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 C1, 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 РЖ-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.
2
2
Известны датчики серии «Набат» производства ОАО «НИИ «Гириконд», г. Санкт-Петербург (ОАО «НИИ «Гириконд». [Электронный ресурс]: Извещатель пламени НАБАТ 3 (ИП332-1/3). - Электрон, дан. - Режим доступа: http://www.giricond.ru/production/flame/types_of_detectors/flame_detectors /119/, свободный. - Загл. с экрана. - Данные соответствуют 2014 г. - Яз. рус.) - [4], состоящие из фотоприемников, блоков обработки сигналов, оснований и корпусов. В качестве основного оптического элемента применен многоспектральный фотоприемник, преобразующий электромагнитное излучение пламени и посторонних источников излучения в электрический сигнал. Фотогальванический приемник реагирует в общем случае на электромагнитное излучение в нескольких спектральных поддиапазонах: 0,3-1,2 мкм, 2,5-2,9 мкм, 4,0-4,4 мкм. Первый поддиапазон реагирует на фоновые помехи (солнце, искусственные источники излучения, нагревательные приборы, разряды молнии и пр.). Второй и третий поддиапазоны соответствуют селективным полосам излучения продуктов горения: HO и CO. Микроконтроллер извещателя выделяет и сравнивает сигналы от пламени и фоновых оптических помех и принимает решение о переходе извещателя из дежурного режима в режим «Пожар».
Недостатком извещателя является небольшой угол обзора и невысокое быстродействие.
Прототипом предлагаемой полезной модели является модуляционный датчик горения (Патент РФ RU 125373 U1, G08B 17/12, опубл. 27.02.2013) - [5]. Модуляционный датчик горения содержит оптическую систему, электромеханический осциллятор, модулятор, выполненный в виде неподвижной растровой решетки и подвижной растровой решетки, механически связанной с электромеханическим осциллятором, фотоприемник, схему обработки сигналов. Выходом устройства является выход схемы обработки сигналов, входы которой подключены к фотоприемнику, тестовому источнику и электромеханическому осциллятору. 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. Для этого 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.
Поскольку анализ электрического сигнала осуществляется непрерывно, кроме того, растровые решетки модулятора можно изготовить с периодами довольно малой величины (до сотых долей мм), это дает возможность использовать малые амплитуды и большие частоты колебаний для перемещения подвижной растровой решетки за счет этого в данном устройстве достигается высокое быстродействие.
Недостатками прототипа являются наличие растровых решеток как сложно реализуемых изделий, небольшой угол обзора и дальность обнаружения очага горения.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении эффективности датчика: увеличении угла обзора и дальности обнаружения очага горения при сохранении высокого быстродействия, достоверности регистрации очага горения, и чувствительности.
Технический результат достигается тем, что в модуляционном датчике горения, содержащем оптическую систему, модулятор, источник оптического тестового сигнала, фотоприемник, выход которого подключен к схеме обработки сигналов, определяющей наличие очага горения, новым является то, что оптическая система представляет собой два зеркала, первое из которых состоит из сегментов параболической формы, составляющих единую многосегментную поверхность, а второе зеркало представляет собой параболоид вращения, совместно образующие телескопическую систему, а в качестве модулятора использован дисковый модулятор, диск которого расположен между первым зеркалом и фотоприемником, при этом образован оптический канал прохождения сигнала контролируемого пространства через отверстия во втором зеркале, в первом зеркале и в диске на фотоприемник.
Диск модулятора имеет два симметрично выполненных по одному из его диаметров отверстия, а по перпендикулярному ему диаметру выполнены отражающие поверхности, кроме того по краям диска симметрично отверстиям расположены шторки.
Сущность полезной модели представлена на фиг. 1, фиг. 2, где:
1 - второе зеркало (параболоид вращения);
2- первое зеркало (многосегментное);
3 - диск;
4 - корпус;
5 - источник тестового оптического сигнала;
6 - фотоприемник;
7 - электропривод;
8 - плата со схемой обработки сигналов;
9 - наклонная отражающая поверхность;
10 - перекрывающая шторка.
На данных фигурах поз. 1 и 2 образуют оптическую систему, поз. 3 и 7 образуют модулятор.
Модуляционный датчик горения содержит оптическую систему, образованную зеркалом 1 и зеркалом 2, модулятор, выполненный в виде диска 3 с электроприводом 7. Выходом устройства является выход схемы обработки сигналов 8, входы которой подключены к фотоприемнику 6, тестовому источнику 5 и электроприводу 7. Оптическая система представляет собой два зеркала, первое 2 из которых состоит из сегментов параболической формы, составляющих единую многосегментную поверхность, а второе зеркало 1 представляет собой параболоид вращения, совместно образующие телескопическую систему.
Диск 3 имеет два симметрично выполненных по одному из его диаметров отверстия, а по перпендикулярному ему диаметру выполнены отражающие поверхности 9, кроме того по краям диска симметрично отверстиям расположены шторки 10.
В качестве схемы обработки сигналов 7 может быть использована схема обработки сигналов, реализованная в прототипе [5].
Датчик работает следующим образом.
Диск 3, имеющий два отверстия, две наклонные отражающие поверхности 9 и две шторки 10, приводится во вращение электроприводом 7. В момент времени, когда оптический канал открыт отверстием в диске 3 модулятора, лучи контролируемого пространства, проходя через центральное отверстие второго зеркала 1, попадают на отражающие поверхности параболических сегментов первого зеркала 2. Отражаясь от сегментов первого зеркала 2 лучи попадают на параболическую отражающую поверхность второго зеркала 1, отражаясь от которой проходят через центральное отверстие первого зеркала 2, попадают в оптическую систему фотоприемника 6 и фокусируются на его фоточувствительном слое. Фокусные расстояния зеркала 2 и сегментов зеркала 1, а так же расстояние между этими зеркалами рассчитаны таким образом, что зеркала 1 и 2 образуют телескопическую систему, увеличивающую угол поля зрения оптической системы фотоприемника 6 и дальность обнаружения очага горения (Бегунов, Б.Н. Теория оптических систем [Текст] / Б.Н. Бегунов, Н.П. Заказнов. - М.: Машиностроение, 1973. - 488 с.) - [6].
Когда оптический канал открыт для лучей контролируемого пространства, перекрывающая шторка 10 диска 3 закрывает излучение от тестового источника 5. Затем поток контролируемого пространства перекрывается частью диска 3, на которой отсутствует отверстие. В этот момент перекрывающая шторка 10 также закрывает излучение тестового источника 5 и осуществляется контроль темнового тока фотоприемника 6. Затем происходит открытие перекрывающей шторки 10 при закрытом потоке контролируемого пространства. В данный момент излучение от тестового источника 5 отражается от наклонной отражающей поверхности 9 и попадает на фотоприемник 6. Далее повторяется стадия измерения темнового тока фотоприемника 6. Таким образом, сигналы от контролируемого пространства, темнового тока и от тестового источника при непрерывном вращении диска 3 модулятора повторяются циклически.
Таким образом, модуляционный датчик горения не сложен в исполнении, прост и надежен в работе, и за счет применения в модуляторе диска, а также оптической системы позволяет:
1) повысить дальность определения очага горения;
2) увеличить угол обзора датчика;
3) упростить конструкцию датчика
при сохранении высокого быстродействия, достоверности регистрации очага горения, и чувствительности.