ТОЧЕЧНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ С ВНЕШНЕЙ ДЫМОВОЙ КАМЕРОЙ
ADDRESSABLE DETECTOR WITH EXTERNAL SMOKE CHAMBER

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к сигнализаторам дыма, и может быть использовано для обнаружения возгораний на ранней стадии при появлении дымовых аэрозолей. Также оно может быть использовано для определения запыляемости в цехах точного приборостроения, особенно в микроэлектронной промышленности.
Известен сигнализатор дыма, устанавливаемый в пожарных извещателях ИП-212-41М, выпускаемый согласно техническим условиям ТУ 4371-005-12215496-00, содержащий внутри корпуса, установленного на основании, отделяемый от корпуса оптический модуль, состоящий из светоизлучателя, светоприемника, измерительной камеры, выполненной в виде цилиндрического объема, ограниченного боковыми лабиринтными пластинами, расположенными внутри цилиндрического объема по периферии его оснований с возможностью протекания потоков дыма с внешней стороны. Многочисленные периферийные лабиринтные пластины размещены в виде вложенных друг в друга, близких к прямым, двухгранных углов между основанием и крышкой измерительной камеры примерно с интервалом 12°. Разъемные по вертикали установочные места выполнены для светоизлучателя с цельным отверстием, а для светоприемника - сборным многоэлементным. Двухгранная пластина, установленная между светоизлучателем и светоприемником с возможностью пересечения их оптических осей, связана с одной из периферийных лабиринтных пластин и расположена перед секторами основания и крышки измерительной камеры расходящимися гребешковыми лучами.
Однако для указанного сигнализатора дыма характерны большие габариты измерительной камеры, размерами которой определяются и габариты корпуса сигнализатора дыма, сложность изготовления форм для литья за счет большого количества тонких изогнутых лабиринтных пластин и установочных мест для светоизлучателя и светоприемника, требующих дополнительных приспособлений при литье - "знаки", а также имеющийся высокий уровень паразитной "засветки" светоприемника от внутреннего и внешнего излучений. Установочные места для светоизлучателя и светоприемника расположены таким образом, что область для измерения частиц дыма смещена от центра камеры, что исключает уменьшение диаметра оснований измерительной камеры без ухудшения основного параметра чувствительности камеры, а выполнением установочных мест для светоизлучателя и светоприемника несколькими отстоящими друг от друга пластинами обусловлена дополнительная паразитная засветка светоприемника, что существенно снижает чувствительность измерительной камеры. Диафрагмы светоизлучателя и светоприемника велики, поэтому первоначальный уровень сигнала светоизлучателя при отсутствии дыма повышается, тем самым маскируется полезный сигнал при появлении дыма.
Также известен сигнализатор дыма, устанавливаемый в пожарных извещателях ИП-212-40, выпускаемых согласно техническим условиям ТУ 4371-001-51294813-00, который содержит внутри корпуса, установленного на основании, отделяемый от корпуса оптический модуль, состоящий из светоизлучателя, светоприемника, измерительной камеры, выполненной в виде цилиндрического объема, ограниченного боковыми лабиринтными пластинами, расположенными внутри цилиндрического объема по периферии его оснований с возможностью протекания потоков дыма с внешней стороны. Многочисленные периферийные лабиринтные пластины в виде прямоугольных пластин, размещенные на крышке измерительной камеры под острым углом к ее боковой поверхности, сопряжены с соответствующими вложенными друг в друга двухгранными углами более 90° основаниями измерительной камеры, а двухгранная лабиринтная пластина между светоизлучателем и светоприемником, на которой крепится крышка измерительной камеры, размещена, не пересекая одной гранью, параллельно оптической оси светоизлучателя, а другой - перпендикулярно оптической оси светоприемника. При этом крышка измерительной камеры несколько больше основания и торцы установочных мест светоизлучателя, светоприемника и прямоугольных периферийных лабиринтных пластин выполнены с выступами.
Однако при сравнительно малых размерах основания и крышки измерительной камеры ее высота гораздо выше известных, поэтому габариты корпуса велики, а малая плоскость рифления основания и крышки измерительной камеры негативно сказывается на ее чувствительности из-за повышенного уровня начального сигнала. Кроме того, при всей многочисленности лабиринтных пластин измерительная камера имеет отдельные сквозные боковые просветы, что при высокой интенсивности внешнего излучения приводит к потере чувствительности измерительной камеры, и сигнализатор дыма становится не работоспособным. Размещение двухгранной лабиринтной пластины между светоизлучателем и светоприемником не исключает прямого попадания излучения на светоприемник, а прямоугольные лабиринтные пластины, размещенные на крышке измерительной камеры, не достаточно плотно прилегают к ее основанию, тем самым увеличивая паразитную "засветку" внутри измерительной камеры и искажая параметры сигнализатора дыма. При уменьшении габаритов измерительной камеры с сокращением ее линейных размеров между светоизлучателем, светоприемником и лабиринтными пластинами происходит возрастание фонового излучения от светоизлучателя и, как следствие, повышение начального уровня сигнала светоприемника.
Известен патент РФ №2258259, который содержит корпус, установленный на основании, отделяемый от корпуса оптический модуль, состоящий из светоизлучателя, светоприемника, измерительной камеры, выполненной в виде цилиндрического объема, ограниченного боковыми лабиринтными пластинами. Измерительная камера оборудована средствами, повышающими чувствительность к малым концентрациям задымленности.
К его недостаткам, при всех его положительных качествах, следует отнести сложность конструкции, отсюда недостаточная надежность, а главное - высокая стоимость, что существенно ограничивает его востребованность, в основном ответственными помещениями: музеи, галереи, международные выставки, склады боеприпасов и ГСМ, АЭС, штабы крупных войсковых соединений, крупные корабли, правительственные объекты и т.д.
Известен сигнализатор дыма, см. патент №57492 - ПРОТОТИП, содержащий оптический модуль, состоящий из светоизлучателя, светоприемника и кольцевой диафрагмы, отличающийся тем, что светоприемник и светоизлучатель расположены на оптической оси, перед светоизлучателем и перед светоприемником расположены оптические линзы, а за линзами - диафрагмы с поглощающими камерами; светоизлучатель выполнен на светодиоде с длиной волны 0,95-1,05 микрона; расстояние между светоизлучателем и светоприемником находится в пределах 50±2 мм; расстояние между диафрагмами лежит в пределах 25±2 мм; обе оптические линзы выполнены двояковыпуклыми: с короткофокусным расстоянием с одной стороны и длиннофокусным с другой стороны; диафрагмы выполнены с поглощающими камерами; источник питания имеет первичную цепь промышленного однофазного переменного тока напряжением 220 В/50 Гц и вторичную цепь постоянного тока напряжением плюс 5 В, с резервной аварийной батареей или аккумулятором.
Недостатком прототипа является сложность обслуживания в эксплуатации из-за негерметичности корпуса, ухудшение технических характеристик из-за увеличивающейся во времени запыленности оптических линз.
Технической задачей изобретения является повышение эксплуатационных качеств за счет герметичности корпуса и возможности торирования извещателя, т.е. снижение погрешности обнаружения задымления.
Для решения поставленной задачи предлагается точечный извещатель с внешней дымовой камерой, содержащий источник излучения, приемник излучения и оптический элемент, отличающийся тем, что оптический элемент выполнен в виде одновыпуклой линзы, состоящей из двух оптических частей: первой и второй, разделенных между собой по оси симметрии светонепроницаемой перегородкой, вверху первая и вторая части имеют фаски почти по всему диаметру линзы; величины преломления обеих частей линзы выбраны одинаковыми между собой и выбираются в зависимости от назначенного фокусного расстояния до контролируемых частиц задымления или загрязнения; углы наклона фасок выбираются из условия частичного внутреннего отражения при загрязнении обеих поверхностей оптического элемента, при этом происходит переотражение и лучи от источника излучения частично попадают на приемник излучения, при этом режиме источники задымления отсутствуют.
На фиг.1 и фиг.2 показаны ход лучей извещателя в рабочем и компенсационном режимах соответственно, на фиг.3 показан общий вид излучателя (для справки).
На фиг.1 и фиг.2 изображено: 1 - излучатель (фотодиод), 2 - первый оптический элемент, 3 - частицы дыма в фокусе, 4 - второй оптический элемент, 5 - фотоприемник, 6, 7 - фаски первого и второго оптических элементов соответственно, 8 - светонепроницаемая перегородка, F - фокус линзы, которая образуется первым 2 и вторым 4 оптическими элементами.
Излучатель 1 светит на оптический элемент 2, лучи попадают внутрь этого элемента и, преломляясь через внешнюю поверхность элемента 2, попадают в фокус F линзы, где отражаются от частиц дыма и через внешнюю поверхность второго оптического элемента 4 преломляются и попадают на фотоприемник 5, одновременно часть луча излучателя 1 отражается от внутренней поверхности оптического элемента 2, проходит через фаску 6 и воздушный промежуток, попадает на фаску 7 оптического элемента 4, попадает внутрь его и, переотражаясь, попадает на фотоприемник 5.
Узлы извещателя могут быть выполнены на следующих элементах.
Излучатель 1, например светодиод типа L-53 F3, см. справочник «Оптоэлектронные приборы», т.3, М., РадиоСофт, 2000 г.; фотоприемник 5, например, на фотодиоде ФД263-1, ФД256 и др., см. там же; первый и второй оптические элементы 2 и 4 соответственно это половинки одновыпуклой линзы, фокусное расстояние которой определяется назначенным расстоянием до определения частиц задымленности; фаски 6 и 7 (их угловой наклон и величина) - исходя из условий прохождения луча при отражении от внутренней поверхностей оптических элементов 2 и 4.
Работа точечного извещателя с внешней дымовой камерой происходит следующим образом и осуществляется в двух режимах.
Оптический канал определения загрязнения оптического тракта.
Излучатель 1 светит на оптический элемент 2, попадает внутрь элемента, и, отражаясь от внутренней поверхности оптического элемента 2, излучение проходит через фаску 6 оптического элемента 2 и, пройдя через воздушный промежуток, попадает на фаску 7 оптического элемента 3, попав внутрь оптического элемента 1, за счет переотражений излучение попадает на фотоприемник 5. Суть работы заключается в том, что излучение дважды проходит через внешние поверхности оптических элементов, которые запыляются и загрязняются в процессе эксплуатации, что приводит к ослаблению излучения и соответственно к уменьшению чувствительности излучателя.
Определение задымленности (определение возгорания).
Принцип определения задымленности (определение возгорания) основан на измерении величины отраженного от частиц дыма 3 излучения, являющихся продуктом горения или пиролиза. Сигнал, пропорциональный величине отражения, сравнивается с заданным порогом и/или передается по протоколу обмена в аналоговом виде на прибор приемоконтрольный для анализа. По результату анализа величины отражения и скорости ее изменения извещатель или прибор приемоконтрольный принимают решение о выдаче сигнала «внимание» и «пожар».
Компенсация загрязнения оптического тракта.
Принцип компенсации загрязнения оптического тракта заключается в том, что измерение величины излучения, прошедшего через канал компенсации, имеет низкую скорость запыленности, характеризующуюся часами или сутками, а изменение сигнала, связанное с возгоранием, характеризуется единицами секунд. Электронная схема извещателя по специальному алгоритму измеряет величину излучения, прошедшего через оптический тракт, и за счет увеличения интенсивности свечения излучателя компенсирует потери на поглощение, связанное с загрязнением, его легко промывать без разборки.
Сама конструкция, кроме оптической части, крепление элементов внутри корпуса и крепление корпуса к потолку или стене, а также электронная часть на фиг. условно не показаны, т.к. могут быть выполнены различными способами.
Таким образом, предлагаемый извещатель имеет следующие достоинства:
- герметичность, что позволяет протирать время от времени внешнюю поверхность линзы без разборки;
- проверка чувствительности извещателя путем помещения снаружи линзы в фокусном расстоянии отражающей поверхности с известными параметрами, что позволяет торировать излучатель.