ИЗВЕЩАТЕЛЬ ПОЖАРНЫЙ ДЫМОВОЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ

Полезная модель относится к противопожарной технике, а именно, к пожарной сигнализации, и предназначена для обнаружения рассеянного излучения, обусловленного дымом, в закрытых помещениях различных зданий и сооружений.
Известен извещатель пожарный дымовой оптико-электронный, описанный в патенте ЕР 0813178 «Optical smoke detector» (опубл. 1997.12.17), содержащий разъемный корпус, в котором размещена печатная плата с электронной схемой и оптической камерой, содержащей два испускающих свет на одной длине волны светоизлучающих модуля и два модуля светоприемника, оптически изолированные друг от друга, многогранные светоотражающие элементы, диафрагмы и прозрачные окна, расположенные таким образом, что в оптической камере сформированы два пути измерения оптической плотности среды, связанные с внешней средой, и два эталонных пути измерения.
Однако такая конструкция оптического модуля громоздка, сложна в изготовлении, обслуживании и ремонте, что приводит к увеличению расхода и трудоемкости и увеличивает стоимость устройства. При этом чувствительность извещателя быстро понижается из-за оседания пыли на многочисленных внутренних поверхностях оптической камеры, что увеличивает уровень ложных тревог и снижает надежность работы системы пожарной сигнализации.
Известен извещатель пожарный дымовой оптико-электронный, описанный в патенте DE 10246756 «Fire detection method and fire detector therefor» (опубл. 2004.04.22), содержащий корпус, в котором размещены печатная плата и оптическая камера, содержащая два светоизлучающих модуля, расположенных на одной оси в отдельных держателях напротив друг друга, и два модуля светоприемника, расположенных на другой оси в своих держателях напротив друг друга, пересекающейся с первой осью в центре чувствительной области оптической камеры, при этом любой светоизлучающий модуль оптически изолирован от любого модуля светоприемника диафрагмами держателей и блендами. Светоизлучающие модули попеременно испускают свет на разных длинах волн: первый - в области инфракрасного излучения, а второй - в области синего света или ультрафиолетового излучения.
Однако при такой конструкции оптической камеры затруднена точная установка и юстировка оптической системы, что снижает надежность работы извещателя.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является извещатель пожарный дымовой оптико-электронный, описанный в патенте GB 2397122 «Smoke detector with a low false alarm rate» (опубл. 2004.07.14), содержащий разъемный корпус, на внутренней стороне основания которого размещена печатная плата с электронной схемой, микроконтроллером и оптической камерой, содержащей светоизлучающий модуль с двумя светодиодами, установленными в держателе в одной горизонтальной плоскости под углом друг к другу, и модуль светоприемника с фотодиодом. Модули оптически изолированы друг от друга двумя центральными блендами изогнутой формы. Для направления рассеянного светового излучения на модуль светоприемника в оптической камере размещены специальные отражающие элементы, обеспечивающие одинаковые пути распространения рассеянного излучения от первого и от второго светодиода. При этом светодиоды попеременно испускают свет в разных диапазонах длин волн: первый - в области видимой части спектра, а второй - вблизи инфракрасного диапазона длин волн.
Однако сложное конструктивное исполнение оптического модуля усложняет технологию изготовления и сборки извещателя пожарного, увеличивает габариты, повышает производственные затраты и себестоимость изделия. Оседание пыли на светоотражающих элементах и центральных блендах снижает чувствительность устройства и повышает количество ложных тревог.
Перед изобретателями стояла задача создания надежного, технологичного, высокочувствительного, малогабаритного извещателя пожарного дымового оптико-электронного, обеспечивающего высокую точность обнаружения возгораний, сопровождающихся появлением различного типа дыма малой концентрации в закрытых помещениях и минимальный уровень ложных тревог при низкой себестоимости готового изделия.
Поставленная задача решается тем, что предложен извещатель пожарный дымовой оптико-электронный, содержащий разъемный корпус, на внутренней стороне основания которого размещена печатная плата с электронной схемой, микроконтроллером и оптической камерой, содержащей светоизлучающий модуль со светоизлучателями, излучающими на различных длинах волн, и модуль соответствующего светоприемника, оптически изолированные друг от друга центральной блендой.
Новым является то, что светоизлучатели расположены вертикально друг над другом в отверстиях держателя светоизлучающего модуля так, что их оптические оси пересекаются с оптической осью светоприемника в чувствительной области оптической камеры, образуя с горизонтальной плоскостью, проходящей через точку пересечения оптических осей, одинаковые по абсолютной величине углы. При этом светоизлучающий модуль и модуль светоприемника установлены на печатной плате и не связаны жестко с оптической камерой.
Технический результат заявляемого устройства заключается в повышении надежности работы, улучшении технологичности и в снижении материалоемкости и массогабаритных характеристик извещателя пожарного дымового оптико-электронного за счет упрощения его конструкции, а именно, за счет выполнения светоизлучающего модуля в виде отдельного держателя, не связанного жестко с оптической камерой, в котором отлиты два наклонных цилиндрических отверстия, расположенные вертикально друг над другом симметрично центру держателя. Оптические оси светоизлучателей, установленных в держателе светоизлучающего модуля, пересекаются в чувствительной области оптической камеры с оптической осью светоприемника под одинаковыми по абсолютной величине вертикальными углами. При этом установленные на печатной плате и помещенные в оптическую камеру светоизлучающий модуль и модуль светоприемника оптически изолированы друг от друга одной центральной блендой, что снижает запыленность оптической камере за счет уменьшения площади светоотражающих элементов.
На фиг.1 представлен извещатель пожарный дымовой оптико-электронный в сборе (сечение в плоскостях по оптическим осям светоизлучателей и светоприемника); на фиг.2 - вид оптической камеры снизу; на фиг.3 - вид держателя светоизлучающего модуля спереди; на фиг.4 - вид держателя светоизлучающего модуля в вертикальном разрезе.
Устройство содержит разъемный корпус 1 (фиг.1), выполненный в виде тела вращения с щелями для захода дыма, на внутренней стороне основания 2 которого над его центральным отверстием крепежными элементами (например, винтами) закреплена печатная плата 3 с оптической камерой 4 (фиг.1, 2), а также с элементами электронной схемы и микроконтроллером (на фиг.не показаны), с помощью которых, при подключении извещателя в шлейф пожарной сигнализации, определяется наличие дыма и передается сигнал «Пожар». Оптическая камера 4 выполнена, например, литьем из черной пластмассы в виде съемной цилиндрической крышки с ребристым изнутри основанием 12 (фиг.2), центральной блендой 7 и боковой цилиндрической оболочкой 13 с лабиринтными пластинами 14 и диафрагмами 15, 16, позиционирующими место для размещения светоизлучающего модуля 5 (фиг.1) и модуля светоприемника 6 соответственно, которые образуют оптоэлектронную пару оптически изолированных друг от друга модулей. Для фиксации оптической камеры 4 на печатной плате 3 на нижней части боковой цилиндрической оболочки 13 (фиг.2) оптической камеры 4 (фиг.1, 2) выполнены защелки 17 (фиг.2). Светоизлучающий модуль 5 (фиг.1) и модуль светоприемника 6 устанавливаются на печатной плате 3 и не связаны жестко с оптической камерой 4. Светоизлучающий модуль 5 образован держателем 8 (фиг.1, 3, 4), в котором установлены светоизлучатели 10 (фиг.1), например, ИК-светодиод с длиной волны 940 нм и синий светодиод с длиной волны 470 нм, выводы которых припаяны в соответствующих местах электронной схемы печатной платы 3. Держатель 8 светоизлучающего модуля 5 выполнен формованием из пластмассы, например, в виде боковой поверхности прямоугольной призмы, в теле которой выполнены два взаимно наклонных цилиндрических отверстия 9 (фиг.3, 4) для установки светоизлучателей 10 (фиг.1), расположенные вертикально друг над другом симметрично центру держателя 8, а на боковых гранях основания выступают упругие Г-образные защелки 18 (фиг.3, 4) для фиксации на схемной плате 3 (фиг.1). Модуль светоприемника 6 также выполнен из пластмассы в виде установленного в отдельном держателе светоприемника 11 (например, фотодиода), при этом держатель выполнен с соответствующим установочным отверстием и защелками. Для улучшения технологичности сборки устройства возможно выполнение держателя 8 светоизлучающего модуля 5 составным (на фиг. не показано), например, из соединяемых защелками двух частей, в каждой из которых выполнено по соответствующему наклонному цилиндрическому отверстию 9 (фиг.3, 4).
Сборка устройства осуществляется следующим образом. На печатную плату 3 с односторонне установленными на ней поверхностным монтажом и электрически связанными между собой электронными элементами устанавливаются на соответствующей высоте светоизлучатели 10 и светоприемник 11. До упора на цоколи светоизлучателей 10 устанавливается держатель 8, который затем фиксируется защелками 18 в соответствующих отверстиях на печатной плате 3, образуя светоизлучающий модуль 5. Так же светоприемником 11 и соответствующим держателем, зафиксированными на печатной плате 3, образуется модуль светоприемника 6. Оптическая камера 4 располагается над печатной платой 3 так, чтобы каждый из установленных модулей 5 и 6 расположился соответственно диафрагмам 15 и 16 и нажатием на внешнюю сторону основания 12 надежно фиксируется защелками 17 на печатной плате 3, образуя светонепроницаемый измерительный объем, ограниченный боковой цилиндрической оболочкой 13 с лабиринтными пластинами 14, в котором непрозрачная центральная бленда 7 оптически изолирует друг от друга модуль светоизлучателя 5 и модуль светоприемника 6. При этом оптические оси светоизлучателей 10 пересекаются в чувствительной области измерительного объема, расположенной около центральной бленды 7, с оптической осью светоприемника 11 и образуют с горизонтальной плоскостью, проходящей через точку пересечения оптических осей, одинаковые по абсолютной величине углы, составляющие, например, 10-15 градусов. Затем печатная плата 3 фиксируется на внутренней стороне основания 2 и разъемный корпус 1 защелкивается.
Принцип работы устройства основан на свойствах упругого рассеивании светового излучения (электромагнитных волн) от частиц больших, чем длина волны света. Однако рассевание может вызываться не только частицами дыма, но и, например, пылью, паром или аэрозолем. В этом случае устройство может выдать ложный сигнал «Пожар». Для уменьшения ложных тревог использован известный из уровня техники факт, что дымы состоят из более мелких частиц, чем частицы пыли, кроме того, и дым разного цвета имеет различный размер частиц. У дымов размер частиц варьируется от 0,1 до 0,6 мкм, а у пара, пыли и аэрозолей - от 0,6 до 1 мкм. При этом величина рассеивания излучения сильно зависит от размера частиц, поэтому с помощью излучения с меньшей длиной волны можно обнаруживать более мелкие частицы. При одинаковом размере дымовых частиц интенсивность рассеяния света обратно пропорциональна длине волны. Использование в светоизлучающем модуле 5 двух светодиодов с различной длиной волны обеспечивает возможность обнаружения устройством более мелких частиц дыма, повышает чувствительность к черному дыму и резко уменьшает вероятность ложных сигналов «Пожар», вызванных присутствием в контролируемом пространстве пыли, пара и аэрозолей. А вертикальное расположение светодиодов позволяет минимизировать габариты оптической камеры и снизить запыленность оптической камеры 4.
Работает устройство следующим образом. Извещатель пожарный дымовой оптико-электронный калибруется, то есть в микроконтроллере устройства сохраняется значение «критического порога» дыма, определяемое минимальным значением рассеянного света, полученного модулем светоприемника 6, при котором формируется и передается в шлейф пожарной сигнализации сигнал «Пожар». Устройство электрически подключается к шлейфу пожарной сигнализации и при отсутствии контролируемой тревожной ситуации находится в дежурном режиме: инфракрасный и синий светодиоды 10 светоизлучающего модуля 5 поочередно (например, со сдвигом на 200 мс) излучают световые импульсы длительностью 40 мкс с периодичностью раз в 3 секунды, которые рассеиваются в измерительном объеме, образованном между поверхностью печатной платы 3 и установленной на нее оптической камерой 4, и принимаются фотодиодом 11. Фотодиод 11 вырабатывает соответствующий электрический сигнал, который поступает на электронную плату 3, где пересчитывается микроконтроллером в уровень задымленности с помощью калибровочного коэффициента отдельно для каждого светоизлучателя и сравнивается со значениями «критического порога» дыма, хранящимися в энергонезависимой памяти микроконтроллера. В дежурном режиме электрические сигналы от модуля светоприемника 6, не превышают заданного порогового значения и, соответственно, сигнал «Пожар» не вырабатывается.
При возгорании в помещении дым через щели для захода дыма корпуса 1 и лабиринтные пластины 14 оптической камеры 4 попадает в измерительный объем, образованный поверхностью печатной платы 3 и установленной на нее оптической камерой 4. Световые импульсы, излучаемые инфракрасным светодиодом 10 светоизлучающего модуля 5 в последовательности, описанной для дежурного режима, отражаются от дымовых частиц в чувствительной области измерительного объема и попадают на фотодиод 11 модуля светоприемника 6. Фотодиодом 11 вырабатывается электрический сигнал, который поступает на электронную плату 3, преобразуется из аналогового в цифровой и сравнивается со значением «критического порога» дыма, хранящемся в энергонезависимой памяти микроконтроллера. При превышении «критического порога» производятся два дополнительных измерения сигналов от инфракрасного светодиода 10 с интервалом в 0,2 сек для исключения влияния различных помех, после чего микроконтроллером формируется сигнал о превышении «критического порога» дыма по инфракрасному излучению светодиода 10, принимаемого фотоприемником 11. Так же осуществляются измерения излучения для синего светодиода. Затем полученные результаты измерений значений плотности дыма (для синего и инфракрасного светодиодов) сравниваются со значениями «критического порога» для каждого из светодиодов и, если значение уровня задымленное для синего светодиода превышает значение задымленности для инфракрасного светодиода в 1,4 раза, то микроконтроллер формирует сигнал «Пожар», который передается в шлейф системы пожарной сигнализации. Возобновление дежурного режима производят через установленное время после отключения извещателя пожарного дымового оптико-электронного от питания.
Заявленный извещатель пожарный дымовой оптико-электронный надежен, технологичен в производстве, малогабаритен, при этом содержит высокочувствительную оптическую систему, обеспечивающую одинаково быструю реакцию на различные типы возгораний с любым цветом дыма при низком уровне ложных срабатываний.