ДАТЧИК ОБНАРУЖЕНИЯ НЕИСПРАВНОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ

Полезная модель относится к приборостроению, а именно к средствам обнаружения некачественных контактных соединений в электрооборудовании. Более конкретно, полезная модель относится к системам защиты электрооборудования и системам безопасности.
Из уровня техники известны различные способы обнаружения некачественных электрических соединений, использующих принцип обнаружения дуговых электрических разрядов возникающих в этих местах, основанные на детектировании световых излучений, анализе радиоизлучений от искрения в коротковолновом диапазоне длин волн и т.п.
SA
GA
arc
Так, из патента РФ на изобретение №2249827 известен способ обнаружения аварийных электрических дуг (Arc Tracking) в кабеле, в частности в кабеле бортовой сети воздушного летательного аппарата, при котором зарегистрированный сигнал (I(t)) переменного тока дискретно по времени считывают и посредством интерполяции определенного числа считанных значений (у(k)) определяют угловую функцию (I(k)), которая моделирует характеристику переменного тока и из которой выводят действительную часть (ω) переменного тока. Из результата сравнения действительной частоты (ω) переменного тока с заданной частотой (ω’) делают вывод о возникновении аварийной электрической дуги (I, I) и, при необходимости, вырабатывают сигнал (S) оповещения. Работающее по этому способу устройство интегрировано преимущественно в защитный выключатель для бортовой сети воздушного летательного аппарата, так что он служит для обнаружения и отключения возникающих в кабеле бортовой сети аварийных электрических дуг.
Способ и устройство для определения электрической дуги по патенту РФ №2484487 предполагают создание базы данных, содержащей множество классов принадлежностей, из которых первый класс относится к фазе коронного разряда, а также наличие узла, содержащего средство для измерения электрического тока и электрического напряжения на электрическом кабеле, средства для фильтрации значений измерений и средства для преобразования значений отфильтрованных измерений в цифровую форму и формирования двух сегментов цифровых данных. Блок обработки информации содержит средство для обработки каждого из двух сегментов функциями для формирования окончательного вектора, средство для определения класса принадлежности окончательного вектора, используя базу данных, и средства для вывода заключения о наличии или отсутствии электрической дуги.
Общим недостатком известных систем является отсутствие возможности более раннего обнаружения некачественного контактного соединения, при котором еще дуговой разряд не происходит, а имеет место только его тепловой нагрев. Такой нагрев по времени значительно предшествует возникновению дугового разряда и последующего катастрофического разрушения контактного соединения. Указанный тепловой нагрев обусловлен прохождением больших токов через электрическое сопротивление при недостаточной затяжке контактного соединения, когда величина сопротивления контакта имеет величину больше допустимой.
Задача, решаемая при разработке заявленной полезной модели, состоит в возможности обнаружения аэрозольных фракций, выделяемых изоляцией проводов, которые образуются при разогреве в местах плохих контактных соединений. При этом используется анализ изменения пространственного распределения оптической плотности среды во времени, с целью установления факта наличия аэрозольных фракций, основанный на учете физических свойств их распространения в воздухе. Технический результат, достигнутый при решении такой задачи, состоит в существенном повышении чувствительности дымовых датчиков в системах контроля разогрева изоляции.
Для достижения поставленного результата предлагается датчик обнаружения аэрозольных фракций, выделяемых изоляцией проводов при нагреве, конструкция которого включает микроконтроллер, источник излучения с измерительными каналами, работающими в различных спектральных диапазонах, и блок выделения разностного сигнала между сигналами измерительных каналов, при этом вход источника излучения связан с выходом микроконтроллера, выходы измерительных каналов связаны с входом блока выделения разностного сигнала, связанного, в свою очередь, с микроконтроллером, а датчик выполнен с возможностью попадания дыма между источником излучения и измерительными каналами.
Измерительные каналы могут быть выполнены в виде общего двухцветного светоизлучающего элемента и двух фотоприемников, разделенных диафрагмой, расположенных в одной плоскости с воздухозаходом, например, под углом 30° друг к другу, а также работать в ультрафиолетовом и инфракрасном спектрах.
По существу, заявленный датчик использует принцип выявления различий во временном изменении пространственного распределения оптической плотности в двух диапазонах длин волн.
Идеология заявленной конструкции основана на учете физических свойств аэрозоля, распространяющегося в восходящих потоках воздуха и происходящих при этом завихрениях, а также зависимости степени поглощения от соотношения длины волны светового потока к размеру частиц согласно теории Ми. Установление факта наличия аэрозольных фракций таким способом позволяет их обнаруживать при концентрациях порядка 0,0005 дБ/м.
Использование общего источника излучения с последующим формированием разностного сигнала позволяет уменьшить флуктуационную шумовую составляющую светоизлучателя, а также синфазные помехи, вызванные внешней засветкой, что позволяет добиться высокой чувствительность датчика.
Существо конструкции оптико-электронного аэрозольного датчика становится более понятным на основании его условной схемы.
Нижеследующее подробное описание содержит обоснование возможности достижения поставленного результата, при этом такой пример ни в коей мере не ограничивает объем притязаний, определенный формулой полезной модели, а лишь иллюстрирует возможность применения датчика в системах пожарной сигнализации.
Датчик состоит из микроконтроллера 1, первый выход которого через аналого-цифровой преобразователь 2 подключен к управляющему входу первого генератора тока 4, а второй - через аналого-цифровой преобразователь 3 подключен к управляющему входу второго генератора тока 5, с помощью которых управляется яркость двухцветного светоизлучающего элемента 6. Световые потоки от элемента 6 попадают на первый фотоприемник 7 и на второй фотоприемник 8 первого и второго измерительных каналов соответственно (работающих в различных спектральных диапазонах - ультрафиолетовом и инфракрасном спектрах), сигналы от которых через преобразователи ток-напряжение 9 и 10 подключены к вычитателю напряжения 11. К входу микроконтроллера 1 подключен выход вычитателя напряжения 11 через последовательно соединенные фильтр верхних частот 12, усилитель низкой частоты 13 и аналого-цифровой преобразователь 14. Третий выход микроконтроллера 1 подключен к управляющему входу ключа управления отключением электрооборудования 15. Двухцветный светоизлучающий элемент 6 помещен в закрытую диафрагму 16, фотоприемники измерительных каналов 7 и 8 помещены в закрытую диафрагму 17, а между ними размещена открытая диафрагма 18.
Работа датчика осуществляется следующим способом.
Микроконтроллер приемного устройства 1 с заданной периодичностью дает разрешение на включение и установку заданного уровня яркости каждого из двух спектров (ультрафиолетового и инфракрасного) двухцветного светоизлучающего элемента 6 через цифроаналоговые преобразователи 2 и 3 и управляемые ими генераторы тока 4 и 5. Световой потоки от светоизлучающего элемента 6, проходя через систему диафрагм 16, 17, 18, где происходит их фильтрация от отраженных лучей, попадают на фотоприемники 7 и 8, а генерируемые ими при этом токи преобразуется в напряжение преобразователями ток-напряжение 9 и 10. С их выходов напряжения, пропорциональные мощности светового потока, подаются на вычитатель напряжения 11, где выделяется разностный сигнал, содержащий информацию о пространственно-временном распределении оптической плотности среды. Разностный сигнал далее проходит через фильтр высоких частот 13, где отфильтровывается постоянная составляющая разностного сигнала, и усилитель низкой частоты, где сигнал усиливается до уровня, необходимого для работы аналого-цифрового преобразователя 14. Разностный сигнал содержит две составляющих во времени - первую составляющую для ультрафиолетового спектра, и вторую - для инфракрасного. Микроконтроллер 1 с помощью быстрого преобразования Фурье вычисляет амплитудно-частотную характеристику флуктуаций оптической плотности среды для каждого спектра и частотное распределение их отношений, производит сравнение полученных распределений для ультрафиолетового спектра и для отношений спектральных составляющих с опорными распределениями, хранящимися в памяти микроконтроллера. Если в результате сравнения спектральные составляющие в ультрафиолетовом спектре превышают заданные пороговые значения, то делается вывод об обнаружении аэрозоля (первое условие), а соответствие частотного распределения отношений спектральных составляющих опорному в соответствии с теорией Ми определяет, что обнаружен аэрозоль с размером частиц меньше, чем у пара или пыли (второе условие).
Таким образом, при совпадении обоих условий микроконтроллер 1 формирует с помощью ключа 15 сигнал на отключение электрооборудования.