ДЫМОВОЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области пожарной сигнализации и может быть использована в системах пожарной сигнализации для виявления увеличения оптической плотности воздуха по интенсивности рассеяния инфракрасного излучения.
Известные пожарные извещатели, оптические датчики дыма и устройства регистрации дыма, работающие по принципу периодического излучения импульсов инфракрасного излучения и последующего приема, усиления, и обработки полученного сигнала различными способами, формируя сигнал о наличии или отсутсвии дыма (см. журнал "Системы безопасности связи и телекоммуникации", 2000, 33, с.65).
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является выбранный в качестве прототипа патент Украины на полезную модель №31708 «Дымовой пожарный извещатель», опубликованный в бюл. №8, 24.04.2008 р., содержащий две клеммы для подключения к шлейфу пожарной сигнализации, к первой из которых подключен вход элемента односторонней проводимости, выход которого соединен с первым выводом электропитания формирователя сигнала регистрации дыма, второй вывод электропитания которого объединен с общей шиной и со второй клеммой для подключения к шлейфу пожарной сигнализации, выход - с индикатором, а вход формирователя сигнала регистрации дыма подключен к выходу старшего разряда регистра сдвига и к инвертирующему входу тактового генератора, выход которого соединен с входом токовой ключа и со счетным входом регистра сдвига, первый вывод электропитания ограничителя тока и напряжения соединен с выходом элемента односторонней проводимости, второй вывод электропитания ограничителя тока и напряжения подключен к общей шине, выход ограничителя тока и напряжения соединен с первыми выводами электропитания схемы сброса по напряжению питания и токового ключа, первым выводом конденсатора, а также с входами первого и второго интеграторов, выход первого интегратора соединен с первым выводом электропитания усилителя, к входам которого подключен фотодиод, оптически связанный через камеру с светопоглащающимы стенками с инфракрасным излучающим диодом, выводы которого подключены к выходам токовой ключа, второй вывод электропитания которого подключен к общей шине, вторым выводам электропитания усилителя и схемы сброса по напряжению питания, выход которой соединен с неинвертирующим входом тактового генератора и первым входом элемента 2И-НЕ, второй вход которого через первый фильтр высокой частоты подключен к выходу первого разряда регистра сдвига, информационный вход которого подключен к выходу порогового элемента, первый вывод электропитания которого, соединен с выходом второго интегратора и первыми входами электропитания тактового генератора, элемента 2И-НЕ и регистра сдвига, вторые выводы электропитания которых подключены к общей шине. Выход усилителя соединен с входом порогового элемента, второй вывод электропитания которого подключен к общей шине.
Недостатком известного извещателя является низкая помехоустойчивость извещателя, так как на информационный вход регистра сдвига имеется возможность поступления от усилителя через пороговый элемент не только полезной информации, но и импульсов помех.
В основу полезной модели поставлена задача повышения помехоустойчивости извещателя.
Указанная цель достигается тем, что дымовой пожарный извещатель, содержащий две клеммы для подключения к шлейфу пожарной сигнализации, к первой из которых подключен вход элемента односторонней проводимости, выход которого соединен с первым выводом электропитания формирователя сигнала регистрации дыма, второй вывод электропитания которого объединенный с общей шиной и со второй клеммой для подключения к шлейфу пожарной сигнализации, выход - с индикатором, а вход формирователя сигнала регистрации дыма подключен к выходу старшего разряда регистра сдвига и к инвертирующему входу тактового генератора, выход которого соединен с входом токового ключа и со счетным входом регистра сдвига, первый вывод электропитания ограничителя тока и напряжения соединен с выходом элемента односторонней проводимости, второй вывод электропитания ограничителя тока и напряжения подключен к общей шине, выход ограничителя тока и напряжения соединен с первыми выводами электропитания схемы сброса по напряжению питания и токового ключа, первым выводом конденсатора, а также с входами первого и второго интеграторов, выход первого интегратора соединен с первым выводом электропитания усилителя, к входам которого подключен фотодиод, оптически связанный через камеру с светопоглощающими стенками с инфракрасным излучающим диодом, выводы которого подключены к выходам токового ключа, второй вывод электропитания которого подключен к общей шине, вторым выводам электропитания усилителя и схемы сброса по напряжению питания, выход которой соединен с неинвертирующим входом тактового генератора и первым входом элемента 2И-НЕ, второй вход которого через первый фильтр высокой частоты подключен к выходу первого разряда регистра сдвига, информационный вход которого подключен к выходу порогового элемента, первый вывод электропитания которого, соединенный с выходом второго интегратора и первыми входами электропитания тактового генератора, элемента 2И-НЕ и регистра сдвига, вторые выводы электропитания которых подключены к общей шине, который отличается тем, что дополнительно содержит полосовой фильтр, вход которого соединен с выходом усилителя, а выход - с входом порогового елемента, второй вывод электропитания которого подключен к выходу старшего разряда регистра сдвига.
За счет введения нового элемента - полосового фильтра, и новой связи вывода электропитания порогового элемента с другими элементами схемы достигается повышение помехоустойчивости извещателя.
На фигуре представлена блок-схема дымового пожарного извещателя.
Дымовой пожарный извещатель (см. фигуру) содержит клеммы 1 и 2 для подключения к шлейфу пожарной сигнализации. К первой клемме 1 подключен вход элемента 3 односторонней проводимости, выход которого соединен с первым выводом электропитания формирователя 4 сигнала регистрации дыма и первым выводом электропитания ограничителя тока и напряжения 5. Выход ограничителя тока и напряжения 5 подключен к первому выводу первого конденсатора 6, второй вывод которого соединен со второй клеммой 2, вторыми выводами электропитания ограничителя тока и напряжения 5 и формирователя 4 сигнала регистрации дыма, выход которого подключен к индикатору 7. Выход тактового генератора 8 соединен с входом токового ключа 9 и счетным входом регистра сдвига 10, выход старшего разряда которого соединен с входом формирователя 4 сигнала регистрации дыма и с инвертирующим входом тактового генератора 8. Первый вывод электропитания ограничителя 5 тока и напряжения соединен с выходом элемента 3 односторонней проодимости. Второй вывод электропитания ограничителя 5 тока и напряжения подключен к общей шине 11. Выход ограничителя 5 тока и напряжения соединен с первыми выводами электропитания схемы 12 сброса по напряжении питания и токового ключа 9, первым выводом конденсатора 6, а также с входами первого и второго интеграторов 13 и 14. Выход первого интегратора 13 соединен с первым выводом электропитания усилителя 15, к входам которого подключен фотодиод 16, оптически связанный через камеру 17 с светопоглощающими стенками с инфракрасным излучающим диодом 18, выводы которого подключены к выходам токового ключа 9. Второй вывод электропитания токового ключа 9 подключен к общей шине 11, ко вторым выводам электропитания усилителя 15 и схемы 12 сброса по напряжению питания. Выход схемы 12 сброса по напряжению питания соединен с неинвертирующим входом тактового генератора 8 и первым входом елемента 19 2И-НЕ, второй вход которого через фильтр 20 высокой частоты подключен к выходу первого разряда регистра 10 сдвига. Информационный вход регистра 10 сдвига подключен к выходу порогового элемента 21, первый вывод электропитания которого, соединен с шиной 22 электропитания, выходом второго интегратора 14 и первым входом электропитания тактового генератора 8 элемента 19 2И-НЕ и регистра 10 сдвига, вторые выводы электропитания которых подключены к общей шине 11. Вход полосового фильтра 23 соединен с выходом усилителя 15, а выход - с входом порогового элемента 21, второй вывод электропитания которого подключен к выходу старшего разряда регистра 10 сдвига.
На фигуре выводы питания тактового генератора 8, регистра сдвига 10, логического элемента 19 2И-НЕ условно не показаны.
Дымовой пожарный извещатель работает следующим образом. При подаче напряжения питания на входные клеммы 1 и 2 через элемент 3 односторонней проводимости и ограничитель 5 тока и напряжения осуществляется заряд накопительного конденсатора 6. Элемент 3 односторонней проводимости осуществляет защиту других элементов дымового пожарного извещателя при ошибочном подключении полярности напряжения питания, поступающего от шлейфа пожарной сигнализации. Пока напряжение на выводах накопительного конденсатора 6 недостаточное для нормальной работы дымового пожарного извещателя, то падение напряжения на интеграторе 14 незначительное - значительно меньше падения напряжения между шиной 22 питания и общей шиной 11. Это обусловлено низким потреблением тока логическими элементами в статическом режиме. Еще до достижения минимального значения рабочего напряжения на выходе схемы 12 сброса по напряжению питания формируется низкий потенциальный уровень, запрещающий работу тактового генератора 8. В момент достижения минимального значения рабочим напряжением все элементы схемы извещателя будут находиться в статическом режиме. В этом случае регистр сдвига 10 будет находиться в нулевом состоянии независимо от сигналов на других его входах за счет потенциального сигнала, приходящего от схемы 12 сброса по напряжению питания через логический элемент 19 2И-НЕ на R-вход этого регистра 10 сдвига. Формирователь 4 сигнала регистрации дыма будет закрыт и индикатор 7 будет выключен. В то же время низкий потенциальный уровень, поступающий, с выхода старшего разряда регистра сдвига 10 на инвертирующий вход тактового генератора 8 разрешает ему работу. Потребление тока извещателем от шлейфа пожарной сигнализации будет ограничено ограничителем 5 тока и напряжения. Такое состояние будет продолжаться, пока падение напряжения на конденсаторе 6 не превысит значения минимального рабочего напряжения.
Потребление тока тактовым генератором 8 существенно зависит от напряжения питания, поэтому необходимо, чтобы переключение схемы 12 сброса по напряжению питания осуществлялось при рабочем напряжении близким к его минимального значения, но превышающим его. В момент изменения состояния на выходе схемы 12 сброса по напряжению питания ззапускается тактовый генератор 8, а на R-входе сброса регистра сдвига 10 устанавливается потенциальный уровень, позволяющий смену состояний этого регистра 10 при перепадах напряжения на его счетном входе. С этого момента падение напряжения между шиной 22 питания и общей шиной 11 стабилизируется, а падение напряжения на конденсаторе 6 продолжает расти. Через время близкое к одной секунде после разрешения работы на выходе тактового генератора 8 появится короткий, продолжительностью несколько десятков микросекунд, импульс. С такой же продолжительностью и периодичностью около секунды будут повторяться импульсы на выходе этого генератора 8. Такое положение будет наблюдаться до появления на входах тактового генератора 8 сигналов, запрещающих его работу.
С выхода тактового генератора 8 импульсы поступают на вход токового ключа 9. Токовый ключ 9 обеспечивает разряд конденсатора 6 заданной величиной тока через свой выход на инфракрасный излучающий диод 18. Величина, на которою будет разряжаться конденсатор 6, будет зависеть от продолжительности и периода импульсов, которые появляются на выходе тактового генератора 8, а также отношений тока заряда конденсатора 6 через ограничитель 5 тока и напряжения к току разряда этого конденсатора 6 через токовый ключ 9. Таким образом, в установившемся режиме работы падение напряжения на конденсаторе 6 будет превышать потенциал шины 22 питания на величину падения напряжения на интеграторе 14. За счет этой разницы потенциалов обеспечивается устойчивая работа извещателя, так как кратковременные провалы напряжения на выводах конденсатора 6 в моменты его разряда токовым ключом 9 за счет интегратора 14 не изменят потенциала шины 22 питания.
Рассеянный оптической камерой 17 со светопоглощающими стенками инфракрасное излучение инфракрасного диода 18 поступает на фотодиод 16. Усиленные усилителем 15 импульсы по своей амплитуде и фазе будут существенно зависеть от оптической плотности воздуха в оптической камере 17. Так при абсолютной прозрачности воздуха на выходе усилителя 15 будут присутствовать треугольные импульсы малой амплитуды, так как будет иметь место некоторое отражение от стенок оптической камеры 18. Импульс треугольной формы на выходе усилителя 15 будет достигать своего максимума в момент окончания импульса на выходе тактового генератора 8. Треугольная форма импульсов связана с быстродействием усилителя 15 на малых токах потребления этим усилителем 15. После прохождения полосового фильтра 23 амплитуда импульсов не будет уменьшаться, если их частотные параметры будут соответствовать выбранной полосе частот фильтра 23. При малой амплитуде этих импульсов на выходе порогового элемента 21 будет присутствовать низкий потенциальный уровень сигнала. Таким образом, по каждому положительному перепаду сигнала на своем счетном входе регистр сдвига 10 будет переносить низкий потенциальный уровень от первого разряда к старшему. Это означает, что на обоих его выходах будет присутствовать низкий потенциальный уровень. Этот низкий потенциальный уровень поступает на вход формирователя 4 сигнала регистрации дыма, поэтому индикатор 7 не будет светиться. Извещатель будет оставаться в дежурном режиме работы, потребляя от шлейфа пожарной сигнализации, который подключен к клеммам 1 и 2 ток, величина которого будет колебаться, но не превышать значения ограниченного ограничителем 5 тока и напряжения.
При увеличении удельной оптической плотности среды будет увеличиваться амплитуда импульсов на выходе усилителя 15, пока не достигнет предельного значения, при котором произойдет переключение порогового элемента 21. Если по каждому положительному перепаду на счетном входе регистра сдвига 10 на его информационном входе будут присутствовать положительные импульсы, то будет происходить заполнение этого регистра 10 логическими "1". После заполнения этого регистра сдвига 10 логическими "1" на выходе старшего разряда появится сигнал, изменяющий положение формирователя 4 сигнала регистрации дыма, индикатора 7, что соответствует состоянию извещателя - "ПОЖАР". Этим же сигналом также запрещается работа тактового генератора 8. Если в процессе заполнения регистра сдвига 10 на первом разряде состоится переключение сигнала на низком уровне, то через фильтр 20 высокой частоты отрицательный импульс поступит на вход элемента 19 2И-НЕ. Импульс с выхода этого элемента сбросит регистр сдвига 10 в нулевое состояние, а если в моменты перепадов на счетном входе второго регистра сдвига 13 будут присутствовать положительные импульсы на его информационном входе, то заполнение этого регистра 10 начнется сначала. Полосовой фильтр 23 обеспечивает прохождение сигналов, частотные параметры которых будут соответствовать выбранной полосе частот этого фильтра 23.
При наличии высокого потенциального уровня на старшем разряде регистра сдвига 10 открывается формирователь 4 сигнала регистрации дыма, обеспечивающий заданное потребление тока от шлейфа пожарной сигнализации, к которому подключен дымовой пожарный извещатель своими клеммами 1 и 2. Индикатор 7 обеспечивает индикацию состояния "ПОЖАР". Высокий потенциальный уровень, подаваемый, на второй вывод электропитания порогового элемента 21 обеспечивает стабильность этого же уровня и на информационном входе регистра сдвига 10. Благодаря току, протекающему через формирователь 4 сигнала регистрации дыма, резко уменьшается разница потенциалов между клеммами 1 и 2. Если это падение напряжения будет превышать минимальное значение рабочего напряжения, то извещатель будет находится в состоянии "ПОЖАР" бесконечно долго. Вывести извещатель из этого состояния можно только отключением напряжения питания шлейфа пожарной сигнализации на время достаточное для разряда конденсатора 6 до величины, при которой на выходе схемы 12 сброса по напряжению питания установится низкий потенциальный уровень.
За счет введения полосового фильтра 23 обеспечивается прохождение от усилителя 15 на пороговый элемент 21 сигналов, частотные параметры которых будут соответствовать выбраной полосе частот этого фильтра 23. А подключение второго вывода электропитания порогового элемента 21 к выходу старшего разряда регистра 10 сдвига обеспечивает блокировку состояния "ПОЖАР" на регистре сдвига 10.