МОДУЛЯЦИОННЫЙ ДАТЧИК ГОРЕНИЯ

Полезная модель относится к противопожарной технике и может быть использована для обнаружения горения.
Известны датчики, основанные на восприятии инфракрасного излучения в связи с нагревом или появлением пламени. В пожарном датчике (Авторское свидетельство СССР SU 1251144 A1, G08B 17/12, опубл. 15.08.86) - [1] излучение, возникшее в связи с нагревом или появлением пламени попадает в волоконный световод, в результате чего на выходе датчика имеет место воспринятое излучение, которое может быть зарегистрировано, например, детектором ИК-излучения.
В устройстве для пожарной сигнализации (Авторское свидетельство СССР SU 1517050 A1 G08B 17/12, опубл. 23.10.89) - [2] для регистрации и сигнализации о пожаре используется суммирование последовательности отрицательных импульсов, соответствующей воспринятому чувствительным элементом инфракрасному излучению пламени и последовательности положительных импульсов, соответствующих пожароопасной ситуации, поступающих с генератора. Здесь, в отличие от изобретения [1], реализована более высокая информативность, поскольку можно судить об исправности или неисправности устройства, а также реализована более высокая достоверность регистрации пожара.
Модуляционный датчик пламени (МДП) (Патент РФ RU 2179743 С1, G08B 17/12, 17/103, 17/06, опубл. 20.02.2002) - [3] содержит герметичный корпус, внутри которого установлены светофильтр, пропускающий ИК-излучение, детектор ИК-излучения, усилитель сигнала, питающий генератор, электронный ключ, включающий автоматическую систему пожаротушения. Между светофильтром и детектором ИК-излучения установлен маятниковый модулятор, а детектор ИК-излучения и усилитель сигнала связаны с электронным ключом через последовательно соединенные формирователь прямоугольных импульсов и счетчик импульсов. Маятниковый модулятор представляет собой исполнительный механизм, на который подается напряжение от питающего генератора и маятник, колеблющийся перед глазком детектора ИК-излучения с частотой 25 Гц. В корпусе установлена также микролампа тестирования, смещенная относительно продольной оси корпуса таким образом, что световой сигнал от микролампы попадает к детектору ИК-излучения через маятниковый модулятор, отражаясь от светофильтра. При тестировании контролируется работа всего тракта МДП, но система пожаротушения блокируется. При дистанционном включении тестирующей микролампы ИК-излучение от нее попадает на светофильтр, а затем, отражаясь от него, на детектор ИК-излучения. При этом это излучение прерывается маятниковым модулятором, так же как и при возгорании, однако, срабатывание системы пожаротушения автоматически блокируется.
Недостатками устройства является невысокая информативность сигнала, получаемого в режиме тестирования из-за смешения оптического сигнала контролируемого пространства и тестового сигнала, большое энергопотребление и габариты вследствие наличия маятникового модулятора, малые быстродействие и достоверность регистрации пожара, что снижает эффективность датчика.
Указанные аналоги обладают невысокими быстродействием, информативностью, чувствительностью и достоверностью регистрации пожара, что является их недостатками.
Прототипом предлагаемой полезной модели является модуляционный датчик горения (Патент РФ RU 2332723 C1, G08B 17/12, опубл. 27.08.2008) - [4]. Модуляционный датчик горения содержит оптическую систему, модулятор, выполненный в виде неподвижной растровой решетки и подвижной растровой решетки, механически связанной с электромеханическим осциллятором, при этом каждая из растровых решеток модулятора имеет две зоны модуляции оптических сигналов с одинаковыми постоянными периодами. Выходом устройства является выход схемы обработки сигналов, входы которой подключены к фотоприемнику и электромеханическому осциллятору. Оптическая система содержит источник оптического тестового сигнала и выполнена таким образом, что на ее выходе имеются два сигнала: тестовый сигнал и сигнал контролируемого пространства, которые разделены в пространстве и не смешиваются. Параметры растровых решеток выбираются таким образом, что за один период движения подвижной растровой решетки два этих оптических потока проходят по очереди, раздельно во времени через модулятор, преобразуются фотоприемником в электрический сигнал в виде двух импульсов: амплитуда первого импульса соответствует тестовому сигналу, а амплитуда второго импульса - сигналу контролируемого пространства. Таким образом, за счет конструкции растровых решеток на входе фотоприемника может присутствовать только один оптический сигнал: либо тестовый, либо сигнал контролируемого пространства. Для этого параметры растровых решеток должны соответствовать неравенствам:
1
2
3
4
m
где d - период растровых решеток, d, d - ширина прозрачного участка неподвижной и подвижной растровых решеток соответственно, d, d - расстояние между зонами модуляции оптических сигналов неподвижной - 4 и подвижной - растровых решеток соответственно, x - амплитуда колебания подвижной растровой решетки.
Основными недостатками прототипа являются невысокая чувствительность, сложная конструкция двухканального модулятора и высокое энергопотребление вследствие непрерывной работы тестового источника.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении эффективности датчика: увеличение чувствительности датчика и уменьшение потребляемой мощности.
Технический результат достигается тем, что в модуляционном датчике горения, содержащем оптическую систему, электромеханический осциллятор, модулятор, выполненный в виде неподвижной растровой решетки и подвижной растровой решетки, механически связанной с электромеханическим осциллятором, фотоприемник, схему обработки сигналов, новым является то, что каждая из растровых решеток имеет одну зону модуляции оптических сигналов, а параметры решеток выполнены в соответствии с системой неравенств:
1
2
m
где d - период растровых решеток, d, d - ширина прозрачного участка неподвижной и подвижной растровых решеток соответственно, x - амплитуда колебания подвижной растровой решетки.
В модуляционном датчике горения оптическая система содержит источник оптического тестового сигнала, имеющий возможность управления его включением и выключением для периодического контроля работоспособности датчика, при этом фотоприемник выдает периодический сигнал в виде последовательности уровней сигнала контролируемого пространства, нулевого сигнала и тестового сигнала.
Сущность полезной модели представлена на фиг.1 - фиг.4.
Фиг.1 - структурная схема. Здесь:
1 - оптическая система;
2 - электромеханический осциллятор;
3 - модулятор;
4 - неподвижная растровая решетка;
5 - подвижная растровая решетка;
6 - фотоприемник;
7 - схема обработки сигналов;
8 - источник тестового сигнала;
9 - диафрагма;
10 - светофильтр.
Фиг.2 - схема взаимного расположения неподвижной растровой решетки 4 и подвижной растровой решетки 5 с указанием основных параметров растровых решеток:
d - период растровых решеток;
1
2
d, d - ширина прозрачного участка неподвижной и подвижной растровых решеток соответственно;
Модуляционный датчик горения содержит оптическую систему 1, модулятор 3, выполненный в виде неподвижной растровой решетки 4 и подвижной растровой решетки 5, механически связанной с электромеханическим осциллятором 2, при этом каждая из растровых решеток модулятора 3 имеет одну зону модуляции оптического сигнал. Выходом устройства является выход схемы обработки сигналов 7, входы которой подключены к фотоприемнику 6, тестовому источнику 8 и электромеханическому осциллятору 2. Оптическая система 1 содержит источник оптического тестового сигнала 8 и выполнена таким образом, что на ее выходе имеются два сигнала: тестовый сигнал и сигнал контролируемого пространства, которые разделены в пространстве и не смешиваются. Параметры растровых решеток 4, 5 выбираются таким образом, что за один период движения подвижной растровой решетки 5 оптический поток контролируемого пространства последовательно перекрывается и открывается для прохождения через модулятор 3. В промежутке времени, соответствующем перекрытию оптического потока контролируемого пространства на фотоприемник 6, осуществляется включение тестового источника 8 на короткий промежуток времени с помощью схемы обработки сигналов 7. Оптический сигнал преобразуется фотоприемником 6 в электрический сигнал в виде двух импульсов: амплитуда первого импульса соответствует сигналу контролируемого пространства, а амплитуда второго импульса - тестовому сигналу.
Оптическая система 1 может быть реализована, например, на элементах, описанных в [3]: диафрагмы, светофильтра, пропускающего ИК-излучение и микролампы тестирования.
Электромеханический осциллятор 2, являющийся приводом подвижной растровой решетки может быть выполнен, например, в виде упругого подвеса, приводящегося в резонансные колебания с помощью электромагнита.
Датчик работает следующим образом. Он выполняет свою функцию при следующих значениях параметров растровых решеток 4, 5 модулятора 3, представленного на фиг.2:
1
2
где d - период растровых решеток, d, d - ширина прозрачного участка неподвижной и подвижной растровых решеток соответственно, xm - амплитуда колебания подвижной растровой решетки.
m1
m2
m2
m1
m
Оптическая система 1 выдает два разделенных в пространстве оптических сигнала: сигнал контролируемого пространства, поступающий на вход оптической системы и тестовый сигнал, источник которого содержится в оптической системе 1. Далее сигнал контролируемого пространства проходит через модулятор 3, подвижная растровая решетка 5 которого совершает периодические колебания под управлением электромеханического осциллятора 2. В положении 1 подвижной растровой решетки 5 все прозрачные участки неподвижной растровой решетки 4 перекрыты непрозрачными участками подвижной растровой решетки 5, поэтому оптический сигнал контролируемого пространства и тестовый сигнал через модулятор 3 не проходят, и на фотоприемнике 6 мы получаем нулевой уровень сигнала U. При перемещении подвижной растровой решетки 5 из положения 1 в положение 2 прозрачные участки неподвижной растровой решетки 4 постепенно открываются, поэтому на фотоприемнике 6 получаем нарастание сигнала контролируемого пространства, который в положении 2 подвижной растровой решетки 5 достигает максимального уровня U, пропорционального уровню излучения контролируемого пространства. Уровень U не изменится до положения 3 подвижной растровой решетки 5. С положения 3 до положения 4 подвижной растровой решетки 5 сигнал на фотоприемнике 6 линейно убывает, а в положении 4 и до положения 7 подвижной растровой решетки 5 прозрачные участки неподвижной растровой решетки 4 в обеих частях пространства перекрыты непрозрачными участками подвижной растровой решетки 5. В положении 5 растровой решетки и до положения 6 осуществляется засветка фотоприемника тестовым источником, при этом включение тестового источника управляется схемой обработки сигналов, что можно видеть по схеме, приведенной на фиг.3а. Таким образом, в положениях 4-5 и 6-7 подвижной растровой решетки 5 на фотоприемнике 6 мы получаем нулевой уровень сигнала U, а в положении 5-6 - уровень тестового сигнала U, представленные на фиг.3б.
Отметим, что в положениях 2-3 и 4-5 подвижной растровой решетки 5 уровни сигналов, получаемые на фотоприемнике 6, не меняются, поскольку прозрачные участки подвижной растровой решетки 5 более узкие, чем прозрачные участки неподвижной растровой решетки 4. При различных значениях параметров растровых решеток 4, 5 получим различные формы сигнала на фотоприемнике 6, например, в одном из частных случаев трапециидальная форма сигнала, изображенного на фиг.3 вырождается в треугольную форму. Прошедший через модулятор 3 оптический сигнал контролируемого пространства и тестовый оптический сигнал попадают на фотоприемник 6, который преобразует их в электрический сигнал. Сигнал с фотоприемника 6 поступает на схему обработки сигналов 7.
В качестве схемы обработки. сигналов 7 может быть использована схема обработки сигналов, реализованная в прототипе [4].
Результаты сравнения уровня сигнала контролируемого пространства и нулевого уровня, уровня тестового сигнала и уровня сигнала контролируемого пространства, уровня тестового сигнала и нулевого уровня определяют состояние датчика:
1. Снижение разности между нулевым уровнем и уровнем тестового сигнала. Это может свидетельствовать либо о неисправности элементов датчика, либо о неконтролируемом снижении мощности электропитания источника тестового оптического сигнала, что соответствует выходному сигналу "Неисправность" датчика.
2. Увеличение разности между нулевым уровнем и уровнем тестового сигнала может свидетельствовать о неконтролируемом (самопроизвольном) увеличении мощности электропитания источника тестового оптического сигнала ("Неисправность").
3. Снижение разности между нулевым уровнем и уровнем сигнала контролируемого пространства может свидетельствовать о неисправности модулятора ("Неисправность").
4. Увеличение разности между нулевым уровнем и уровнем сигнала контролируемого пространства свидетельствует о пожаре в контролируемом пространстве ("Пожар").
5. Снижение разности между уровнем тестового сигнала и уровнем сигнала контролируемого пространства может свидетельствовать либо о пожаре в контролируемом пространстве ("Пожар"), либо о неконтролируемом снижении мощности электропитания источника тестового оптического сигнала ("Неисправность"), либо о неисправности модулятора ("Неисправность").
6. Увеличение разности между уровнем тестового сигнала и уровнем сигнала контролируемого пространства может свидетельствовать либо о неконтролируемом (самопроизвольном) увеличении мощности электропитания источника тестового оптического сигнала ("Неисправность"), либо о неисправной работе модулятора ("Неисправность").
Все остальные случаи, когда результаты сравнения сигналов находятся на допустимых уровнях, соответствуют выходному сигналу "Норма" датчика.
1
2
m
Таким образом, модуляционный датчик горения не сложен в исполнении, прост и надежен в работе, и за счет применения в модуляторе 3 оптических растровых решеток 4, 5 с параметрами d, d, d, x, связанными приведенной ранее системой неравенств, а также за счет управления включением тестового сигнала позволяет:
1) повысить чувствительность и информативность устройства поскольку, использование одной зоны модуляции растровых решеток вместо двух позволяет сделать растровые решетки с большей шириной прозрачного участка по отношению к периоду растровых решеток и таким образом повысить уровень светового потока, попадающего на фотоприемник;
2) снизить энергопотребление датчика, поскольку в течение периода тестовый источник включен не постоянно, а только определенный короткий промежуток времени.