СПОСОБ РАННЕГО ОБНАРУЖЕНИЯ ПОЖАРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
FIRE EARLY DETECTION METHOD AND DEVICE THEREFOR

Предлагаемые способ и устройство относятся к области пожарной безопасности и могут быть использованы для обнаружения пожара на ранних стадиях тления и возгорания горючих материалов.
Известны способы обнаружения пожара с помощью пожарных извещателей, реагирующих на действие открытого пламени или дыма и вырабатывающих сигнал тревоги (Зуйков Г.М. Инструктору госпожарнадзора о пожарной сигнализации. М.: Стройиздат, 1988). К ним относятся световые, реагирующие на световое или инфракрасное излучение очага пожара; тепловые, реагирующие на повышение температуры при пожаре; и дымовые, реагирующие на повышение концентрации частиц дыма извещатели.
Однако эти извещатели недостаточно эффективны, так как при их использовании сигнал тревоги формируется сравнительно поздно, когда пожар уже достаточно сильно развит. Кроме того, эти извещатели не исключают возможность ложного срабатывания при повышении температуры или запылении помещения, не связанных с пожаром.
Известны также способы и устройства раннего обнаружения пожара (авт. свид. СССР №1472933; патенты РФ №2032229, 2078377, 2110094, 2177179, 2207631, 2210813, 2256228, 2256231, 2340002; патенты США №5049861, 5079422, 6307477; патент EP №0940679; патент WO №9948070; Шаровар Ф. И. Устройства и системы пожарной сигнализации. М.: Стройиздат, 1985, с.292-295 и другие).
Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ раннего обнаружения пожара и устройство для его реализации» (патент РФ №2340002, G08B 17/117, 2007), которые и выбраны в качестве базовых объектов.
Указанные технические решения обеспечивают расширение зоны мониторинга объектов пожарной безопасности и своевременную передачу сигналов тревоги с объектов пожарной безопасности в пожарную службу и/или на диспетчерский пункт наблюдения путем использования радиоканала и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Однако в сложной помеховой обстановке, в условиях организованных и непреднамеренных помех, многолучевого распространения радиоволны надежная передача тревожной информации о пожаре с объектов пожарной безопасности в пожарную службу и/или на диспетчерский пункт наблюдения вызывает определенные трудности.
В определенной мере проблема обеспечения высокой достоверности передачи тревожной информации с объектов пожарной безопасности в пожарную службу и/или на диспетчерский пункт наблюдения может быть решена применением метода расширения спектра используемых сложных ФМН-сигналов путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты (ППРЧ).
Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности передачи тревожной информации с объектов пожарной безопасности в пожарную службу и/или на диспетчерский пункт наблюдения путем псевдослучайной перестройки рабочей частоты используемых сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
up
up
up
c
э
Поставленная задача решается тем, что способ раннего обнаружения пожара, основанный, в соответствии с ближайшим аналогом, на том, что измеряют текущее значение концентраций в воздухе газовых компонентов, выбранных из группы, состоящей из водорода, окиси углерода, двуокиси углерода и ароматических углеводородов, выделяющихся при тлении горючих материалов, определяют соотношение измеренных концентраций газовых компонентов, которое сравнивают с заданным его значением, при этом сигнал тревоги формируют при совпадении указанных значений соотношений концентрации газовых компонентов, формируют наряду с сигналом тревоги высокочастотное колебание и модулирующий код, отображающий идентификационный номер объекта пожарной безопасности и его координаты, манипулируют высокочастотное колебание по фазе модулирующим кодом, усиливают по мощности сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией, излучают его в эфир, улавливают на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе, преобразуют по частоте, делят по фазе на два, выделяют гармоническое колебание на частоте ω/2, удваивают его фазу, выделяют гармоническое колебание на промежуточной частоте ω, сдвигают его по фазе на 90° и используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования принимаемого сигнала с фазовой манипуляцией на промежуточной частоте ω, выделяют и регистрируют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, отличается от ближайшего аналога тем, что на объекте пожарной безопасности формируют сетку частот высокочастотных колебаний, а на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе формируют сетку частот гетеродина, сформированные сетки частот согласованно переключают последовательно во времени по закону псевдослучайной последовательности, между последовательными переключениями используют только одну несущую частоту высокочастотного колебания и соответствующую частоту гетеродина и формируют временной интервал t, который характеризует собой время работы на одной частоте и который содержит m информационных символов длительностью τ
c
э
t=mτ,
c
на каждом временном интервале t на объекте пожарной безопасности осуществляют манипуляцию высокочастотного колебания каждой несущей частоты по фазе, а на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе - преобразование по частоте с использованием сетки частот гетеродина и синхронное детектирование принимаемого сигнала с фазовой манипуляцией промежуточной частоты.
Поставленная задача решается тем, что устройство для раннего обнаружения пожара, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, n датчиков концентрации в воздухе газовых компонентов, выделяющихся при тлении горючих материалов, при этом каждый датчик посредством последовательно соединенных согласующего усилителя и аналого-цифрового преобразователя связан с микропроцессором, подключенным к формирователю сигнала тревоги и предназначенным для сопоставления текущих значений измеренных датчиками концентраций газовых компонентов с одновременным формированием соотношений текущих значений концентраций и сравнения сформированного соотношения с заданным его значением, ко второму выходу микропроцессора последовательно подключены формирователь модулирующего кода, фазовый манипулятор, усилитель мощности и передающая антенна, а на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе к выходу приемной антенны последовательно подключены усилитель высокой частоты, смеситель, усилитель промежуточной частоты, делитель фазы на два, первый узкополосный фильтр, удвоитель фазы, второй узкополосный фильтр, фазовращатель на 90°, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и блок регистрации, отличается от ближайшего аналога тем, что объект пожарной безопасности снабжен первым синхронизатором, первым генератором псевдослучайной последовательности и синтезатором несущих частот, причем ко второму выходу микропроцессора последовательно подключены первый синхронизатор, первый генератор псевдослучайной последовательности и синтезатор несущих частот, выход которого соединен со вторым входом фазового манипулятора, а диспетчерский пункт наблюдения и/или пожарная служба снабжен вторым синхронизатором, вторым генератором псевдослучайной последовательности и синтезатором частот гетеродина, причем к выходу второго синхронизатора последовательно подключены второй генератор псевдослучайной последовательности и синтезатор частот гетеродина, выход которого соединен со вторым входом смесителя.
Временные зависимости концентрации основных компонентов, выделяющихся при тлении хлопка, изображены на фиг.1. Временные зависимости концентраций основных газовых компонентов, выделяющихся при тлении древесины, изображены на фиг.2. Структурная схема устройства для раннего обнаружения пожара представлена на фиг.3 Структурная схема устройства для приема сложного сигнала с фазовой манипуляцией (ФМН) с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ), размещенного на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе, представлена на фиг.4. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства, показан на фиг.5. Фрагмент частотно-временной матрицы используемого сложного ФМН-сигнала с ППРЧ изображен на фиг.6.
Устройство для раннего обнаружения пожара содержит n каналов, каждый из которых предназначен для измерения концентрации одного газового компонента и содержит датчик в виде, например, газового сенсора 1.j, к которому подключены последовательно соединенные согласующие усилитель 2.j и аналого-цифровой преобразователь 3.j (j=1,2, …, n). Выход каждого аналого-цифрового преобразователя 3.j подсоединен к соответствующему входу микропроцессора 4, подключенного к формирователю 5 световых и звуковых сигналов тревоги, снабженного световым 6 и звуковым 7 сигнализаторами, при этом выход 8 формирователя 5 соединен с центральным концентратором пожарной охраны (не показан). Количество каналов зависит от количества газовых компонентов, концентрации которых измеряют одновременно на начальной стадии возгорания. Ко второму выходу микропроцессора 4 последовательно подключены первый синхронизатор 26, первый генератор 27 псевдослучайной последовательности (ПСП), синтезатор 10 несущих частот, фазовый манипулятор 11, второй вход которого через формирователь 9 модулирующего кода соединен со вторым выходом микропроцессора 4, усилитель 12 мощности и передающая антенна 13.
Устройство для приема сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМН) с псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) содержит последовательно включенные приемную антенну 14, усилитель 15 высокой частоты, смеситель 17, усилитель 18 промежуточной частоты, делитель 19 фазы на два, первый узкополосный фильтр 20, удвоитель 21 фазы, второй узкополосный фильтр 22, фазовращатель 23 на 90°, фазовый детектор 24, второй вход которого соединен с выходом усилителя 18 промежуточной частоты, и блок 25 регистрации. К выходу второго синхронизатора 28 последовательно подключены второй генератор 29 ПСП и синтезатор 16 частот гетеродина, выход которого соединен со вторым входом смесителя 17.
Устройство для приема сложных ФМН-сигналов с ППРЧ устанавливается на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе.
Устройство для раннего обнаружения пожара может быть реализовано на известных элементах отечественного и зарубежного производства, таких как полупроводниковые сенсоры типа ПГС-1 или сенсоры Model 911 фирмы «Sieger» (Германия), MICS 1110 «Motorola» (США), микропроцессоры типа P1C12C 509-A фирмы «Motorola», стандартные АЦП типа АД9202 фирмы «Analog Deviees» и индикаторы разных марок.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
2
2
x
y
Установлено, что для начальных стадий тления и возгорания большинства известных горючих материалов характерно выделение газовых компонентов, основными из которых являются водород (H), окись углерода (CO), двуокись углерода (CO) и ароматические углеводороды (CH), причем концентрации этих газов изменяются во времени.
Экспериментально полученные временные зависимости концентраций в воздухе водорода, окиси углерода, двуокиси углерода и ароматических углеводородов в первые несколько минут после начала тления хлопка и древесины показаны соответственно на фиг.1 и 2, где K - текущее значение концентрации газового компонента в воздухе в %.
Анализ графиков показывает, что в течение первых минут тления идет резкое газовыделение одновременно нескольких газов, а именно водорода, ароматических углеводородов, окиси углерода и двуокиси углерода.
Значения концентраций выделяемых газов для разных горючих материалов могут быть различны, но выделение окиси углерода всегда сопровождается выделением водорода, ароматических углеводородов и двуокиси углерода. При этом значения соотношений концентраций перечисленных газов лежат в определенных пределах.
Установлено, что в первые 2-3 минуты начала процесса тления основных горючих материалов соотношения концентраций в воздухе ароматических углеводородов, водорода, окиси углерода и двуокиси углерода в каждый текущий момент времени составляют:
x
y
2
2
KCH:KH:KCO:KCO=1:1,5-2,5:6,0-8,5:2,5-4,0.
При этом значения соотношения концентраций, например, водорода и окиси углерода лежат в пределах 1:2,4-5,6 в каждый текущий момент времени.
Указанные выше соотношения концентраций основных газовых компонентов выбирают в качестве заданных соотношений величин, с которыми сравнивают соотношение текущих значений концентраций этих компонентов, и в случае их совпадения формируют сигнал тревоги.
2
2
x
y
Каждый из полупроводниковых газовых сенсоров 1.1-1.n, чувствительный к воздействию одного из перечисленных газовых компонентов (H, CO, CO, CH), изменяет свою проводимость при изменении концентрации этого компонента в воздухе, в результате чего на выходе соответствующего сенсора 1.1-1.n появляется электрический сигнал, величина которого соответствует определенной концентрации этого газового компонента в воздухе. Затем этот сигнал усиливают и преобразуют с помощью соответствующего преобразователя 3.1-3.n в цифровой сигнал.
Микропроцессор 4 непрерывно или с заданной периодичностью, например, через 0,1-1 минуту опрашивает сенсоры 1.1-1.n, сопоставляет между собой поступившие с них текущие значения сигналов (соответствующие текущим значениям концентраций газовых компонентов в воздухе) и полученные соотношения текущих значений сигналов сравнивает с заданными соотношениями значений сигналов, записанными ранее и хранящимися в его памяти. При совпадении соотношений текущих значений сигналов с заданными соотношениями значений на формирователи 5 и 9 поступают сигналы, формирующие на них сигналы тревоги: световой, звуковой, а также сигнал, подаваемый с выхода 8 на центральный концентратор пожарной охраны, и модулирующий код M(t), отображающий идентификационный номер объекта пожарной безопасности, соответственно.
Устройство вырабатывает устойчивый сигнал тревоги на второй-третьей минутах после начала искусственно вызванного тления строительного мусора, выбранного в качестве горючего материала.
Например.
На первой минуте тления строительного мусора, состоящего из тряпок с преобладающим содержанием хлопка, соотношение было:
x
y
2
2
KCH:KH:KCO:KCO=1:2,6:6:3,7,
на третьей минуте:
x
y
2
2
KCH:KH:KCO:KCO=1:2,1:5:3.
Соответственно соотношение водорода и окиси углерода на первой минуте:
2
KC:KCO=1:2,3,
а на третьей минуте:
2
KC:KCO=1:2,4.
При тлении строительного мусора с преобладающим составом древесины (стружка, щепа, шпон) на первой минуте соотношение:
x
y
2
2
KCH:KH:KCO:KCO=1:1,6:8:3,
на третьей минуте:
x
y
2
2
KCH:KH:KCO:KCO=1:2,1:7:2,8
2
2
Соотношение KH: KCO=1:2,6 на первой минуте и KH:KCO=1:5,3 на третьей минуте.
При совпадении соотношения текущих значений концентраций основных газовых компонентов с заданными соотношениями в микропроцессоре 4 формируется сигнал, который с его второго выхода поступает на вход синхронизатора 26 и включает его. Синхронизатором 26 включается первый генератор 27 псевдослучайной последовательности (ПСП), который управляет переключением несущих частот синтезатора 10 несущих частот, на выходе которого последовательно во времени формируется сетка высокочастотных колебаний различных рабочих частот (фиг.5, а):
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>υ</mi><mn>1</mn></msub><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>1</mn></msub><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>ϕ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>υ</mi><mn>2</mn></msub><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>2</mn></msub><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>ϕ</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>.................................</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>υ</mi><mi>i</mi></msub><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>ϕ</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>.................................</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>M</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>υ</mi><mi>M</mi></msub><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>M</mi></msub><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>ϕ</mi><mi>M</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><msub><mi>T</mi><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mi>M</mi><msub><mi>t</mi><mi>c</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>t</mi><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mi>m</mi><msub><mi>τ</mi><mi>э</mi></msub><mo>,</mo></mtd></mtr></mtable>
i
i
i
c
где υ, ω, φ, t - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность i-го сигнала (i=1, 2, …, M),
M - число частотных каналов,
э
τ - длительность элементарных посылок (символов).
Указанные высокочастотные колебания на разных частотах последовательно во времени поступают на второй вход фазового манипулятора 11, на первый вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода формирователя 9 (фиг.5, б), отображающий идентификационный номер объекта пожарной безопасности.
c
Временной интервал между переключениями частот образует длительность частотного элемента (или период) и характеризует собой время работы на одной несущей частоте t (фиг.6).
c
э
В зависимости от соотношения времени работы на одной частоте t и длительности информационных символов τ псевдослучайная перестройка рабочей частоты может быть разделена на межсимвольную, посимвольную и внутрисимвольную.
c
э
c
При межсимвольной ППРЧ m информационных символов (m≥2) передаются на одной частоте, при этом t=mτ. Каждый частотный канал занимает полосу частот Δω сигнала, которая определяется величиной
с
1
Δω=МΔω.
В результате фазовой манипуляции на выходе фазового манипулятора 11 образуется сложный ФМН-сигнал с ППРЧ (фиг.5, в)
1i
i
it
k
i
c
u(t)=υcos(ω+φ(t)+φ), 0≤t≤t,
k
k
э
э
э
где φ(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.5, б), причем φ(t)=const при kτ<t<(k+1)τ и может изменяться скачком при t=kτ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, …, N-1);
э,N
c
c
э
τ - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T(T=Nτ).
Фрагмент ФМН-сигнала на i-й рабочей частоте показан на фиг.5, в. В качестве примера m выбрано равным 4(m=4). При этом квадратами с различной наклонной штриховкой обозначены различные информационные символы (1,-1) с различными фазами (0, π) (фиг.6).
1i
Сформированный сложный ФМН-сигнал с ППРЧ u(t) (фиг.5, в) после усиления в усилителе 12 мощности поступает в антенну 13, излучается ею в эфир, улавливается приемной антенной 14 и через усилитель 15 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 17, на второй
<mtable columnalign="left"><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mn>1</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>υ</mi><mn>1</mn></msub><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>1</mn></msub><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>ϕ</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mn>2</mn></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>υ</mi><mn>2</mn></msub><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mn>2</mn></msub><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>ϕ</mi><mn>2</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>.................................</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>i</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>υ</mi><mi>i</mi></msub><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>i</mi></msub><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>ϕ</mi><mi>i</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo></mtd></mtr><mtr><mtd><mn>.................................</mn></mtd></mtr><mtr><mtd><msub><mi>u</mi><mi>M</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>υ</mi><mi>M</mi></msub><mi>cos</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ω</mi><mi>M</mi></msub><mi>t</mi><mo>+</mo><msub><mi>ϕ</mi><mi>M</mi></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><msub><mi>T</mi><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mi>M</mi><msub><mi>t</mi><mi>c</mi></msub><mo>,</mo><msub><mi>t</mi><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mi>m</mi><msub><mi>τ</mi><mi>э</mi></msub><mo>,</mo></mtd></mtr></mtable>
которые формируются последовательно во времени с помощью генератора 29 ПСП, управляемого синхронизатором 28.
На выходе смесителя 17 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты (фиг.5, г)
upi
Πi
upi
k
upi
c
u(t)=υcos(ωt+φ(t)+φ), 0≤t≤t,
<mrow><msub><mi>υ</mi><mrow><mo>∏</mo><mi>i</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>υ</mi><mi>i</mi></msub><msub><mi>υ</mi><mrow><mi>Γ</mi><mi>i</mi></mrow></msub></mrow>
где
,
upi
i
Γi
ω=ω-ω - промежуточная частота,
upi
i
Γi
ω=φ-φ,
которое поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 24.
upi
upi
upi
upi
Необходимым условием синхронного детектирования ФМН-сигнала с ППРЧ u(t) (фиг.5, г) является наличие опорного напряжения, имеющего ту же промежуточную частоту ω и постоянную начальную фазу φ. В предлагаемом устройстве опорное напряжение выделяется непосредственно из самого ФМН-сигнала с ППРЧ. Для этого напряжение u(t) с выхода усилителя 18 промежуточной частоты подается на вход делителя 19 фазы на два. На выходе последнего образуется напряжение (фиг.5, д)
<mrow><msub><mi>u</mi><mrow><mn>3</mn><mi>i</mi></mrow></msub><mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub><mi>υ</mi><mrow><mn>3</mn><mi>i</mi></mrow></msub><mi>sin</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><msub><mi>ω</mi><mrow><mi>u</mi><mi>p</mi><mi>i</mi></mrow></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac><mi>t</mi><mo>+</mo><mfrac><mrow><msub><mi>ϕ</mi><mrow><mi>u</mi><mi>p</mi><mi>i</mi></mrow></msub></mrow><mn>2</mn></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
.
Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 20 и поступает на вход удвоителя 21 фазы, на выходе которого образуется гармоническое напряжение
4i
4i
upi
upi
u(t)=usin(ωt+φ),
<mrow><msub><mi>u</mi><mrow><mn>4</mn><mi>i</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>u</mi><mrow><mn>3</mn><mi>i</mi></mrow></msub><msup><mrow /><mn>2</mn></msup></mrow>
где
,
которое выделяется узкополосным фильтром 22 и поступает на вход фазовращателя 23 на 90°. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение (фиг.5, е).
5i
4i
upi
upi
4i
upi
upi
u(t)=usin(ωt+φ+90°)=ucos(ωt+φ),
которое используется в качестве опорного напряжения и подается на второй (опорный) вход фазового детектора 24.
В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 24 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5, ж)
Hi
Hi
k
u(t)=ucos φ(t),
<mrow><msub><mi>u</mi><mrow><mi>H</mi><mi>i</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mn>2</mn></mfrac><msub><mi>u</mi><mrow><mi>u</mi><mi>p</mi><mi>i</mi></mrow></msub><msub><mi>u</mi><mrow><mn>4</mn><mi>i</mi></mrow></msub></mrow>
где
,
пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.5, б), которое фиксируется блоком 25 регистрации.
Способ и устройство обеспечивают расширение зоны мониторинга объектов пожарной безопасности и своевременную передачу сигнала тревоги с объектов пожарной безопасности в пожарную службу и/или на диспетчерский пункт наблюдения. Это достигается использованием радиоканала и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.
Указанные сигналы позволяют применять структурную селекцию. Это значит, что появляется возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.
2
c
Ширина спектра Δƒ второй гармоники определяется длительностью T сигнала
<mrow><mi>Δ</mi><msub><menclose notation="horizontalstrike"><mo>∫</mo></menclose><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>T</mi><mi>c</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
c
э
тогда как ширина спектра Δƒ ФМН-сигнала определяется длительностью τ его элементарных посылок
<mrow><mi>Δ</mi><msub><menclose notation="horizontalstrike"><mo>∫</mo></menclose><mi>c</mi></msub><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><msub><mi>τ</mi><mi>э</mi></msub></mrow></mfrac></mrow>
,
c
т.е. ширина спектра второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра Δƒ входного сигнала
<mrow><mfrac><mrow><mi>Δ</mi><msub><menclose notation="horizontalstrike"><mo>∫</mo></menclose><mi>с</mi></msub></mrow><mrow><mi>Δ</mi><msub><menclose notation="horizontalstrike"><mo>∫</mo></menclose><mn>2</mn></msub></mrow></mfrac><mo>=</mo><mi>N</mi><mo>,</mo></mrow>
Следовательно, в результате деления фазы на два и удвоения фазы ФМН-сигнала его спектр «сворачивается» в N раз. Это и позволяет обнаружить ФМН-сигнал даже тогда, когда его мощность на входе приемника меньше мощности помех и шумов. Кроме того, за счет узкополосной фильтрации удается отфильтровать значительную часть шумов и помех и тем самым повысить чувствительность приемника.
В широко известной схеме А.А. Пистолькорса, которая также обеспечивает выделение опорного напряжения, необходимого для синхронного детектирования принимаемого ФМН-сигнала, непосредственно из самого сигнала, присутствует явление «обратной работы». Это объясняется тем, что в данной схеме за счет удвоителя фазы (частоты) фазовая манипуляция устраняется полностью, т.е. сигнал разрушается. Поэтому сформированное опорное напряжение из разрушенного сигнала не имеет жесткой когерентной связи с ФМН-сигналом, отчего и происходит явление «обратной работы», т.е. низкочастотное напряжение на выходе фазового детектора воспринимается в «негативе»: нули вместо единиц и наоборот.
В предложенном приемнике ФМН-сигнал поступает на вход делителя фазы на два, а не на вход удвоителя фазы (частоты). Поэтому ФМН-сигнал не разрушается, а только уменьшается его девиация фазы, в результате чего образуется колебание промежуточной частоты, жестко связанное синфазно с ФМН-сигналом. Последнее и исключает явление «обратной работы», и повышает достоверность выделения низкочастотного напряжения, пропорционального модулирующему коду M (t).
Одновременное контролирование нескольких газов повышает надежность обнаружения пожара именно на ранних стадиях тления и возгорания. При этом исключается возможность ложных срабатываний измерительного устройства при повышении концентрации одного из газов по любой из причин, не связанной с процессом возгорания. Последнее возможно, например, в результате утечки газов из баллонов, емкостей или трубопроводов, находящихся внутри или вблизи охраняемых помещений.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение помехоустойчивости и достоверности передачи тревожной информации с объектов пожарной безопасности в пожарную службу и/или на диспетчерский пункт наблюдения. Это достигается псевдослучайной перестройкой рабочей частоты (ППРЧ) используемых сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМН), что обеспечивает возможность борьбы с непреднамеренными и организованными помехами.
Стратегия борьбы с непреднамеренными и организованными помехами в предлагаемых технических решениях заключается в «уходе» системы радиосвязи от воздействия помех путем ППРЧ и в «противоборстве» с ними путем фазовой манипуляции несущей частоты псевдослучайной последовательности (ПСП).
c
Поэтому в предлагаемых способе и устройстве при защите от помех важной характеристикой является фактическое время работы на одной частоте t. Чем меньше это время, тем выше вероятность того, что ФМН-сигналы системы радиосвязи с ППРЧ не будут подвержены воздействию организованных помех. Помехоустойчивость системы радиосвязи зависит не только от времени работы на одной частоте, но и от вида помехи и ее мощности, мощности полезного сигнала, структуры приемника.
С точки зрения обнаружения сложные ФМН-сигналы с ППРЧ обладают высокой энергетической, структурной, информационной, временной и пространственной скрытностью.
Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМН-сигнал с ППРЧ в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМН-сигнала с ППРЧ отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех, сигнал находится под шумами и помехами.
Структурная скрытность сложных ФМН-сигналов с ППРЧ обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМН-сигналов с ППРЧ априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.
Информационная скрытность определяется способностью противостоять мерам радиотехнической разведки, направленным на раскрытие смысла тревожной информации, передаваемой с объектов пожарной безопасности на диспетчерский пункт наблюдения и/или в пожарную службу.
Временная скрытность системы радиосвязи, реализующая предлагаемый способ, определяется возможностью радиотехнической разведки по сбору необходимой информации о системе радиосвязи (виде и параметрах сигналов, назначении системы радиосвязи и т.п.) за определенное время и зависит от условий, в которых используется система радиосвязи, ее временных режимов работы на излучение, тактико-технических характеристик станции радиотехнической разведки и характера ведения разведки.
Пространственная скрытность системы радиосвязи характеризует способность препятствовать станции радиотехнической разведки с необходимой точностью определять направление прихода сигналов (или местоположение системы радиосвязи). Пространственная скрытность системы радиосвязи, как и другие виды скрытности, кроме энергетической, является условным событием и зависит от ряда параметров системы радиосвязи, например мощности сигнала, вида и параметров диаграммы направленности антенны.