ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ЛИНЕЙНЫЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ
FIBRE-OPTIC LINEAR FIRE ALARM

Область техники
Изобретение относится к неэлектрическим средствам обнаружения пожаров и может быть использовано во взрывоопасных зонах особенно в условиях рудников, угольных шахт, на химических производствах с весьма агрессивными средами, в морском флоте, в условиях агрессивного соляного тумана.
Уровень техники
Большинство систем оповещения о пожарах, сегодня, как правило, это системы с отдельными датчиками, построенными по принципу определения факторов - носителей информации о пожаре, не всегда позволяющие точно определить точку пожара.
Например, пожарные извещатели: оптические датчики дыма и тепловые, которые работают по принципу периодического контроля соответствующего сенсора и следующей обработки полученного сигнала разными способами, формируя сигнал о наличии или отсутствии факторов пожара (см. журнал "Системы безопасности связи и телекоммуникации", 2000, 33, с.65).
Известен тепловой пожарный извещатель (Извещатель пожарный тепловой максимальный "ИП 101-1А", ТУ 4371-035-11858298-06, Руководство по эксплуатации САПО, 425212.003 РЭ, www.arsenal-sib.ru), в котором тепловым сенсором служит контактный тепловой элемент.
Недостатком этого извещателя является то, что температура срабатывания извещателя зависит только от температуры срабатывания контактного теплового элемента. Такая зависимость не позволяет в условиях серийного производства оперативно изменять класс теплового пожарного извещателя в соответствии со стандартами рынка. Кроме того, такой извещатель требует дополнительных элементов для работы в шлейфах пожарной сигнализации со знакопеременным напряжением.
К общим недостаткам систем оповещения о пожаре, построенным на основе отдельных датчиков, можно отнести:
- Большое количество датчиков для больших объектов.
- Большая стоимость датчика, и, как следствие, большая стоимость системы для больших объектов.
- Срабатывание датчиков при определенной температуре.
- Использования электрических сигналов.
Наиболее близким аналогом предлагаемому изобретению является линейный пожарный извещатель с электрическим кабелем в качестве чувствительного элемента, защищенный патентом РФ №2363053, выданным патентообладателям: ЖАНГ Вейше (CN) и ЛИ Гангджин (CN). Изобретение представляет собой невосстановимый термочувствительный датчик линейного типа, имеющий функцию тревожной сигнализации о коротком замыкании за счет повреждения, который содержит кабель обнаружения пожара, имеющий, по меньшей мере, два проводника обнаружения пожара, установленных в параллель; и плавкий изоляционный слой, резистор и устройство измерения сопротивления.
Подобный пожарный извещатель PROLINE «TN» производится ООО Пожарная автоматика. Термокабель «PROLINE TN» состоит из пары стальных покрытых медью проводов, наружным диаметром 3,5 мм. Для каждой температуры срабатывания применяется свой термочувствительный полимер, обернутый вокруг обоих проводов, которые находятся в подпружиненном состоянии, плотно прилегая друг к другу. Таким образом, при нагреве полимера до предельно допустимой температуры, происходит замыкание пары и формируется аварийный сигнал. При нарушении целостности жил кабеля происходит оповещение о неисправности цепи.
Интерфейсный модуль пожарного извещателя считает сопротивление кабеля при срабатывании и определяет расстояние до пожара.
К недостаткам прототипа можно отнести, то что он является невосстановимым, что влечет за собой необходимость создания отдельного извещателя для определенной температуры; при этом порог чувствительности достаточно высокий (не менее 68°С); фиксирование только одной точки срабатывания; система находится под постоянным электрическим напряжением. Длина чувствительного элемента - кабеля имеет ограничения, связанные с погонным сопротивлением.
Задача изобретения состоит в создании пожарного извещателя, способного к постоянному мониторингу температуры по всей длине чувствительного элемента, что позволяет прогнозировать опасные ситуации и контролировать все потенциально опасные объекты.
Технический результат использования предлагаемого изобретения - снятие фиксированного порога срабатывания, возможность одновременного определения любого количества точек возгорания, увеличение контролируемого объема благодаря значительному увеличению длины чувствительного элемента.
Раскрытие изобретения
Поставленная задача решена за счет того, что в известном линейном пожарном извещателе, состоящем из блока сигнализации и чувствительного элемента, согласно изобретению блок сигнализации выполнен в виде детектора рассеянного излучения, который включает оптически связанные импульсный лазерный источник света, чувствительный элемент, блок фильтрации, разделяющий Стоксовую и антиСтоксовую компоненты, фотодиоды, регистрирующие соответствующие компоненты рассеяния, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), блок обработки и индикации температуры по длине чувствительного элемента, причем чувствительным элементом служит волоконно-оптичесий кабель.
Обоснование введенных признаков
Свойства оптического световода можно варьировать в широких диапазонах, существует множество типов волокон, каждое из которых по своим свойствам удовлетворяет определенным требованиям, в зависимости от применения. Чувствительность к внешним факторам позволяет измерять некоторые параметры внешней среды, в частности температуру. Информация о температуре содержится в основном в антиСтоксовой компоненте. Для того чтобы можно было выделить из шумового сигнала достаточное количество антистоксового рассеяния, используют многомодовые волокна, в которых площадь рассеяния существенно выше по сравнению с одномодовыми световодами. Благодаря этому в многомодовых волокнах требуется приблизительно один метр волокна, чтобы накопить достаточное количество сигнала для обработки. В одномодовых же линиях аналогичная длина волокна должна составлять 4-10 метров, что в разы снижает пространственное разрешение датчика в целом. У датчиков на основе многомодовых волокон также есть и некоторые ограничения, связанные с относительно большими потерями, которые ограничивают длину чувствительной линии до 10 км.
Как правило, одномодовые и многомодовые волокна отличаются радиусом сердцевины: у одномодового волокна радиус сердцевины ~9 мкм, в то время как у многомодового - ~50…70 мкм. Оптическая световедущая часть может защищаться слоем из акрилата, пластика, армированной оболочки и т.д., в зависимости от применения данного кабеля.
Главные преимущества пожарных извещателей, в которых чувствительным элементом служит волоконно-оптичесий кабель, по сравнению с известными аналогами следующие:
- Высокая скорость отклика на изменение параметров среды.
- Возможность постоянного мониторинга температуры по всей длине чувствительного элемента.
- Надежность.
- Очень широкий температурный рабочий диапазон.
- Небольшая цена за единицу длины измерительной линии.
- Высокая чувствительность.
- Большое время эксплуатации.
- Высокое пространственное разрешение.
- Устойчивость к химическому воздействию и агрессивным средам
- Не подвержены влиянию электромагнитного возмущения
- Чувствительная часть сенсора не требует подключения к линиям электропередачи.
Таким образом, волоконные сенсоры незаменимы для отраслей, связанных с горючими и взрывоопасными материалами, например, угле-, нефте- и газодобычи и пр. для использования в системах пожарной сигнализации различных сооружений.
Описание устройства поясняется приведенной на рис.1 схемой температурного датчика на основе комбинационного рассеяния (КР), где: 1 - импульсный лазер, 2 - спектральный фильтр, 3 - чувствительное волокно, 4 - фотодиоды, регистрирующие соответствующие компоненты рассеяния, 5 - АЦП, 6 - блок обработки и индикации (БОИ).
Работа устройства
Лазер 1 выдает импульсы с частотой несколько килогерц, которые заводятся в оптоволоконную линию 3, состоящую из одномодового или многомодового волокна. В каждой точке оптоволоконного кабеля происходит комбинационное рассеяние света. Комбинационное рассеяние света в обратном направлении, проходя через спектральный фильтр 2, разделяется на Стоксовую и антиСтоксовую компоненты и перенаправляется на два высокочувствительных фотодиода 4, данные с которых поступают на АЦП 5 и далее - на блок обработки и индикации 6, где эти сигналы обрабатываются и вычисляется температура.
На фиг.2 представлены а) рефлектограмма и б) рассчитанная температура для оптоволоконного кабеля на основе многомодового волокна длиной 4 км.
Регистрируя время прибытия обратнорассеянного излучения, можно определить место, где конкретно произошло рассеяние.
Современные технические средства позволяют создать извещатели, которые обеспечивают:
- контроль температуры на чувствительном элементе длиной до 8000 м;
- выбор температурного класса и на основе полученных данных и их обработки определение пожара по температуре для всех температурных классов от А1 до G, либо по температуре и скорости прироста температуры для всех классов от A1R до GR;
- определение и индикацию дистанции в метрах до пожара;
- определение и индикацию нескольких зон, в которых произошел пожар;
- контроль исправности чувствительного элемента;
- выдачу извещений «Дежурный режим», «Пожар» «Неисправность»;
- возможность ограничить оптическое излучение в оптоволоконном кабеле на уровне 10 мВт, что позволяет присвоить маркировку взрывозащиты связанного оборудования Ex [op is T6 Ga]IIC.