СИГНАЛИЗАТОР ДЫМА

Полезная модель относится к противопожарной технике, а именно к сигнализаторам дыма, и может быть использовано для обнаружения возгорании на ранней стадии при появлении дымовых аэрозолей. Также она может быть использована 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 камера, 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.
Прототипом является 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 недостаткам прототипа, 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.
Технической задачей полезной модели является оптимизация габаритно-массовых характеристик с высокой эффективностью работы и низкой стоимостью.
Для решения поставленной задачи предлагается сигнализатор дыма, 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 коротко фокусным расстоянием с одной стороны и длинно фокусным - 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.
На чертеже показана структурная схема сигнализатора дыма, на которой изображено: 1 - оптическая ось, 2 - корпус чувствительного элемента, 3 - чувствительный элемент, 4 - собирающая линза, 5, 8 - диафрагмы, с поглощающей камерой, 6 - геометрический путь лучей чувствительного элемента, 7 - геометрический путь лучей излучающего элемента, 9 - собирающая линза, 10 - излучающий элемент, 11 - корпус излучающего элемента, 12 - зона регистрации.
Устройство имеет следующие соединения: строго симметрично оптической оси 1 и строго на ней расположены (по порядку слева на право как на чертеже) корпус чувствительного элемента 2, чувствительный элемент 3, собирающая линза 4, диафрагма 5 с поглощающей камерой, диафрагма 8 с поглощающей камерой, собирающая линза 9, излучающий элемент 10, корпус излучающего
элемента 11. Общая длина устройства составляет 50 мм, расстояние между диафрагмами - 25 мм. Собирающие линзы 4 и 9 размещены таким образом, что чувствительный 3 и излучающий элемент 10 находятся в фокусах линз 4 и 9 (с одной стороны), а диафрагмы 5 и 8 также в фокусах линз 4 и 9 (с другой стороны), т.е. фокусные расстояния каждой линзы с двух сторон не равны между собой. Корпус сигнализатора дыма и крепление его элементов условно не показаны.
Элементы сигнализатора дыма представляют собой и могут быть выполнены: чувствительный элемент 3, например, на фотодиоде типа ФД263-1, ФД256 и др., см. справочник «Оптоэлектронные приборы», т.3, М, РадиоСофт, 2000 г., излучающий светодиод, например L-53F3 см. там же, собирающие линзы 4 и 9 обыкновенные по заказу из оптического стекла, диафрагмы с поглощающими камерами 5 и 8 - собственного изготовления.
Отличительные особенности:
- оптические оси излучателя и приемника находятся на одной прямой;
- излучение фокусируется в поглощающей камере диафрагмы;
- изображение чувствительного элемента проецируется в поглощающую камеру диафрагмы;
- регистрируется малоугловое рассеяние.
Для чего производится:
- регистрация малоуглового рассеянного излучения для уменьшения влияния размеров и цвета частиц (степени черноты);
- фокусирование излучения в поглощающую камеру уменьшает (исключает) появление рассеянного излучения от излучающего элемента, тем самым позволяет повысить чувствительность оптического тракта;
- проецирование изображения чувствительного элемента в поглощающую камеру диафрагмы уменьшает влияние пыли оседающей на оптические элементы (увеличение времени работы между очисткой от пыли).
На рисунке не показаны диафрагмы, защищающие оптические элементы от пыли, а чувствительный элемент от воздействия внешней засветки. Чувствительный
и излучающий элементы могут быть составными, выполненными с использованием линз либо выполненные единым модулем.
С помощью устройства, по величине рассеянного излучения, можно регистрировать наличие (концентрацию) частиц (пыли, дыма, аэрозоли и т.д.) в оптической среде (газообразной или жидкой) в том случае если оптические параметры частиц (коэффициент преломления, коэффициент отражения или коэффициент поглощения), отличаются от оптических параметров среды.
Оптическое излучение от излучающего элемента собирается линзой и фокусируется на диафрагму, выполненную в виде полого конуса (пирамиды), представляющую собой один из вариантов «черного» тела. Конструкция позволяет исключить или существенно уменьшить появление отраженного от элементов изделия излучения и попадания его на чувствительный элемент рабочего излучения, что позволит понизить порог чувствительности устройства, увеличить динамический диапазон работы и уменьшить влияние осевшей на элементы конструкции пыли.
Проецирование изображения чувствительного элемента в поглощающую камеру второй диафрагмы, также выполненной в виде полого конуса, уменьшает влияние пыли оседающей на оптические элементы (увеличение времени работы устройства не требующее профилактической очисткой от пыли), защищает от влияния внешней (фоновой освещенности.
При отсутствии рассеивающих частиц в зоне регистрации на чувствительный элемент рабочее излучение не попадает, сигнал с чувствительного элемента равен нулю (возможно наличие паразитного сигнала от рассеянного излучения, вызванного наличием пыли осевшей на элементы оптики). Появление частиц в зоне регистрации приведет к рассеянию рабочего излучения и попаданию его на чувствительный элемент.