ДЕТЕКТОР ОБНАРУЖЕНИЯ "ЧЕРНОГО" И "БЕЛОГО" ДЫМА

Полезная модель относится к противопожарной технике, а именно к сигнализаторам дыма, и может быть использовано для обнаружения возгораний на ранней стадии при появлении дымовых аэрозолей, как белого так т всех оттенков черного цвета. Также она может быть использована для определения запыляемости в цехах точного приборостроения, особенно в микроэлектронной промышленности.
Общей проблемой пожарных извещателей (сигнализаторов дыма, детекторов возгорания и пр.) является загрязнение самих извещателей продуктами окружающей среды: в основном естественная пыль окружающей природной среды, пыль (остатки, осколки) продуктов механообработки, т.е. технической деятельности самих цехов, оберточная пыль и т.д.
Это влияет на работоспособность извещателей, причем двояко: потеря чувствительности, т.е. не обнаружение возгорания и наоборот ложная тревога при отсутствии возгорания. Для борьбы с запыленностью требуется механическая очистка - протирка оптических систем извещателей водой, или спиртом или другими очистительными жидкостями. Это требует значительных физических и временных усилий (извещателей много и в основном на высоте, иногда значительной), а следовательно и материальных затрат, одним словом неудобство в эксплуатации.
Известен сигнализатор дыма, устанавливаемый в пожарных извещателях ИП-212-41М, выпускаемый согласно техническим условиям ТУ 4371-005-12215496-00, содержащий внутри корпуса, установленного на основании, отделяемый от корпуса оптический модуль, состоящий из светоизлучателя, свето-приемника, измерительной камеры, выполненной в виде цилиндрического объема, ограниченного боковыми лабиринтными пластинами, расположенными внутри цилиндрического объема по периферии его оснований с возможностью протекания потоков дыма с внешней стороны. Многочисленные периферийные лабиринтные пластины размещены в виде вложенных друг в друга, близких к прямым, двухгранных углов между основанием и крышкой измерительной камеры примерно с интервалом 12º. Разъемные по вертикали установочные места выполнены для светоизлучателя с цельным отверстием, а для светоприемника - сборным многоэлементным. Двухгранная пластина, установленная между светоизлучателем и светоприемником с возможностью пересечения их оптических осей, связана с одной из периферийных лабиринтных пластин и расположена перед секторами основания и крышки измерительной камеры расходящимися гребешковыми лучами.
Однако для указанного сигнализатора дыма характерны большие габариты измерительной камеры, размерами которой определяются и габариты корпуса сигнализатора дыма, сложность изготовления форм для литья, за счет большого количества тонких изогнутых лабиринтных пластин, и установочных мест для светоизлучателя и светоприемника, требующих дополнительных приспособлений при литье - "знаки", а также имеющийся высокий уровень паразитной "засветки" светоприемника от внутреннего и внешнего излучений. Установочные места для светоизлучателя и светоприемника расположены таким образом, что область для измерения частиц дыма смещена от центра камера, что исключает уменьшение диаметра оснований измерительной камеры без ухудшения основного параметра чувствительности камеры, а выполнением установочных мест для светоизлучателя и светоприемника несколькими отстоящими друг от друга пластинами обусловлена дополнительная паразитная засветка светоприемника, что существенно снижает чувствительность измерительной камеры. Диафрагмы светоизлучателя и светоприемника велики, поэтому первоначальный уровень сигнала светоизлучателя при отсутствии дыма повышается, тем самым маскируется полезный сигнал при появлении дыма.
Известен патент РФ №2258259, который содержит корпус, установленный на основании, отделяемый от корпуса оптический модуль, состоящий из светоизлучателя, светоприемника, измерительной камеры, выполненной в виде цилиндрического объема, ограниченного боковыми лабиринтными пластинами. Измерительная камера оборудована средствами, повышающими чувствительность к малым концентрациям задымленности.
К его недостаткам, при всех его положительных качествах, следует отнести сложность конструкции, отсюда недостаточная надежность, а главное - высокая стоимость, что существенно ограничивает его востребованность, в основном ответственными помещениями: музеи, галереи, международные выставки, склады боеприпасов и ГСМ, АЭС, штабы крупных войсковых соединений, крупные корабли, правительственные объекты и т.д.
Известен сигнализатор дыма, см патент №57492, содержащий оптический модуль, состоящий из светоизлучателя, светоприемника и кольцевой диафрагмы, отличающийся тем, что светоприемник и светоизлучатель расположены на оптической оси, перед светоизлучателем и перед светоприемником расположены оптические линзы, а за линзами - диафрагмы с поглощающими камерами; светоизлучатель выполнен на светодиоде с длиной волны 0,95-1,05 микрона; расстояние между светоизлучателем и светоприемником находится в пределах 50±2 мм; расстояние между диафрагмами лежит в пределах 25±2 мм; обе оптические линзы выполнены двояковыпуклыми: с коротко фокусным расстоянием с одной стороны и длинно фокусным - с другой стороны; диафрагмы выполнены с поглощающими камерами; источник питания имеет первичную цепь промышленного однофазного переменного тока напряжением 220 В/ 50 Гц и вторичную цепь постоянного тока напряжением плюс 5 В, с резервной аварийной батареей или аккумулятором.
Недостатком является сложность обслуживания в эксплуатации из-за негерметичности корпуса, а также данный сигнализатор не обнаруживает черные частицы горения, например от горения автомобильных шин.
Известна заявка №2009133565/08(047234), по которой выдано положительное Решение о выдаче патента РФ от 10.11.10 (копия прилагается) - ПРОТОТИП, в котором детектор обнаружения дыма, содержит излучающий диод и приемный диод, помещенные в герметичный корпус, также одновыпуклую линзу, которая является работающей частью корпуса; величина преломления линзы выбирается в зависимости от назначенного расстояния до контролируемых частиц дыма; в зависимости от назначения излучающий и принимающий диоды выбираются либо в инфракрасном либо в ультрафиолетовом диапазонах.
Основным его недостатком является отсутствие компенсации запыленности посторонними частицами, например, промышленной пыли, это требует частого протирания, что неудобно, т.к. детекторов много и находятся на приличной высоте, например, в цехах. Одним словом большой неудобство в эксплуатации, а это и дополнительные расходы.
Технической задачей полезной модели является повышение эксплуатационных качеств: удобства в обслуживании и снижение материальных затрат на содержание детекторов, также сведение до минимума ложных срабатываний.
Для решения поставленной задачи предлагается детектор обнаружения «черного» и «белого» дыма, содержащий основание, корпус, излучающий светодиод и принимающий фотодиод, отличающийся тем, что в него введены сигнальный светодиод и основной и дополнительный корректоры со следующими соединениями: часть светового потока излучающего светодиода соединена через основной и дополнительный корректоры с принимающим фотодиодом, другая часть светового потока соединена с частицами «белого» дыма и через угол отражения также соединена с принимающим фотодиодом; при наличии «черного» дыма световой поток соединяется с поглощающимися частицами «черного» дыма при этом соединение связь светового потока от излучающего светодиода через корректоры с принимающим фотодиодом обрывается - отсутствует; дополнительный корректор предназначен для компенсации первоначальной выставки величины запыленности конкретного помещения; в зависимости от назначения излучающий светодиод и принимающий фотодиод выбираются либо в инфракрасном либо ультрафиолетовом диапазонах.
На фиг.1 показана конструкция детектора в двух проекциях в разрезе по оси симметрии, на которых показано:
1 - излучающий светодиод (СИД) инфракрасного или ультрафиолетового диапазона;
2 - основной корректор светового потока;
3 - дополнительный корректор светового потока (2 и 3 - это опорный канал;
4 - принимающий светодиод (фотодиод);
5 - частица дыма;
6 - электронная плата;
7 - крышка;
8 - основание;
9 - индикаторный светодиод (в видимой части спектра).
Крепления, провода, источник питания, шлейф пожарной сигнализации, внешние соединительные связи и пр. условно не показаны.
На фиг.2 показан внешний вид детектора в аксонометрии, на фиг.3 - разрез детектора по одной оси симметрии.
Детектор обнаружения дыма имеет следующую конструкцию и соединения.
На основании 8 крепится крышка 7, которая имеет отверстия для вывода излучающего светодиода 1, принимающего светодиода 4 и индикаторного светодиода 9, основной корректор светового потока 2 и дополнительного корректора 3. Внутри корпуса (крышки 7) детектора расположена электронная плата 6.
Световой поток излучающего светодиода 1 распространяется в верхнюю полусферу, часть этого потока проходит через корректоры 2 и 3 и попадает на принимающий фотодиод 4 (регулировка величины этого ослабленного потока производится дополнительным корректором 3)
Световой поток (часть его) отражается от частицы дыма 5 и попадает на фотодиод 4.
Принцип работы.
Модулированное по времени (импульсное) световое излучение от излучающего светодиода 1 отражается от частиц дыма 5 попадает на фотодиод 4, регистрируется им и является признаком возгорания.
При эксплуатации детектора (без наличия возгорания) происходит запыление оптических элементов 1, 4 и 2, что приводит к изменению прошедшего через корректор 2 излучения от светодиода 1 к фотодиоду 4. Это уменьшение светового потока (величина его) фиксируется на фотодиоде 4 и через электронную схему на плате 6 вводится его компенсация путем увеличения светового потока светодиодом 1 до прежнего уровня. Это изменение обычно происходит один раз в сутки по заложенной в электронной схеме программе.
При наличии в результате возгорания «черного» дыма частицы не отражают световой поток то излучающего светодиода 1, а поглощают его, в результате происходит быстрое уменьшение светового потока по опорному каналу (через корректоры 2 и 3) на время единиц секунд, что свидетельствует о наличии возгорания.
При наличии возгорания по «белому» дыму световой поток от излучающего светодиода 1 отражается от частиц возгорания и резко увеличивается сигнал на фотодиоде 4, что также является признаком возгорания.
Наличие возгорания по «черному» и «белому» дыму регистрируется электронной схемой, передается по шлейфу пожарной сигнализации на центральный пульт оператора и дублируется светодиодным индикатором 9, может также включаться и звуковая сигнализация.
Таким образом компенсация запыленности оптических элементов происходит автоматически путем увеличения светового потока излучающего светодиода 1, но до определенного (заданного уровня). При достижении этого уровня (величины светового потока) дальнейшее его увеличение недопустимо из-за ограничения технических характеристик самого оптического тракта, т.е. при его сильной запыленности подается сигнал о ее наличии по специальному шлейфу на пульт оператора, также этот сигнал дублируется светодиодным индикатором 9.
Отсюда легко видно, что наличие опорного канала дополнительно можно использовать для определения величины запыленности помещений, что особенно важно в цехах точного приборостроения, в лечебно-профилактических учреждениях и т.д.