Световой оповещатель

Полезная модель (ПМ) относится к устройствам, предназначенным для использования в системах охранной, пожарной или охранно-пожарной сигнализации (ОПС) в качестве средства предупредительной световой, а при необходимости, и звуковой сигнализации для оповещения людей о возникновении чрезвычайной ситуации и/или указания путей эвакуации. Также полезная модель может быть применена для производства различных утилитарных и служебных световых указателей и вывесок (ГОСТ 26342-84; ГОСТ Р 53325).
Известны современные устройства отображения неизменной информации посредством подсветки носителя информации искусственным источником света. Фронтальная (лицевая) поверхность такого устройства, как правило, имеет плоскую информационную панель в виде комбинации светопропускающих и непрозрачных элементов с образованием графического изображения и/или надписи.
Светящий элемент, как правило, выполнен в виде сборки светоизлучающих диодов (СИД/LED) монохроматического цвета, установленных, как правило, так, что их оптические оси ориентированы в одну сторону:
1) вдоль информационной панели; ИЛИ
2) в сторону информационной панели, образуя с ее плоскостью угол 90° (т.е. оси совпадают с нормалью к плоскости информационной панели).
В указанных конструкциях используется такое важное преимущество СИД перед другими источниками света, как однонаправленность пространственного распределения излучения. В этом случае КПД светящего элемента с телом свечения, светящимся с одной стороны, значительно выше, чем у изотропных источников света.
Также к достоинствам светящего элемента, выполненного в виде сборки СИД, следует отнести малое энергопотребление за счет более высокой светоотдачи; высокую надежность и механическую прочность; малые размеры элементов сборки, возможность их монтажа непосредственно в любую форму по конструкции.
Однако, многоэлементные сборки распределенных по плоскости СИД, в зависимости от их индивидуальных светотехнических характеристик, являются, вообще говоря, светящим элементом с неравномерной яркостью в пределах габарита светящего тела и, следовательно, не обеспечивают равномерность свечения.
Поэтому в конструкциях световых панелей используют прозрачные пластины, дополнительные отражательные и рассеивающие поверхности (линзы, отражатели, диффузоры, рассеиватели) и их комбинации, иначе невозможно обеспечить равномерность освещения и трудно добиться равномерности засветки лицевой поверхности. Т.е. проблему равномерности освещенности информационного поля решают за счет усложнения конструкции и/или за счет нанесения специальных слоев, покрытий и т.д., что приводит к усложнению процесса изготовления и повышению стоимости устройств.
Каждый из СИД сборки формирует световой пучок, а сборка СИД в целом - световой поток с неравномерной яркостью в пределах габарита светящего тела. Световой поток, сформированный сборкой СИД, падает на диффузно-отражающие поверхности и информационную панель с непрозрачными участками транспаранта, и после многократного диффузного отражения за счет пространственного перераспределения преобразуется в световой поток с равномерным распределением яркости по фронтальной поверхности информационной панели в зоне светопропускающих участков, дополнительно рассеивается этими участками и поступает во внешнее пространство, подсвечивая непрозрачные участки информационной панели сзади.
Поскольку свет распределяется неравномерно, яркость и угол освещения являются важными параметрами для светодиодов. Другой важный параметр - световой поток или «мощность» света в потоке, который можно определить, если известна сила света и угол освещения.
Световой поток - это показатель «мощности» света, с учетом длины волны, которая воспринимается человеком. Понятно, что угол освещения очень сильно влияет на световой поток. Так, светодиодная 5000 мкд лампа с углом освещения в 60 градусов в четыре раза мощнее, чем аналогичная с углом освещения в 30 градусов. При этом у светодиодов одинаковой яркости может быть разное потребление энергии. Это обстоятельство учитывается при выборе параметров светоизлучающего диода.
Как известно, существуют различные типы светодиодов с самыми различными схемами излучения. Светодиод с узким углом свечения создает яркое, резкое точечное освещение, но не дает никакого освещения поверхности. Поскольку при направлении излучения от источников света перпендикулярно лицевой поверхности образуются световые пятна - поэтому, как правило, в таких конструкциях источники света располагают сбоку от световой панели для получения однородной (равномерной) по излучающей поверхности засветки информации, комфортной для восприятия глазом.
Известна «Универсальная светодиодная информационная панель», описанная в патенте РФ №53481 на ПМ (МПК G09F 9/00, B60Q 3/04, опубликован 10.05.2006 г.) (см. на сайте http://www1.fips.ru/ в разделе «Открытые реестры» - на 01.10.2019 г.).
Световая панель содержит треугольный корпус, имеющий основание, верхнюю полку, расположенную под углом к основанию, рассеиватель (наклонная стороне корпуса) с выполненными на основе трафарета информационными символами, расположенный между внешней кромкой полки и нижним краем основания. Внутри корпуса, на внутренней стороне полки расположена плата со светодиодными источниками света в виде сборки СИД, блок электропитания и управления. Внутренняя поверхность основания имеет светоотражающее покрытие.
Предложено несколько вариантов технического решения:
полка расположена под прямым углом к основанию, а центральные оси светодиодов проходят параллельно плоскости основания;
полка расположена под прямым углом к рассеивателю так, что центральные оси световых потоков светодиодов проходят параллельно плоскости рассейвателя;
полка расположена под острым углом к основанию и рассеивателю так, что центральные оси световых потоков светодиодов проходят между плоскостью основания и плоскостью рассеивателя.
Недостатки известной универсальной светодиодной информационной панели:
при таком треугольном сечении корпуса для получения равномерности засветки информационных символов прибегают к рифлению внутренней поверхности основания для повышения отражающих свойств,
применяют большое количество светодиодов, что повышает трудоемкость и суммарную стоимость производства изделия.
При этом не удается достичь равномерности распределения света на лицевой поверхности (по информационному полю), хотя есть наклон информационной поверхности (крышки-рассеивателя) в сторону наблюдателя и множество СИД. И по функционалу универсальная светодиодная информационная панель не подходит для использования в системах ОПС.
Известно также «Информационное табло» по патенту РФ №162287 (МПК G09F 13/00, приоритет от 16.09.2015 г.). Информационное табло (маршрутоуказатель) содержит коробчатый корпус, который имеет в поперечном сечении форму прямоугольной трапеции, основанием которой служит крышка-рассеиватель, и рефлектор, находящийся на внутренней поверхности основания корпуса, противолежащей светопрозрачной крышке-рассеивателю (см. на сайте http://www1.fips.ru/ в разделе «Открытые реестры» - на 01.10.2019). Коробчатый корпус по периметру переднего края имеет L-образный профиль, в который вставляется в качестве легкосъемной лицевой панели конструктивный элемент - светопропускающая крышка-рассеиватель, содержащая информационное поле. Внутри корпус имеет светодиодную ленту (линейный светодиодный источник света), наклеенную на нижнюю торцевую поверхность корпуса, с преимущественным направлением излучения параллельно плоскости светопрозрачной крышки-рассеивателя. Многократное отражение происходит за счет изменения геометрии основания («встроенный» отражатель) и нанесения диффузно-светоотражающего материала на внутреннюю поверхность основания корпуса (на две трети площади, начиная от противоположного светоизлучающему источнику края).
В аналоге имеется отражатель (рефлектор), но нет наклона информационной поверхности. Наклон информационной поверхности обеспечивает лучшую видимость информации (обзор), что весьма критично для устройств ОПС. Кроме того, к недостаткам данной конструкции и следует отнести трудность в достижении необходимых значений освещенности информационных знаков в заданных направлениях для типичных ракурсов наблюдения.
Известно, что световой оповещатель для систем ОПС должен иметь 2 режима работы прибора - мигающий и не мигающий (светящийся) (по ГОСТ - см. ниже).
Очевидно, что количество светодиодов в светящемся знаке определено размером панели индикации, диаграммой направленности излучения светодиодов, промежутком между светодиодами и панелью индикации.
Вместе с тем, при отказе отдельных светодиодов источника света проявляется присущий такому светящемуся знаку недостаток, заключающийся в том, что этот отказ приводит к заметному нарушению равномерности освещения. Поэтому, в первую очередь при разработке новых устройств решают задачу равномерности засветки информационного поля, содержащегося на светопропускающей лицевой панели.
Известно также, что размеры конструкции информационного табло, цвет и размеры информационного поля (знаков), предельная видимость (расстояние различения), места размещения оповещателей и другие параметры устройств для систем охранной, пожарной или охранно-пожарной сигнализации регламентируются нормативными документами, например:
ГОСТ Р 12.4.026-2015 Система стандартов безопасности труда. Эвакуационные знаки;
СП 3.13130.2009 Системы противопожарной защиты. Система оповещения и управления эвакуацией людей при пожаре. Требования пожарной безопасности;
ГОСТ Р 53325-2012 Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики; НПБ 160-97 Цвета сигнальные. Знаки пожарной безопасности. Виды, размеры, общие технические требования;
СП 52.13330.2016 Естественное и искусственное освещение. Актуализированная редакция СНиП 23-05-95;
ГОСТ 26342-84 Средства охранной, пожарной и охранно-пожарной сигнализации. Типы, основные параметры и размеры;
ISO 7010:2019 Символы графические. Цвета и знаки безопасности. Зарегистрированные знаки безопасности.
(см, например, https://ru.wikipedia.org; и/или http://docs.cntd.ru/ - все на 01.10.19).
Известно, что восприятие освещенности информационного поля светового устройства (табло) зависит от местоположения смотрящего, от вида информационной поверхности, поэтому для увеличения пространственного разрешения информационных символов на освещаемой поверхности оповещателя прибегают к изменению, например, геометрии корпуса устройства, предназначенного для использования в системах ОПС.
Наиболее близким по технической сущности аналогом (прототипом) заявляемой полезной модели является оповещатель (информационное табло, эвакуационный указатель) световой "Молния-220 ГРАНД" (производитель ООО «Элтех-сервис», г. Омск, см. сайт https://www.electro-mpo.ru/cataloq/ - на 01.10.19), который предназначен для обозначения эвакуационных путей в помещениях различного назначения. Световой блок оповещателя выполнен на светодиодах.
Световое табло-прототип (см. Приложение 1) содержит корпус и крышку, формирующие замкнутый объем для размещения электронной части устройства. Корпус полусферического исполнения выполнен с основанием в виде уплощенного прямоугольного параллелепипеда, вытянутого по горизонтали, с образованием цилиндрически выпуклого несъемного участка, плавно заходящего на верхнюю торцевую сторону. Крышка представляет собой информационное поле с информационными символами, выполненными в виде трафарета, имеет лицевую сторону по форме - полусферическую, с прямыми боковыми сторонами, изготовлена из полупрозрачного материала. Сверху на основании, внутри несъемного его участка, размещены: СИД, расположенные на плате (свечение светодиодов - белое); блок электропитания и управления; блок звуковой индикации. Замкнутый объем корпуса функционирует как рассеивающий элемент для создания более равномерной засветки информационных символов после многократного отражения излучения СИД. (см, например, https://www.tinko.ru/cataloq/product/210130/ или https://docplayer.ru/72177462-Soderzhanie-svetovye-tabo-i-opoveshchateli.html - все на 01.10.2019).
Поскольку оптические оси ориентированы преимущественно вдоль основания в сторону нижнего края крышки корпуса, существует «засветка» по периметру крышки через щели и полупрозрачные места на информационной панели корпуса. Поэтому, недостатком такой конструкции табло со световой индикацией является недостаточная четкость отображения информации из-за неравномерности освещения графического изображения на поверхности крышки.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является разработка оповещателя светового для систем ОПС, выполненного в виде простой и надежной конструкции с плавно распределенной засветкой информационных символов при ярком и равномерном свечении информационной поверхности.
Технической задачей заявляемой полезной модели является повышение информационности оповещателя светового (увеличение контрастности распознавания символов).
Техническим результатом разработанной полезной модели является также улучшение восприятия информации потребителем на расстоянии из-за сокращения «засветки» крышки корпуса.
Технический результат достигается за счет того, что световой оповещатель содержит корпус, формирующий замкнутый объем для размещения электронной части устройства, с основанием в виде уплощенного прямоугольного параллелепипеда, вытянутого по горизонтали. При этом корпус включает полупрозрачную крышку, имеющую выпуклую лицевую сторону, которая содержит информационное поле (рабочая зона) с информационными символами, выполненными в виде трафарета. Внутри корпуса размещены светодиодные источники света, расположенные на плате и установленные в верхней части корпуса, вместе с блоком электропитания и управления, блоком звуковой индикации.
Согласно варианту осуществления полезной модели, крышка имеет форму цилиндрически выпуклой переменной кривизны изогнутой поверхности со скошенными боковыми сторонами, причем, в отличие от прототипа, лицевая сторона имеет спрямленную рабочую зону (информационную поверхность). В отличие от прототипа, внизу основания, напротив источников света, расположен рассеиватель; при этом отражающая сторона (наклонная плоскость) рассеивателя выполнена скошенной под углом >100° к плоскости основания.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами:
На фиг. 1а и 1б представлено схематическое изображение (общий вид, разрез) варианта конкретного исполнения заявляемой ПМ «Световой оповещатель», где 1 - корпус, 2 - крышка, 3 - рабочая зона (информационное поле крышки), 4 - основание, 5 - полка крышки, 6 - рассеиватель (отражатель), 7 - линия разъема, 8 - плата, 9 - СИД, 10 - микропереключатель (датчик отрыва от стены, тампер); а
на фиг. 2 изображен корпус в сборе, вид 3/4 спереди сбоку слева;
на фиг. 3 - корпус в сборе, вид сбоку;
на фиг. 4 - корпус в сборе, вид 3/4 сверху сбоку справа;
на фиг. 5 - аксонометрический вид изнутри основания корпуса с установленной печатной платой;
на фиг. 6 - корпус в сборе, вид 3/4 сзади сбоку слева;
на фиг. 7 - корпус в сборе, вид снизу;
на фиг. 8 - вид спереди на информационную панель;
на фиг. 9 - крышка корпуса, аксонометрический вид 3/4 изнутри;
на фиг. 10 - крышка корпуса, вид 3/4 сбоку слева с видом на лицевую и нижнюю стороны;
в Приложении 1 представлен прототип.
Оповещатель содержит коробчатый корпус 1, состоящий из крышки 2 с рабочей зоной 3 (информационное поле) по фронтальной плоскости корпуса 1 и основания 4, разъемно связанных друг с другом посредством сопряжения фиксирующих защелок и ответных отверстий (см., например, фиг. 1а, фиг. 2). Светящий элемент выполнен в виде сборки СИД 9, размещенной на плате 8. СИД 9 установлены в один ряд на основании 4, в верхней части корпуса 1, вместе с блоком электропитания и управления, блоком звуковой индикации (не показаны). В отличие от прототипа, рассеиватель 6 расположен внизу основания 4, напротив источников света 9; при этом отражающая сторона (наклонная плоскость) рассеивателя 6 выполнена скошенной под углом >100° к плоскости основания (см., например, фиг. 1а, фиг. 1б, фиг. 5).
Световой оповещатель работает следующим образом. При подаче электропитания (на фиг. 1а, б схема электропитания не показана) на сборку СИД 5 каждый из светодиодов формирует световой пучок, а светящий элемент в целом - световой поток с неравномерной яркостью в пределах габарита светящего тела.
В предпочтительном варианте исполнения ПМ оптическое излучение СИД 9, расходясь под углом рассеивания 120-140°, преимущественно направлено вниз, параллельно основанию 4, и падает на отражатель 6. Далее, преломляясь под углом больше 100° к плоскости основания 4, отраженное излучение перенаправляется в сторону рабочей зоны 3 устройства, на спрямленную информационную поверхность 3, имеющую наклон к наблюдателю (см., например, фиг. 1б, фиг. 2-4, фиг. 5).
Кроме того световой поток, сформированный сборкой СИД 5, падает на диффузно-отражающие внутренние поверхности корпуса 1, представляющего собой замкнутый объем, и, в том числе, на полупрозрачную крышку 2, имеющую выпуклую рабочую зону 3 (информационную поверхность) с информационными символам, и после многократного диффузного отражения за счет пространственного перераспределения преобразуется в световой поток с равномерным распределением яркости по фронтальной поверхности информационного поля 3 крышки 2 в зоне светопропускающих участков рабочей зоны 3. Информационное поле 3 в данном варианте осуществления полезной модели выполнено в виде транспаранта из непрозрачной светопропускающей (транслюсцентной) виниловой пленки зеленого цвета, в которой выполнены вырезы, комбинация которых с непрозрачными участками пленки образует графическое изображение на крышке 2 (см., например, фиг. 1б, фиг. 2, фиг. 4).
Таким образом осуществляется «светящийся» режим работы оповещателя. При возникновении чрезвычайной ситуации прибор переводится во 2-ой режим работы - мигающий, и, в зависимости от модели устройства, блок управления запускает звуковую / речевую сигнализацию.
Отражатель (рассеиватель) 6 изготовлен в процессе литья корпуса 1 (конструктив) и размещен внизу, поэтому дополнительно перенаправляет падающий на него световой поток в рабочую зону 3. Расположение рассеивателя 6 на пути светового потока позволяет увеличить интенсивность отраженных световых лучей на рабочей поверхности 3 крышки 2, и поэтому сконцентрировать световой поток в области информации (рабочей зоны 3); что, в свою очередь, приводит к увеличению пространственного разрешения информационных символов и ведет к сокращению «засветки» внешней части корпуса (через линии разъема 7 снизу) (см., например, фиг. 1а, 1б, фиг. 2, фиг. 5).
Таким образом, изменение конструктива и геометрии корпуса 1 устройства, предназначенного для использования в системах ОПС, (см., например, фиг. 2-4, фиг. 6-8) приводит к улучшению видимости информационного поля 3 на расстоянии (при задымлении помещений) за счет достижения равномерного распределения света по информационной поверхности устройства 3 и уменьшения неоднородности освещения информационных символов (увеличивается контрастность).
Световой оповещатель изготовлен с использованием известного технологического оборудования. Крышка 2, имеющая небольшую толщину, (см. фиг. 9-10) выполнена из полупрозрачного пластика, устойчивого к УФ-излучению и температурным перепадам, на поверхность которого любым способом наносятся информационные символы (см. фиг. 8), например, с помощью трафарета в виде самоклеящейся полимерной/ поливинилхлоридной (ПВХ) пленки (непрозрачной или полупрозрачной, с коэффициентом прозрачности как у крышки) с информационными символами. Для изготовления крышки 2 предпочтителен, например, светопрозрачный полистирол (или сотовый поликарбонат) толщиной 4 мм. Основание 4 корпуса 1 может быть выполнено, например, из светонепроницаемого (непрозрачного) ABC-пластика любого цвета, который устойчив к УФ-излучению и температурным перепадам. Крышка 2 выполнена легкосъемной с простым способом соединения, фиксации и замены информационных символов.
В предпочтительном варианте исполнения использована сборка из трех белых (InGaN) светодиодных источников света для поверхностного монтажа типа KA-1311VWC1S (ток 30 мА, рассеиваемая мощность 120 mW при 25°С, угол оптической центральной линии 120°; см., Datasheet на СИД, например, на http://www.qyxled.com/ page135.html?product id=95 - на 01.10.2019 г.).
Следует заметить, что использование новой геометрии крышки корпуса в форме цилиндрически выпуклой, переменной кривизны, изогнутой поверхности со скошенными боковыми сторонами, имеющей лицевую сторону со спрямленной рабочей зоной, в совокупности с местом расположения отражателя с наклонной плоскостью, приводит к концентрации светового потока в области информации, и как следствие - к повышению уровня свечения информации.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью конструктивных признаков, является улучшение показателей (уровень свечения, улучшение видимости информации, контрастность, дальность обзора) за счет изменения констуктива и геометрии корпуса.
А применение светодиодов с широким углом рассеивания 120-140° с упомянутой направленностью световых потоков способствует возможности разнесения светодиодов между собой на большее расстояние без ухудшения яркости и равномерности освещения информационного поля. При этом сокращение общей численности светодиодов способствует снижению токопотребления устройства, его высокой экономичности.
Следует понимать, что конкретный вариант осуществления, показанный и описанный здесь, является только примером для пояснения и не ограничивает исполнение полезной модели в различных модификациях без отступления от сущности и объема заявленного, как определено в прилагаемой формуле.
Заявителем разработан комплект конструкторской документации, изготовлены опытные образцы и проведены их испытания. Испытания опытных образцов подтвердили полную реализацию указанного заявителями назначения.
Оповещатель световой
Приложение 1. Прототип.