ДАТЧИК ДЫМА
SMOKE DETECTOR

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к пожарной сигнализации, а именно к датчикам дыма, предназначенным для использования в извещателях пожарных дымовых оптико-электронных точечных (ИПДОТ) для обнаружения загораний, сопровождающихся появлением дыма в закрытых помещениях различных зданий и сооружений, путем регистрации рассеянного частицами дыма оптического излучения.
Уровень техники
Каждый известный ИПДОТ содержит датчик дыма, в который входят оптический излучатель и фотоприемник, оптическая связь между ними устанавливается только при попадании частичек дыма в зону обнаружения дыма. Зона обнаружения дыма представляет собой пространство, пронизанное излучением от оптического излучателя, находящееся в поле зрения фотоприемника. Особенностью зоны обнаружения дыма является то, что при попадании частички дыма в любую точку ее пространства часть рассеянного ею светового излучения попадает в фотоприемник. Датчик дыма размещен в корпусе ИПДОТ, который обеспечивает поступление дыма в зону обнаружения дыма извне, при его наличии в окружающем ИПДОТ пространстве.
Известен датчик дыма (авт. св. СССР №1264220, МПК G08B 17/10, опубл. 1986), который содержит корпус с установленными под углом друг к другу фотоприемником и излучателем, обращенным к внутренней поверхности зеркального отражателя, выполненного в виде полого усеченного прямого конуса, при этом фотоприемник обращен к меньшему сечению полого усеченного прямого конуса, ось которого совмещена с осью фотоприемника, а излучатель обращен к большему сечению полого усеченного прямого конуса, причем угол ϕ между осью полого усеченного прямого конуса и осью излучателя равен ϕ.
Наиболее близким к предложенному изобретению является, выбранный в качестве прототипа датчик дыма (патент RU №2037883, МПК G08B 17/10, опубл. 19.06.1995 г.). Датчик содержит корпус, в котором размещены излучатель с установленной перед ним первой фокусирующей линзой, их оптические оси совмещены, фотоприемник, отражатель, выполненный в виде полого усеченного конуса, внутренняя поверхность которого выполнена зеркальной. Плоскость основания конусного отражателя представляет собой эллиптическую поверхность, угол между этой плоскостью и оптической осью излучателя исключает попадание прямого излучения от излучателя в фотоприемник. Геометрическая ось полого усеченного конуса совмещена с оптической осью фотоприемника и расположена под углом к оптической оси излучателя, обеспечивающим более полную регистрацию рассеянного излучения, направленного вперед, при этом в месте малого кругового сечения конусного отражателя перед фотоприемником установлена вторая фокусирующая линза. Датчик снабжен сферическим отражателем, вогнутая сторона которого обращена к отражателю, выполненному конусным, а фокус его находится в центре эллиптического сечения конусного отражателя.
Для размещения, в соответствии с предлагаемой оптической схемой, упомянутых оптических элементов, корпус датчика дыма, следовательно, и корпус ИПДОТ, должны иметь достаточно большие габаритные размеры и сложную конструкцию. Т.е. описанное выше техническое решение не позволяет создать недорогой малогабаритный датчик дыма.
Сущность изобретения
Техническая задача, положенная в основу предлагаемого технического решения, заключается в создании малогабаритного датчика дыма, с высокой чувствительностью обнаружения дыма.
Решение этой задачи достигнуто признаками независимого пункта формулы изобретения.
Это достигается тем, что в датчике дыма, содержащем излучатель, фотоприемник и трубчатый отражатель, имеющий сквозное отверстие с зеркальной поверхностью, фотоприемник и излучатель размещены в зоне входа в сквозное отверстие и обращены внутрь отверстия, форма сквозного отверстия в продольном и поперечном направлениях и положение излучателя относительно зеркальной поверхности и фотоприемника выбраны из условия, что излучение от излучателя не направлено прямо и после отражения от зеркальной поверхности в фотоприемник, а с участием упомянутой зеркальной поверхности направлено из сквозного отверстия во внешнее пространство через выход из сквозного отверстия.
В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму цилиндра.
В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму призмы.
В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму усеченного конуса, диаметр отверстия увеличивается от входа в отверстие к выходу из него.
В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму усеченного конуса, диаметр отверстия уменьшается от входа в отверстие к выходу из него.
В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму усеченной пирамиды, размеры поперечного сечения отверстия увеличиваются от входа в отверстие к выходу из него.
В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму усеченной пирамиды, размеры поперечного сечения отверстия уменьшаются от входа в отверстие к выходу из него.
Выполнение сквозного отверстия в форме цилиндра является предпочтительным. Все остальные предлагаемые формы сквозного отверстия позволяют выбрать наиболее технологичный вариант изготовления трубчатого отражателя.
В частном случае выполнения изобретения в зоне входа в сквозное отверстие в стенке трубчатого отражателя имеется отверстие для размещения излучателя.
В частном случае выполнения изобретения излучатель оснащен, по меньшей мере, одной диафрагмой.
Форму сквозного отверстия в продольном и поперечном направлениях выбирают из условия, что каждый оптический луч, кроме лучей, рассеянных частичками дыма, после отражения от зеркальной поверхности находится ближе к выходу из сквозного отверстия, чем плоскость поперечного сечения сквозного отверстия, проходящая через точку отражения этого луча, т.е. излучение от излучателя, с участием зеркальной поверхности, направлено из сквозного отверстия во внешнее пространство через выход из сквозного отверстия.
Совокупность существенных признаков позволяет сформировать зону обнаружения дыма внутри сквозного отверстия и в зоне выхода из него, в ее формировании участвуют лучи, идущие как непосредственно от излучателя, так и лучи от излучателя, подвергшиеся отражению и последовательному переотражению зеркальной поверхностью. В сформированной таким образом зоне обнаружения дыма получена высокая плотность энергии излучения. Фотоприемник облучается излучением, рассеянным частичками дыма, идущим как непосредственно от частичек дыма, так и излучением, рассеянным частичками дыма, подвергшимся отражению и последовательному переотражению зеркальной поверхностью. За счет участия зеркальной поверхности в облучении фотоприемника расширен диапазон углов регистрации рассеянного излучения.
Краткое описание чертежей.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 и 2 показаны примеры взаимного расположения оптических элементов в датчиках дыма;
На фиг. 1 и 2 показан пример образования оптической связи излучателя с фотоприемником при попадании в зону обнаружения дыма частичек дыма. Оптическая связь показана стрелками, обозначающими траектории световых лучей.
Осуществление изобретения
Датчик дыма (фиг. 1 и фиг. 2) содержит излучатель 1, фотоприемник 2 и трубчатый отражатель 3 со сквозным отверстием и обращенной внутрь отверстия зеркальной поверхностью 4, и отверстием 5 (фиг. 2), выполненным в стенке трубчатого отражателя 3. Сквозное отверстие имеет зону входа 6 и выход 7. На фиг. 1 и 2 для пояснения работы датчика дыма условно показаны две частички дыма, обозначенные позициями 8 и 9. Т.к. датчик дыма предназначен для использования в ИПДОТ, он может не иметь корпуса - его оптические элементы крепятся к деталям, входящим в ИПДОТ.
Излучатель 1 генерирует пучок лучей, который направлен внутрь сквозного отверстия. Часть лучей беспрепятственно покидает внутреннее пространство отверстия через выход 7 из него, а остальные лучи, упав на зеркальную поверхность 4, покидают упомянутое пространство через выход 7 после отражения и последовательного переотражения от этой поверхности.
В поле зрения фотоприемника 2 находится как внутреннее пространство сквозного отверстия, так и зеркальная поверхность 4, обращенная внутрь отверстия. При отсутствии частичек дыма во внутреннем пространстве сквозного отверстия и в зоне выхода 7 из него, которая так же находится в поле зрения фотоприемника 2 и пронизана лучами от излучателя 1, т.е. в зоне обнаружения дыма, фотоприемник 2 выдает минимальный сигнал фоновой засветки.
Фоновая засветка фотоприемника 2 - облучение фотоприемника 2 отраженными и переотраженными деталями датчика дыма и деталями корпуса ИПДОТ излучением от излучателя 1, и излучением, поступающим из окружающего ИПДОТ пространства. Предлагаемое техническое решение обеспечивает низкий уровень фоновой засветки за счет того, что она возможна только со стороны выхода 7 из сквозного отверстия.
При попадании в зону обнаружения дыма частичек дыма 8 и 9 излучение от излучателя 1 частично рассеивается ими во всех направлениях, и при условии, что сквозное отверстие имеет форму цилиндра (частный случай), 50% рассеянного излучения направляется, с участием зеркальной поверхности 4, в сторону фотоприемника 2, размещенного в зоне входа 6 в сквозное отверстие. Часть (от 50%) рассеянного излучения, направленного в сторону фотоприемника 2, падает на чувствительную поверхность фотоприемника 2, причем размер этой части зависит от угла чувствительности фотоприемника 2 и соотношения площади чувствительной поверхности фотоприемника 2 и площади поперечного сечения сквозного отверстия.
Облучение чувствительной поверхности фотоприемника 2 рассеянным излучением вызывает в фотоприемнике 2 генерацию электрического сигнала. Величина этого сигнала пропорциональна силе облучения фотоприемника 2. При достижении электрическим сигналом определенной величины электрическая схема ИПДОТ вырабатывает сигнал «пожар».
При реализации датчика дыма в качестве излучателя 1 можно применить светодиод LED-3033URC-700 mcd, предлагаемый компанией PHILEDS (красный 625 nm, 400-700 mcd, угол 100°, цилиндр, диаметр 3 мм, высота 6,1 мм, без фланца), надев на его корпус, не закрывая линзу, тонкостенную трубку из непрозрачного материала, которая может выполнять функции диафрагмы.
2
При реализации датчика дыма в качестве фотоприемника 2 можно использовать фотодиод BPW34, выпускаемый фирмой Silicon Laboratories (430-1100 nm, площадь чувствительной поверхности 7,5 мм, угол половинной чувствительности равен ±65°). Подходит для видимого и ближнего ИК-излучения.
Изложенное выше техническое решение позволяет создать малогабаритный датчик дыма с высокой чувствительностью обнаружения дыма. Это достигается за счет упрощения его конструкции по отношению к прототипу, высокой плотности энергии излучения в зоне обнаружения дыма и расширения диапазона углов регистрации рассеянного излучения.