ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ
FIRE ALARM

Устройство относится к области пожарной безопасности и может быть использовано в пьезотехнике, например, в качестве пироэлектрических источников питания (далее ИП) и др.
Пожарные извещатели (далее ПИ) являются важнейшими элементами пожарной сигнализации. Они преобразуют с помощью чувствительных элементов (далее ЧЭ) физические величины, характеризующие несанкционированный нагрев и возгорание (далее нагрев) в сигнал, свойственный ЧЭ, несущий информацию о нагреве в сигнал, удобный для его использования в системе пожарной безопасности (далее первичный сигнал и вторичный, соответственно). При наличии различных физических принципов, положенных в основу конструкции ПИ, одним из наиболее распространенных является тепловой принцип [1]. В этом случае, при возникновении нагрева, даже в отсутствие других признаков нагрева - задымления, открытого возгорания и др., в ЧЭ ПИ осуществляется преобразование уровня нагрева в уровень первичного сигнала, как правило, электрического, несущего информацию о нем.
Далее из этого сигнала, с помощью дополнительных устройств, формируется вторичный сигнал. В качестве вторичного сигнала в ряде случаев может служить и усиленный первичный.
Очевидно, что для формирования сигнала, ПИ должен быть подключен к источнику питания. При этом широкое применение нашли точечные ПИ, зоной ответственности которых является ближайшая область вокруг ПИ [1]. Именно такие ПИ рассматриваются в данной работе.
Известен тепловой ПИ [2], состоящий из ЧЭ, преобразующий нагрев в первичный сигнал, выполненный в виде термистора на основе сплава Вуда, в скачек электрического тока при обрыве последовательной цепи при ее разрыве после воздействия нагревом на термистор, подключенный к внешнему ИП с помощью проводов. Наличие такого скачка и является сигналом несущем информацию о нагреве до температуры плавления сплава Вуда, и выше.
Недостатком такого устройства является отсутствие автономности ПИ, а именно, необходимость подачи питания от внешнего источника по проводам. Это затрудняет его размещение и, в общем случае, обслуживание в пожароопасных местах, в том числе в труднодоступных. При этом возникает зависимость пожарной безопасности системы от человеческого фактора. Последнее обстоятельство обретает особый смысл при создании систем пожарной безопасности в многолюдных помещениях, например торгово-развлекательных центрах [5].
Наиболее близким к заявляемому устройству является автономный ПИ [3], состоящий из ЧЭ, преобразующий нагрев в первичный сигнал, несущий информацию о степени нагрева, подключенных к нему дополнительных устройств, преобразующих первичный сигнал во вторичный - радиосигнал, передаваемый в систему пожарной безопасности по радиоканалу, а также автономный ИП в виде батареек или аккумуляторов.
Такой ПИ обладает более высокой степенью автономности, что позволяет оправдать затраты на его установку и обслуживание, в том числе и в труднодоступных местах повышенной пожарной опасности. В то же время не устраняется необходимость в периодической замене ИП. Это обстоятельство делает автономность ПИ условной, скорее позволяет назвать их беспроводными, и ограничивает надежность всей системы пожарной безопасности. Прежде всего такое ограничение создает человеческий фактор, что особенно актуально для многолюдных помещений, например торгово-развлекательных центров [5].
Задачей, на решение которой направлено заявленное устройство, является достижение технического результата в виде повышения автономности ПИ, увеличивающей возможность размещения, и, практически отсутствие необходимости в обслуживании ПИ в пожароопасных местах, в том числе труднодоступных, и, самое главное, практической независимости от человеческого фактора. Последнее является особенно актуальным для создания систем пожарной безопасности, практически не зависящих от человеческого фактора, в многолюдных местах, например в торгово-развлекательных центрах [5].
Поставленная задача решается в конструкции автономного ПИ, состоящего из ЧЭ (выполняющего функции ИП), преобразующего нагрев в первичный сигнал, подключенных к нему дополнительных устройств, и преобразующих первичный сигнал во вторичный, радиосигнал, удобный для его использования в исполнительных устройствах, а так же автономного ИП, отличающегося тем, что ЧЭ выполнен из пироэлеткрика, реагирующего на нагрев накоплением на нем электроэнергии, отдающего часть ее как от ИП, при достижении ею заданного порогового уровня, в виде первичного сигнала, через подключенное к ЧЭ как к ИП разрядное устройство, работающее в релейном режиме (вкл./выкл.), в преобразователь первичного сигнала во вторичный.
Возможен вариант ПИ, в котором ЧЭ как ИП изготовлен из сегнетоэлектрика, как разновидности пироэлектрика [4].
Также возможен вариант ПИ, в котором в качестве разрядного устройства, работающего в релейном режиме, использовано газоразрядное устройство, оптические (световые) вспышки, которого сопровождающие разряд, могут служить в качестве вторичного сигнала.
Возможен вариант ПИ, в котором к выходу разрядного устройства, через соответствующие электрические цепи, включающие в себя по необходимости выпрямитель, подключен источник радиосигнала, как вторичного сигнала, в виде контура ударного возбуждения или генератора ударного возбуждения, подключенного к системе пожарной безопасности через радиоканал.
Возможен вариант ПИ, в котором в качестве газоразрядного устройства, использована неоновая лампа типа МН-3.
Возможен вариант ПИ, в котором в качестве пироэлектрика использована пьезокерамика системы ЦТС, например ЦТС-19.
Известно, что при нагреве или охлаждении пьезокерамичсекого элемента, так и пироэлемента [4], на нем выделяется электрический заряд, как на конденсаторе, или, что практически одно и тоже, электрическое напряжение между электродами, как между обкладками конденсатора. При достаточно эффективном нагреве, это напряжение достигает величины разряда на неоновой лампе, подключенной между электродами. Так в частности, пьезокерамический элемент в виде сферы  из ЦТС-19, при начальной температуре около 15-18°С, нагреваясь в руке человека и, будучи нагруженным на неоновую лампу типа МН-3, дает до 10 вспышек этой лампы, вследствие релаксации. При охлаждении сферы происходит такой же процесс, со сменой знака напряжения на электродах. В последнем случае, по необходимости, возможно использование выпрямителя, для формирования обычного ИП с заданной полярностью. С ростом емкости пьезоэлемента, растет заряд, отдаваемый через неоновую лампу, растет надежность срабатывания генератора, питаемого от этого ИП, в качестве такого генератора может быть использован как контур ударного возбуждения, так и импульсный генератор ударного возбуждения (далее генератор) [6]. Возбуждаемые при этом радиоимпульсы несут информацию о нагреве и, принимаемые на пульт управления системы пожарной безопасности, они формируют сигнал для исполнительных устройств. Наличие человеческого фактора - смена батареек, например [5], снижает надежность системы пожарной безопасности.
Основной идеей предлагаемого технического решения является полный отказ от внешних видов обслуживания ПИ, например, периодической замены элемента питания -батареек, и использование взамен этого энергии самого возгорания, в данном случае нагрева. Это практически избавит ПИ от человеческого фактора.
Устройство опробовано на предприятии. На фиг. 1 приведена схема электрическая макета пироэлектрического ИП, на базе пьезоэлемента 1 из ЦТС-19 - сферы , нагруженной на неоновую лампу МН-3 2 с элементом нагрузки 3.
При нагреве в руке человека сферы 1, от температуры (приблизительно) 15-18°С до 30-32°С неоновая лампа успевает вспыхнуть, вследствие явлений релаксации, 8-10 раз при использовании в качестве элемента нагрузки 3 резистора 10 кОм.
Проведение повторных испытаний, показало высокую повторяемость результатов и их надежность. Подобное устройство может быть использовано в качестве автономного ПИ, в котором в качестве вторичного сигнала служат вспышки газоразрядного устройства, например неоновая лампа МН-3. С целью повышения эффективности работы ПИ, в качестве элементов 1-3 могут быть использованы иные устройства, в зависимости от поставленных задач.
Элемент 3 может содержать в себе выпрямитель, позволяющий использовать нагрев и охлаждение как источник питания в ИП, заданного знака.
r
На фиг. 2а приведена схема электрическая излучающей радиоимпульсы части макета пироэлектирческого ИП для ПИ на базе пьезоэлемента 1 из ЦТС-19 - сферы , нагруженной на неоновую лампу МН-3 (2) с подключенным к ней через элемент 3 и излучающую антенну 4, колебательный контур 5 с резонансной частотой ƒ в несколько кГц.
На фиг. 2б приведена схема электрическая приемной части макета ПИ на базе приемной антенны 1б, нагруженной на колебательный контур 2б и подключенные к нему дополнительные устройства 3б, содержащие регистрирующие устройства (осциллограф).
r
r
r
Было установлено, что при нагреве пьезоэлемента 1 от комнатной температуры до +70°С на выходе 3б устройства появляются радиоимпульсы, сопровождающие релаксационные разряды пироэлемента 1. При этом было соблюдено условие равенства резонансных частот ƒ колебательных контуров 5 и 2б. Уже при частотах в несколько кГц, части макета функционировали при их разнесении на расстояние до 1 м, с ростом ƒ это расстояние резко возрастало. Таким образом, была найдена приблизительная нижняя граница рабочего диапазона ƒ заявляемого ПИ - несколько кГц. В качестве согласующего элемента 3 был использован резистор, оптимизирующий длительность ударного импульса - его и импульса питания. Для более высоких частот, на которых расстояние между частями ПИ - приемной и излучающей, могут возрасти до десятков и более метров, в качестве элемента 3 может быть использован генератор ВЧ, питаемый от импульсов релаксации неоновой лампы, и, таким образом, включаемый или выключаемый ими.
Литература
1. ru.wikipedia.org/wiki/Пoжapный_извeщaтeль
2. protivpozhara.com/signal/struktura/tochechnyj-pozharnyj-izveshhatel
3. С 2000Р-ИП
4. К. Окадзаки. Технология керамических диэлектриков, М., «Энергия», 1976 г. стр. 9
5. kommersant.ru/doc/3605486