СИГНАЛИЗАТОР ДЫМА

Полезная модель относится к устройствам контроля состояния оптически прозрачных газовых сред на наличие дыма и может быть использована в системах пожароизвещения в замкнутых помещениях, например, багажно-грузовых отсеках воздушных судов (ВС) или корабельных трюмах для обнаружения дыма на ранних стадиях возникновения пожара.
Известны «точечные» сигнализаторы дыма, работающие на принципе рассеяния света частицами дыма, попадающими внутрь сигнализатора. Их применение требует экстенсивного подхода к решению проблемы: чем больше помещение, тем большее количество сигнализаторов нужно задействовать (авт. свид. СССР №1264220 A1 G08B 17/10)
Известны «линейные», контролирующие протяженную зону, системы сигнализации, работающие на принципе измерения прозрачности задымленной газовой среды, что позволяет значительно сократить их количество для контроля той же площади помещения по сравнению с «точечными» датчиками, но они требуют трудоемкой работы по юстировке аппаратуры при установке фотоприемника или катафотного отражателя на противоположной стене помещения (патент US 2004/0155786 A1 G08B 17/10, патент RU 89739 U1 G08B 17/10)
Известна «Система контроля изменения состояния атмосферы в помещении» (патент RU 49320 U1, 2005 г. G08B 17/10), использующая рассеяние света на частицах дыма, поскольку источники света - газовые лазеры, расположены на одной стене, а группа фотоприемников на боковой стене помещения, при этом фотоприемники ориентированы под углом 90° относительно лазерных лучей, что снижает фоновый сигнал от противоположной стены отсека и увеличивает чувствительность аппаратуры.
Однако этой системе свойственны те же недостатки, связанные, с монтажом и настройкой большого количества фотоприемников на боковой стене отсека.
Известен датчик для измерения концентрации дыма (пыли) в вытяжной трубе (патент CN 102854109 А 2012 г.), содержащий лазер в качестве источника света, луч которого через боковое отверстие в трубе направляется под определенным углом внутрь трубы и «упирается» в противоположную стенку трубы за пределами поля зрения фотоприемного устройства, состоящего из объектива и установленного в близи его фокуса приемника излучения.
Свет лазера, рассеянный частицами дыма на участке лазерного луча, ограниченного углом зрения объектива, создает на фотоприемнике сигнал пропорциональный средней концентрации дыма в трубе. Однако датчик не дает сведения о конкретном распределения частиц дыма по сечению вытяжной трубы и не может быть использован для обнаружения мест скопления дыма вдоль лазерного луча, например в качестве дымоизвещателя для обнаружения дыма на ранней стадии возникновения пожара.
Этого недостатка лишен сигнализатор дыма (патент RU 138993 U1 G08B 17/10) использующий обратное рассеяние света частицами дыма, содержащий модулированный монохроматический источник света - полупроводниковый лазер, фотоприемное устройство, состоящее из однолинзового объектива и нескольких приемников излучения, на которые проецируются астигматические изображения задымленных участков лазерного луча, а сигналы с приемников излучения поступают на вход электронного блока обработки и селекции сигналов, выходы которого соединены с системой дымоизвещения. Оптическая ось объектива пересекается с лазерным лучом под острым углом α (α≤3°). Верньерный механизм, управляет угловым положением лазера и кинематически связан с оправой объектива перемещая последний вдоль оптической оси на величину, соответствующую изменению угла α. Все элементы конструкции сигнализатора размещены в едином корпусе.
Появление сигнала на одном из фотоприемников, превышающий заданный пороговый уровень, указывает на появление дыма в определенном месте отсека, вызвавшем задымление участка лазерного луча.
Однако размещение сигнализатора в грузовом отсеке требует точного знания размеров отсека или расстояния от сигнализатора до противоположной стенки отсека, чтобы установить по шкале верньерного механизма соответствующее ему угловое положение лазера. Измерение расстояния может быть затрудненно, если отсек загружен, и сигнализатор должен размещаться на высоте, превышающей высоту складируемого груза.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в расширении возможности использования сигнализатора в багажно-грузовом отсеке ВС при отсутствии априорных сведений о его размерах и размещении его в любом удобном для работы месте.
Существенные признаки.
Для достижения этого технического результата в сигнализатор дыма с использованием обратного рассеяния света частицами дыма, содержащий модулированный монохроматический источник света - полупроводниковый лазер, фотоприемное устройство, состоящее из однолинзового объектива и нескольких приемников излучения, на которые проецируются астигматические изображения задымленных участков лазерного луча, причем оптическая ось объектива пересекается с лазерным лучом под острым углом α (α≤3°), верньерный механизм, управляющий угловым положением лазера и кинематически связанный с продольным перемещением объектива вдоль его оптической оси, электронный блок обработки и селекции сигналов от приемников излучения поступающих на его вход, а выходы блока соединены с системой дымоизвещения, при этом все элементы конструкции сигнализатора расположены в едином корпусе, дополнительно размещают приемник излучения на оптической оси объектива, на который фокусируется изображение пятна лазерного луча на противоположной стенке отсека, когда с ней совмещается точка пресечения лазерного луча и оптической оси объектива, о чем будет свидетельствовать максимальная величина выходного сигнала приемника излучения. Поскольку для пучка лучей, исходящих из точки, лежащей на оптической оси линзы, астигматизм отсутствует, а каустика, как результат сферической аберрации линзы, симметрична относительно оптической оси, то она не влияет на максимум выходного сигнала («Справочник конструктора оптико-механических приборов» второе издание, изд. «Машиностроение», Ленинград, 1967 г., стр. 146, 152).
Кроме того, для четкого наблюдения максимального выходного сигнала необходимоугтобы интенсивность облучения приемника излучения поддерживалась на линейном участке его энергетической характеристики, независимо от коэффициента отражения стенки отсека.
0
2
Это осуществляют применением светоослабляющей поляризационной системы из двух поляроидов, расположенных на оптической оси объектива перед дополнительным приемником излучения. Плоскости поляризации полироидов устанавливают под определенным углом друг к другу, в зависимости от отражательной способности противоположной стенки отсека. Пропускание света такой системой согласно закону Малюса выражается зависимостью I=Icosφ (А.А. Шишловский «Прикладная физическая оптика» Физматгиз Москва, 1961, стр. 330)
0
2
В нашем случае, учитывая прозрачность поляроидов и коэффициент отражения стенки отсека, можно записать I=kRIcosφ, где
I - интенсивность прошедшего через поляроиды света;
k - суммарное пропускание поляроидов при φ=0°;
R - коэффициент отражения стенки отсека (0<R<1);
0
I - интенсивность света в лазерном луче;
φ - угол скрещенния плоскостей поляризации поляроидов.
Если выполнить условие Rcos2φ=const, то для любого R можно подобрать угол φ, при котором I≈const.
Применение поляроидов оправдано тем, что фотоприемное устройство сигнализатора работает при больших апертурных углах.
Таким образом, установка в фотоприемном устройстве дополнительного приемника излучения, размещенного на оптической оси объектива, позволяет использовать его в качестве фотоэлектрического дальномера в отсеках любых размеров (ограничение связанно только с мощностью применяемого лазера) и размещать его в любом удобном для работы месте.
На фигуре 1 приведена оптическая схема сигнализатора дыма при его установке в грузовом отсеке воздушного судна.
Сигнализатор дыма (1) содержит модулированный монохроматический источник света - полупроводниковый лазер (2) и фотоприемное устройство, состоящее из однолинзового объектива (4), оптическая ось (3), которого пересекается с лазерным лучом (5) под острым углом α≤3° на противоположной стенке отсека (13), приемников излучения (6÷9), на которые проецируются астигматические изображения задымленных участков лазерного луча (5), сопряженных с приемниками излучения (линии 3.1÷3.4), выходы приемников излучения (6÷9) связаны с входами электронного блока обработки и селекции сигналов (10), а его выходы подключены к системе дымоизвещения; дополнительного приемника излучения (11), расположенного на оптической оси объектива, верньерного механизма (12), кинематически связанного с угловым положением полупроводникового лазера (2) и оправой объектива (4), совмещающего точку пересечения лазерного луча (5) и оптической оси (3) объектива (4) с поверхностью стенки (13) отсека и одновременно перемещающего объектив (4) вдоль его оптической оси (3), и обеспечивает точную фокусировку лазерного пятна на фоточувствительной поверхности приемника излучения (11) по максимальному выходному сигналу на электроизмерительном приборе (15); двух поляроидов (14), расположенных на оптической оси (3) объектива (4) перед приемником излучения (11), плоскости поляризации которых устанавливают под определенным углом друг к другу, в зависимости от отражательной способности противоположной стенки (13) отсека.
Описание работы заявляемого устройства.
При изготовлении сигнализатора производиться его юстировка на предельный размер отсека, исходя из мощности применяемого лазера. По шкале верньерного механизма, градуированного в метрах, устанавливается угловое положение лазера, соответствующее совмещению точки пересечения луча лазера и оптической оси объектива со стенкой отсека, для этого изменяя угловое положение лазера и по показаниям величины выходного сигнала электроизмерительного прибора (15) приближают лазерный луч к точке пересечения оптической оси с поверхностью отсека. Затем регулируют угол между плоскостями поляризации поляроидов до выявления пиковой зависимости выходного сигнала приемника (11) от угла скрещения плоскостей поляризации φ.
При этом положении поляроидов освещенность чувствительной поверхности приемника излучения (11) находится на его линейном участке энергетической характеристики. При задымлении того или иного участка лазерного луча появившимся в отсеке дымом на соответствующем приемнике излучения, сопряженным с этим участком, появится сигнал и, если его величина превысит заданный пороговый уровень, система дымоизвещения включит тревожную сигнализацию.