ДЫМОВОЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ

Полезная модель относится к области пожарной сигнализации и может быть использована в системах пожарной сигнализации для выявления увеличения оптической плотности воздуха по интенсивности рассеяния инфракрасного излучения.
Известны пожарные извещатели, оптические датчики дыма и устройства регистрации дыма, которые работают по принципу периодического излучения импульсов инфракрасного излучения и последующего их приема, усиления и обработки полученного сигнала разными способами, которые формируют сигнал о наличии или отсутствии дыма (журнал "Системы безопасности связи и телекоммуникации", 2000, 33, с.65).
Известно устройство регистрации дыма (патент Российской Федерации RU 2221278, 7 G 08 B 17/10, опубл. 2004.01.10), содержащее тактовый генератор, излучатель, связанный через оптическую камеру со светопоглощающими стенками с фотоприемником, схему сбрасывания, формирователь сигнала регистрации дыма. Кроме того, устройство содержит схему синхронного детектирования, схему сравнения и запоминания, которая выполнена в виде первого и второго двоичных счетчиков, причем V-вход и R-вход первого двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания соединены с соответствующими выходами тактового генератора, выход первого двоичного счетчика параллельно связан со входом излучателя, V-входом второго двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания и первым входом схемы синхронного детектирования, второй и третий входы которой связаны соответственно с выходами фотоприемника и схемы сбрасывания, а выход - с R-входом второго двоичного счетчика схемы сравнения и
запоминания, выход второго двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания связан с С-входами обоих счетчиков и со входом формирователя сигнала регистрации дыма.
Недостатком известного устройства является низкая достоверность его работы при больших уровнях фоновой освещенности естественными или искусственными источниками освещения, а также - при повышенном значении верхней границы рабочей температуры извещателя, например - до 75°С, когда фотоприемник не обеспечивает деление импульсных сигналов от инфракрасного излучателя и от видимого света, проникающего в камеру со светопоглощающими стенками через щели для прохождения дыма, а также от тока утечки фотоприемника, вызванного повышенной температурой.
Наиболее близким к предложенному решению является выбранный как прототип дымовой пожарный извещатель (Извещатель пожарный дымовой оптико-электронный ИП212-41Г ТУ 4371-005-12215496-00; Паспорт 4371-005-12215496-00 ПС), содержащий элемент односторонней проводимости, вход которого подключен к первой клемме для присоединения к шлейфу пожарной сигнализации, а выход соединен с первым выводом электропитания формирователя сигнала регистрации дыма и входом токоограничительного элемента, выход которого подключен ко входу интегратора и к первому выводу конденсатора, второй вывод которого соединен со второй клеммой для подключения к шлейфу пожарной сигнализации и со вторым выводом электропитания формирователя сигнала регистрации дыма, выход которого подключен к индикатору, а вход - к выходу двоичного счетчика, к С-входу этого счетчика и ко входу тактового генератора, первый выход которого подключен к V-входу двоичного счетчика, второй выход тактового генератора - к первому входу схемы сравнения, а третий выход тактового генератора - ко входу токового ключа, выводы питания которого соединены с соответствующими выводами конденсатора, выход схемы сравнения соединен с R-входом двоичного счетчика, второй вход схемы сравнения подключен
через пороговый элемент к выходу усилителя импульсов постоянного тока, первый вывод питания которого соединен с выходом интегратора, а второй вывод питания - со вторым выводом конденсатора, третий вход схемы сравнения подключен к выходу схемы сбрасывания по напряжению питания, а к выходам токового ключа подключен излучающий инфракрасный диод, который оптически связан через камеру со светопоглощающими стенками с фотодиодом, анод которого соединен со вторым выводом первого конденсатора, а катод подключен ко входу усилителя импульсов постоянного тока.
Недостатком этого извещателя также является низкая достоверность его работы при больших уровнях фоновой освещенности естественными или искусственными источниками освещения, а также при повышенном значении верхней границы рабочей температуры извещателя, например - до 75°С, когда на вход усилителя импульсов постоянного тока из фотодиода поступает суммарный токовый импульс от инфракрасного излучателя и от видимого света, который проникает в камеру со светопоглощающими стенками через щели для прохождения дыма, а также от тока утечки фотодиода, вызванного повышенной температурой.
В основу предложенного решения поставлена задача повышения достоверности контроля в широком диапазоне рабочих температур извещателя, а также в условиях повышенной фоновой засветки от внешних естественных или искусственных источников освещения за счет одновременного выделения импульсного полезного сигнала перед его усилением и уменьшения уровня электромагнитных наведений на входной цепи фотодиода.
Поставленная задача решается тем, что дымовой пожарный извещатель, содержащий элемент односторонней проводимости, вход которого подключен к первой клемме для подсоединения к шлейфу пожарной сигнализации, а выход соединен с первым выводом электропитания формирователя сигнала
регистрации дыма и входом токоограничительного элемента, выход которого подключен ко входу интегратора и к первому выводу конденсатора, второй вывод которого соединен со второй клеммой для подключения к шлейфу пожарной сигнализации и со вторым выводом электропитания формирователя сигнала регистрации дыма, выход которого подключен к индикатору, а вход -к выходу двоичного счетчика, к С-входу этого счетчика и ко входу тактового генератора, первый выход которого подключен к V-входу двоичного счетчика, второй выход тактового генератора - к первому входу схемы сравнения, а третий выход тактового генератора - ко входу токового ключа, выводы питания которого соединены с соответствующими выводами конденсатора, выход схемы сравнения соединен с R-входом двоичного счетчика, второй вход схемы сравнения подключен через пороговый элемент к выходу усилителя импульсов постоянного тока, первый вывод питания которого соединен с выходом интегратора, а второй вывод питания - со вторым выводом конденсатора, третий вход схемы сравнения подключен к выходу схемы сбрасывания по напряжению питания, а к выходам токового ключа подключен излучающий инфракрасный диод, оптически связанный через камеру со светопоглощающими стенками с фотодиодом, согласно предложенному решению, дополнительно содержит резистор и фильтр верхних частот, выход которого подключен ко входу усилителя импульсов постоянного тока, а ко входам фильтра высоких частот подключены параллельно соединенные выводы фотодиода и резистора.
Благодаря применению фильтра высоких частот плавные изменения различия потенциалов на выводах резистора не изменяют сигнала на выходе усилителя импульсов постоянного тока и соответственно, увеличение верхней границы рабочей температуры извещателя до верхней границы рабочей температуры фотодиода не приводит к ошибочному срабатыванию извещателя. Фоновая засветка от естественных или искусственных источников освещения, которая проникает в камеру со светопоглощающими стенками
через щели для прохождения дыма увеличивает суммарное значение фото-эдс, которое выделяется на резисторе, но практически не изменяет импульсную составную за счет инфракрасного излучения диода. Таким образом, при удельной плотности воздуха ниже порогового значения извещатель будет оставаться в дежурном режиме работы в условиях высокой фоновой освещенности. Извещатель будет оставаться в дежурном режиме работы даже в условиях значительных перепадов фоновой освещенности, потому что вероятность ошибочного срабатывания извещателя будет довольно маленькой благодаря временной селекции, осуществляемой схемой сравнения. Кроме того, использование фотодиода как источника фото-эдс позволяет значительно сократить размеры электрической цепи нагрузки фотодиода и тем самым сократить уровень электромагнитных наводок в этой цепи.
На фигуре представлена блок-схема дымового пожарного извещателя. Дымовой пожарный извещатель содержит индикатор 1, а также клеммы 2 и 3 для подключения к шлейфу пожарной сигнализации. К первой клемме 2 подключен вход элемента 4 односторонней проводимости, выход которого соединен с первым выводом электропитания формирователя 5 сигнала регистрации дыма и входом токоограничительного элемента 6. Выход токоограничительного элемента 6 подключен к первому выводу первого конденсатора 7, выводу питания токового ключа 8 и входу интегратора 9. Выход интегратора 9 подключен к первому выводу питания усилителя 10 импульсов постоянного тока, второй вывод питания которого соединен со второй клеммой 3, вторыми выводами питания токового ключа 8 и формирователя 5 сигнала регистрации дыма. К выходам токового ключа 8 подключен излучающий инфракрасный диод 11, оптически связанный через камеру 12 со светопоглощающими стенками с фотодиодом 13. Выход формирователя 5 сигнала регистрации дыма подключен к индикатору 1, а вход - к выходу двоичного счетчика 14, к С-входу этого счетчика 14 и ко входу
тактового генератора 15, первый выход которого подключен к V-входу двоичного счетчика 14. Второй выход тактового генератора 15 соединен с первым входом схемы 16 сравнения, а третий выход - со входом токового ключа 8. Второй вход схемы 16 сравнения подключен к выходу схемы 17 сбрасывания по напряжению питания, а третий вход - через пороговый элемент 18 - к выходу усилителя 10 импульсов постоянного тока. Ко входу усилителя 10 импульсов постоянного тока подключен выход фильтра 19 высоких частот, ко входам которого подключены параллельно соединенные выводы фотодиода 13 и резистора 20.
На фигуре выводы питания схемы 17 сбрасывания по напряжению питания, тактового генератора 15, схемы 16 сравнения, порогового элемента 18 и двоичного счетчика 14 условно не показаны.
Дымовой пожарный извещатель работает следующим образом. При подаче напряжения питания на входные клеммы 2 и 3 через элемент 4 односторонней проводимости и токоограничительный элемент 6 осуществляется заряд накопительного конденсатора 7. Элемент 4 односторонней проводимости осуществляет защиту других элементов дымового пожарного извещателя при ошибочном подключении полярности напряжения питания шлейфу пожарной сигнализации. Пока напряжение на выводах накопительного конденсатора 7 недостаточно для нормальной работы дымового пожарного извещателя, на выходе схемы 17 сбрасывания по напряжению электропитания формируется низкий потенциальный уровень, который через схему 16 сравнения устанавливает на R-входе двоичного счетчика 14 высокий потенциальный уровень. В этом случае двоичный счетчик 14 находится в нулевом состоянии независимо от сигналов на других его входах. Формирователь 5 сигнала регистрации дыма закрыт, и индикатор 1 выключен. В то же время низкий потенциальный уровень, который поступает из выхода двоичного счетчика 14 на первый вход тактового генератора 15 и на
С-вход этого же счетчика 14, разрешает роботу тактового генератора 15 и двоичного счетчика 14.
Поскольку потребление тока тактовым генератором 15 существенно зависит от напряжения питания, то для его маленького (десятки микроампер) значения необходимо, чтобы переключение схемы 17 сбрасывания по напряжению питания осуществлялось при рабочем напряжении, близким к его минимальному значению, но превышающем его. В момент изменения состояния на выходе схемы 17 сбрасывания по напряжению питания запускается тактовый генератор 15, а на R-входе двоичного счетчика 14 устанавливается потенциальный уровень, который разрешает изменение состояний двоичного счетчика 14 при перепадах напряжения на его V-входе. На выходах тактового генератора 15 формируются импульсы с периодом прохождения около одной секунды. По каждому отрицательному перепаду сигнала на первом выходе тактового генератора 15 двоичный счетчик 14 будет изменять свое состояние. Но при низком уровне удельной оптической плотности среды, когда на выходе порогового элемента 18 будет наблюдаться постоянный потенциальный уровень, импульсами, которые приходят из второго выхода тактового генератора 15 через схему 16 сравнения на R-вход двоичного счетчика 14, последний будет сбрасываться сразу же после завершения перепада на его V-входе.
Из третьего выхода тактового генератора 15 импульсы поступают на вход токового ключа 8. Токовый ключ 8 обеспечивает разряд накопительного конденсатора 7 заданной величиной тока через свой выход на излучающий инфракрасный диод 11. Величина, на которую разряжается накопительный конденсатор 7, будет зависеть от продолжительности и периода импульсов, которые появляются на третьем выходе тактового генератора 15, а также от отношения тока заряда накопительного конденсатора 7 через токоограничительный элемент 6 к току разряда этого конденсатора 7 через токовый ключ 8. Таким образом, падение напряжения, которое установилось
на накопительном конденсаторе 7, будет превышать падение напряжения на выводах питания усилителя 10 импульсов постоянного тока на величину падения напряжения на интеграторе 9. За счет этого различия потенциалов обеспечивается стойкая работа усилителя 10 импульсов постоянного тока, так как кратковременные провалы напряжения на выводах накопительного конденсатора 7 в моменты его разряда токовым ключом 8 за счет интегратора 9 не изменят режимов работы усилителя 10 импульсов постоянного тока.
Рассеянное оптической камерой 12 со светопоглощающими стенками инфракрасное излучение диода 11 поступает на фотодиод 13. Импульсы фото-эдс, выделенные на резисторе 20 через фильтр 19 высоких частот, поступают на вход усилителя 10 импульсов постоянного тока. Усиленные усилителем 10 импульсов постоянного тока импульсы по своей амплитуде и фазе будут существенно зависеть от оптической плотности воздуха в оптической камере 12. Так, при абсолютной прозрачности воздуха на выходе усилителя 10 будут присутствовать треугольные импульсы маленькой амплитуды, так как будет иметь место некоторое отражение от стенок оптической камеры 12. Импульс треугольной формы на выходе усилителя 10 импульсов постоянного тока достигает своего максимума в момент окончания импульса на третьем выходе тактового генератора 15. При маленькой амплитуде этих импульсов на выходе схемы 16 сравнения появляются импульсы сбрасывания двоичного счетчика 14. Таким образом, по каждому положительному перепаду сигнала на своем V-входе двоичный счетчик 14 будет переключаться, делая подсчет только одного импульса, и сразу будет сбрасываться от импульсов, которые приходят на его R-вход. В дежурном режиме работы, когда удельная оптическая плотность воздуха ниже установленного уровня, по каждому импульсу на втором выходе тактового генератора 15 происходит сбрасывание двоичного счетчика 14. На выходе старшего разряда двоичного счетчика 14, к которому подключен вход формирователя 5 сигнала регистрации дыма, остается низкий потенциальный
уровень, индикатор 1 не светится, а формирователь 5 сигнала регистрации дыма выключен. Извещатель остается в дежурном режиме работы, потребляя от шлейфа пожарной сигнализации, который подключен к клеммам 2 и 3, ток, величина которого ограничена токоограничительным элементом 6.
По мере увеличения удельной оптической плотности среды увеличивается амплитуда импульсов на выходе усилителя 10 импульсов постоянного тока, пока не достигнет порогового значения переключения порогового элемента 18, при котором на R-входе двоичного счетчика 14 установится низкий потенциальный уровень, который разрешает счет импульсов, поступающие на V-вход этого счетчика 14. В этом случае по каждому импульсу на первом выходе тактового генератора 15 состояние двоичного счетчика 14 увеличивается на единицу, пока не состоится переключения старшего разряда двоичного счетчика 14, по которому запрещается дальнейший счет импульсов, что отвечает состоянию извещателя - "ПОЖАР". При наличии высокого потенциального уровня на старшем разряде двоичного счетчика 14 открывается формирователь 5 сигнала регистрации дыма, начинает светиться индикатор 1, и обеспечивается заданное потребление тока от шлейфа пожарной сигнализации, к которому подключен дымовой пожарный извещатель своими входными клеммами 2 и 3. Кроме того, этим сигналом запрещается работа тактового генератора 15. В этом состоянии значительно уменьшается потребление тока тактовым генератором 15, усилителем 10 и другими элементами схемы, в то же время благодаря току, который протекает через формирователь 5 сигнала регистрации дыма, резко уменьшается различие потенциалов между клеммами 2 и 3. Если это падение напряжения не приведет к изменению состояния сигнала на выходе схемы 17 сбрасывания по напряжению питания, то извещатель будет находиться в состоянии "ПОЖАР" бесконечно долго. Вывести извещатель из этого состояния возможно только отключением напряжения питания шлейфа пожарной сигнализации на время, достаточное
для разряда накопительного конденсатора 7 к величине, при которой на выходе схемы 17 сбрасывания по напряжению питания установится низкий потенциальный уровень.
Предложенный извещатель может быть изготовлен с применением известных и широкоиспользуемых комплектующих изделий: резисторов, конденсаторов, транзисторов, диодов, логических микросхем. Например, двоичный счетчик может быть выполнен на микросхеме К561ИЕ10 или CD4520, а тактовый генератор и схема сравнения - на элементах микросхемы К561ТЛ1 или CD4093. Элемент односторонней проводимости может быть выполнен на диоде КД521В или аналогичном ему. Токоограничительный элемент может быть выполнен на униполярном транзисторе, формирователь сигнала регистрации - на транзисторе с большим коэффициентом усиления или на униполярном транзисторе.