СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРАВЛЕНИЯ ПРИХОДА ДЫМА
METHOD FOR DETERMINING SMOKE ARRIVAL DIRECTION

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам измерения оптической плотности газовой среды. Более конкретно, изобретение относится к системам пожарной сигнализации и может быть использовано в дымовых и комбинированных аналоговых пожарных извещателях или в других устройствах, где требуется измерение плотности оптической среды.
Из уровня техники известны конструкции оптико-электронных точечных датчиков измерения оптической плотности среды, содержащие несколько оптических каналов, использующих эффект поглощения света этими частицами (см., например, патенты РФ № №162728, 2618476 «Способ измерения оптической плотности среды»). К недостаткам таких датчиков следует отнести отсутствие возможности определения направления прихода дыма, которое можно использовать для локализации места возгорания и построения оптимального маршрута для эвакуации людей.
Задача, решаемая при разработке заявленного изобретения, состоит в использовании анализа пространственного распределения оптической плотности среды во времени, с целью кроме установления факта наличии задымленности, дополнительно определять направление прихода дыма. Технический результат, достигнутый при решении такой задачи, состоит в обеспечении возможности определения направления прихода дыма при обнаружении пожара и, как следствие, в повышении возможностей выявления и локализации источника возгорания.
Для достижения поставленного результата предлагается способ определения направления прихода дыма при измерении оптической плотности среды, включающий наличие нескольких измерительных каналов, связанных с опорным каналом, при этом измерительные каналы расположены в пространстве на равном расстоянии от общего центра, при котором первоначально выделяют амплитуды сигналов в измерительных каналах, для определения оптической плотности среды сравнивают максимальную из таких амплитуд со значением сигнала в опорном канале и, при превышении порога по результатам сравнения, формируют результаты измерения для установления факта наличия дыма, а для установления направления прихода такого дыма формируют суммарный сигнал в векторной форме и, по результатам определения угла ориентации такого вектора в пространстве, устанавливают локализацию источника дыма.
Каналы могут состоять из светоизлучающего элемента и фотоприемника, помещенных в закрытую диафрагму и/или быть расположены по окружности, например, под углом 120° друг к другу.
По существу, заявленный способ основан на выявлении максимума пространственного распределения оптической плотности сред с дымом, и использовании этого фактора при получении направления прихода дыма.
Идеология заявленного способа основана на учете физических свойств дыма, распространяющегося в восходящих потоках воздуха и поступающих в соответствующий датчик с разных сторон и с разной интенсивностью. Установление прихода дыма, таким образом, позволяет определять направление, указывающее на источник возгорания.
Принцип реализации заявленного способа поясняется на основании условной схемы точечного оптико-электронного дымового датчика (фиг.1), общего вида такого датчика в разрезе (фиг.2), а также векторной диаграммой, поясняющей принцип определения направления прихода дыма (фиг.3).
Нижеследующее подробное описание содержит обоснование возможности достижения поставленного результата, при этом такой пример ни в коей мере не ограничивает объем притязаний, определенный формулой изобретения, а лишь иллюстрирует возможность применения заявленного способа в системах пожарной сигнализации.
Заявленный способ реализуется посредством по меньшей мере одного датчика, установленного в заданной зоне контроля, состоящего из микроконтроллера 1, первый выход которого подключен к первому управляющему входу генератора тока 2, а второй - к интерфейсному устройству 3, с помощью которого через шину подключения 4 осуществляется передача данных измерения на внешнее устройство 5 и производится получение внешнего электропитания. К входу микроконтроллера 1 подключены выходы аналого-цифровых преобразователей 6-1, 6-2, 6-3, входы которых, в свою очередь, соединены с фотоприемниками измерительных каналов 7-1, 7-2, 7-3 через преобразователи ток-напряжение 8-1, 8-2, 8-3. Фотоприемник опорного канала 9 через преобразователь ток-напряжение 10 подключен к инвертирующему входу усилителя сигнала ошибки 11, к неинвертирующему входу которого подключен источник опорного напряжения 12. Выход усилителя сигнала ошибки 11 подключен ко второму управляющему входу генератора тока 2, выход которого соединен с последовательно-соединенными светоизлучающими элементами 13-1, 13-2, 13-3 измерительных каналов и 14 - опорного. Светоизлучающий элемент 14 совместно с фотоприемником опорного канала 9 размещен в светоизолированной камере 15. Светоизлучающие элементы измерительных каналов 13-1, 13-2, 13-3 помещены в закрытую диафрагму 16, фотоприемники измерительных каналов 7-1, 7-2, 7-3 помещены в закрытую диафрагму 17, а между ними размещена открытая диафрагма 18.
Способ реализуется следующим образом.
Микроконтроллер 1 с заданной периодичностью дает разрешение на включение генератора тока 2, при этом одновременно включаются светоизлучающие элементы 13-1, 13-2, 13-3 измерительных каналов и светоизлучающий элемент 14 опорного канала. Световой поток от светоизлучающего элемента 14 попадает на фотоприемник опорного канала 9, а генерируемый им при этом ток преобразуется в напряжение вторым преобразователем ток-напряжение 10, с выхода которого напряжение, пропорциональное мощности светового потока, подается на усилитель сигнала ошибки 11, где этот сигнал сравнивается с порогом, поступающим от источника опорного напряжения 12. В зависимости от того, сигнал от фотоприемника больше или меньше опорного напряжения, усилитель сигнала ошибки 11 формирует напряжение управления на изменение генератором тока 2 генерируемого тока на уменьшение или увеличение, соответственно. Таким образом, за счет работы замкнутой петли регулирования, по сигналу фотоприемника 9 происходит стабилизация уровня мощности светового потока от светоизлучающего элемента опорного канала 14, соответствующего уровню порогового напряжения на входе усилителя сигнала ошибки 10.
Так как ток, протекающий через светоизлучающие элементы измерительных каналов 13-1, 13-2, 13-3, равен току, протекающему через светоизлучающий элемент опорного канала 14 за счет их последовательного соединения, то приведенная к выходу соответствующих фотоприемников мощность излучения в измерительных каналах также стабилизируется. Полученные таким образом стабильные по мощности излучения в измерительных каналах световые потоки, проходя через систему диафрагм 16, 17, 18, где происходит их фильтрация от отраженных лучей, попадают на фотоприемники измерительных каналов 7-1, 7-2, 7-3, с выходов которых сгенерированные фототоки преобразуются в напряжение в преобразователях ток-напряжение 8-1, 8-2. 8-3. Далее сигналы подвергаются оцифровке в аналого-цифровых преобразователях 6-1, 6-2, 6-3 и поступают в микроконтроллер 1 для математической обработки, где плотность оптической среды оценивается математически по величине относительного уменьшения уровня мощности светового потока.
1
2
N
Оптическая плотность среды, определяемая в каждом из измерительных каналов ρ, ρ … ρ по формуле:
1
01
1
2
02
2
N
0N
N
ρ=10/l⋅log(U / U); ρ=10/l⋅log(U / U) … ρ=10/l⋅log(U/ U), дБ/м, где:
l - оптическая длина измерительного канала, м;
01
02
0N
U, U … U, соответственно - напряжение, пропорциональное потоку излучения при отсутствии дыма в соответствующем измерительном канале, В;
1
2
N
U, U … U, соответственно - напряжение, пропорциональное потоку излучения в задымленной среде в соответствующем измерительном канале, В.
Для формирования сигнала, содержащего информацию о направлении прихода дыма, формируется суммарный сигнал ρ в векторной форме:
1
2
N,
где  – векторы по модулю, соответствующие измеренным оптическим плотностям ρ, ρ, ρимеющие взаимную пространственную ориентацию с одинаковым друг относительно друга углом между ними. Направление прихода дыма определяется как угол ϕ между суммарным вектором ρ и вектором N ориентации установки датчика в соответствующей зоне его контроля (фиг.3).
1
2
N
1
2
N
В отсутствие возгорания значения ρ, ρ, ρ близки к нулю, но при возникновении горения, когда оптическая плотность среды намного меньше порога обнаружения пожара, их величины быстро растут и при превышении некоторого порога формируется сигнал предупреждения о начале пожара и дается разрешение на выдачу результатов измерения направления прихода дыма. Результаты измерения ϕ, ρ, ρ, ρ и сигнал предупреждения через интерфейсное устройство 3 через шину подключения 4 передаются на внешнее устройство 5.
Подытоживая, заявленный способ определения прихода дыма при использовании нескольких приведенных многоканальных датчиков, разнесенных в пространстве, позволяет системе обнаружения пожара точно локализовать источник возгорания.