ДЫМОВОЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области пожарной сигнализации и может быть использована в системах пожарной сигнализации для выявления увеличения оптической плотности воздуха по интенсивности рассеивания инфракрасного излучения.
Известные пожарные извещатели, оптические датчики дыма и устройства регистрации дыма, которые работают по принципу периодического излучения импульсов инфракрасного излучения и последующего приема, усиления,                   и обработки полученного сигнала разными способами, формируя сигнал о наличии или отсутствии дыма (см. журнал "Системы безопасности связи и телекоммуникации", 2000, 33, с.65).
Известный дымовой пожарный извещатель (Извещатель пожарный дымовой оптико-электронный ИП212-201 "ДЫМ-1" Руководство по эксплуатации ИЦМГ.425231.001 РЭ, ТУ У 31.6-19127306-043:2003), который содержит две клеммы для подключения к шлейфу пожарной сигнализации, к первой из которых подключен вход элемента односторонней проводимости, выход которого соединен с первым выводом электропитания формирователя сигнала регистрации дыма, второй вывод электропитания которого соединен с общей шиной и со второй клеммой для подключения к шлейфу пожарной сигнализации, а выход - с индикатором, выход тактового генератора соединен со счетным входом первого регистра сдвига, выход которого соединен с входом первого интегратора, информационный вход этого регистра подключен к шине питания, к которой подключены первые выводы питания тактового генератора, регистров сдвига, порогового элемента, логических элементов: И, ИЛИ, И-НЕ, вторые выводы питания которых соединены с общей шиной, вход сброса первого регистра сдвига через элемент ИЛИ соединен с выходом старшего разряда второго регистра сдвига и входом формирователя сигнала регистрации дыма, выход первого разряда второго регистра сдвига через первый фильтр высокой частоты подключен к первому входу элемента И-НЕ,
второй вход которого подключен к выходу схемы сброса по напряжению питания, а выход элемента И-НЕ - к входу сброса второго регистра сдвига, информационный вход которого через пороговый элемент подключен к выходу усилителя, к входам которого подключен фотодиод, оптически связанный через камеру с светопоглащающими стенками с инфракрасным излучающим диодом, выводы которого подключены к выходам токового ключа, первый вывод электропитания токового ключа соединен со входом второго интегратора и с первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к общей шине и ко вторым выводам электропитания схемы сброса по напряжения питания, токового ключа и усилителя. Выход первого регистра сдвига подключен к входу токового ключа, а выход первого интегратора соединен с входом первого порогового элемента, выход которого соединен со счетным входом второго регистра сдвига, а через последовательно соединенные третий интегратор и третий пороговый элемент соединен со вторым входом элемента ИЛИ. Выводы питания тактового генератора, схемы сброса по напряжению питания, регистров сдвига, логичных и пороговых элементов подключены к общей шине и шине питания, которая соединена с первым выводом конденсатора. Выход элемента односторонней проводимости соединен с входом токоограничительного элемента, выход которого подключен к первому выводу конденсатора.
Недостатком известного извещателя является низкая температурная стабильность чувствительности извещателя, потому что питание осуществляется через токоограничительный элемент, величина тока ограничения которого значительно зависит от температуры окружающей среды, при чем, увеличение температуры приводит к снижению напряжения на конденсаторе.
Наиболее близким к предложенной полезной модели является выбранный в качестве прототипа патент Украины на изобретение №78855 «Димовий пожежний сповiщувач», опубликованный в бюл. №5, 25.04.2007 г. который содержит две клеммы для подключения к шлейфу пожарной
сигнализации, к первой из которых подключен вход элемента односторонней проводимости, выход которого соединен с первым выводом электропитания формирователя сигнала регистрации дыма, второй вывод электропитания которого соединен с общей шиной и со второй клеммой для подключения к шлейфу пожарной сигнализации, а выход - с индикатором, выход тактового генератора соединен со счетным входом первого регистра сдвига, выход которого соединен со входом первого интегратора, информационный вход этого регистра подключен к выходу второго интегратора и к шине питания, к которой подключены первые выводы питания тактового генератора, регистров сдвига, порогового элемента, логичных элементов: И, ИЛИ, И-НЕ, вторые выводы питания которых соединены с общей шиной, вход сброса первого регистра сдвига через элемент ИЛИ соединен с выходом старшего разряда второго регистра сдвига и входом формирователя сигнала регистрации дыма, выход первого разряда второго регистра сдвига через первый фильтр высокой частоты подключен к первому входу элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу схемы сброса по напряжению питания, ко входу тактового генератора и к первому входу логичного элемента И, а выход элемента И-НЕ - к входу сброса второго регистра сдвига, информационный вход которого через пороговый элемент подключен к выходу усилителя, к входам которого подключен фотодиод, оптически связанный через камеру с светопоглощающими стенками с инфракрасным излучающим диодом, выводы которого подключены к выходам токового ключа, вход которого через второй фильтр высоких частот соединен с выходом логичного элемента И со счетным входом второго регистра сдвига, первый вывод электропитания токового ключа соединен со входом второго интегратора и с первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к общей шине и ко вторым выводам электропитания схемы сброса по напряжению питания, токового ключа и усилителя, второй вход логичного элемента И подключен к выходу первого регистра сдвига, а выход первого интегратора подключен ко второму входу логичного элемента ИЛИ. Первый вход электропитания усилителя
соединен с шиной электропитания, первым входом электропитания схемы
сброса по напряжению питания и выходом токоограничительного элемента, вход которого подключен к выходу элемента односторонней проводимости.
Недостатком известного извещателя также является низкая температурная стабильность чувствительности извещателя, потому что питание осуществляется через токоограничительный элемент, величина тока ограничения которого значительно зависит от температуры окружающей среды, при чем, увеличение температуры приводит к снижению напряжения на конденсаторе. За счет этого уменьшается ток через токовый ключ, что уменьшает мощность инфракрасного излучения, а значит и амплитуду импульсов на выходе усилителя.
В основу полезной модели поставлена задача повышения температурной стабильности извещателя.
Указанная цель достигается тем, что дымовой пожарный извещатель, который содержит две клеммы для подключения к шлейфу пожарной сигнализации, к первой из которых подключен вход элемента односторонней проводимости, выход которого соединен с первым выводом электропитания формирователя сигнала регистрации дыма, второй вывод электропитания которого соединен с общей шиной и со второй клеммой для подключения к шлейфу пожарной сигнализации, а выход - с индикатором, выход тактового генератора соединен со счетным входом первого регистра сдвига, выход которого соединен со входом первого интегратора, информационный вход этого регистра подключен к выходу второго интегратора и к шине питания, к которой подключены первые выводы питания тактового генератора, регистров сдвига, порогового элемента, логических элементов: И, ИЛИ, И-НЕ, вторые выводы питания которых соединены с общей шиной, вход сброса первого регистра сдвига через элемент ИЛИ соединен с выходом старшего разряда второго регистра сдвига и входом формирователя сигнала регистрации дыма, выход первого разряда второго регистра сдвига через первый фильтр высокой частоты подключен к первому входу элемента И-НЕ, второй вход которого
подключен к выходу схемы сброса по напряжению питания, входу тактового генератора и к первому входу логичного элемента И, а выход элемента И-НЕ - ко входу сброса второго регистра сдвига, информационный вход которого через пороговый элемент подключен к выходу усилителя, ко входам которого подключен фотодиод, оптически связанный через камеру с светопоглощающими стенками с инфракрасным излучающим диодом, выводы которого подключены к выходам токового ключа, вход которого через второй фильтр высоких частот соединен с выходом логического элемента И со счетным входом второго регистра сдвига, первый вывод электропитания токового ключа соединен со входом второго интегратора и с первым выводом конденсатора, второй вывод которого подключен к общей шине и другим выводам электропитания схемы сброса по напряжению питания, токового ключа и усилителя, второй вход логического элемента И подключен к выходу первого регистра сдвига, а выход первого интегратора подключен ко второму входу логичного элемента ИЛИ, который отличается тем, что дополнительно содержит третий интегратор, и ограничитель тока и напряжения, первый вывод электропитания которого соединен с выходом элемента односторонней проводимости, второй вывод электропитания ограничителя тока и напряжения подключен к общей шине, выход ограничителя тока и напряжения соединен с выводом электропитания схемы сброса по напряжению питания, а также с входами второго и третьего интеграторов, а выход третьего интегратора соединен с первым выводом электропитания усилителя.
За счет введения новых элементов: третьего интегратора, и ограничителя тока и напряжения, а также их связями с другими элементами схемы достигается повышение температурной стабильности извещателя.
На фигуре представлена блок-схема дымового пожарного извещателя.
Дымовой пожарный извещатель (см. фигуру) содержит клеммы 1 и 2 для подключения к шлейфу пожарной сигнализации. К первой клемме 1 подключен вход элемента 3 односторонней проводимости, выход которого
соединен с первым выводом электропитания формирователя 4 сигнала регистрации дыма и первым выводом электропитания ограничителя тока и напряжения 5. Выход ограничителя тока и напряжения 5 подключен к первому выводу первого конденсатора 6, второй вывод которого соединен со второй клеммой 2, вторыми выводами электропитания ограничителя тока и напряжения 5 и формирователя 4 сигнала регистрации дыма, выход которого подключен к индикатору 7. Выход тактового генератора 8 соединен со счетным входом первого регистра сдвига 9, выход которого соединен с входом первого интегратора 10, информационный вход этого регистра подключен к шине питания 11. Вход сброса первого регистра сдвига 9 подключен к выходу элемента 12 ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом старшего разряда второго регистра 13 сдвига и входом формирователя 4 сигнала регистрации дыма. Выход первого разряда второго регистра сдвига 13 через фильтр 14 высоких частот подключен к первому входу элемента 15 И-НЕ. Второй вход элемента 15 И-НЕ подключен к выходу схемы 16 сброса по напряжению питания, а выход - ко входу сброса второго регистра сдвига 13. Информационный вход второго регистра 13 сдвига через пороговый элемент 17 подключен к выходу усилителя 18. Вход второго интегратора 19 соединен с первыми выводами электропитания схемы 16 сброса по напряжению питания, токового ключа 20 и выходом ограничителя 5 тока и напряжения. Выход второго интегратора 19 соединен с шиной питания 11. Второй вывод электропитания токового ключа 20 соединен с общей шиной 21, со второй клеммой 2, вторыми выводами питания усилителя 18 и схемы 16 сброса по напряжению питания. К входам усилителя 18 подключен фотодиод 22, оптически связанный через камеру 23 со светопоглощающими стенками с инфракрасным излучающим диодом 24, выводы которого подключены к выходам токового ключа 20. Выход схемы 16 сброса по напряжению питания подключен к входу тактового генератора 8 и к первому входу элемента 25 И, второй вход которого соединен с выходом первого регистра 9 сдвига. Выход элемента 25 И подключен к счетному входу второго регистра сдвига 13, а через
второй фильтр 26 высокой частоты соединен со входом токового ключа 20.
Выход первого интегратора 10 подключен ко второму входу логичного элемента 12 ИЛИ. Выход ограничителя 5 тока и напряжения подключен к входу третьего интегратора 27. Первый вывод электропитания усилителя соединен с выходом третьего интегратора 27.
На фигуре выводы питания тактового генератора 8, регистров сдвига 9 и 13, предельного элемента 17, логичных элементов: 12 ИЛИ, 15 И-НЕ, 25 И условно не показаны.
Дымовой пожарный извещатель работает таким образом. При подаче напряжения питания на входные клеммы 1 и 2 через элемент 3 односторонней проводимости и ограничитель 5 тока и напряжения осуществляется заряд накопительного конденсатора 6. Элемент 3 односторонней проводимости осуществляет защиту других элементов дымового пожарного извещателя при ошибочном подключении полярности напряжения питания, которое поступает от шлейфа пожарной сигнализации. Пока напряжение на выводах накопительного конденсатора 6 недостаточное для нормальной работы дымового пожарного извещателя, то падение напряжения на интеграторе 19 незначительно - значительно меньше падения напряжения между шиной 11 питания и общей шиной 21. Это обусловлено низким потреблением тока логическими элементами в статическом режиме. Еще до достижения минимального значения рабочего напряжения на выходе схемы 16 сброса по напряжению питания формируется низкий потенциальный уровень, который запрещает работу тактового генератора 8. Но при этих напряжениях на выходах логичных элементов 12 ИЛИ, 15 И-НЕ, 25 И, а также на выходах регистров сдвига 9 и 13 будут присутствовать потенциалы близкие к половине падения напряжения на шине 11 питания по отношению к общей шине 21. Второй фильтр 26 верхних частот не позволяет токовому ключу 20 открыться. В момент достижения минимального значения рабочего напряжения все элементы схемы извещателя будут пребывать в статическом режиме. В этом случае второй регистр сдвига 13 будет пребывать в нулевом состоянии
независимо от сигналов на других его входах. Формирователь 4 сигнала
регистрации дыма будет закрыт и индикатор 7 будет выключен. В то же время низкий потенциальный уровень, который поступает из выхода старшего разряда второго регистра сдвига 13 через элемент 12 ИЛИ на вход сброса первого регистра сдвига 9 разрешает работу этого регистра сдвига 9. Потребление тока извещателем от шлейфа пожарной сигнализации будет ограничено ограничителем 5 тока и напряжения. Такое состояние будет продолжаться пока падение напряжения на конденсаторе 6 не достигнет установленного ограничителем 5 тока и напряжения значения.
Потребление тока тактовым генератором 8 существенно зависит от напряжения питания, поэтому необходимо, чтобы переключение схемы 16 сброса по напряжению питания осуществлялось при рабочем напряжении близком к его минимальному значению, но такому, которое превышает его. В момент изменения состояния на выходе схемы 16 сброса по напряжению питания запускается тактовый генератор 8, а на входе сброса первого регистра сдвига 9 устанавливается потенциальный уровень, что позволяет изменения состояний этого регистра 9 при перепадах напряжения на его счетном входе. С этого момента падение напряжения между шиной 11 питания и общей шиной 21 стабилизируется, а падение напряжения на конденсаторе 6 продолжает расти. Через промежуток времени, близкий одной секунде после разрешения работы на выходе первого регистра сдвига 9 появится короткий, длительностью несколько десятков микросекунд, импульс. Длительность этого импульса определяется константой времени первого интегратора 10. З такой же длительностью и периодичностью около секунды будут повторяться импульсы на выходе этого регистра 9. Такое состояние будет наблюдаться до появления сигнала на входе тактового генератора 8, который запрещает его работу, или сигнала на входе сброса первого регистра 9 сдвига, что запрещает работу этого регистра 9 сдвига.
С выхода первого регистра 9 сдвига импульсы поступают через элемент 25И и второй фильтр 26 высокой частоты на вход токового ключа 20. Токовый
ключ 20 обеспечивает разряд конденсатора 6 заданной величиной тока через свой выход на инфракрасный излучающий диод 24. Величина, на которую будет разряжаться конденсатор 6, будет зависеть от длительности и периода импульсов, которые появляются на выходе первого регистра 9 сдвига, а также отношений тока заряда конденсатора 6 через ограничитель 5 тока и напряжения к току разряда этого конденсатора 6 через токовый ключ 20. Таким образом, в постоянном режиме работы падение напряжения на конденсаторе 6 будет превышать потенциал шины 11 питания на величину падения напряжения на интеграторе 19. За счет этой разницы потенциалов обеспечивается устойчивая работа извещателя, потому что кратковременные провалы напряжения на выводах конденсатора 6 в моменты его разряда токовым ключом 20 за счет интегратора 19 не изменят потенциалы шины 11 питания.
Рассеянное оптической камерой 23 со светопоглощающими стенками инфракрасное излучение инфракрасного диода 24 поступает на фотодиод 22. Усиленные усилителем 18 импульсы по своей амплитуде и фазе будут существенно зависеть от оптической плотности воздуха в оптической камере 23. Так при абсолютной прозрачности воздуха на выходе усилителя 18 будут присутствовать треугольные импульсы малой амплитуды, потому что будет иметь место некоторое отражение от стенок оптической камеры 23. Импульс треугольной формы на выходе усилителя 18 будет достигать своего максимума в момент окончания импульса на выходе первого регистра 9 сдвига. При малой амплитуде этих импульсов на выходе порогового элемента 17 будет присутствовать низкий потенциальный уровень сигнала. Таким образом, по каждому положительному перепаду сигнала на своем счетном входе второй регистр 13 сдвига будет переносить низкий потенциальный уровень от первого разряда к старшему. Таким образом, на обоих его выходах будет присутствовать низкий потенциальный уровень. Этот низкий потенциальный уровень поступает на вход формирователя 4 сигнала регистрации дыма, поэтому индикатор 7 не будет светиться. Извещатель будет оставаться в
дежурном режиме работы, потребляя от шлейфа пожарной сигнализации, который подключен к клеммам 1 и 2, ток, величина которого будет колебаться, но не превышать значения ограниченного ограничителем 5 тока и напряжения.
При увеличении удельной оптической плотности среды будет увеличиваться амплитуда импульсов на выходе усилителя 18, пока не достигнет предельного значения, при котором произойдет переключение порогового элемента 17. Если по каждому положительному перепаду на счетном входе второго регистра сдвига 13 на его информационном входе будут присутствовать импульсы, то будет происходить заполнение этого регистра 13 логическими "1". После заполнения этого регистра сдвига 13 логическими "1" на выходе старшего разряда появится сигнал, который изменяет состояние формирователя 4 сигнала регистрации дыма, индикатора 7, свечение которого соответствует состоянию извещателя - "ПОЖАР". Этим же сигналом также сбрасывается в нулевое состояние первый регистр 9 сдвига. Если в процессе заполнения второго регистра 13 сдвига на первом разряде произойдет переключение сигнала на низкий уровень, то через первый фильтр 14 высокой частоты отрицательный импульс поступит на вход элемента 15 И-НЕ. Импульс из выхода этого элемента скинет второй регистр 13 сдвига в нулевое состояние, а если в моменты перепадов на счетном входе второго регистра 13 сдвига будут присутствовать импульсы на его информационном входе, то заполнение этого регистра начнется сначала.
При наличии высокого потенциального уровня на старшем разряде второго регистра сдвига 13 открывается формирователь 4 сигнала регистрации дыма, что обеспечивает заданное потребление тока от шлейфа пожарной сигнализации, к которому подключен дымовой пожарный извещатель своими клеммами 1 и 2. Благодаря току, который протекает через формирователь 4 сигнала регистрации дыма, резко уменьшается разница потенциалов между клеммами 1 и 2. Если это падение напряжения будет превышать минимальное значение рабочего напряжения, то извещатель будет пребывать в состоянии "ПОЖАР" бесконечно долго. Вывести извещатель из этого состояния
возможно только отключением напряжения питания шлейфа пожарной сигнализации на время достаточное для разряда конденсатора 6 до величины, при которой на выходе схемы 16 сброса по напряжению питания установится низкий потенциальный уровень.
За счет введения ограничителя 5 тока и напряжения в дежурном режиме работы обеспечивается стабильное падение напряжения на конденсаторе 6. Причем, величина этого напряжения может превышать значение минимального рабочего напряжения логических элементов в 2-3 раза. Падения напряжения между шинами 11 и 21 будет оставаться на уровне, который незначительно превышает минимальное рабочее напряжение. При этом логические элементы и тактовый генератор 8 будут потреблять наименьшее значение тока, что значительно для пожарного извещателя. Подключение усилителя 18 через отдельный интегратор 27 позволяет увеличить его напряжение питания до падения напряжения на конденсаторе 6. Для логических КМОП микросхем минимальное значение рабочего напряжения составляет 3 В. В дежурном режиме работы падение напряжения на конденсаторе 6 может быть (7-8) В, а между шинами 11 и 21 питания логичных КМОП микросхем (4-5) В. Для выбранного значения напряжения на выходе типовой схемы ограничителя 5 тока и напряжения температурный коэффициент напряжения имеет положительное значение 0,07%/°С. Температурная стабилизация напряжения питания усилителя 18, токового ключа 20 и схемы 16 сброса по напряжению питания обеспечивает температурную стабилизацию чувствительности извещателя в соответствии с нормативными требованиями стандартов ЕN 54-7 и НПБ 65-97.