ДАТЧИК КОНТРОЛЯ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА

Полезная модель относится к устройствам пожарной сигнализации и предназначена для обнаружения очага возгорания по тепловому потоку.
Известен широкообзорный датчик излучения, содержащий корпус, электронные блоки, фотоэлемент, собирающую линзу, и предназначенный для обнаружения очага возгорания по инфракрасному излучению источника повышенной температуры (Патент РФ №45544 U1, дата приоритета 10.08.2004, дата публикации 10.05.2005, авторы: Амельчугов С.П. и др., RU).
Недостатками известного аналога являются:
- во-первых, ограниченная область применения, обусловленная невозможностью использования датчика в условиях экстремально низких температур, характерных для полярных и приполярных широт;
- во-вторых, недостаточное быстродействие датчика, необходимое для фиксации первой стадии взрыва, обусловленное отсутствием центрального процессора обработки информации.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является датчик-извещатель инфракрасного излучения включающий корпус, фоточувствительный элемент со светофильтром, пропускающим ИК-излучение, аналоговую часть с усилителем, вычитающим устройством, цифровую часть с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), микроконтроллером, имеющим элементы памяти, приемопередатчиком последовательного порта, причем выход микроконтроллера соединен с цифроаналоговым преобразователем (ЦАП) через блок памяти, а выход ЦАП подсоединен к входу вычитающего устройства аналоговой части, кроме того, АЦП имеет многоканальные входы с возможностью связи с дополнительными датчиками (Патент РФ №2289850 С2, дата приоритета 20.02.2004, дата публикации 20.12. 2006, авторы: Шайдуров Г.Я. и др., RU, прототип).
Недостатками прототипа являются:
- во-первых, ограниченная область применения, обусловленная невозможностью использования датчика в условиях экстремально низких температур, характерных для полярных и приполярных широт;
- во-вторых, недостаточная точность в определении места очага пожара обусловленная ограниченным количеством связей (не более 31) с дополнительными датчиками (https://ru.wikipedia.org/wiki/RS-485, дата просмотра 28.06.2019);
- в третьих, недостаточное быстродействие датчика, необходимое для фиксации первой стадии взрыва, обусловленное применением низкопроизводительного процессора (микроконтроллера) для обработки информации.
Технической проблемой полезной модели является обеспечение возможности использования устройств пожарной сигнализации в условиях экстремально низких температур за счет применения внутри корпуса резистора подогрева внутреннего пространства корпуса, а также обеспечение возможности точного определения места очага пожара или взрыва за счет использования высокопроизводительного процессора универсального назначения, например, ARM 32-bit Cortex-М3, и увеличения связей с дополнительными датчиками на линии (до 127).
Для решения технической проблемы предложен датчик контроля теплового потока, включающий корпус, фотоприемник, усилители, аналого-цифровой преобразователь сигнала. Новым является то, что он содержит фотогальванический полупроводниковый приемник излучения, соединенный с операционным усилителем, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, который встроен в процессор универсального назначения ARM 32-bit Cortex-М3, предназначенный для высокопроизводительной обработки информации, поступающей из фотогальванического полупроводникового приемника излучения через усилитель. Кроме того, датчик контроля теплового потока дополнительно снабжен резистором подогрева внутреннего пространства корпуса, получающим питание от усилителя, управляемого указанным процессором. При этом к входу процессора подключен термодатчик, а также подключены кварцевый резонатор, предназначенный для задания частоты процессора, и стабилизатор напряжения. Выход процессора соединен с микросхемой интерфейса RS-485, предназначенной для передачи на приемно-контрольный прибор пожарной сигнализации пакета данных о полученных с указанного фотоприемника величинах, оцифрованных аналого-цифровым преобразователем. Стабилизатор напряжения связан с клеммной колодкой, предназначенной для подключения питания и линии интерфейса RS-485, а выход стабилизатора напряжения связан с входами микросхемы интерфейса RS-485, усилителей и фотогальванического полупроводникового приемника излучения.
Изложенная сущность поясняется графически, где показана функциональная схема датчика контроля теплового потока, состав которого имеет следующие обозначения:
1 - фотогальванический полупроводниковый приемник излучения; 2 - операционный усилитель; 3 - процессор универсального назначения, например ARM 32-bit Cortex-М3 (http://robocraft.ru/blog/ARM/644.html. дата просмотра 24.06.2019); 4 – кварцевый резонатор; 5 - микросхема интерфейса RS-485; 6 - резистор подогрева; 7 - операционный усилитель; 8 - термодатчик; 9 - стабилизатор напряжения; 10 - клеммная колодка; 11 -источник питания датчика. Указанные элементы установлены на плате, помещенной в корпус (условно не показано).
Предлагаемая полезная модель используется следующим образом.
Фотогальванический полупроводниковый приемник излучения (1) фиксирует тепловой поток очага пожара или взрыва. Сигнал с приемника излучения усиливается посредством операционного усилителя (2). Усиленный сигнал направляется на аналоговый вход высокопроизводительного процессора универсального назначения ARM 32-bit Cortex-М3 (3). Опорная частота процессора задается кварцевым резонатором (4) и составляет 8 MHz. Данное значение является достаточным, чтобы, согласно спецификации, снимать значения с аналогового входа процессора до 400 раз в секунду. Полученная с фотоприемника величина оцифровывается аналого-цифровым преобразователем, встроенным в указанный высокопроизводительный процессор (3), что позволяет получить диапазон значений от -2048 до 2047, и посредством микросхемы интерфейса (5) передается на приемно-контрольный прибор пожарной сигнализации пакетом данных размером в 12 байт. Таким образом, при использовании высокопроизводительного процессора универсального назначения, максимально возможное количество обращений в секунду к приемно-контрольному прибору пожарной сигнализации при скорости 375 кбит/с и длине линии до 500 метров составит (с учетом задержек) около 40 раз в секунду (при условии наличия одного устройства на линии), что обеспечивает возможность точного определения места очага пожара или взрыва, а также стадии их развития. Отправка пакета данных прибором сопровождается вспышкой светодиода, что позволяет визуально контролировать работу устройства. Подогрев внутреннего пространства предлагаемого устройства осуществляется резистором (6), установленным в электрическую схему прибора и получающим питание от операционного усилителя (7) под управлением процессора (3).
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в расширении арсенала технических средств, позволяющих обеспечивать пожаровзрывобезопасность производственных помещений, и в улучшении эксплуатационных характеристик датчика контроля теплового потока путем обеспечения возможности его использования в условиях экстремально низких температур за счет применения резистора подогрева внутреннего пространства корпуса, а также путем обеспечения возможности точного определения места очага пожара или взрыва за счет использования высокопроизводительного процессора универсального назначения, например, ARM 32-bit Cortex-М3, и увеличения связей с дополнительными датчиками на линии (до 127).
При этом технико-экономическая эффективность предлагаемого датчика контроля теплового потока обусловлена следующими факторами.
1. Снижением потерь от возникающих пожаров и взрывов за счет точного и быстрого определения очага и стадии их развития.
2. Снижением затрат на монтаж пожарной сигнализации за счет увеличенного количества связей с дополнительными датчиками на линии.
3. Снижением затрат на обогрев защищаемого помещения, необходимый для нормального функционирования устройств пожарной сигнализации.