Computer simulation of high-speed optoelectronic device of double spectral ratio for fire detection under the influence of dynamic optical interference on the entrance pupil
Authors: Сидоренко А.Ю. , Тупикина Н.Ю. , Лисаков С.А. , Кин А.И. , Сыпин Е.В. 
Published: October 2024

Выполнено компьютерное моделирование быстродействующего оптико-электронного прибора двойного спектрального отношения для обнаружения возгорания при воздействии на входной зрачок динамической оптической помехи. Проведен анализ известных подходов к обеспечению помехоустойчивости прибора: использование выбранных спектральных диапазонов контроля; использование дополнительных каналов прибора (аппаратная избыточность); применение дополнительных алгоритмов обработки сигналов каналов прибора (программная избыточность). Сформулированы аналитические зависимости для моделирования. Выполнено моделирование работы оптико-электронного прибора. Расчет математической модели производился при помощи программного комплекса Matlab и среды разработки RAD Studio. Получены характеристики изменения спектральных отношений в зависимости от  температуры тела накала. Спектральный поток излучения лампы накаливания рассчитан по динамике изменения температуры тела накала. В результате моделирования выбраны спектральные диапазоны контроля –  1350±50, 2700±50 и 4300±50 нм, а их основе составлены отношения. Значения отношения Q2700-1350 для спектрального потока очага возгорания и лампы накаливания составили 10,97 и 0,164 соответственно. Значения отношения Q2700-4300 очага и лампы накаливания составили 1,34 и 4,13 соответственно. Для суммарного потока с учетом изменения температуры лампы накаливания значения отношений установились в диапазонах для Q2700-1350 от 10,748 до 0,784 и для Q2700-4300 от 1,354 до 1,557 соответственно. Определены характерные значения изменения отношений, характеризующие очаг возгорания и лампу накаливания и позволяющие обнаружить излучение очага на фоне оптической помехи. Для более точной идентификации очага возгорания при воздействии динамической оптической помехи необходимо провести дополнительные исследования на базе разработанной модели.

A computer simulation of a high-speed optoelectronic device of double spectral ratio for fire detection under the influence of dynamic optical interference on the entrance pupil is performed. The analysis of known approaches to providing noise immunity of the device: use of selected spectral ranges of control; the use of additional channels of the device (hardware redundancy); the use of additional algorithms for signal processing channels of the device (software redundancy). Analytical dependences for modeling are formulated. The simulation of the optoelectronic device operation is performed. Calculation of the mathematical model were made using software package Matlab and the development environment RAD Studio. The characteristics of changes in spectral ratios depending on the temperature of the filament body are obtained. The spectral flux of the incandescent lamp is calculated from the dynamics of the temperature change of the incandescent body. As a result of modeling, the spectral ranges of control – 1350±50, 2700±50 and 4300±50 nm were selected, and their relations were based. Ratios of Q2700-1350 for the spectral flow of a fire and incandescent bulbs made up 10.97 and 0.164 respectively. Ratios of Q2700-4300 hearth and bulbs amounted to 1.34 and 4.13, respectively. For total flow with changes in the temperature of the filament lamp the value of the relationships established ranges for Q2700-1350 from 10.748 to 0.784 for Q2700-4300 from 1.354 to 1.557, respectively. The characteristic values of the relationship changes characterizing the ignition source and the incandescent lamp and allowing to detect the radiation of the source against the background of optical interference are determined. For a more accurate identification of the ignition source under the influence of dynamic optical interference, it is necessary to conduct additional studies on the basis of the developed model.