поверхности оптической среды соответствующие доли ультрафиолетового света выходили из оптической среды.
В патентном документе US2012/050520 описаны устройство и способ для предохранения от биологического обрастания подводных оптических систем с использованием ультрафиолетового света, генерируемого внутри корпуса высокого давления и проходящего через оптическое окно, без извлечения оптических систем из воды и без сбрасывания химикатов в воду.
В патентном документе WO2016/000980 описана предохраняющая от обрастания осветительная система, выполненная с возможностью предохранения от биологического обрастания или снижения биологического обрастания обрастающей поверхности объекта, который во время использования по меньшей мере временно подвергается воздействию жидкости, путем подачи предохраняющего от обрастания света к обрастающей поверхности, при этом предохраняющая от обрастания осветительная система содержит осветительный модуль, содержащий источник света, выполненный с возможностью генерации предохраняющего от обрастания света; и энергетическую систему, выполненную с возможностью локальной выработки энергии и выполненную с возможностью подачи электрической энергии к осветительному модулю, при этом энергетическая система содержит (i) протекторный электрод и (ii) второй электрод энергетической системы, энергетическая система выполнена с возможностью выработки электрической энергии для осветительного модуля, когда протекторный электрод и второй электрод энергетической системы находятся в электрическом контакте с жидкостью.
В патентном документе WO2007/093374 A1 описана измерительная система, предназначенная для определения характеристики осадка, который аккумулируется на внутренней стенке сосуда, содержащая (а) по меньшей мере один светоизлучающий блок, содержащий первую структуру, которая встроена в стенку сосуда и излучает свет в сосуд таким образом, что свет рассеивается и/или отражается осадком, если какой-либо осадок присутствует, и (b) блок обнаружения, содержащий вторую структуру, которая встроена в стенку сосуда и которая спроектирована таким образом, что по меньшей мере часть света, рассеиваемого и/или отражаемого осадком, если он имеется, может проходить изнутри сосуда наружу, и детектор света, расположенный так, что его чувствительная к свету поверхность обращена к второй структуре.
В патентном документе WO2014/060562 A1 описаны способы и системы, предназначенные для выполнения обследования под водой, в частности, подводного оборудования, такого как нефтяные и газовые трубопроводы, разделительные колонны, устья скважин и т.д. Кроме того, в этом документе описано получение увеличенного подводного изображения сцены, используемого при обследовании под водой, с помощью подводной системы формирования изображения, содержащей световой модуль, модуль обработки изображения и модуль камеры, при этом световой модуль содержит множество световых групп, при этом каждая световая группа имеет один или несколько источников света. В документе описано последовательное формирование изображения для получения увеличенного выходного изображения.
2
В патентном документе US5308505 A описано предохранение подводных поверхностей от биологического обрастания морскими организмами путем облучения воды ультрафиолетовым светом и регулирования интенсивности ультрафиолетового света так, чтобы личинки усоногого рака умертвлялись и предотвращалось прикрепление их к подводной поверхности. Вода пропускается через биоцидную камеру, имеющую источник ультрафиолетового света с интенсивностью по меньшей мере 4000 мкВт/см, при расходе, обеспечивающем время пребывания в биоцидной камере, равное по меньшей мере 1 мин.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Биообрастание или биологическое обрастание (в этой заявке также называемое «обрастанием» или «биообрастанием») представляет собой накопление, микроорганизмов, растений, водорослей и/или животных на поверхностях. Действия многих из создающих биологическое загрязнение организмов являются очень разнообразными и выходят далеко за пределы прикрепления усоногих раков и морских водорослей. По некоторым оценкам свыше 1700 видов, содержащих более 4000 организмов, являются ответственными за биологическое обрастание. Биологическое обрастание подразделяется на микрообрастание, которое включает в себя образование биопленок и прилипание бактерий, и макрообрастание, которое заключается в прикреплении более крупных организмов. Кроме того, вследствие различий в химии и биологии, которыми определяется способ предотвращения оседания организмов, эти организмы относят к категориям, вызывающим сильное или слабое обрастание. Известковые, вызывающие (сильное) обрастание организмы включают в себя усоногих раков, образующих корку мшанок, моллюсков, полихет и других трубчатых червеобразных и полосатых мидий. Примерами не известковых, вызывающих (слабое) обрастание организмов являются морские водоросли, гидроиды, микроскопические водоросли и слизь биопленок. Совместно эти организмы образуют вызывающее обрастание сообщество.
При некоторых обстоятельствах биологическое обрастание создает значительные проблемы. Машины прекращают работать, водоприемники засоряются, а лобовое сопротивление корпусов кораблей возрастает. Поэтому задача предохранения от обрастания, то есть процесс удаления обрастания или предохранения от обрастания, является хорошо известной. В промышленных процессах для регулирования биологического обрастания можно использовать биодиспергаторы. В менее контролируемых условиях организмы умерщвляют или отпугивают покрытиями с биоцидами, тепловыми обработками или импульсами энергии. Нетоксичные механические стратегии, в соответствии с которыми ограничивают прикрепление организмов, включают в себя выбор материала или покрытия со скользкой поверхностью или образование наномасштабных топологий поверхностей, подобных коже акул или дельфинов, которые являются плохими местами закрепления. Биологическое обрастание корпусов кораблей приводит к значительному возрастанию лобового сопротивления и поэтому к повышенному потреблению топлива. Оценивают, что биологическое обрастание может приводить к повышению потребления топлива на 40%. Поскольку крупные нефтяные танкеры или контейнеровозы могут потреблять ежедневно топливо стоимостью до 200000 евро, значительная экономия топлива возможна при использовании эффективного способа предохранения от биологического обрастания.
2
К удивлению оказалось, что можно эффективно использовать ультрафиолетовое излучение для, по существу, предохранения от биологического обрастания поверхностей, которые находятся в контакте с морской водой или водой в озерах, реках, каналах и т.д. В этой заявке представлена методика, основанная на оптических способах, в частности, с использованием ультрафиолетового (УФ) света или излучения. Оказалось, что при достаточно интенсивном ультрафиолетовом свете большая часть микроорганизмов умерщвляется, становится неактивной или становится неспособной к воспроизводству. В основном этот эффект определяется суммарной дозой ультрафиолетового света. Типичная доза для умерщвления 90% определенных микроорганизмов составляет 10 мВт/ч/м.
Ультрафиолетовые светодиоды или источники ультрафиолетового света могут работать с ограниченной эффективностью преобразования электрической энергии в оптическую и имеют ограниченный срок службы. Это может огранивать использование таких источников света.
Поэтому согласно одному аспекту изобретения разработаны альтернативные система и способ для предохранения от биологического обрастания или снижения его, предпочтительно с по меньшей мере частичным исключением одного или нескольких описанных выше недостатков. Оказалось, что для экономии энергии и повышения долговечности желательно приспосабливать количество ультрафиолетового излучения к степени обрастания и/или даже к различным вызывающим обрастание видам. Среди прочего, в этой заявке предложено осуществлять мониторинг количества или вида обрастания и соответственно приспосабливать выходную мощность источника ультрафиолетового света к процессу предохранения от биологического обрастания. Например, обнаружение может быть выполнено при использовании отдельной светодиодной системы или части выходного излучения того же источника, который используется для предохранения от обрастания. Согласно другому варианту осуществления исходящее излучение имеет многочисленные длины волн для проведения различия между видами обрастания и приспособления выходной мощности к предохранению от обрастания в зависимости от конкретного организма. Согласно еще одному варианту осуществления непосредственное регулирование мощности светодиодов производится датчиком.
В конкретной реализации светодиоды, используемые для предохранения от обрастания, применяются в качестве датчика.
Среди прочего, согласно изобретению предложены решения, относящиеся к встраиванию подверженной обрастанию сенсорной системы в систему для предохранения от обрастания и новой методологии управления системой для предохранения от обрастания при использовании выходного сигнала датчика.
Согласно первому аспекту изобретения предложена система («система») для предохранения от биологического обрастания, содержащая испускающий излучение элемент (излучение, выбираемое из одного или нескольких из ультрафиолетового, видимого и инфракрасного), главным образом испускающий ультрафиолетовое излучение элемент, при этом испускающий излучение элемент, главным образом испускающий ультрафиолетовое излучение элемент, содержит окно выхода излучения, главным образом окно выхода ультрафиолетового излучения («окно выхода» или «окно»), испускающий излучение элемент, главным образом испускающий ультрафиолетовое излучение элемент, по меньшей мере частично окружает источник света, выполненный с возможностью образования излучения (выбираемого из одного или нескольких из ультрафиолетового, видимого и инфракрасного), главным образом (по меньшей мере) ультрафиолетового излучения, при этом окно выхода излучения, главным образом окно выхода ультрафиолетового излучения, выполнено с возможностью пропускания по меньшей мере части излучения, главным образом ультрафиолетового излучения, источника света, окно выхода света, главным образом окно выхода ультрафиолетового излучения, содержит находящуюся выше по потоку сторону окна и находящуюся ниже по потоку сторону окна, при этом испускающий излучение элемент, главным образом испускающий ультрафиолетовое излучение элемент, также по меньшей мере частично окружает оптический датчик («датчик»), выполненный с возможностью восприятия излучения, исходящего с находящейся ниже по потоку стороны окна, и выполненный с возможностью образования соответствующего сигнала оптического датчика, при этом, в частности, система для предохранения от биологического обрастания также выполнена с возможностью образования излучения, главным образом ультрафиолетового излучения, в зависимости от сигнала оптического датчика, как это также определено в прилагаемой формуле изобретения. Испускающий излучение элемент также может называться «элементом» или «осветительным модулем». Термин «испускающий ультрафиолетовое излучение элемент» относится главным образом к элементу с ультрафиолетовым излучением, то есть к элементу, выполненному с возможностью образования ультрафиолетового излучения.
Согласно дальнейшему аспекту изобретения предложен объект, который во время использования по меньшей мере частично погружен в воду, при этом объект содержит систему для предохранения от биологического обрастания, описанную в этой заявке, в которой испускающий излучение элемент, главным образом испускающий ультрафиолетовое излучение элемент, выполнен с возможностью облучения излучением (выбираемым из одного или нескольких из ультрафиолетового, видимого и инфракрасного), главным образом (по меньшей мере) ультрафиолетового излучения, в течение стадии облучения одной или нескольких из (i) (части) внешней поверхности объекта и (ii) воды, прилегающей к части внешней поверхности. Согласно вариантам осуществления объект может быть выбран из группы, состоящей из судна и инфраструктурного объекта. В дальнейшем изобретение поясняется главным образом с обращением к системе для предохранения от биологического обрастания в сочетании с объектом.
При использовании предложенной системы для предохранения от биологического обрастания может быть снижено энергопотребление, а срок службы системы, особенно источника (источников) света, может быть повышен. Кроме того, в предложенной системе можно регулировать спектральное распределение (ультрафиолетового) света и/или интенсивность (ультрафиолетового) света в зависимости от вызывающих обрастание видов, которые должны поражаться (и/или сдерживаться) или обнаруживаться, главным образом поражаться (и/или сдерживаться). Таким образом, можно более эффективно снижать биологическое обрастание. Кроме того, в настоящем изобретении предусмотрены реализации испускающих ультрафиолетовое излучение элементов, которые могут создавать ультрафиолетовое излучение в зависимости от места, на котором ультрафиолетовый элемент находится, или даже в зависимости от локального биологического обрастания. Кроме того, таким способом можно более эффективно снижать биологическое обрастание. Следовательно, предложена оптимизированная система для предохранения от биологического обрастания.
Как указывалось выше, система для предохранения от биологического обрастания содержит испускающий ультрафиолетовое излучение элемент. Термин «испускающий ультрафиолетовое излучение элемент» может также относиться ко множеству испускающих ультрафиолетовое излучение элементов. Система может включать в себя источник электрической энергии, но система также может быть (во время использования) функционально связана с источником электрической энергии. В вариантах осуществления каждый испускающий ультрафиолетовое излучение элемент может быть функционально связан с источником энергии. Это позволяет децентрализовать электропитание испускающих ультрафиолетовое излучение элементов. Источник энергии используется главным образом для электропитания источника (источников) света.
В данном случае испускающий ультрафиолетовое излучение элемент можно также назвать «осветительным модулем». Испускающий ультрафиолетовое излучение элемент может быть пластинчатым модулем (в этой заявке также называемый «оптической средой») с одним или несколькими релевантными элементами, по меньшей мере частично или даже полностью встроенными в него. Вследствие этого в вариантах осуществления испускающий ультрафиолетовое излучение элемент содержит пропускающий свет (твердый) материал, такой как силикон и т.д. Однако ультрафиолетовый элемент может также включать в себя корпус, окружающий по меньшей мере частично или даже полностью один или несколько релевантных элементов. Один или несколько релевантных элементов содержат по меньшей мере один источник света, который выполнен с возможностью создания света источника света, особенно ультрафиолетового излучения. Испускающий ультрафиолетовое излучение элемент может иметь плоское или криволинейное окно выхода излучения. Термин «испускающий ультрафиолетовое излучение элемент» означает, что элемент выполнен с возможностью образования главным образом ультрафиолетового излучения во время использования элемента.
Испускающий ультрафиолетовое излучение элемент содержит окно выхода ультрафиолетового излучения. Окно выхода ультрафиолетового излучения выполнено с возможностью пропускания по меньшей мере части ультрафиолетового излучения источника света. Следовательно, окно выхода является пропускающим ультрафиолетовое излучение. В общем случае окно также пропускает видимый свет. Как показывалось выше, и как будет поясняться ниже, в вариантах осуществления элемент может быть пропускающей излучение пластиной. В таком случае окно может быть поверхностью (или плоскостью) элемента. В еще одном варианте осуществления элемент содержит корпус, а этом корпус содержит такое окно. В таких вариантах осуществления окно выхода излучения (также) содержит пропускающий свет (твердый) материал, такой как силикон и т.д. Термин «пропускающий излучение» означает пропускание излучения, главным образом ультрафиолетового излучения и необязательно также и видимого излучения.
Окно выхода ультрафиолетового излучения содержит находящуюся выше по потоку сторону окна и находящуюся ниже по потоку сторону окна. Термины «выше по потоку» и «ниже по потоку» относятся к расположению объектов или элементов относительно распространения света от генерирующего свет средства (в данном случае главным образом от источника света), при этом относительно первого места в пучке света от генерирующего свет средства второе место в пучке света, более близкое к генерирующему свет средству, находится «выше по потоку», а третье место в пучке света, более далекое от генерирующего свет средства, находится «ниже по потоку». Следовательно, находящаяся выше по потоку сторона окна («сторона выше по потоку») в основном обращена внутрь элемента и может принимать свет источника света, непосредственно или после внутреннего отражения. Находящаяся ниже по потоку сторона окна («сторона ниже по потоку») может быть направлена в основном наружу от элемента. Например, во время использования системы эта сторона окна может (временно) находиться в контакте с водой. Следует отметить, что в случае пластинчатой реализации элемента находящаяся выше по потоку сторона окна и находящаяся ниже по потоку сторона окна могут быть сторонами (одного и того же) края (или пластины). В вариантах осуществления, в которых применяется корпус, окно может иметь ненулевую толщину между находящейся выше по потоку стороной окна и находящейся ниже по потоку стороной окна.
Кроме того, элемент может включать в себя оптический датчик. Датчик по меньшей мере частично окружен элементом, но в вариантах осуществления даже может быть полностью включен в него. Следовательно оптический датчик расположен, подобно источнику света, на находящейся выше по потоку стороне окна элемента. Оптический датчик («датчик») выполнен с возможностью восприятия излучения, исходящего от находящейся ниже по потоку стороны окна (в элемент). Кроме того, термин «датчик» может относиться ко множеству датчиков, из которых необязательно два или большее количество могут быть выполнены с возможностью восприятия различных свойств.
Датчик может быть выполнен с возможностью восприятия излучения внутри элемента, и это излучение исходит от источника света.
В вариантах осуществления система может быть основана на принципе полного внутреннего отражения (ПВО). Источник света может быть выполнен с возможностью подачи ультрафиолетового излучения (и/или излучения другого вида; см. ниже) к окну выхода излучения на основании принципа полного внутреннего отражения. Следовательно, в вариантах осуществления оптический датчик выполнен с возможностью восприятия ультрафиолетового излучения (и/или излучения другого вида; см. ниже), отраженного на окне выхода ультрафиолетового излучения. Когда биологическое обрастание имеется на окне выхода излучения, особенно на находящейся ниже по потоку стороне окна, большее количество ультрафиолетового излучения (и/или излучения другого вида; см. ниже) может выходить из элемента. Следовательно, меньшее количество ультрафиолетового излучения (и/или излучения другого вида; см. ниже) может доходить до оптического датчика. Когда меньшее количество ультрафиолетового излучения (и/или излучения другого вида; см. ниже) принимается датчиком, система может, если это возможно, повышать интенсивность ультрафиолетового излучения для предохранения от биологического обрастания. Следовательно, в частности, система для предохранения от биологического обрастания может быть выполнена с возможностью повышения интенсивности ультрафиолетового излучения, когда оптический датчик обнаруживает снижение ультрафиолетового излучения (и/или излучения другого вида; см. ниже). (Ультрафиолетовое) излучение может снижаться в результате «нарушенного полного внутреннего отражения», обусловленного биологическим обрастанием (на находящейся ниже по потоку стороне окна выхода излучения). При биологическом обрастании свет извлекается из окна выхода света. Следовательно, в вариантах осуществления (воспринимаемое) излучение исходит от источника света.
В вариантах осуществления система может быть основана на поверхностном рассеянии. Источник света может быть выполнен с возможностью подачи ультрафиолетового излучения (и/или излучения другого вида; см. ниже) непосредственно к окну выхода излучения, поскольку излучение подается в пределах критического угла (то есть под углом относительно нормали к окну выхода излучения, который равен или меньше, главным образом меньше, чем критический угол). Следует отметить, что полное внутреннее отражение представляет собой явление, которое возникает, когда распространяющаяся волна попадает на границу среды под большим углом по сравнению с критическим углом относительно нормали к поверхности. Следовательно, в вариантах осуществления источник света выполнен с возможностью подачи по меньшей мере части ультрафиолетового излучения (и/или излучения другого вида; см. ниже) в пределах критического угла полного внутреннего отражения относительно окна выхода излучения и оптический датчик выполнен с возможностью восприятия рассеянного ультрафиолетового излучения (и/или рассеянного излучения другого вида; см. ниже) (рассеянного благодаря биологическому обрастанию на окне выхода (ультрафиолетового) излучения). Когда биологическое обрастание имеется на окне выхода излучения, особенно на находящейся ниже по потоку стороне окна, большее количество ультрафиолетового излучения (и/или излучения другого вида; см. ниже) может рассеиваться обратно в элемент. Следовательно, большее количество ультрафиолетового излучения (и/или излучения другого вида; см. ниже) может рассеиваться обратно в элемент. Следовательно, большее количество ультрафиолетового излучения (и/или излучения другого вида; см. ниже) может доходить до оптического датчика. Когда большее количество ультрафиолетового излучения (и/или излучения другого вида; см. ниже) принимается датчиком, система может, если это возможно, повышать интенсивность ультрафиолетового излучения для предохранения от биологического обрастания. Следовательно, в частности, система для предохранения от биологического обрастания выполнена с возможностью повышения интенсивности ультрафиолетового излучения, когда оптический датчик обнаруживает повышение ультрафиолетового излучения (и/или излучения другого вида; см. ниже). Следовательно, в вариантах осуществления (обнаруживаемое) излучение исходит от источника света. Рассеяние (подобно одной или нескольким из интенсивности и спектрального распределения рассеянного излучения) может быть характеристикой вызывающих биологическое обрастание видов. Например, голубые водоросли являются голубыми, поскольку они рассеивают голубой свет (и поглощают на других длинах волн).
Альтернативно или дополнительно оптический датчик может быть выполнен с возможностью восприятия люминесценции (иногда также называемой «флуоресценцией») видов, прилегающих к окну выхода излучения или прикрепленных к нему, особенно на находящейся ниже по потоку стороне окна. Эти виды могут испускать излучение в видимой или инфракрасной (ИК) области при облучении ультрафиолетовым излучением от источника света. Эта люминесценция может входить в элемент через окно выхода излучения и также исходить с находящейся выше по потоку поверхности окна. Если датчик выполняют с возможностью восприятия света в видимой области, то окно выхода излучения также должно быть пропускающим главным образом видимый свет, и/или если датчик выполняют с возможностью восприятия инфракрасного излучения, то окно выхода излучения также должно быть пропускающим главным образом инфракрасное излучение. Следовательно, в вариантах осуществления датчик приспосабливают для измерения автофлуоресцентного излучения от биологического обрастания. Люминесценция может быть характеристикой вызывающих биологическое обрастание видов. В общем случае в этой заявке «флуоресценция» или «автофлуоресцентное излучение» означают люминесценцию. Когда большее количество люминесценции принимается датчиком, система может, если это возможно, повышать интенсивность ультрафиолетового излучения для предохранения от биологического обрастания. Следовательно, в частности, система для предохранения от биологического обрастания выполнена с возможностью повышения интенсивности ультрафиолетового излучения, когда оптический датчик обнаруживает повышение люминесценции (и/или излучения другого вида; см. ниже). Альтернативно или дополнительно увеличение или уменьшение ультрафиолетового излучения может (также) зависеть от (изменения) спектрального распределения люминесценции.
Элемент содержит по меньшей мере источник света для получения ультрафиолетового излучения. Это ультрафиолетовое излучение используется для предохранения от биологического обрастания. Следовательно, ультрафиолетовое излучение используется как предохраняющее от биологического обрастания излучение. Кроме того, это излучение может быть базисом для датчика, поскольку датчик может быть выполнен с возможностью восприятия одного или нескольких из ультрафиолетового излучения, рассеянного ультрафиолетового излучения и люминесценции (от видов вблизи окна выхода излучения или прикрепленных к нему). Следовательно, в вариантах осуществления с использованием светодиодов при мониторинге и предохранении от биологического обрастания применяются светодиоды с одинаковой длиной волны. Следовательно, в вариантах осуществления источник сенсорной системы может быть образован ультрафиолетовыми светодиодами, которые также используются для предохранения от биологического обрастания.
Однако, альтернативно или дополнительно отдельный источник света, в этой заявке также называемый вторым источником света, выполненный с возможностью генерации второго излучения источника света («второго излучения»), может быть базисом для датчика. В таких вариантах осуществления датчик может быть выполнен с возможностью восприятия одного или нескольких из отраженного второго излучения, рассеянного второго излучения и люминесценции (от видов, прилегающих к окну выхода излучения или прикрепленных к нему), обусловленной вторым излучением. Следовательно, источник сенсорной системы может быть ультрафиолетовым светодиодом (или лазером), по существу не используемым для предохранения от биологического обрастания. Кроме того, источник сенсорной системы может быть светодиодом (или лазером), излучающим в видимом диапазоне. Альтернативно или дополнительно источник сенсорной системы может быть инфракрасным светодиодом (или лазером). Следовательно, в вариантах осуществления, изложенных выше, речь идет об ультрафиолетовом излучении и/или излучении другого вида.
В этой заявке термин «свет» источника света и подобные термины также относятся к ультрафиолетовому излучению и/или инфракрасному излучению (и конечно, к видимому свету). Это должно быть ясно из контекста.
Как показывалось выше, датчик выполнен с возможностью образования соответствующего сигнала оптического датчика. Следовательно, сигнал датчика связан главным образом с излучением, которое воспринимается датчиком и для восприятия которого датчик предназначен. Например, возрастание отраженного (ультрафиолетового) излучения может быть связано, например, с повышенным сигналом датчика. Кроме того, например, возрастание рассеянного (ультрафиолетового) света может быть связано, например, с повышенным сигналом датчика. Однако, как показывается ниже, сигнал датчика также может зависеть от (изменения) спектрального распределения воспринимаемого света. В частности, система для предохранения от биологического обрастания также выполнена с возможностью образования ультрафиолетового излучения (для предохранения от биологического обрастания) в зависимости от сигнала оптического датчика. Следовательно, когда в системе на основании сигнала датчика определяется, что имеется биологическое обрастание или (степень) биологического обрастания возрастает, предохраняющий от биологического обрастания свет может создаваться и/или его интенсивность повышаться (системой). Кроме того, альтернативно или дополнительно спектральное распределение предохраняющего от обрастания света может изменяться в зависимости от сигнала датчика (см. также ниже).
Описанный здесь контур управления может включать в себя систему управления, которая может быть встроена в элемент или которая может быть расположена вне элемента. В последнем варианте осуществления предполагается проводная или беспроводная связь между элементом и системой управления. Следовательно, система для предохранения от биологического обрастания, а в особенности объект, может также содержать систему управления. Следовательно, объект содержит такую систему управления, и эта система необязательно может быть встроена в объект или же в систему для предохранения от биологического обрастания. Поэтому в вариантах осуществления система для предохранения от биологического обрастания может также содержать систему управления, окруженную испускающей ультрафиолетовое излучение элементом.
В варианте осуществления система управления заключает в себя множество систем управления. Например, судно может содержать систему управления в качестве ведущей системы управления, при этом каждая система для предохранения от биологического обрастания содержит ведомую систему управления. В некоторых случаях система управления может быть расположена вне объекта, то есть удалена от объекта. В конкретном варианте осуществления ведущая система управления, удаленная от объекта, управляет ведомой системой управления, содержащейся в объекте (таком как система для предохранения от биологического обрастания). Следовательно, например, (ведущая) система управления может находиться на большом расстоянии или не на судне, а на берегу, например, в центре управления судовладельческой компании. Такая ведущая система управления может быть выполнена с возможностью управления системами для предохранения от биологического обрастания множества объектов.
Кроме того, описанный здесь контур управления может альтернативно или дополнительно включать в себя (относительно простую) электронику (без (временной) памяти). Например, система может включать в себя чувствительный к излучению резистор. Такой чувствительный к излучению резистор можно вводить в электрическую цепь, включающую источник света, и при этом систему для предохранения от биологического обрастания выполнять с возможностью образования ультрафиолетового излучения в зависимости от сигнала оптического датчика. В данном случае сигнал датчика может быть изменением (сопротивления) чувствительного к излучению резистора. Оптический датчик может быть чувствительным к одному или нескольким из ультрафиолетового излучения, видимого излучения и инфракрасного излучения. Такая чувствительность может быть привязана к поддиапазону длин волн, например, оптический датчик является чувствительным по существу только в диапазоне длин волн 200-300 нм.
Ниже некоторые дальнейшие варианты осуществления рассматриваются более подробно.
Как показывалось выше, ультрафиолетовое излучение, используемое для предохранения от обрастания, также можно использовать для определения объема биологического обрастания на окне выхода излучения. Вследствие этого в вариантах осуществления система для предохранения от биологического обрастания также выполнена с возможностью регулирования интенсивности ультрафиолетового излучения в зависимости от сигнала оптического датчика.
Система для предохранения от биологического обрастания может регулировать ультрафиолетовое излучение в зависимости от одной или нескольких из интенсивности излучения, обнаруживаемого датчиком, и спектрального распределения излучения, обнаруживаемого датчиком. Следовательно, система для предохранения от биологического обрастания также может быть выполнена с возможностью определения вида биологического обрастания, прилегающего к окну выхода излучения или находящегося на окне. Например, спектральное распределение отраженного или рассеянного света может зависеть от вызывающих биологическое обрастание видов. Альтернативно или дополнительно спектральное распределение люминесценции (например видимой и/или инфракрасной) может быть характеристикой вызывающих биологическое обрастание видов. Следовательно, когда источник света также имеет изменяющееся спектральное распределение, его можно использовать для решения проблемы, связанной с конкретными вызывающими биологическое обрастание видами, поскольку различные виды могут иметь различные спектры поглощения (и (поэтому) различные спектральные положения, где виды могут быть восприимчивыми к (ультрафиолетовому) излучению). Следует отметить, что термин «источник света» может также относиться ко множеству (различных) источников света, которые могут обеспечивать два или большее количество различных спектральных распределений, что позволяет осуществлять регулировку (длины волны излучения). Следовательно, в вариантах осуществления источник света имеет изменяющееся спектральное распределение ультрафиолетового излучения, а система для предохранения от биологического обрастания также выполнена с возможностью регулирования спектрального распределения ультрафиолетового излучения в зависимости от сигнала оптического датчика. Дополнительно (или альтернативно) в вариантах осуществления источник света имеет переменную мощность.
Как показывалось выше, не только ультрафиолетовое излучение можно использовать в качестве базиса для датчика, альтернативно или дополнительно можно применять излучение другого вида. Это излучение может создаваться тем же самым источником света, который создает ультрафиолетовое излучение, или отдельным источником света (вторым источником света). Следовательно, в вариантах осуществления (i) источник света выполнен с возможностью образования ультрафиолетового излучения и одного или нескольких из видимого и инфракрасного излучений, и/или (ii) испускающий ультрафиолетовое излучение элемент содержит второй источник света, выполненный с возможностью генерации одного или нескольких из видимого и инфракрасного излучений, и при этом оптический датчик выполнен с возможностью восприятия одного или нескольких из видимого и инфракрасного излучений и образования соответствующего сигнала датчика. В частности, в вариантах осуществления система для предохранения от биологического обрастания также выполнена с возможностью регулирования одного или нескольких из спектрального распределения и интенсивности ультрафиолетового излучения (и/или одного или нескольких из видимого и инфракрасного излучения) в зависимости от спектрального распределения принимаемого излучения. С помощью этого датчика можно измерять рассеянное и/или отраженное видимое и/или инфракрасное излучение. Как показывалось в этой заявке, между датчиком и источником света может иметься (физическая) перегородка для ограничения непосредственного приема света датчиком от этого источника света.
Следовательно, в вариантах осуществления оптический датчик выполнен с возможностью восприятия ультрафиолетового излучения. Альтернативно или дополнительно в вариантах осуществления оптический датчик выполнен с возможностью восприятия одного или нескольких из видимого и инфракрасного излучений.
В частности, система содержит множество источников ультрафиолетового света. Они могут быть расположены главным образом регулярно. Кроме того, система может включать в себя множество датчиков (которые могут быть расположены главным образом регулярно). В общем случае элемент может включать в себя больше источников света, чем датчиков, например, множество источников света, но один датчик, хотя в некоторых случаях элемент может также включать в себя множество датчиков. Расстояния между источниками света могут быть меньше, чем расстояния между датчиками.
В частности, система может включать в себя множество поднаборов, при этом каждый поднабор содержит множество источников света и один или несколько датчиков. Следовательно, в вариантах осуществления система для предохранения от биологического обрастания содержит множество источников света, при этом общее расстояние (d1) между близлежащими источниками света выбирается из диапазона 0,5-200 мм, такого как 2-100 мм, система для предохранения от биологического обрастания также содержит множество оптических датчиков, при этом общее расстояние (d2) между близлежащими оптическими датчиками выбирается из диапазона 0,5-200 мм по меньшей мере равным 0,5 мм, таким как по меньшей мере 2 мм, например по меньшей мере 1 см, таким как по меньшей мере 4 см. В конкретных вариантах осуществления система для предохранения от биологического обрастания содержит множество поднаборов источников света и оптических датчиков, при этом каждый поднабор содержит один или несколько источников света и один или несколько оптических датчиков, при этом каждый поднабор выполнен с возможностью получения ультрафиолетового излучения от одного или нескольких источников в поднаборе в зависимости от сигнала одного или нескольких оптических датчиков в поднаборе. В дальнейших вариантах осуществления система для предохранения от биологического обрастания содержит множество светодиодов, при этом светодиоды выполнены с возможностью генерации ультрафиолетового излучения, светодиоды содержат светодиодные кристаллы и при этом общие расстояния (d1) между светодиодными кристаллами близлежащих светодиодов выбираются из диапазона 0,5-200 мм, система для предохранения от биологического обрастания также содержит множество оптических датчиков, при этом общие расстояния между близлежащими оптическими датчиками выбираются из диапазона 0,5-200 мм, составляющими по меньшей мере 0,5 мм, такими как по меньшей мере 2 мм, например по меньшей мере 1 см, такими как по меньшей мере 4 см, система для предохранения от биологического обрастания содержит множество поднаборов источников света и оптических датчиков, при этом каждый поднабор содержит один или несколько источников света и один или несколько оптических датчиков, каждый поднабор выполнен с возможностью получения ультрафиолетового излучения от одного или нескольких источников света в поднаборе в зависимости от сигнала одного или нескольких оптических датчиков в поднаборе. В частности, d2>d1, например d2/d1>2.
Как показывалось выше, согласно дальнейшему аспекту изобретения предложен объект, который во время использования по меньшей мере частично погружен в воду, при этом объект содержит систему для предохранения от биологического обрастания, определенную в этой заявке, в которой испускающий ультрафиолетовое излучение элемент выполнен с возможностью облучения ультрафиолетовым излучением в течение стадии облучения одной или нескольких из (i) части внешней поверхности объекта и (ii) воды, прилегающей к части внешней поверхности. Как показывалось выше, объект может быть выбран главным образом из группы, состоящей из судна и инфраструктурного объекта.
В данном случае фраза «объект, который во время использования по меньшей мере частично погружен в воду» относится главным образом к объектам, таким как суда и инфраструктурные объекты, которые находят применение в воде. Следовательно, во время использования такой объект обычно находится в контакте с водой, подобно судну в море, озере, канале, реке или на другом водном пути и т.д. Термин «судно» может относиться, например, к шлюпке или кораблю, например, к парусной шлюпке, танкеру, круизному судну, яхте, парому, подводной лодке и т.д. Термин «инфраструктурный объект» может относиться главным образом к приспособленным для нахождения в воде средствам, которые в общем случае установлены стационарно, таким как дамба, шлюз, понтон, установка для бурения нефтяных скважин и т.д. Термин «инфраструктурный объект» может также относиться к трубопроводам (например, для подачи океанской воды, например, к энергоустановке) и к другим частям (гидроэлектрических) энергоустановок, таких как системы охлаждения, турбины и т.д. Термин «внешняя поверхность» относится главным образом к поверхности, которая может находиться в физическом контакте с водой. В случае трубопроводов он может применяться к одной или нескольким из внешней поверхности трубопровода и внутренней поверхности трубопровода. Поэтому вместо термина «внешняя поверхность» также можно применять термин «обрастающая поверхность». Кроме того, в таких вариантах осуществления термин «линия воды» может также относиться, например, к уровню заполнения. В частности, объект может предназначаться для морских применений, то есть применений в море или океане или в тесной связи с морем или океаном. Во время использования такие объекты по меньшей мере временно или по существу всегда по меньшей мере частично находятся в контакте с водой. Во время использования объект может находиться по меньшей мере иногда ниже (линии) воды или может по существу все время находиться ниже линии воды, например, при подводных применениях. Например, изобретение можно применять для предохранения от обрастания в море, поддерживая смачиваемые поверхности чистыми, вблизи берега, под водой, на морских буровых платформах и т.д.
Вследствие такого контакта с водой может происходить биологическое обрастание, сопровождающееся указанными выше негативными факторами. Биологическое обрастание происходит на внешней поверхности («поверхности») такого объекта. Поверхность защищаемого (элемента) объекта может содержать сталь, но необязательно может также содержать другой материал, такой как, например, выбираемый из группы, содержащей дерево, полиэфир, композиционный материал, алюминий, резину, гипалон, поливинилхлорид, стекловолокно и т.д. Следовательно, корпус судна может также быть поливинилхлоридным корпусом или полиэфирным корпусом и т.д., а не стальным корпусом. Вместо стали может использоваться другой черный металл, такой как (другие) сплавы железа.
В этой заявке термины «обрастание», «биообрастание» и «биологическое обрастание» используются на равных основаниях. Выше были представлены некоторые примеры обрастания. Биологическое обрастание может происходить на любой поверхности в воде или вблизи воды при временном воздействии воды (или другой электропроводной водосодержащей жидкости). На такой поверхности биологическое обрастание может происходить в случаях, когда элемент находится в воде, вблизи воды, например, (немного) выше линии воды (возможно, например, вследствие обрызгивания водой, например, в случае волны перед носом идущего судна). В тропиках биологическое обрастание может произойти в течение нескольких часов. Даже при умеренных температурах, первые (стадии) обрастания случаются в течение нескольких часов на первом молекулярном уровне сахаров и бактерий.
Система для предохранения от биологического обрастания содержит по меньшей мере один испускающий ультрафиолетовое излучение элемент. Кроме того, система для предохранения от биологического обрастания может содержать систему управления (см. также ниже), источник электрической энергии и т.д.
Термин «система для предохранения от биологического обрастания» может также относиться ко множеству таких систем, необязательно функционально связанных друг с другом, управляемых, например, одной системой управления. Кроме того, система для предохранения от биологического обрастания может содержать множество таких испускающих ультрафиолетовое излучение элементов. В этой заявке термин «испускающий ультрафиолетовое излучение элемент» может (поэтому) относиться ко множеству испускающих ультрафиолетовое излучение элементов. Например, в варианте осуществления множество испускающих ультрафиолетовое излучение элементов могут быть связаны с внешней поверхностью объекта, такого как корпус судна, или могут быть содержаться на такой поверхности (см. также ниже), тогда как, например, система управления может быть расположена где-либо внутри объекта, например, на посту управления или в рулевой рубке судна.
Поверхность или участок, на котором может создаваться обрастание, в этой заявке также означает обрастающую поверхность. Она может быть, например, корпусом судна и/или поверхностью излучения оптической среды (см. также ниже). В этой связи испускающий ультрафиолетовое излучение элемент образует ультрафиолетовое излучение (предохраняющий от обрастания свет), который применяется для предотвращения биологического обрастания и/или для удаления биологического обрастания. Это ультрафиолетовое излучение (предохраняющий от обрастания свет) содержит главным образом по меньшей мере ультрафиолетовое излучение (также называемое «ультрафиолетовым светом»). Следовательно, испускающий ультрафиолетовое излучение элемент выполнен с возможностью образования главным образом ультрафиолетового излучения. Кроме того, испускающий ультрафиолетовое излучение элемент содержит источник света. Термин «источник света» может также относиться ко множеству источников света, таких как 2-20 (твердотельных) светодиодных источников света, хотя можно также применять намного больше источников света. Следовательно, термин «светодиод» может также относиться ко множеству светодиодов. В частности, испускающий ультрафиолетовое излучение элемент может содержать множество источников света. Поэтому, как показывалось выше, испускающий ультрафиолетовое излучение элемент содержит один или несколько (твердотельных) источников света. Светодиоды могут быть органическими светодиодами или твердотельными светодиодами (или комбинацией этих светодиодов). В частности, источник света содержит твердотельные светодиоды. Поэтому, в частности, источник света содержит ультрафиолетовый светодиод, выполненный с возможностью образования одного или нескольких из ультрафиолетового излучения А и ультрафиолетового излучения С (см. также ниже). Ультрафиолетовое излучение А можно использовать для повреждения клеточных оболочек, тогда как ультрафиолетовое излучение С можно использовать для повреждения ДНК. Следовательно, источник света выполнен с возможностью образования главным образом ультрафиолетового излучения. В данном случае термин «источник света» относится главным образом к твердотельному источнику света. Кроме того, источник (источники) света может включать в себя твердотельный лазер (лазеры).
Датчик связан по излучению главным образом с источником света (или множеством источников света). Термин «связан по излучению» главным образом означает, что источник света и датчик связаны друг с другом так, что по меньшей мере часть излучения, испускаемого источником света, может приниматься датчиком через посредство внутреннего отражения (на окне выхода излучения). Альтернативно или дополнительно термин «связан по излучению» главным образом означает, что источник света и датчик связаны друг с другом так, что по меньшей мере часть излучения, испускаемого источником света, может приниматься датчиком благодаря рассеянию (на окне выхода света). Альтернативно или дополнительно термин «связан по излучению» главным образом означает, что источник света и датчик связаны друг с другом так, что по меньшей мере часть люминесценции, образуемой вызывающими биологическое обрастание видами под действием излучения, испускаемого источником света, может приниматься датчиком (через окно выхода излучения). Следовательно, согласно изобретению предложена сенсорная система, содержащая датчик и источник света, и этот источник света в вариантах осуществления может быть источником света, используемым для генерации ультрафиолетового излучения (и необязательно излучения другого вида), и/или этот источник может быть вторым источником света (в частности, не предназначенным для образования предохраняющего от биологического обрастания излучения). Во время использования интенсивность излучения источника света, которая может быть базисом для датчика, может изменяться с течением времени (например, может иметь падающую характеристику) и/или в зависимости от температуры и т.д. Поэтому может быть желательно корректировать этот эффект. Вследствие этого в вариантах осуществления система для предохранения от биологического обрастания также включает в себя элемент управления, выполненный с возможностью (i) коррекции сигнала датчика в зависимости от интенсивности излучения источника света, например в зависимости от интенсивности ультрафиолетового излучения источника ультрафиолетового света, и/или (ii) минимизации изменений интенсивности излучения источника света, например минимизации изменений интенсивности ультрафиолетового излучения источника ультрафиолетового света. Например, когда интенсивность излучения источника света, используемого для датчика, снижается с течением времени, сенсорная система может корректировать это. В последнем варианте, когда система для предохранения от биологического обрастания обнаруживает, например, снижение интенсивности источника света, система может повышать его интенсивность до заданного уровня. Такое регулирование можно использовать главным образом в случае, когда изменение интенсивности обусловлено не старением, а обусловлено, например, изменением температуры. В вариантах осуществления источник света и датчик не находятся на линии прямой видимости. Следовательно, в вариантах осуществления излучение от источника света может приходить на датчик только после по меньшей мере одного отражения. Например, физическая перегородка может быть расположена между источником света и датчиком для предотвращения прохождения прямого света от источника света к датчику.
Источник света или источники света содержат главным образом светодиоды. Следовательно, в вариантах осуществления система для предохранения от биологического обрастания содержит множество источников света, при этом источники света содержат светодиоды. Альтернативно или дополнительно источники света содержат твердотельные лазеры.
-9
Ультрафиолетовый (УФ) свет, который является частью электромагнитного света, ограничен нижним крайним значением длины волны видимого спектра и полосой рентгеновского излучения. По определению спектральный диапазон ультрафиолетового света находится в пределах от 100 до 400 нм (1 нм=10 м) и является невидимым для глаз человека. По классификации Международной комиссии по освещению ультрафиолетовое излучение в соответствии со спектром подразделяется на три полосы, ультрафиолетовое излучение А (длинноволновое) от 315 до 400 нм; ультрафиолетовое излучение В (средневолновое) от 280 до 315 нм и ультрафиолетовое излучение С (коротковолновое) от 100 до 280 нм. В реальности многие фотобиологи часто говорят о скин-эффекте, являющемся результатом ультрафиолетовой засветки, как о взвешенном действии при длине волны выше и ниже 320 нм, предлагая, следовательно, альтернативное определение.
Сильное бактерицидное действие создается светом в коротковолновой полосе ультрафиолетового излучения С. Кроме того, этой формой света могут вызываться эритема (покраснение кожи) и конъюнктивит (воспаление слизистой мембраны глаза). Вследствие этого при использовании бактерицидных ламп ультрафиолетового света важно проектировать системы с учетом исключения утечки ультрафиолетового излучения А и исключения этих эффектов. В случае погруженных источников света поглощение ультрафиолетового света водой может быть достаточно сильным, чтобы утечка ультрафиолетового излучения С не представляла проблемы для людей выше поверхности жидкости. Вследствие этого в вариантах осуществления ультрафиолетовое излучение (предохраняющий от обрастания свет) содержит ультрафиолетовое излучение С. В еще одном варианте осуществления ультрафиолетовое излучение содержит излучение, выбираемое из диапазона длин волн 100-300 нм, особенно 200-300 нм, такого как 230-300 нм. Следовательно, ультрафиолетовое излучение можно выбирать главным образом из ультрафиолетового излучения С и другого ультрафиолетового излучения с длиной волны до около 300 нм. Хорошие результаты получаются при длинах волн в диапазоне 100-300 нм, таком как 200-300 нм.
Как показывалось выше, испускающий ультрафиолетовое излучение элемент выполнен с возможностью облучения ультрафиолетовым излучением (в течение стадии облучения) одной или нескольких из (i) части внешней поверхности и (ii) воды, прилегающей к части внешней поверхности. Термин «часть» относится к части внешней поверхности объекта, такого как, например, корпус судна или шлюз (ворота). Однако термин «часть» может также относиться к по существу всей внешней поверхности, такой как внешняя поверхность корпуса судна или шлюз. В частности, внешняя поверхность может содержать множество частей, которые могут облучаться ультрафиолетовым светом одного или нескольких источников или которые могут облучаться ультрафиолетовым излучением одного или нескольких испускающих ультрафиолетовое излучение элементов. Каждый испускающий ультрафиолетовое излучение элемент может облучать одну или несколько частей. Кроме того, необязательно могут быть части, которые получают ультрафиолетовое излучение от двух или большего количества испускающих ультрафиолетовое излучение элементов.
В общем случае может быть проведено различие между двумя основными вариантами осуществления. Один из вариантов осуществления включает в себя часть внешней поверхности, облучаемую ультрафиолетовым излучением, при этом между ней и испускающим ультрафиолетовое излучение элементом с источником света имеется вода (или воздух в случае нахождения выше линии воды), такая как морская вода, по меньшей мере в течение стадии облучения. В таком варианте осуществления часть образована главным образом «исходной» внешней поверхностью объекта. Однако в дальнейшем варианте осуществления «исходная» внешняя поверхность может быть продолжена модулем, главным образом относительно плоским модулем, который прикреплен к «исходной» внешней поверхности объекта (такого как корпус судна), вследствие чего сам модуль фактически образует внешнюю поверхность. Например, такой модуль может быть связан с корпусом судна, вследствие чего модуль образует внешнюю поверхность (по меньшей мере часть ее). В обоих вариантах осуществления испускающий ультрафиолетовое излучение элемент содержит главным образом окно выхода излучения (см. также ниже). Однако, особенно в последнем варианте осуществления, в котором испускающий ультрафиолетовое излучение элемент может составлять часть внешней поверхности, такое окно выхода излучения может составлять эту часть (поскольку первая часть и окно выхода излучения могут по существу совпадать; в частности, могут быть одной и той же поверхностью).
Следовательно, в варианте осуществления испускающий ультрафиолетовое излучение элемент прикреплен к внешней поверхности. В дальнейшем конкретном варианте осуществления окно выхода излучения системы для предохранения от биологического обрастания выполнено как часть внешней поверхности. Следовательно, в некоторых вариантах осуществления объект может представлять собой судно, содержащее корпус, а испускающий ультрафиолетовое излучение элемент прикреплен к корпусу. Термин «окно выхода излучения» может также относиться ко множеству окон выхода излучения (см. также ниже).
В обоих общих вариантах осуществления испускающий ультрафиолетовое излучение элемент выполнен с возможностью облучения ультрафиолетовым излучением (в течение стадии облучения) воды, прилегающей к части внешней поверхности. В вариантах осуществления, в которых сам модуль фактически образует внешнюю поверхность, испускающий ультрафиолетовое излучение элемент выполнен (по меньшей мере частично) с возможностью облучения ультрафиолетовым излучением (в течение стадии облучения) части внешней поверхности, фактически части внешней поверхности, и необязательно также воды, прилегающей к части внешней поверхности. Таким образом, может быть выполнено предохранение от биологического обрастания и/или снижено биологическое обрастание.
В варианте осуществления значительная часть защищаемой поверхности, поддерживаемой свободной от обрастания, предпочтительно вся защищаемая поверхность, например корпуса судна, может быть покрыта слоем, который излучает бактерицидный свет («предохраняющий от обрастания свет»), в частности ультрафиолетовый свет.
В еще одном варианте осуществления ультрафиолетовое излучение (предохраняющий от обрастания свет) может быть направлен к защищаемой поверхности по волноводу, такому как волокно.
Следовательно, в варианте осуществления предохраняющая от обрастания осветительная система может содержать оптическую среду, при этом оптическая среда содержит волновод, такой как оптическое волокно, выполненный с возможностью подачи ультрафиолетового излучения (предохраняющего от обрастания света) к обрастающей поверхности. Поверхность, например волновода, с которой ультрафиолетовое излучение (предохраняющий от обрастания свет) выходит, в этой заявке также называется поверхностью излучения. В общем случае эта часть волновода может быть по меньшей мере временно погружена в воду. Элемент объекта, который во время использования по меньшей мере временно подвергается воздействию жидкости (такой как морская вода), может быть облучен ультрафиолетовым излучением (предохраняющим от обрастания светом), исходящим с поверхности излучения, и тем самым предохранен от обрастания. Однако поверхность излучения сама по себе также может предохраняться от обрастания. Этот эффект используется в некоторых вариантах осуществления испускающего ультрафиолетовое излучение элемента, содержащего оптическую среду, описанную ниже.
Кроме того, варианты осуществления с оптическими средами описаны в патентном документе WO2014/188347. Варианты осуществления из патентного документа WO2014/188347 включены в эту заявку путем ссылки, поскольку они могут сочетаться с блоком управления и/или используемым в воде переключателем, а также с другими вариантами осуществления, описанными в этой заявке.
Как показывалось выше, испускающий ультрафиолетовое излучение элемент может содержать, в частности, окно выхода ультрафиолетового излучения. Следовательно, в конкретном варианте осуществления испускающий ультрафиолетовое излучение элемент содержит окно выхода ультрафиолетового излучения, при этом испускающий ультрафиолетовое излучение элемент выполнен с возможностью главным образом подачи ультрафиолетового излучения ниже по потоку от окна выхода ультрафиолетового излучения испускающего ультрафиолетовое излучение элемента. Такое окно выхода ультрафиолетового излучения может быть оптическим окном, через которое излучение выходит из испускающего ультрафиолетовое излучения элемента. Альтернативно или дополнительно окно выхода ультрафиолетового излучения может быть поверхностью волновода. Следовательно, ультрафиолетовое излучение может вводиться в испускающем ультрафиолетовое излучение элементе в волновод и выводиться из элемента с (части) поверхности волновода. Кроме того, как показано выше, в вариантах осуществления окно выхода излучения необязательно может быть выполнено как часть внешней поверхности объекта.
В частности, уровень излучения (твердотельного) источника света можно регулировать по меньшей мере между первым уровнем ультрафиолетового излучения и вторым уровнем ультрафиолетового излучения, при этом первый уровень ультрафиолетового излучения выше, чем второй уровень ультрафиолетового излучения (и при этом второй уровень ультрафиолетового излучения ниже, чем первый уровень излучения, или даже может быть нулевым). Вследствие этого в варианте осуществления (в течение стадии излучения) источник света может быть включен и может быть выключен. Кроме того, также необязательно, ультрафиолетовое излучение можно регулировать между этими двумя уровнями при использовании, например, ступенчатого или непрерывного регулирования интенсивности ультрафиолетового излучения. Следовательно, особенность источника света заключается в том, что он является регулируемым (и поэтому является регулируемой интенсивность ультрафиолетового излучения).
Как показывалось выше, объект или система для предохранения от биологического обрастания может содержать множество окон выхода излучения. В вариантах осуществления это может относиться ко множеству систем для предохранения от биологического обрастания. Однако альтернативно или дополнительно в вариантах осуществления это может относиться к системе для предохранения от биологического обрастания, содержащей множество испускающих ультрафиолетовое излучение элементов. Поэтому такие системы для предохранения от биологического обрастания могут содержать, в частности, множество источников света для образования ультрафиолетового излучения. Однако альтернативно или дополнительно в вариантах осуществления это может (также) относиться к испускающему ультрафиолетовое излучение элементу, содержащему множество источников света, выполненных с возможностью образования ультрафиолетового излучения. Следует отметить, что испускающий ультрафиолетовое излучение элемент с одним окном выхода ультрафиолетового излучения может (все же) включать в себя множество источников света.
В частности, когда испускающий ультрафиолетовое излучение элемент содержит множество источников света и множество окон выхода ультрафиолетового излучения, особенно в случае направления света к каждой такой поверхности одним или несколькими источниками света и/или в случае, когда система для предохранения от биологического обрастания содержит множество испускающих ультрафиолетовое излучение элементов, можно осуществлять независимое направление света к различным частям внешней поверхности. Следовательно, при расположении различных окон выхода ультрафиолетового излучения на разных высотах объекта (высотах, определяемых главным образом во время использования объекта) можно облучать ультрафиолетовым излучением по существу только те части, для которых применимо, что одна или несколько из части и окна выхода ультрафиолетового излучения находятся ниже (линии) воды.
Следовательно, в конкретном варианте осуществления система для предохранения от биологического обрастания содержит множество источников света, множество окон выхода излучения и множество частей, при этом множество источников света выполнены с возможностью подачи ультрафиолетового излучения через множество окон выхода излучения ко множеству частей, и при этом множество частей расположены на разных высотах объекта. В частности, система управления может быть выполнена с возможностью индивидуального регулирования (твердотельных) источников света в зависимости от входной информации. Например, в конкретном варианте осуществления система управления может быть выполнена с возможностью индивидуального регулирования источников света в зависимости от положений частей внешней поверхности относительно воды (то есть линии воды).
В частности, система для предохранения от биологического обрастания выполнена с возможностью подачи ультрафиолетового излучения к части объекта или к воде, прилегающей к этой части. В частности, это означает, что ультрафиолетовое излучение применяется в течение стадии облучения. Следовательно, необязательно также могут быть периоды, в которые ультрафиолетовое излучение совсем не применяется. Это может быть (поэтому) не только следствием, например, переключения системой управления одного или нескольких из испускающих ультрафиолетовое излучение элементов, а также может быть обусловлено, например, заданными установочными параметрами, такими как день и ночь или температура воды и т.д. Например, в варианте осуществления ультрафиолетовое излучение применяется в импульсном режиме.
Следовательно, согласно конкретному варианту осуществления или аспекту система для предохранения от биологического обрастания выполнена с возможностью предохранения от биологического обрастания (или снижения обрастания) обрастающей поверхности объекта, который во время использования по меньшей временно подвергается воздействию воды, путем подачи предохраняющего от обрастания света (то есть ультрафиолетового излучения) к обрастающей поверхности или воде, прилегающей к ней. В частности, система для предохранения от биологического обрастания может быть выполнена с возможностью подачи предохраняющего от обрастания света через оптическую среду к обрастающей поверхности, при этом испускающий ультрафиолетовое излучение элемент также содержит (ii) оптическую среду, выполненную с возможностью приема по меньшей мере части ультрафиолетового излучения (предохраняющего от обрастания света), при этом оптическая среда содержит поверхность излучения, выполненную с возможностью подачи по меньшей мере части ультрафиолетового излучения (предохраняющего от обрастания света). Кроме того, в частности, оптическая среда содержит один или несколько из волновода и оптического волокна, и при этом ультрафиолетовое излучение (предохраняющий от обрастания свет), в частности, представляет собой одно или несколько из ультрафиолетового излучения В и ультрафиолетового излучения С. Эти волноводы и оптические среды в этой заявке подробно не рассматриваются.
Кроме того, оптическая среда может быть образована как (силиконовая) фольга, предназначенная для нанесения на защищаемую поверхность, при этом фольга содержит по меньшей мере один источник света для генерации предохраняющего от обрастания света и листовую оптическую среду для распределения ультрафиолетового излучения по среде. В вариантах осуществления фольга имеет толщину порядка от пары миллиметров до нескольких сантиметров, например 0,1-5 см, возможно 0,2-2 см. В вариантах осуществления фольга по существу не ограничена ни по какому направлению, перпендикулярному к направлению толщины, для получения фольги очень большого размера, порядка десятков или сотен квадратных метров. Размеры фольги могут быть значительно ограничены по двум ортогональным направлениям, перпендикулярным к направлению толщины фольги, для получения предохраняющей от обрастания плитки; в другом варианте осуществления размеры фольги могут быть значительно ограничены только по одному направлению, перпендикулярному к направлению толщины фольги, для получения удлиненной полоски предохраняющей от обрастания фольги. Следовательно, оптическая среда и даже также и испускающий ультрафиолетовое излучение элемент могут быть образованы в виде плитки или в виде полоски. Плитка или полоска может содержать (силиконовую) фольгу.
В варианте осуществления испускающий ультрафиолетовое излучение элемент содержит двумерную сетку источников света для генерации ультрафиолетового излучения и оптическую среду, расположенную для распределения по меньшей мере части ультрафиолетового излучения от двумерной сетки источников света по оптической среде с тем, чтобы обеспечивать двумерное распределение ультрафиолетового излучения, выходящего с излучающей свет поверхности модуля света. Двумерная сетка источников света может быть мелкоячеистой проволочной сеткой, плотноупакованной структурой, структурой из строк и столбцов или любой другой подходящей регулярной или нерегулярной структурой. Физическое расстояние между соседними источниками в сетке может быть фиксированным по всей сетке или может изменяться, например, в зависимости от выходной мощности света, необходимой для получения эффекта предохранения от обрастания, или в зависимости от местоположения испускающего ультрафиолетового излучения элемента на защищаемой поверхности (например местоположения на корпусе судна). Преимущества использования двумерной сетки источников света заключаются в том, что ультрафиолетовое излучение можно генерировать вблизи участков, защищаемых ультрафиолетовым излучением, и в том, что снижаются потери в оптической среде или волноводе, и в том, что повышается равномерность распределения света. Предпочтительно, чтобы ультрафиолетовое излучение было распределено в основном равномерно по поверхности излучения; при этом уменьшается количество или даже исключаются недостаточно освещенные участки, на которых в противном случае могло бы происходить обрастание, и в то же самое время уменьшаются или исключаются излишние траты энергии вследствие чрезмерного освещения других участков более сильным светом, чем свет, необходимый для предохранения от обрастания. В еще одном варианте осуществления сетка может содержаться в (силиконовой) фольге.
Кроме того, в варианте осуществления оптическая среда может быть расположена вблизи (в том числе при необходимости закреплена) защищаемой поверхности и может принимать ультрафиолетовый свет, при этом оптическая среда имеет направление толщины, перпендикулярное к защищаемой поверхности, два ортогональных направления оптической среды, ортогональные к направлению толщины, параллельны защищаемой поверхности, оптическая среда выполнена с возможностью обеспечения пути распространения ультрафиолетового света, такого, чтобы ультрафиолетовый свет проходил в оптической среде в по меньшей мере одном из двух ортогональных направлений, ортогональных направлению толщины, и такого, чтобы в местах на всем протяжении оптической среды соответствующие доли ультрафиолетового света выходили из оптической среды.
Согласно дальнейшему аспекту изобретения также предложен способ предохранения от (биологического) обрастания (части) внешней поверхности объекта, который во время использования по меньшей мере временно подвергается воздействию воды, при этом способ содержит придание объекту системы для предохранения от биологического обрастания, определенной в этой заявке, генерацию ультрафиолетового излучения (во время использования объекта), при необходимости в зависимости от одного или нескольких из (i) сигнала обратной связи и (ii) сигнала синхронизатора, предназначенного для (периодического) изменения интенсивности ультрафиолетового излучения (предохраняющего от обрастания света), и подачу ультрафиолетового излучения (в течение стадии облучения) к (части) внешней поверхности. Такой сигнал обратной связи может быть образован датчиком.
Кроме того, согласно дальнейшему аспекту изобретения предложен способ придания системы для предохранения от биологического обрастания объекту, который во время использования по меньшей мере временно подвергается воздействию воды, при этом способ содержит встраивание в объект и/или прикрепление к внешней поверхности объекта, такого как судно, системы для предохранения от биологического обрастания вместе с испускающим ультрафиолетовое излучение элементом, выполненным с возможностью подачи ультрафиолетового излучения к одной или нескольким из части внешней поверхности объекта и воды, прилегающей к части (во время использования), что также определено в прилагаемой формуле изобретения. В частности, испускающий ультрафиолетовое излучение элемент может быть прикреплен к внешней поверхности или даже может быть выполнен как (первая) часть внешней поверхности.
Термины «видимый», «видимый свет» или «видимое излучение» относятся к свету, имеющему длину волны в диапазоне от около 380 до около 780 нм.
Следовательно, согласно вариантам осуществления предложена сенсорная система для мониторинга и регулирования биологического обрастания на поверхности прозрачного световода, при этом сенсорная система встроена в тот же самый световод, в котором переносится излучение для предохранения от обрастания. Источник сенсорной системы может быть источником ультрафиолетового света. Источник сенсорной системы может быть светодиодом видимого света. Источник сенсорной системы может содержать многочисленные светодиоды (то есть голубые и зеленые). Один или несколько инфракрасных светодиодов могут быть источником сенсорной системы. Кроме того, источник сенсорной системы может работать, в частности, на многочисленных длинах волн, при этом датчик приспособлен для измерения излучения (особенно флюоресценции), спектров отражения и/или рассеяния биологического обрастания.
В конкретном варианте осуществления однотипный светодиод может использоваться в качестве датчика. Следовательно, один или несколько светодиодных источников могут быть выполнены таким образом, что предохранение от обрастания может быть реализовано, а излучение может быть преобразовано в сигнал тем же самым светодиодом (светодиодами). Это может означать, что в течение определенных периодов времени светодиоды находятся в одном режиме (например, излучения), а в течение других периодов времени находятся в режиме обнаружения. Следовательно, обнаружение и излучение могут периодически чередоваться с течением времени. На определенных временных интервалах светодиоды функционируют в режиме испускания излучения, а на других временных интервалах в режиме обнаружения излучения. Волновая чувствительность в режиме обнаружения может сдвигаться к несколько более высоким длинам волн (10-30 нм), что может способствовать обнаружению флуоресценции.
Согласно дальнейшим вариантам осуществления уровни обрастания на различных участках предохраняемой от обрастания поверхности могут обнаруживаться и регулироваться раздельно.
В дальнейшем варианте осуществления мониторинг выполняется в реальном времени и сигнал обрастания с датчика используется для регулирования ультрафиолетового излучения системы для предохранения от обрастания.
Следовательно, предохраняющее от биологического обрастания излучение включает в себя главным образом ультрафиолетовое излучение. Излучение, используемое при обнаружении датчиком (отражения, рассеяния, люминесценции), может быть одним или несколькими из ультрафиолетового, видимого и инфракрасного излучений, то есть главным образом по существу любым излучением в диапазоне от 200 до 1500 нм.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Теперь только для примера варианты осуществления изобретения будут описаны с обращением к сопровождающим схематичным чертежам, на которых соответствующими позициями показаны соответствующие детали и на которых:
фиг. 1a-1h - схематичное изображение некоторых общих аспектов;
фиг. 2a-2d - схематичное изображение некоторых вариантов осуществлений и модификаций;
фиг. 3a-3b - схематичное изображение некоторых дальнейших вариантов осуществления и модификаций; и
фиг. 4a-4b - схематичное изображение некоторых дальнейших вариантов осуществления и модификации.
Чертежи необязательно выполнены в масштабе.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг. 1а схематично изображена система 200 для предохранения от биологического обрастания согласно варианту осуществления, которая содержит испускающий ультрафиолетовое излучение элемент 210. Испускающий ультрафиолетовое излучение элемент 210 содержит окно 230 выхода ультрафиолетового излучения. Испускающий ультрафиолетовое излучение элемент 210 по меньшей мере частично включает в себя источник 220 света, выполненный с возможностью образования ультрафиолетового излучения 221. Только для примера в данном случае показаны три источника 220 света. В данном случае испускающий ультрафиолетовое излучение элемент 210 выполнен как волновод с элементами, включенными в него. Следовательно, источники 220 включены в волновод. Окно 230 выхода ультрафиолетового излучения выполнено с возможностью пропускания по меньшей мере части ультрафиолетового излучения 221 источника 220 света. Окно 230 выхода ультрафиолетового излучения содержит находящуюся выше по потоку сторону 231 окна, в данном случае направленную к источнику (источникам) света, и находящуюся ниже по потоку сторону 232 окна. Кроме того, испускающий ультрафиолетовое излучение элемент 210 по меньшей мере частично включает в себя оптический датчик 310, выполненный с возможностью восприятия излучения 421, испускаемого с находящейся ниже по потоку стороны 232 окна. В данном случае датчик 310 также включен в волновод. Датчик 310 выполнен с возможностью образования соответствующего сигнала оптического датчика, соответствующего излучению 421, исходящему с находящейся ниже по потоку стороны. Кроме того, система 200 для предохранения от биологического обрастания также выполнена с возможностью создания ультрафиолетового излучения 221 в зависимости от сигнала оптического датчика. Излучение 421 может включать в себя одно или несколько из рассеяния излучения 221 источника света (биологическим обрастанием на находящейся ниже по потоку стороне 232 окна), отражения излучения 221 источника света (на находящейся выше по потоку стороне 231 окна) и люминесценции (на находящейся ниже по потоку стороне 232 окна), показанной позицией 5.
В данном случае в этом схематично изображенном варианте осуществления однотипный источник света используется для создания предохраняющего от биологического обрастания излучения 221 и для образования вместе с датчиком 310 контура управления; однако последнее не является обязательным. Позицией 305 обозначена электроника или элемент управления (см. также ниже) для регулирования излучения 221 источников 220 света в зависимости от сигнала оптического датчика 310. В данном случае регулирование может означать одно или несколько из регулирования интенсивности и регулирования спектрального распределения. Кроме того, в этой заявке сочетание датчика 310 и источника света, генерирующего излучение, которое используется прямо или косвенно, например, при отражении, рассеянии, люминесценции, означает сенсорную систему. Кроме того, в этой заявке источник света означает источник сенсорной системы.
В частности, термин «регулирование» относится к заданию режима или управлению источником света, главным образом к управлению одним или несколькими параметрами из интенсивности и спектрального распределения, в особенности по меньшей мере интенсивностью.
Следует отметить, что в вариант осуществления, схематично изображенный на фиг. 1b, и также в другие варианты осуществления, описанные в этой заявке и/или показанные в этой заявке, включен испускающий излучение элемент, главным образом испускающий ультрафиолетовое излучение элемент 220, который окружает по меньшей мере частично или даже по существу полностью источник света и датчик.
На фиг. 1b-1d схематично изображены варианты осуществления объекта 10, который во время использования по меньшей мере частично погружен в воду 2, при этом видна линия 13 воды. Объект 10, такой как судно или шлюз, см. также ниже, также содержит систему 200 для предохранения от биологического обрастания, содержащую испускающий ультрафиолетовое излучение элемент 221, главным образом для приложения ультрафиолетового излучения 221 к части 111 внешней поверхности 11 объекта 10, такого как корпус судна или часть корпуса судна. В данном случае показаны два варианта осуществления, в которых система 200 для предохранения от биологического обрастания или, в частности, испускающий ультрафиолетовое излучение элемент 210 является частью внешней поверхности и тем самым образует фактическую часть внешней поверхности (фиг. 1а), или в которых испускающий ультрафиолетовое излучение элемент 210 выполнен с возможностью облучения внешней поверхности и не обязательно образует часть внешней поверхности, например, корпуса судна (фиг. 1с). Например, объект 10 выбирается из группы, состоящей из судна 1 и инфраструктурного объекта 15 (см. также ниже).
Испускающий ультрафиолетовое излучение элемент 210 содержит один или несколько источников 220 света и поэтому может быть выполнен с возможностью облучения главным образом ультрафиолетовым излучением 221 в течение стадии облучения одной или нескольких из (i) части 111 внешней поверхности 11 и (ii) воды, прилегающей к части 111 внешней поверхности 11. Первый вариант применяют главным образом в варианте осуществления из фиг. 1с, а второй вариант применяют главным образом в обоих вариантах осуществления из фиг. 1b-1c. Однако следует отметить, что в случае, когда внешняя поверхность испускающего ультрафиолетовое излучение элемента 210 выполнена как внешняя поверхность объекта 10, конечно, при этом часть 111 по существу облучается ультрафиолетовым излучением 221.
Следовательно, испускающий ультрафиолетовое излучение элемент 210 содержит окно 230 выхода ультрафиолетового излучения и испускающий ультрафиолетовое излучение элемент 210 выполнен с возможностью подачи ультрафиолетового излучения 221 ниже по потоку от окна 230 выхода ультрафиолетового излучения в испускающем ультрафиолетовое излучение элементе 210.
В частности, источник 220 света является регулируемым по меньшей мере между первым уровнем ультрафиолетового излучения и вторым уровнем ультрафиолетового излучения, при этом первый уровень ультрафиолетового излучения выше, чем второй уровень ультрафиолетового излучения (и при этом второй уровень ультрафиолетового излучения ниже, чем первый уровень излучения (включает в себя, например, 0)).
Как указывалось выше, термин «судно», которое обозначено позицией 1, может относиться, например, к шлюпке или кораблю (позиция 10а на фиг. 1d) и т.д., например, к такому как парусная шлюпка, танкер, круизное судно, яхта, паром, подводная лодка (позиция 10d на фиг. 1d) и т.д., которые схематично показаны на фиг. 1d. Термин «инфраструктурный объект», который показан позицией 15, относится главным образом к водным средствам, которые обычно расположены по существу стационарно, таким как дамба/шлюз (позиции 10е/10f на фиг. 1d), понтон (позиция 10с на фиг. 1d), нефтедобывающая платформа (позиция 10b на фиг. 1d) и т.д.
На фиг. 1е схематично, но более детально, изображена система 200 для предохранения от биологического обрастания согласно варианту осуществления, в данном случае только для примера включающая встроенную систему 300 управления и встроенный датчик 310.
На фиг. 1f схематично изображена внешняя поверхность 11 объекта 10, такого как борт судна или стенка инфраструктурного объекта, с показанным для примера множеством испускающих ультрафиолетовое излучение элементов 210 (в данном случае связанных с корпусом 21 судна 1). Альтернативно или дополнительно может быть применено множество функционально связанных или независимо функционирующих систем 200 для предохранения от биологического обрастания.
Кроме того, на фиг. 1f схематично изображен вариант осуществления, в котором система 200 для предохранения от биологического обрастания содержит множество испускающих ультрафиолетовое излучение элементов 210 (с множеством источников света), множество окон 230 выхода излучения и множество частей 111, при этом множество источников 230 света выполнены с возможностью подачи ультрафиолетового излучения 221 через множество окон 230 выхода излучения ко множеству частей 111, и при этом множество частей 111 находятся на различных высотах объекта 10, и при этом система 300 управления выполнена с возможностью индивидуального регулирования источников 220 света в зависимости от входной информации. Например, в варианте осуществления система 300 управления может быть выполнена с возможностью индивидуального регулирования источников 230 света в зависимости от положений частей 111 внешней поверхности 11 относительно воды.
На фиг. 1g схематично изображен вариант осуществления, в котором судно 1 в качестве варианта объекта 10 содержит множество систем 200 для предохранения от биологического обрастания и/или одну или несколько из таких систем 200 для предохранения от биологического обрастания, содержащих множество испускающих ультрафиолетовое излучение элементов 210. В зависимости от высоты расположения такой конкретной системы 200 для предохранения от биологического обрастания и/или высоты расположения испускающих ультрафиолетовое излучение элементов 210, например, относительно (линии) воды, соответствующие испускающие ультрафиолетовое излучение элементы 210 могут быть приведены в рабочее состояние.
На фиг. 1h показан вариант осуществления с мелкоячеистой проволочной сеткой, в соответствии с которым источники 210 света, такие как ультрафиолетовые светодиоды, расположены на сетке и соединены последовательно-параллельно. Светодиоды можно закреплять в узлах припаиванием, приклеиванием или любым другим известным способом присоединения светодиодов к мелкоячеистым проволочным сеткам. В каждый узел можно помещать один или несколько светодиодов. Можно осуществлять возбуждение постоянным током или переменным током. При использовании переменного тока можно применять встречно-параллельное соединение светодиодов. Специалисту в данной области техники известно, что в каждом узле можно использовать несколько светодиодов во встречно-параллельной конфигурации. Фактический размер мелкоячеистой проволочной сетки и расстояния между ультрафиолетовыми светодиодами на сетке можно регулировать растяжением структуры гармоники. Мелкоячеистую проволочную сетку можно погружать в оптическую среду. Выше описаны применения особенно активного предохранения, в которых система 200 для предохранения от биологического обрастания выключается, или конкретные испускающие ультрафиолетовое излучение элементы 210 отключаются, или конкретные источники 220 света выключаются в зависимости от контакта с водой, сигнала датчика и т.д. Однако альтернативно или дополнительно можно использовать сигналы оповещения или сообщения для предупреждения человека об опасности.
1
На фиг. 2a-2b схематично изображены варианты, в которых в качестве входного сигнала для датчика 310 используется полное внутреннее отражение (ПВО) и рассеяние, соответственно. Полное внутреннее отражение может снижаться при возрастании биологического обрастания 5. Рассеяние может повышаться при возрастании биологического обрастания. В данном случае для примера применен один источник 220 света, который используется для генерации ультрафиолетового излучения в качестве предохраняющего от биологического обрастания света (в сенсорной системе); однако также может быть применен альтернативный источник света (см. также фиг. 2d). На фиг. 2a-2b для примера показан заграждающий элемент или физическая перегородка, показанная позицией 217, которая выполнена с возможностью предотвращения непосредственного прохождения излучения источника света, показанного позицией 221, к датчику 310. Кроме того, на фиг. 2b схематично изображена нормаль к окну 230 выхода излучения. Показан критический угол θ; при этом оптическая ось излучения 221 источника света имеет угол θ и поэтому находится в пределах критического угла. На фиг. 2а при использовании полного внутреннего отражения этот угол может быть (значительно) больше.
На фиг. 2с схематично изображен вариант осуществления, в котором используется люминесценция биологического обрастания 5. Эта люминесценция может находиться в видимой и/или инфракрасной области. Возбуждение может осуществляться источником света 220 или альтернативным источником света (см. также фиг. 2d).
В данном случае для примера вместо пластины волновода, показанной на многих других схематичных чертежах, схематично изображен корпус с отдельным окном 230 выхода излучения. Следовательно, испускающий ультрафиолетовое излучение элемент может быть пластинчатым модулем с одним или несколькими релевантными элементами, включенными в него по меньшей мере частично или даже полностью. Однако испускающий ультрафиолетовое излучение элемент также может включать в себя корпус, окружающий по меньшей мере частично или даже полностью один или несколько релевантных элементов. Один или несколько релевантных элементов представляют собой по меньшей мере один источник света, который выполнен с возможностью образования излучения источника света, главным образом ультрафиолетового излучения.
На фиг. 2d схематично изображен вариант осуществления, в соответствии с которым система 200 содержит второй источник 280 света, выполненный с возможностью генерации одного или нескольких из видимого и инфракрасного излучений, в данном случае показанных как свет 281 второго источника света, и при этом оптический датчик 310 выполнен с возможностью восприятия одного или нескольких из видимого или инфракрасного излучений и образования соответствующего сигнала датчика. В данном случае для примера применены два вторых источника 280 света, например, для образования света различных видов, подобных голубому и зеленому, или видимому и инфракрасному, и т.д. Оптический датчик 310 может быть выполнен с возможностью восприятия одного или нескольких из видимого и инфракрасного излучений и образования соответствующего сигнала датчика.
Следует отметить, что в случае, когда желательно иметь дополнение к видимому или инфракрасному излучению в качестве входного сигнала для сенсорной системы, можно также использовать источники 220 света, которые выполнены с возможностью создания ультрафиолетового излучения 221 и одного или нескольких из видимого и инфракрасного излучений.
Кроме того, система 200 для предохранения от биологического обрастания может включать в себя элемент 320 управления, выполненный с возможностью коррекции сигнала датчика в зависимости от интенсивности ультрафиолетового излучения источника 220 света. Кроме того, элемент 320 управления может быть выполнен с возможностью минимизации изменений интенсивности ультрафиолетового излучения источника 220 света, схематично изображенного на фиг. 3а. В вариантах осуществления элемент 320 управления может иметься в составе системы 300 управления (не показанной на этом схематичном чертеже).
Что касается фиг. 2a-2d и 3a-3b и других вариантов осуществления, описанных в этой заявке, но не показанных, то источник света и датчик располагают главным образом на одной и той же стороне окна 230 выхода излучения. Что касается фиг. 2a-2d и 3a-3b и других вариантов осуществления, описанных в этой заявке, но не показанных, то источник света и датчик располагают главным образом на одной и той же расположенной выше по потоку стороне 321 окна.
Также следует отметить, что (поэтому) как источник света, так и оптический датчик можно встраивать в излучающий свет элемент, в особенности в волновод, такой как силиконовый волновод.
В частности, волновод содержит пропускающий излучение материал, такой как стекло, кварц, плавленый кварц, силикон фторполимер и т.д.
На фиг. 4а схематично изображена система 200 для предохранения от биологического обрастания согласно варианту осуществления, содержащая множество источников 220 света. В данном случае источники 220 света содержат светодиоды 225. Светодиоды содержат светодиодные кристаллы 226. Общее расстояние между светодиодными кристаллами 226 близлежащих светодиодов 225 составляет d1, которое, в частности, выбирается из диапазона 0,5-200 мм. Как показано, система 200 для предохранения от биологического обрастания также содержит множество оптических датчиков 310. Общее расстояние между близлежащими оптическими датчиками составляет d2, которое, в частности, выбирается из диапазона 10-100 см, при этом минимальное расстояние составляет 4 мм. В данном случае система 200 для предохранения от биологического обрастания содержит множество поднаборов 330 источников 220 света и оптических датчиков 310, при этом каждый поднабор 330 содержит один или несколько источников 220 света и один или несколько оптических датчиков 310. В частности, каждый поднабор 330 выполнен с возможностью образования ультрафиолетового излучения 221 от одного или нескольких источников 220 света в поднаборе 330 в зависимости от сигнала оптического датчика от одного или нескольких оптических датчиков 310 в поднаборе 330. Система управления может быть включена в один или несколько элементов 210 или же может быть, например, центральная система 300 управления, схематично показанная пунктирным квадратом. Следует отметить, что система 300 управления может также находиться на расстоянии от элементов 210.
На фиг. 4b схематично изображен вариант осуществления, в котором источник 220 света, то есть в данном случае твердотельный источник света, выполнен как датчик. Чтобы твердотельный источник света функционировал как датчик 310, в него можно включать электронику или элемент 305 управления. При необходимости этот источник света можно регулировать электроникой или элементом 305 управления для переключения между состоянием обнаружения и состоянием излучения.
Электронику или элемент 305 управления можно включать в систему 300 управления (не показанную в данном случае).
Использованный в этой заявке термин «по существу», такой как «по существу весь свет» или «по существу состоит», должен быть понятен специалисту в данной области техники. Кроме того, термин «по существу» может включать в себя варианты, такие как «полностью», «в полном объеме», «все» и т.д. Следовательно, использованное в этой заявке определение «по существу» может быть удалено из вариантов осуществления. В случае применения термин «по существу» может также относиться к «90% или выше», например «95% или выше», особенно «99% или выше», более того «99,5% или выше», включая 100%. Термин «содержит» также включает в себя варианты, в которых термин «содержит» означает «состоит из». Термин «и/или» главным образом относится к одному или нескольким объектам, упоминаемым до и после «и/или». Например, фраза «объект 1 и/или объект 2» и подобные фразы могут относиться к одному или нескольким из объекта 1 и объекта 2. Термин «содержащий» в вариантах осуществления может означать «состоящий из», но в другом варианте осуществления может также означать «содержащий по меньшей мере определенные виды и необязательно один или несколько других видов».
Кроме того, термины «первый», «второй», «третий» и подобные используются в описании и формуле изобретения для проведения различия между подобными элементами и необязательно для описания последовательного или хронологического порядка. Следует понимать, что таким образом используемые термины являются взаимозаменяемыми при соответствующих обстоятельствах и что варианты осуществления изобретения, описанные в этой заявке, могут функционировать в последовательности, отличающейся от описанной или рассмотренной в этой заявке.
Между прочим, устройства описаны в этой заявке в процессе работы. Как должно быть ясно специалисту в данной области техники, изобретение не ограничено способами работы или устройствами во время работы.
Следует отметить, что упомянутыми выше вариантами осуществления изобретение иллюстрируется, а не ограничивается, и что специалисты в данной области техники могут разработать многие альтернативные варианты осуществления без отступления от объема прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения любые позиции, помещенные в круглые скобки, не должны толковаться как ограничивающие формулу изобретения. Использование глагола «содержит» и его спряжений не исключает наличия других элементов или этапов, а не только элементов или этапов, перечисленных в формуле изобретения. Неопределенный артикль, предшествующий элементу, не исключает наличия множества таких элементов. Изобретение может быть реализовано аппаратным обеспечением, содержащим несколько отдельных элементов, и соответствующим образом запрограммированным компьютером. В формуле изобретения на устройство перечисляются несколько средств, при этом некоторые из этих средств могут быть реализованы одним и тем же элементом аппаратного обеспечения. То, что некоторые признаки перечисляются во взаимно различающихся зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что сочетание этих признаков не может использоваться с достижением преимущества.
Кроме того, изобретение распространяется на устройство, содержащее один или несколько характерных признаков, рассмотренных в описании и/или показанных на сопровождающих чертежах. Изобретение также относится к способу или процессу, содержащему один или несколько характерных признаков, рассмотренных в описании и/или показанных на сопровождающих чертежах.
Различные аспекты, рассмотренные в этой заявке, могут быть объединены с получением дополнительных преимуществ. Кроме того, некоторые из признаков могут образовывать основу одной или нескольких выделенных заявок.