СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ДЫМА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD OF SMOKE DETECTION AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области пожарной безопасности, а именно к способам регистрации дыма, и может быть использовано для обнаружения возгорания, сопровождающегося появлением дыма на ранних стадиях пожара в закрытых помещениях различных зданий и сооружений.
Известен способ регистрации дыма, описанный в патенте Российской Федерации №2134907, МПК G08B 17/10 (1995.01), опубликованный 20.08.99 г., который заключается в формировании периодических пачек световых импульсов, излучаемых в оптическую камеру со светопоглощающими стенками, последующем приеме отраженных сигналов под углом, отличным от оптической оси излучения, сравнении их с пороговым значением и запоминании с последующим формированием сигнала регистрации дыма при условии приема всей пачки световых импульсов, так и в промежутках между излучениями световых импульсов пачки, когда достоверна информация об отсутствии полезного сигнала с последующим формированием сигнала наличия помех и корректировкой сигнала регистрации дыма. Если сформированный сигнал обнаруживают по схеме сравнения в момент опроса оптической системы, то схемой управления и запоминания формируют счетный импульс, который запоминают как "первый" импульс пачки, причем сигнал регистрации дыма формируют после приема всей пачки импульсов. Сигналом, образуемым в промежуток времени между регистрациями отдельных излученных световых импульсов пачки и превышаемым порог срабатывания, формируют логический сигнал низкого уровня, который направляют на схему определения помехи, а затем - на схему управления и запоминания, обнуляя счетчик и запрещая счет импульсов, тем самым препятствуют формированию сигнала регистрации дыма.
Недостатком указанного способа является низкая надежность за счет введения операции формирования сигнала помех с последующим воздействием на формирование сигнала обнаружения дыма. В тоже время при отсутствии дыма появление любой помехи, вызванной переходными процессами, обуславливающими снижение величины порогового значения, и сравнимой по длительности с длительностью пачки импульсов, возможно формирование ложного сигнала регистрации дыма.
В качестве прототипа выбран известный способ регистрации дыма, описанный в патенте Российской Федерации №2256229, МПК G08B 17/10 (2000.01) и опубликованный 10.07.2005 г., который заключается в формировании синхронных периодических последовательностей счетных импульсов и световых импульсов, излучаемых в оптическую камеру со светопоглощающими стенками, последующем приеме отраженных сигналов, поступающих под углом, отличным от оптической оси излучения, преобразовании принятых отраженных сигналов в электрические сигналы, сравнении их с пороговым значением, причем при наличии приема отраженных сигналов соответствующие им электрические сигналы синхронно детектируют до сравнения с пороговым значением, а сигналами, превышающими пороговое значение, устанавливают начало периода для накопления и подсчета счетных импульсов, синхронных соответствующим периодическим световым импульсам, с последующим формированием сигнала регистрации дыма при накоплении заданного количества счетных импульсов или сигнала сброса при их недостатке. Основным недостатком указанного способа является невозможность определения достоверности измерения при наличии посторонних частиц в зоне регистрации дыма, например, промышленной пыли или всевозможных аэрозолей. Отсутствие контроля запыленности оптического канала снижает достоверность обнаружения и регистрации дыма на ранней стадии возгорания.
Задачей изобретения является повышение достоверности регистрации оптической плотности дыма, независимо от природы тлеющего или горящего материала, а также снижение погрешности измерения оптической плотности дыма за счет исключения фактора запыленности принятых отраженных сигналов при регистрации дыма и последующим формированием сигнала пожарной тревоги с высокой надежностью, как к «белому», так и к «черному» дымам независимо от природы тлеющего или горящего материала.
Поставленная задача решается способом регистрации дыма, заключающимся в формирование синхронных периодических последовательностей счетных импульсов и излучаемых в оптическую камеру со светопоглощающими стенками световых импульсов, приеме основным приемником отраженных световых импульсов, поступающих под углом, отличным от оптической оси излучения, преобразование их в электрические сигналы с последующим синхронным детектированием и сравнением с первым пороговым значением, определение по сигналам отраженных световых импульсов, превышающих пороговое значение, начала периода для накопления и подсчета количества счетных импульсов, синхронных соответствующим световым импульсам, формированием сигнала регистрации дыма при накоплении заданного количества счетных импульсов.
Новым в заявляемом способе является то, что одновременно с основным приемником отраженных сигналов формируют прием и преобразование в электрические сигналы отраженных сигналов, синхронных световым импульсам, дополнительным приемником, расположенным под углом, отличным от оптической оси излучения в зоне бокового рассеяния относительно оптической оси излучения световых импульсов. Полученные значения отраженных сигналов последовательно преобразуют в соотношения текущих изменений соответствующих значений принятых и преобразованных отраженных сигналов между основным и дополнительным приемниками отраженных сигналов в заданном периоде времени, синхронном излучаемым световым импульсам. Каждое сформированное соотношение текущих изменений соответствующих значений одновременно сравнивают с заданными вторым верхним и третьим нижним пороговыми значениями сигналов. При совпадении результатов сравнения с пороговыми значениями сигналов соотношений принятых отраженных сигналов со значениями сигналов внутри интервала заданных второго верхнего и третьего нижнего пороговых значений, то в период накопления заданного количества счетных импульсов формируют сигнал регистрации дыма, а при наличии соответствующих значений сигналов вне интервала заданных второго верхнего и третьего нижнего пороговых значений формируют сигнал технологического контроля. Причем верхние и нижние пороговые значения сигналов определяют соразмерно интенсивности рассеяния светового излучения на частицах соответствующих продуктов горения для сравнения с текущими изменениями соотношений соответствующих значений отраженных сигналов основного приемника и дополнительного приемника.
Технический результат заключается в повышение достоверности регистрации оптической плотности дыма и обеспечения обнаружения задымленности на ранней стадии возникновения пожара, за счет определения текущих изменений результатов соотношений, соответствующих значениям синхронно принятых отраженных сигналов основного приемника и дополнительного приемника, и последующим сравнением полученных результатов соотношений с заданными верхним и нижним пороговыми значениями сигналов. Формируемый сигнал регистрации дыма не зависит от запыленности оптической камеры, поскольку компенсация погрешности от запыленности исключают определением соотношений измеряемых значений соответствующих синхронно принятых отраженных сигналов основного и дополнительного приемников, например, с равными вольтамперными характеристиками или с заданными характеристиками, с учетом которых формируют пороговые значения. Кроме того, счет этого возможно значительно понизить порог чувствительности извещателя, которое позволит увеличить скорость его срабатывания. При сравнении и совпадении сигналов результатов соотношений со значениями внутри интервала заданных пороговых значений обеспечивают достоверность формирования сигнала "пожар", независимо от природы тлеющего или горящего материала, поскольку частицы продуктов горения имеют стабильные размеры с малым разбросом. А сигналы технологического контроля формируют по результатам сравнения текущих изменений результатов соотношений вне интервала пороговых значений соответствующих синхронно принятых отраженных сигналов основного и дополнительного приемников. Информационное сообщение сигнала технологического контроля о наличие факторов, вызывающих ложное срабатывание, формируют, если после сравнения сигналов текущих изменений результатов соотношений больше порогового значения. Сигнал технологического контроля о наличие, например, аэрозоли, пара и т.д. формируют, если после сравнения сигналов текущих изменений результатов соотношений меньше порового значения. Заданные верхние и нижние пороговые значения сигналов определяют соразмерно интенсивности рассеяния светового излучения на линейных размеров частиц соответствующих продуктов горения.
λ
-α
2
2
2
Заявленный способ регистрации дыма основан на измерении интенсивности рассеяния светового излучения на взвешенных частицах дыма в воздушных аэрозолях, которые могут иметь размеры от 0,1 до 0,5 мкм. При распространении дыма в конвекционных потоках воздуха более мелкие частицы могут образовывать более крупные частицы, вызывая снижение их концентрации. Кроме того, возможно присутствие сопутствующих частиц от 0,5 до 10 мкм пыли и всевозможных аэрозолей. Интенсивность рассеяния светового излучения в распространяемой среде зависит от размера обнаруживаемых частиц и чувствительности приемников светового излучения, которая неравномерно меняется от его месторасположения в зоне регистрации измерения дыма. Так при упругом рассеянии светового излучения частиц с линейными размерами «а» - радиус, которых намного меньше длины волны «λ» (так называемое рэлеевское рассеяние а≤.λ/15), имеет место частичная поляризация, зависящая от угла рассеяния излучения. Если линейные размеры частиц с радиусом «α» больше или сравнимы с длиной волны - «λ», а именно а>λ/15, то согласно теории Ми, разработанной Г. Ми (G. Mie) в 1908 году, имеет место асимметрия рассеяния вперед и назад - с превалируемым рассеянием вперед, за счет влияния переизлучения частицами среды, и интенсивность рассеяния в направлении луча превышает в 2-3 раза интенсивность (эффект Ми). При этом индикатриса рассеяния симметрична относительно оптической оси первичного излучения излучаемых световых импульсов в оптическую камеру и относительно перпендикулярна его плоскости. Коэффициент рассеяния определяется формулой ε=α λ, где λ - длина волны, α - коэффициент рассеяния изменяется в пределах от 0 до 4, α - пропорционально количеству взвешенных частичек. Для больших частиц (kα>>1) показатель ослабления светового излучения составляет ε=2πα, т.е. он не зависит от λ - длины волны электромагнитного излучения, и равен удвоенному поперечнику сферической частицы 2πα. Это объясняется тем, что половина ослабления происходит за счет рассеяния и поглощения внутри частицы, а другая, тоже πα вызвана дифракцией (рассеянием) света на контуре частицы. Полный коэффициент рассеяния частицы представляется суммой коэффициентов для отдельных парциальных волн и справедливо не только для сферических частицам, но и для частиц неправильной формы, в том числе для частиц с показателем преломления, сильно отличающимся от показателя преломления среды. (Матвеев А.Н., Оптика, изд. «Высшая школа», М., 1985. С. 290, 296; Ван де Хюлст, Рассеяние света малыми частицами, изд. Иностранной литературы, М, 1961. С. 153-155; http://www.ereadr.org/book/nauka_i_ucheba/3760-rasseyanie-sveta-malymi-chasticami/153).
Заявителем проведены лабораторные испытания для дымовых камер пожарных извещателей, соответствия зависимости интенсивности рассеяния излучения на взвешенных частицах дыма в воздушных аэрозолях от их размеров, подтверждающие аналитическое решение - Ми в виде рядов, малым параметром в которых является kd=2πd/λ, где
k - волновое число 2 π/λ;
d - линейный размер частицы;
π - математическая константа, равна приблизительно 3,14;
λ - длина волны электромагнитного излучения.
По результатам испытаний определены соотношения текущих изменений соответствующих значений принятых и преобразованных отраженных сигналов между основным и дополнительным приемниками отраженных сигналов, которые для дыма составляют 1.5-2.0, пыли - 0,2-0,9, а для пара - 5-12. Выбор величин второго верхнего и третьего нижнего пороговых значений сигналов для определения дыма включает диапазон охватываемый значениями, исключающими пар и пыль. Соотношения текущих изменений соответствующих значений принятых и преобразованных отраженных сигналов между основным и дополнительным приемниками не влияют на скорость срабатывания извещателя, которая зависит от порога чувствительности самого извещателя. Однако в целях защиты от ложных помех в большинстве существующих извещателях вынуждены поднимать порог чувствительности. В данном способе регистрации дыма и устройстве для его реализации защита от ложных помех обеспечивается соотношением принятых отраженных сигналов основного приемника к дополнительному, за счет этого возможно значительно понизить порог чувствительности извещателя, которое приводит к увеличению скорости срабатывания.
На фиг. 1 представлена блок-схема заявляемого способа регистрации дыма, на фиг. 2, 3-9 показан пример реализации способа регистрации дыма; на фиг. 10 представлены результаты испытаний - графики соответствия зависимости интенсивности рассеяния излучения на взвешенных частицах дыма в воздушных аэрозолях.
Блок-схема заявляемого способа регистрации дыма на фиг. 1 содержит тактовый генератор 1, схему 2 управления и запоминания, излучатель 3 световых импульсов, основной 4 и дополнительный 5 приемники отраженных сигналов световых импульсов излучателя 3, схему 6 синхронного детектирования, схему 7 сброса, определитель 8 соотношений изменения интенсивности рассеяния светового излучения, идентификатор 9 рассеяния светового излучения, схему 10 синхронизации информационного сигнала, формирователь 11 сигнала регистрации дыма или сигнала технологического контроля. Причем тактовый генератор 1, связанный соответствующими выходами с первым и вторыми входами схемы 2 управления и запоминания, выполненной на трех двоичных счетчиках - первом, втором и третьем, причем V-вход и R-вход каждого из них являются последовательно первый и второй, третий и четвертый, пятый и шестой ее входами, а заданный выход каждого двоичного счетчика являются ее соответствующими выходами, при этом ее второй выход связан с C-входами ее первого и второго двоичных счетчиков, а третий выход связан с C-входом ее третьего двоичного счетчика, при этом первый выход первого двоичного счетчика связан с ее третьим входом второго двоичного счетчика, первым входом схемы 6 синхронного детектирования и излучателем 3, связанным через оптическую камеру со светопоглощающими стенками с основным 4 приемником отраженных сигналов, выход которого связан со вторым входом схемы 6 синхронного детектирования, связанной третьим входом со схемой 7 сброса, и оптически связанным с излучателем 3 дополнительным 4 приемником отраженных сигналов, выход которого связан со входом определителя 8 соотношений изменения интенсивности рассеяния, связанного другим входом с выходом основного 3 приемника, а выход - через идентификатор 9 рассеяния светового излучения со входом схемы 10 синхронизации, первый вход которой связан с выходом схемы 6 синхронного детектирования, а первый выход схемы 10 синхронизации связан с четвертым и пятым входами схемы 2 управления и запоминания, а второй выход -связан с шестым входом схемы 2 управления и запоминания, второй и третий выходы которой связаны с соответствующими входами формирователя 11.
Способ регистрации дыма, заключающийся в том, что сформированная с заданной частотой последовательность прямоугольных импульсов тактовым генератором 1 (фиг. 1, пример реализации на фиг. 2), и преобразованная первым двоичным счетчиком схемы 2 управления и запоминания (фиг. 1) в последовательность определяющей время преобразования электрических сигналов в световые импульсы излучателем 3 (фиг. 1, пример реализации на фиг. 3) излучают в оптическую камеру со светопоглощающими стенками (не показано).
Поступающие под углом, отличным от оптической оси излучения, отраженные световые импульсы принимают одновременно основным 4 приемником (фиг. 1, пример реализации на фиг. 4) и расположенным в зоне бокового рассеяния относительно оптической оси излучения световых импульсов дополнительным 5 приемником (фиг. 1, пример реализации на фиг. 4), а затем принятые отраженные сигналы преобразуют в электрические сигналы.
Одновременно с последовательностью для преобразования электрических сигналов в световые излучателем 3 (фиг. 1) формируют синхронную периодическую последовательность счетных импульсов на третий вход схемы 2 управления и запоминания - V-вход второго двоичного счетчика схемы (фиг. 1), для формирования RC-цепью схемы 6 синхронного детектирования (фиг. 1, пример реализации на фиг. 5) разрешающего сигнала через схему синхронизации 10 на четвертый вход схемы 2 управления и запоминания - R-вход второго двоичного счетчика (фиг. 1), которым обнуляют ее второй двоичный счетчик при отсутствии приема отраженных сигналов основным 4 приемником.
Принятые и преобразованные отраженные световые импульсы основного 4 приемника подвергают синхронному детектированию и последующему сравнению с первым пороговым значением схемой 6 синхронного детектирования, определяя начало периода для накопления и подсчета количества счетных импульсов заданной периодической последовательности, синхронным соответствующим световым импульсам, для формирования сигнала пожар. При приеме сигналов с основного 4 приемника ниже первого порогового сигнала, на выходе схемы 6 синхронного детектирования формируют сигналы, которые транслируют на схему 7 сброса (фиг. 1, пример реализации фиг. 6) и через схему синхронизации 10 на четвертью вход схемы 2 управления и запоминания - R-вход второго двоичного счетчика (фиг. 1), обнуляют второй двоичный счетчик схемы 2 управления и запоминания (фиг. 1).
При наличии приема и преобразовании отраженных сигналов основным 4 приемником, превышающих первое пороговое значение сигнала, задаваемое резистором и второй логической схемой И-НЕ схемы 6 синхронного детектирования, сигналы синхронно детектируют. При этом на выходе схемы 6 синхронного детектирования формируют сигналы, которые блокируют прохождение импульсных сигналов схемы 7 сброса и транслируют на четвертый вход схемы 2 управления и запоминания - R-вход второго двоичного счетчика, которым регистрируют счетные импульсы для формирования сигнала регистрации дыма.
Одновременно полученные значения преобразованных отраженных сигналов основного 4 и дополнительного 5 приемников последовательно преобразуют определителем 8 соотношений изменения интенсивности рассеяния (фиг. 1, пример реализации на фиг. 7), в соотношения текущих изменений соответствующих значений принятых и преобразованных отраженных сигналов между сигналами основного 4 и дополнительного 5 приемников (фиг. 1), синхронных излучаемым световым импульсам. При приеме последовательности отраженных световых импульсных сигналов основным 4 и дополнительным 5 приемниками на выходе определителя 8 соотношений изменения интенсивности рассеяния определяют изменение интенсивности рассеяния отраженных сигналов соотношением текущих изменений интенсивности рассеяния светового излучения отраженных сигналов, которые синхронны излучаемым световым импульсам излучателя 3. Во сколько раз изменение интенсивности рассеяния на поперечнике частицы при линейной поляризации рассеяния основного приемника изменяется от рассеяния (дифракции) на частицах в распространяемом объеме (оптической камере).
Полученные соотношения значений сигналов интенсивности рассеяния светового излучения одновременно сравнивают с заданными вторыми верхним и третьими нижним пороговыми значениями сигналов идентификатором 9 рассеяния светового излучения (фиг. 1, пример реализации на фиг. 8). Причем вторые верхние и третьи нижние пороговые значения сигналов определяют соразмерно интенсивности рассеяния светового излучения на частицах соответствующих продуктов горения и выбирают с соответствии коэффициентам рассеяния взвешенных частицам в регистрируемой воздушной аэрозоли, например, согласно графикам соответствия зависимости интенсивности рассеяния излучения, представленным на фиг. 10.
Если значения сигналов полученных соотношений (определитель 8 соотношений изменения интенсивности рассеяния) при одновременном сравнении со вторым и третьим пороговыми значениями (идентификатор 9 рассеяния светового излучения) соответствуют значениям сигналов внутри интервала заданных второго верхнего и третьего нижнего пороговых значений, то схемой 10 синхронизации информационного сигнала (фиг. 1) в период накопления заданного количества счетных импульсов на втором выходе схемы 2 управления и запоминания - втором двоичном счетчике (фиг. 1), инициируют формирование сигнала регистрации дыма на выходе формирователя 11 (фиг. 1, фиг. 9), который связан с центральным концентратором пожарной охраны (на фиг. не показан).
Если значения сигналов полученных соотношений (определитель 8 соотношений изменения интенсивности рассеяния) при одновременном сравнении со вторым и третьим пороговыми значениями (идентификатор 9 рассеяния светового излучения) соответствуют значениям сигналов вне интервала заданных второго верхнего и третьего нижнего пороговых значений, то схемой 10 синхронизации информационного сигнала, (фиг. 1) в период накопления заданного количества счетных импульсов на третьем выходе схемы 2 управления и запоминания - третьего двоичного счетчика (фиг. 1), инициируют формирование сигнала технологического контроля на выходе формирователя 11 (фиг. 1, фиг. 9), при этом выход формирователя 11 связан с центральным концентратором пожарной охраны (на фиг. не показан).
Заявляемый способ регистрации дыма может быть реализован устройством, которое может быть выполнено, например, как это показано на фиг. 1, 2-9, из известных комплектующих элементов:
тактовый генератор 1 (фиг. 1, фиг. 2), выполненный на двух логических элементах И-НЕ DD1.1, DD1.2, резисторах R1, R2, R3, емкостях C1, C2, причем R3, C1 - цепью формируется временная задержка тактовых импульсов на втором выходе тактового генератора 1 на 45-50 мкс по сравнению с первым выходом;
схема 2 управления и запоминания (фиг. 1), выполненная на трех двоичных счетчиках - первого DD2.2, второго DD2.1 и третьего DD3.1, причем V-вход и R-вход каждого из них являются последовательно первый и второй, третий и четвертый, пятый и шестой ее входами, а заданный выход каждого двоичного счетчика являются ее соответствующими выходами, при этом первый и второй входы схемы 2, соответственно - V-вход и R-вход первого двоичного счетчика DD2.2, связаны с соответствующими выходами тактового генератора 1, а первый выход - выход первого двоичного счетчика DD2.2, связан с входом излучателя 3, третьим входом схемы 2 - V-входом второго двоичного счетчика DD2.1, и первым входом схемы 6 синхронного детектирования - RC-цепью (фиг. 1), четвертый и пятый входы схемы 2, соответственно - R-вход второго (DD2.1) и V-вход третьего (DD3.1) двоичных счетчиков, связаны с первым выходом схемы 10 синхронизации информационного сигнала, причем второй выход схемы 2 связан с C-входами первого (DD2.2) и второго (DD2.1) ее двоичных счетчиков и первым входом формирователя 11, шестой вход схемы 2 - R-вход третьего двоичного счетчика DD3.1, связан со вторым выходом схемы 10 синхронизации информационного сигнала, а третий выход схемы 2, соединенный с C-входом ее третьего двоичного счетчика DD3.1, связан со вторым входом формирователя 11;
излучатель 3 (фиг. 3), выполненный на транзисторах VT1, VT2, светодиоде VD3, резисторах R5, R6, которым преобразуют импульсную последовательность с первого выхода схемы 2 управления и запоминания - первого двоичного счетчика DD2.2, в световые импульсы заданной длительности и излучают их в оптическую камеру со светопоглощающими стенками (на фиг. не показано), оптически связан со входами основного 4 и дополнительного 5 приемников (фиг. 1), которые под углом отличным от оптической оси излучения одновременно принимают отраженные световые импульсы основным 4 приемником и расположенным в зоне бокового рассеяния относительно оптической оси излучения световых импульсов дополнительным 5 приемником;
основной 4 и дополнительный 5 приемники (фиг. 1, фиг. 4) отраженных световых сигналов, каждый из которых выполнен с усилителем охваченным петлей отрицательной обратной связи (R14) по постоянному напряжению для устойчивости к изменению температуры окружающей среды в интервале от -25 до +60°C на VT7, VT8 - транзисторах, УД1 - фотодиоде, многоступенчатом RC фильтре - R7C4, R8R9, C5R11R10C6, R15R16C7, исключающем попадание импульсных помех по питанию, своими входами оптически связаны с излучателем 3 (фиг. 1), при этом выход основного 4 приемника связан со вторым входом схемы 6 синхронного детектирования и первым входом определителя 8 соотношений изменения интенсивности рассеяния, а выход дополнительного 5 приемника связан с ее вторым входом;
схема 6 синхронного детектирования (фиг. 1, фиг. 5), содержащая два логических элемента И-НЕ DD1.3, DD1.4, ограничительный диод VD2, R17C8 - цепь, причем второй вход схемы 6 связан с входами первого логического элемента И-НЕ, а его выход - через диод с RC-цепью, которая через конденсатор связана с первым входом схемы 6 и входом второго логического элемента И-НЕ, другой вход которого связан с третьим входом схемы 6 и выходом схемы 7 сброса (фиг. 1), при этом выход второго логического элемента И-НЕ является с выходом схемы 6, связанным со входом схемы 10 синхронизации информационного сигнала;
схема 7 сброса (фиг. 1, фиг. 7), выполненная на транзисторе VT9, резисторах R18, R19, R20, связана выходом с третьим входом схемы 6 синхронного детектирования (фиг. 1);
определитель 8 соотношений изменения интенсивности рассеяния (фиг. 1, пример реализации на фиг. 7), выполненный на промышленно выпускаемых отечественными производителями общеизвестных элементах - трех операционных усилителях ОУ3, ОУ4, ОУ5, трех транзисторах VT10, VT11, VT12 и четырех резисторах R25, R26, R27,R28, связанный с соответствующими выходами основного 4 и дополнительного 5 приемников, а выходом - со входом идентификатора 9 рассеяния светового излучения. Сигналы с выхода основного 4 приемника транслируют на первый вход определителя 8 и подвергают его логарифмированию на элементах ОУ3, VT10 и R25, одновременно с этим, сигналы с выхода дополнительного 5 приемника транслируют на второй вход определителя 8, которые логарифмируют на элементах ОУ4, VT11 и R26, после чего определяют соотношение между логарифмированными сигналами основного 4 приемника и логарифмированными сигналами с дополнительного 5 приемника, а на элементах ОУ5, VT12 и R27 выполняют обратное логарифмирование (антилогарифмирование), определяя соотношение изменения интенсивности рассеяния;
идентификатор 9 рассеяния светового излучения (фиг. 1, пример реализации на фиг. 8), выполненный на двух операционных усилителях ОУ1, ОУ5, восьми резисторах R25, R26, R31, R32, R33, R34, R35, R36 и логической схемой И-НЕ связанный с выходом определителя 8 соотношений изменения интенсивности рассеяния и входом схемы 10 синхронизации информационного сигнала. Резисторы R32, R31 и R33, R36 представляют собой делители напряжения, которыми задают второе верхнее и третье нижнее пороговое значения. Приходящие с выхода определителя 8 соотношений изменения интенсивности рассеяния сигналы через элемент R29 поступают на прямой вход операционного усилителя - элемента ОУ1, и через элемент R33 - на инверсный вход операционного усилителя - элемента ОУ2. Сигналы с выходов делителей напряжения - элементы R31, R32 и R35, R36, транслируют на инверсный вход операционного усилителя - элемента ОУ1, и прямой вход операционного усилителя - элемента ОУ2. Идентификатор 9 с операционными усилителями - элементами ОУ1 и ОУ2, работает таким образом, что если сигнал на прямом входе операционного усилителя больше сигнала на его инверсном входе, то на выходе сигнал будет преобразован в виде «логической единицы», а если сигнал на прямом входе операционного усилителя меньше сигнала на его инверсном входе, то на выходе сигнал будет преобразован в виде «логического нуля». Если на каждом выходе операционных усилителей - элементов ОУ1 и ОУ2, в результате преобразования будут «логические единицы», то результат идентифицируют как информационный сигнал обнаружения дыма, и с последующим преобразованием элементом И-НЕ, на выходе идентификатора 9 сигнал будет преобразован в виде «логического нуля». Если на одном из выходов операционных усилителей - элементов ОУ1 и ОУ2, сигнал будет преобразован в виде «логического нуля», то результат идентифицируют как информационный сигнал отсутствия дыма, и с последующим преобразованием элементом И-НЕ, на выходе идентификатора 9 сигнал будет преобразован в виде «логической единицы»;
схема 10 синхронизации информационного сигнала (фиг. 1), выполненная на последовательно связанных логических элементах ИЛИ-НЕ, первого И-НЕ и второго И-НЕ, причем входы элементы ИЛИ-НЕ являются входами схемы 10, которые связаны одним входом с выходом схемы 6, а другим - со выходом идентификатора 9 рассеяния светового излучения. Выходы элементов И-НЕ являются первым и вторым выходами схемы 10, при этом первый выход схемы 10 связан с R-входом второго двоичного счетчика DD2.1 и V-входом третьего двоичного счетчика DD3.1 схемы 2 управления и запоминания, а второй выход схемы 10 связан с R-входом третьего двоичного счетчика DD3.1 схемы 2 управления и запоминания;
формирователь 11 (фиг. 1, фиг. 9), выполненный на транзисторах VT13, VT14, резисторах R37, R38, R39, R40, входы которого связаны соответственно со вторым выходом (второй выход двоичного счетчика DD2.1) и третьим выходом (третьим выходом двоичного счетчика DD3.1) схемы 2 управления и запоминания, а выходы связаны с центральным концентратором пожарной охраны (на фиг. не показан).
Устройство работает следующим образом:
Тактовым генератором 1 вырабатываются прямоугольные импульсы с периодом около 1 с. Цепью R3, С1 формируется временная задержка на втором выходе генератора 1 (DD1.2), на котором импульс появляется через 45-50 мкс после его появления на первом выходе (DD1.1). Импульсы с тактового генератора 1 передаются на первый вход схемы 2 управления и запоминания, - V-вход первого двоичного счетчика DD2.2, на первом выходе которой появляется положительный импульс с длительностью порядка 45 мкс, которым определяется время излучения световых импульсов излучателем 3, излучаемых в оптическую камеру со светопоглощающими стенками (на фиг. не показано).
Поступающие под углом отличным от оптической оси излучения отраженные световые импульсы принимают одновременно основным 4 приемником (фиг. 1, пример реализации на фиг. 4) и расположенным в зоне бокового рассеяния относительно оптической оси излучения световых импульсов дополнительным 5 приемником (фиг. 1, пример реализации на фиг. 4), а затем принятые отраженные сигналы преобразуют в электрические сигналы. Одновременно с последовательностью для преобразования электрических сигналов в световые излучателем 3 (фиг. 1) формируют синхронную периодическую последовательность счетных импульсов на третий вход схемы 2 управления и запоминания - V-вход второго двоичного счетчика схемы (фиг. 1), для формирования RC-цепью схемы 6 синхронного детектирования (фиг. 1, пример реализации на фиг. 5) разрешающего сигнала длительностью около 25 мкс, определяя начало периода для накопления и подсчета количества счетных импульсов заданной периодической последовательности, синхронных соответствующим световым импульсам, и который через схему синхронизации 10 поступает на четвертый вход схемы 2 управления и запоминания - R-вход второго двоичного счетчика (фиг. 1), обнуляют ее второй двоичный счетчик при отсутствии приема отраженных сигналов основным 4 приемником. При каждом импульсе излучения излучателем 3 схемой 2 управления и запоминания - ее второй двоичный счетчик DD2.1 выполняется счет до "1" (импульсы с ее первого выхода - выхода первого двоичного счетчика DD2.2, поступают на счетный V-вход второго двоичного счетчика DD2.1) и сбрасываются.
Импульсами сброса схемы 7 при отсутствии принятых отраженных сигналов основным 4 приемниками через схему синхронизации 10 обнуляют у схемы 2 управления и запоминания второй двоичный счетчик DD2.1.
Принятые и преобразованные отраженные световые импульсы основного 4 приемника, которые поступают на второй вход схемы 6 синхронного детектирования и затем на первый вход ее второго логического элемента И-НЕ, обеспечивают уровень «логической единицы». При этом импульсы сброса со схемы 7 не проходят на первый вход схемы 10 синхронизации информационного сигнала. Одновременно поступающие сигналы с основного 4 и дополнительного 5 приемников на первый и второй входы, соответственно, определителя 8 соотношений изменения интенсивности рассеяния светового излучения подвергаются преобразованию для определения изменений результатов соотношений, соответствующих значениям синхронно принятых отраженных сигналов основном и дополнительным приемником.
Сигналы с выхода основного 4 приемника транслируются на первый вход определителя 8 и подвергаются логарифмированию на его элементах ОУ3, VT10 и R25, одновременно с этим, сигналы с выхода дополнительного 5 приемника транслируются на второй вход определителя 8, которые логарифмируются на элементах ОУ4, VT11 и R26, а затем определяются соотношения между логарифмированными сигналами основного 4 приемника и логарифмированными сигналами с дополнительного 5 приемника, а на элементах ОУ5, VT12 и R27 выполняется обратное логарифмирование полученных значений соотношений сигналов, определяя изменения интенсивности рассеяния.
Поступившие с выхода определителя 8 соотношений изменения интенсивности рассеяния сигналы результатов соотношений одновременно сравниваются с заданными вторыми верхним и третьими нижним пороговыми значениями сигналов идентификатором 9 рассеяния светового излучения (фиг. 1, пример реализации на фиг. 8), а именно, через резистор - элемент R29, поступают на прямой вход операционного усилителя - элемента ОУ1, и через резистор - элемент R33, - на инверсный вход операционного усилителя - элемента ОУ2. Сигналы с выходов делителей напряжения - элементы R31, R32 и R35, R36, транслируются на инверсный вход операционного усилителя - элемента ОУ1, и прямой вход операционного усилителя - элемента ОУ2, соответственно. Идентификатор 9 с операционными усилителями - элементами ОУ1 и ОУ2, работает таким образом: если сигнал на прямом входе операционного усилителя больше сигнала, чем сигнал на его инверсном, то на выходе сигнал преобразуется в виде «логической единицы». В том случае, когда сигнал на прямом входе операционного усилителя меньше, чем сигнал на его инверсном входе, тогда на выходе сигнал будет преобразовываться в виде «логического нуля». Если на каждом выходе операционных усилителей - элементов ОУ1 и ОУ2, в результате преобразования будут «логические единицы», то результат идентифицируют как информационный сигнал обнаружения дыма, и с последующим преобразованием элементом И-НЕ, на выходе идентификатора 9 сигнал будет преобразован в виде «логического нуля». Если на одном из выходов операционных усилителей - элементов ОУ1 и ОУ2, сигнал будет преобразован в виде «логического нуля», то результат идентифицируют как информационный сигнал отсутствия дыма, и с последующим преобразованием элементом И-НЕ, на выходе идентификатора 9 сигнал будет преобразован в виде «логической единицы».
Сигнал «логической единицы» с выхода идентификатора 9 рассеяния светового излучения транслируется на второй вход схемы 10 синхронизации информационного сигнала. При появлении «логических единиц» на первом и втором входах схемы 10 синхронизации информационного сигнала на ее выходе формируется сигнал «логический нуль», который передается на четвертый вход схемы 2 управления и запоминания - R-вход второго двоичного счетчика DD2.1, и - на ее пятый вход - V-вход третьего двоичного счетчика DD3.1. Импульс сброса схемы 7 появляется после окончания импульса излучения излучателя 3 и совпадает по времени с принятым сигналом основного 4 приемника, т.к. последний задерживается из-за инерционности его фотодиода VD1.
При появлении дыма схемой 2 управления и запоминания - вторым двоичным счетчиком DD2.1, выполняется «счет» в течение порядка 4 секунд, при котором по приходу четвертого импульса на третий вход схемы 2 управления и запоминания формируется на ее втором выходе -выходе второго двоичного счетчика DD2.1 (третий вывод микросхемы двоичного счетчика) уровень «логической единицы», блокирирующий C-вход первого двоичного счетчика DD2.2, и затем поступает на первый вход формирователя 11 сигнала регистрации дыма, - устройство переходит в режим "пожар". При этом третий двоичный счетчик DD3.1 схемы 2 управления и запоминания сбрасывается, на первый вход формирователя 11
При отсутствии сигналов на входах формирователя 11 сигнала регистрации дыма или сигнала технологического контроля устройство выходит из режима «пожар» и переходит в дежурный режим. Если зоне регистрации дыма - измерительной камеры (не показано), присутствуют частиц пыли, пара и т.д., то принятые отраженные световые сигналы преобразуются в электрические сигналы основным 4 приемником и транслируются на второй вход схемы 6 синхронного детектирования - на вход ее первого логического элемента И-НЕ, обеспечивая уровень сигнала «логической единицы». Так как импульсы сброса со схемы 7 не проходят, то на первом входе схемы 10 синхронизации информационного сигнала будет присутствовать сигнал «логической единицы».
Одновременно поступающие сигналы с основного 4 и дополнительного 5 приемников на определитель 8 соотношений изменения интенсивности рассеяния светового излучения транслируются с его выхода на идентификатор 9 рассеяния светового излучения, с выхода которого сигнал «логического нуля» поступает на второй вход схемы 10 синхронизации информационного сигнала. При появлении «логического нуля» на первом и/или втором входах схемы 10 синхронизации информационного сигнала на ее выходе формируется уровень сигнала «логическая единица», который поступает на четвертый вход схемы 2 управления и запоминания - R-вход второго двоичного счетчика DD2.1, и - на ее пятый вход - V-вход третьего двоичного счетчика DD3.1. Схемой 2 управления и запоминания - третьим двоичным счетчик DD3.1 выполняется «счет». Импульс сброса схемы 7 появляется после окончания импульса излучения излучателя 3 и совпадает по времени и совпадает по времени с принятым сигналом основного 4 приемника, т.к. последний задерживается из-за инерционности его фотодиода VD1. Второй двоичный счетчик DD2.1 схемы 2 управления и запоминания в это время сбрасывается.
При появлении частиц пыли, пара и т.д. схемой 2 управления и запоминания - третьим двоичным счетчиком DD3.1, выполняется «счет» в течение порядка 4 секунд, который по приходу четвертого импульса на ее третьим выходе - выходе третьего двоичного счетчика DD3.1 (третий вывод микросхемы двоичного счетчика), появляется уровень логической единицы, которым блокируется C-вход третьего двоичного счетчика DD3.1, и поступает на второй вход формирователя 11 сигнала технологического контроля, и устройство переходит в режим «контроля». При отсутствии сигналов на входах формирователя 11 сигнала регистрации дыма или сигнала технологического контроля устройство выходит из режима «контроля» и переходит в дежурный режим.
Заявляемые способ регистрации дыма и устройство для его реализации с высокой достоверностью обеспечивают сигнал тревоги независимо от природы тлеющего или горящего материала, обладают устойчивостью к ложным срабатываниям, за счет исключения факторов запыленности и ложного срабатывания с формированием сигналов технологического контроля.