УСТРОЙСТВО СИГНАЛИЗАЦИИ О ПОЖАРОВЗРЫВООПАСНОЙ СИТУАЦИИ В ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ Российский патент 2000 года по МПК G08B17/107 G01N21/61 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для сигнализации и предупреждения пожаровзрывоопасной ситуации в емкостях, в которых возможно натекание водорода и кислорода.

В настоящее время в аэрокосмической технике используются водородно-кислородные двигатели. Кислородно-водородные газовые смеси, накапливающиеся в различных емкостях летательных аппаратов в результате утечки газов, представляют большую опасность. Ситуация осложняется, если в емкости, кроме водорода и кислорода, имеется гелий. Гелий имеет близкие к водороду молекулярные характеристики, что существенно осложняет контроль содержания водорода. Поэтому надежный контроль за пожаровзрывоопасной ситуацией в летательных аппаратах можно осуществлять, измеряя наличие и количество в газовой смеси водорода и кислорода в присутствии гелия.

Сложность контроля пожаровзрывоопасных концентраций водородсодержащих газовых смесей в летательных аппаратах космической техники связана с возможностью очень быстрого, в течение 3-5 секунд, натекания газов и создания взрывоопасной концентрации при жестких условиях ее эксплуатации: температура в диапазоне от минус 50^oC до плюс 50^oC; широкий динамический диапазон изменения давлений - от 760 мм рт.ст. до 10 мм рт.ст.; высокие виброперегрузки - от 30 g при частоте 10 Гц и до 300 g при частоте 2000 Гц. В связи с этим очень важно оценивать количественное содержание кислорода и водорода в контролируемой емкости в реальном масштабе времени.

Известны устройства для диагностики предпожарной ситуации, предназначенные для предупреждения пожара в помещениях различного назначения и класса, в том числе в отсеках космических и летательных аппаратов, сигнализирующие о появлении хотя бы одного из нежелательных газовых компонентов (патент РФ N 2022250, класс МКИ G 01 N 21/61; ЕР N 0360128, класс МКИ G 08 B 17/107). Данные устройства не могут быть использованы для решения поставленной задачи, так как реагируют на появление газов и дыма, сопутствующих уже начавшемуся возгоранию, что недопустимо в случае присутствия в контролируемом объеме смеси водорода и кислорода в критической концентрации.

Известно устройство с оптическим анализом остаточного давления и утечек из вакуумной емкости (патент США N 4270091, класс НКИ 324-462). Устройство содержит закрытую ячейку возбуждения эмиссии исследуемого газа, в стенке которой встроено прозрачное окно для прохождения излучения возбуждения. Излучение возбуждения, величина которого пропорциональна давлению исследуемого газа, через интерференционные фильтры попадает на детектор фотонов, электрический сигнал с выхода которого через усилитель поступает на информационный выход. Относительное изменение парциального давления контролируемого газа, например, азота или гелия, определяют по интенсивности выбранных линий эмиссии излучения. Для количественного определения парциального давления осуществляют нормирование измеренных сигналов по ионному току, протекающему между электродами в момент измерения эмиссии. Утечку в исследуемой емкости определяют по парциальному давлению газов.

Устройство предназначено для измерения очень низких концентраций водорода в присутствии азота, так как его работа основана на способе создания эмиссионного разряда только в условиях сильно разреженной газовой смеси (доли мм рт.ст. и ниже) и не может быть использовано для решения поставленной задачи.

Известно устройство для непрерывного измерения малых количеств загрязнений в газах, в частности, в разреженных газах (ЕР N 0337933, класс МКИ G 01 N 21/69). Устройство содержит измерительный объем, в котором установлены электроды, между которыми происходит газовый разряд. Измерительный объем снабжен входным и выходным патрубками для длительного прокачивания исследуемого газа и прозрачным окном для съема радиации эмиссии газа. Излучение эмиссии через селективные фильтры поступает на фотоприемник. Электрический сигнал с фотоприемника через усилитель поступает в блок обработки электрических сигналов, в котором осуществляется нормирование измеренного сигнала по ионному току, протекающему через разрядные электроды, и определение концентрации аэрозоля в газе. С выхода блока обработки электрических сигналов выдаются информация о концентрации компонентов остаточных газов, количественные значения концентраций и сигнал тревоги.

Устройство предназначено для измерения концентрации газов и примесей в емкости после пиролизера и не может быть использовано для сигнализации пожаровзрывоопасной ситуации в изменяющихся условиях в газовой емкости. Кроме того, нормирование электрических сигналов по ионному току через электроды не дает полной информации о соотношении компонентов газов и их концентрации в контролируемой емкости.

Известно устройство для контроля газовой смеси (ЕР N 0292143, класс МКИ G 01 N 21/69). Устройство содержит измерительную камеру с установленными в ней электродами для возбуждения электрического разряда, оптически связанные с межэлектродным пространством селективные фильтры для выделения эмиссии искомого газа и фотоприемники. Исследуемая смесь газов прокачивается по прозрачному трубопроводу, на котором установлены электроды цилиндрической формы.

В блоке обработки информации заложен алгоритм преобразования измеренных интенсивностей эмиссии в концентрацию газов. Спектр наблюдения эмиссии газов находится в диапазоне 200-900 нм. В измерительной камере установлен второй фотоприемник, измеряющий интегральное излучение эмиссии, которое используется для корректирования сигналов. Исключение взаимного влияния газов в смеси осуществляется введением коррелирующих коэффициентов в блок обработки, вычисляющий концентрацию того или другого газа. Устройство предназначено для определения в течение длительного времени загрязняющих и других газов в атмосфере, окружающей различные производственные предприятия.

Устройство не обеспечивает количественную оценку концентрации газов, что необходимо для предупреждения о возникающей пожаровзрывоопасной ситуации, так как неработоспособно при быстроизменяющихся скоростях газового потока в замкнутой емкости (до 50 м/сек) и при изменениях давления в диапазоне 760-10 мм рт.ст.

Наиболее близким является искровой флуоресцентный газовый сенсор для исследования и повышения эффективности работы различных систем, например топливных камер, камер сгорания и др. (PCT, заявка WO N 93/10438, класс МКИ G 01 N 21/69). Устройство содержит средство для возбуждения молекул в исследуемом газе, расположенное непосредственно в газовой магистрали, блок питания этого средства, волоконно-оптический световод для передачи эмиссии газов из газовой магистрали в измерительный блок, содержащий селективные светофильтры и фотодетекторы. При этом количество светофильтров и фотодетекторов соответствует количеству определяемых компонентов газовой смеси. Электрический сигнал с выхода фотодетектора, пропорциональный концентрации определяемого газа, через усилитель поступает на вход микропроцессора, используемого для нормирования измеренных сигналов по азоту и сравнения этих величин с установленными значениями. С выхода микропроцессора получают сигнал, который дает информацию в реальном масштабе времени о концентрации входящих/выходящих газов и/или загрязнений, необходимую для регулирования контролируемой системы или выдачи сигнала тревоги. Выбирая полосу с большой амплитудой возбуждения, интенсивность которой пропорциональна концентрации определенного газа, свободную от тушения и наложения других полос, определяют концентрацию с большой чувствительностью. Реальное значение концентрации искомого газа получают при сравнении измеренной величины с внутренним стандартом, содержащимся в памяти микропроцессора. В качестве внутреннего стандарта используют азот, концентрация которого относительно постоянна при небольших перепадах давления и не зависит от процесса сгорания. Диапазон измеряемых концентраций 20-10000 частей на миллион. Для внутреннего стандарта выбирают полосу в районе 337 нм, т.е. полосу эмиссии азота. Нормализацию измеряемых сигналов по сигналу азота используют для компенсации интенсивности искрового разряда как при флуктуациях источника возбуждения разряда, так и при изменении давления в области разряда.

Устройство не может быть использовано для сигнализации пожаровзрывоопасной ситуации, т.к. осуществление искрового разряда непосредственно в газовой емкости может привести к взрыву, когда концентрации водорода и кислорода достигнут критического значения. Кроме того, устройство не предназначено для количественной оценки концентрации кислорода и водорода в условиях присутствия гелия с изменяющейся концентрацией и при перепадах общего интегрального уровня давления в диапазоне от 760 до 10 мм рт.ст.

Задачей является создание устройства сигнализации о пожаровзрывоопасной ситуации в емкостях летательных и космических аппаратов, в частности в заполненных азотом емкостях водородно-кислородных ракетных двигателей. Пожаровзрывоопасная ситуация возникает при появлении в контролируемой емкости в результате утечки водорода и кислорода и достижении ими критических концентраций. При этом в указанной емкости всегда присутствует гелий, оказывающий сильное влияние на интенсивность эмиссии контролируемых газов, что усложняет процесс измерений. Устройство должно работать при перепаде давления смеси газов от 760 мм рт.ст. до 10 мм рт.ст., скоростях потока газов от 1 до 50 м/сек, в большом интервале температур и высоких механических перегрузках. Техническим результатом при решении поставленной задачи должно быть исключение указанных выше факторов на измерение реальных значений концентрации водорода и кислорода, что позволит повысить достоверность измерений и во-время сигнализировать о возникшей пожаровзрывоопасной ситуации в контролируемой емкости летательного аппарата.

Поставленная задача решается предлагаемым изобретением.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство сигнализации о пожаровзрывоопасной ситуации в летательных аппаратах, содержащее средство для возбуждения эмиссии газов, импульсный блок питания этого средства, каналы измерения интенсивности эмиссии кислорода и азота, выполненные в виде оптически сопряженных средств для выделения спектров эмиссии кислорода и азота и фотоприемных устройств, введены герметичная измерительная камера, в которой размещено средство для возбуждения эмиссии газов, средство для ввода порции смеси газов в эту камеру, блок синхронизации работы этого средства и импульсного блока питания средства для возбуждения эмиссии газов, каналы измерения эмиссии водорода и гелия, датчик давления, блок регулирования давления, первый, второй и третий микропроцессоры, выполненные с возможностью нормирования электрических сигналов, пропорциональных эмиссии кислорода, водорода и азота, по электрическому сигналу, пропорциональному эмиссии гелия, четвертый и пятый микропроцессоры, выполненные с возможностью нормирования электрических сигналов, пропорциональных эмиссии кислорода и водорода, по электрическому сигналу, пропорциональному эмиссии азота, и шестой микропроцессор, выполненный с возможностью сравнения нормированных сигналов, пропорциональных эмиссии кислорода и водорода, с заданными значениями и выдачи сигнала тревоги, при этом в одной из стенок герметичной измерительной камеры выполнено по крайней мере одно прозрачное окно для прохождения излучения эмиссии газов, внутренний объем этой камеры связан со входом датчика давления и выходом средства для ввода порции газов, первый вход которого связан с выходом блока регулирования давления, вход которого связан с выходом датчика давления, первый выход блока синхронизации работы средства для ввода порции смеси газов в герметичную измерительную камеру и импульсного блока питания средства для возбуждения эмиссии газов связан со входом этого блока питания, а второй - со вторым входом средства для ввода порции смеси газов, выход канала измерения эмиссии кислорода связан с первым входом микропроцессора, выход канала измерения эмиссии водорода связан с первым входом второго микропроцессора, выход канала измерения эмиссии азота связан с первым входом третьего микропроцессора, выход канала измерения гелия связан со вторыми входами указанных микропроцессоров, выход первого микропроцессора связан с первым входом четвертого микропроцессора, выход второго микропроцессора связан с первым входом пятого микропроцессора, выход третьего микропроцессора связан со вторыми входами четвертого и пятого микропроцессоров, а выходы последних связаны соответственно с первым и вторым входами шестого микропроцессора.

Авторам не известно устройство, содержащее совокупность всех признаков, идентичную совокупности в предлагаемой формуле изобретения, позволяющую получить указанный выше технический результат. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию новизны.

Известно устройство для измерения малых количеств примесей в газах, в частности, в разреженных газах, например, для измерения азота, водорода, кислорода, аргона и др. в гелии (ЕР N 0337933, класс МКИ G 01 N 21/69). Устройство предназначено для продолжительного измерения концентрации примесей по спектрам эмиссии, причем смесь газов поступает в измерительную камеру после пиролизера. Устройство не решает задачу определения концентрации и соотношения концентраций водорода и кислорода в контролируемой емкости при изменяющихся в широких пределах физических условиях. Кроме того, совокупность отличительных признаков данного устройства отличается от совокупности отличительных признаков заявляемого изобретения и не может обеспечить достижение указанного выше технического результата.

Известен искровой флуоресцентный газовый сенсор для измерения концентрации газов и выдачи сигнала тревоги при достижении предельных значений концентраций в контролируемых системах (PCT, заявка WO N 93/10438, класс МКИ G 01 N 21/69). Для исключения влияния перепадов давления на интенсивность эмиссии измеряемых газов в устройстве используют нормирование измеренных электрических сигналов, соответствующих концентрациям газов, по электрическому сигналу азота. Причем устройство предназначено для определения концентрации какого-либо газа в отсутствие другого при небольшом перепаде давления, когда интенсивность эмиссии азота почти не изменяется.

Предлагаемое изобретение предназначено для работы в условиях изменения давления в контролируемой емкости в широких пределах (760 - 10 мм рт.ст.), что влияет на интенсивность эмиссии газов. Кроме того, на интенсивность линий эмиссии водорода и кислорода оказывает заметное влияние присутствие в смеси газов гелия. В заявляемой формуле изобретения предлагается совокупность отличительных признаков, позволяющая получить новый технический результат: измерение интенсивности эмиссии водорода и кислорода в присутствии гелия при быстроизменяющихся физических условиях, что позволяет с большой достоверностью измерять концентрации указанных газов и тем самым своевременно предупреждать о возникновении пожаровзрывоопасной ситуации в емкостях летательных аппаратов. Авторам не известно устройство с такой совокупностью отличительных признаков, как в заявляемой формуле изобретения, дающей при использовании указанный выше технический результат. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию уровня техники.

Большинство элементов, входящих в конструкцию устройства, выпускается отечественной промышленностью. Изготовление других элементов не представляет трудности в производственных условиях. Высокая надежность устройства и достоверность при измерении концентраций водорода и кислорода в присутствии мешающих примесей, возможность работать в широком интервале давлений и широком диапазоне скоростей перемещения смеси газов в контролируемой емкости и невысокая стоимость изготовления дают основание предполагать, что потребность в таких устройствах при эксплуатации летательных и космических аппаратов очевидна. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию промышленной применимости.

На фиг. 1 показана блок-схема предлагаемого устройства для сигнализации пожаровзрывоопасной ситуации в летательных аппаратах.

На фиг. 2 показана диаграмма спектров эмиссии водорода (2%), кислорода (4%) и азота (94%).

На фиг. 3 показана диаграмма спектров эмиссии смеси водорода (2%), кислорода (4%), гелия (1%) и азота (93%).

На фиг. 4 показаны интенсивности эмиссии газов от концентрации гелия: водорода (λ_э= 658 нм) - сплошная кривая; азота (λ_э= 337 нм) - штриховая кривая и кислорода (λ_э= 777,2 нм) - штрихпунктирная кривая.

На фиг. 5 показана зависимость интенсивности эмиссии азота от давления смеси газов: сплошная кривая - при отсутствии в смеси газов гелия; штриховая кривая - при концентрации гелия в смеси газов, равной 1%.

Устройство 1 содержит герметичную измерительную камеру 2, в которой установлено средство для возбуждения эмиссии газов 3, выполненное в виде двух электродов, соединенных с импульсным блоком питания 4; герметичная измерительная камера 2 связана с контролируемой газовой емкостью 5 посредством средства 6 ввода порции смеси газов; в камере 2 имеется прозрачное окно 7 для пропускания излучения эмиссии газов 8 в каналы измерения концентрации (интенсивности эмиссии) водорода, кислорода, азота и гелия, состоящее из средства 9 для выделения спектров эмиссии, выполненного в виде селективных светофильтров, и фотоприемных устройств 10; устройство содержит первый 11, второй 12 и третий 13 микропроцессоры, выполненные с возможностью нормирования электрических сигналов, пропорциональных эмиссии кислорода, водорода и азота по электрическому сигналу, пропорциональному эмиссии гелия, при этом выход канала измерения эмиссии кислорода связан с первым входом первого микропроцессора 11, выход канала измерения эмиссии водорода связан с первым входом второго микропроцессора 12, выход канала измерения эмиссии азота связан с первым входом третьего микропроцессора 13, выход канала измерения эмиссии гелия связан со вторыми входами первого, второго и третьего микропроцессоров; устройство содержит четвертый 14 и пятый 15 микропроцессоры, выполненные с возможностью нормирования электрических сигналов, пропорциональных эмиссии водорода и кислорода, по электрическому сигналу, пропорциональному эмиссии азота, при этом выход микропроцессора 11 связан с первым входом микропроцессора 14, выход микропроцессора 12 связан с первым входом микропроцессора 15, а выход микропроцессора 13 связан со вторыми входами микропроцессоров 14 и 15; устройство содержит микропроцессор 16, выполненный с возможностью сравнения отнормированных электрических сигналов, пропорциональных эмиссии (концентрации) кислорода и водорода в контролируемой емкости, с установленными значениями и определения реальных концентраций, при этом выходы микропроцессоров 14 и 15 связаны с первым и вторым входами микропроцессора 16 соответственно; устройство содержит блок 17 синхронизации работы импульсного блока питания 4 и средства 6 для введения порции смеси газов в герметичную измерительную камеру, при этом первый выход этого блока связан со входом блока питания 4, а второй выход - с первым входом средства 6; устройство содержит датчик давления 18 для измерения интегрального давления в герметичной измерительной камере 2 и блок регулирования давления 19, при этом вход датчика давления связан с внутренним объемом герметичной измерительной камеры 2, а выход - со входом блока 19, выход этого блока связан со вторым входом средства 6.

Несколько устройств, подобных заявляемому, размещают внутри контролируемой емкости летательного аппарата, например под обтекателем кислородно-водородного двигателя в непосредственной близости от мест возможной утечки определяемых газов. Из-за утечки водорода и кислорода в газовой емкости может создаться критическое соотношение их концентраций в смеси газов, что может привести к взрыву при неисправности электрических коммуникаций. Сложность решения задачи заключается еще в том, что атмосферное давление в емкости в процессе полета снижается от 760 мм рт.ст. до 10 мм рт.ст. при наличии вибраций и ударных перегрузок, при этом скорость потока смеси газов при продувке азотом изменяется от 1 до 50 м/сек, а температура - от плюс 50^oC до минус 50^oC.

Устройство работает следующим образом.

Смесь газов из контролируемой газовоздушной емкости 5 периодически, например, с частотой 1-10 Гц, с помощью средства 6 для ввода порции смеси газов подают в герметичную измерительную камеру 2. После ввода порции газов и герметизации камеры 2 измеряют давление внутри нее датчиком давления 18. Если давление не равно заданному значению, блоком регулирования давления 19 изменяют объем смеси газов, вводимый с помощью средства 6 в камеру 2. Когда давление внутри камеры 2 достигнет заданного значения, ее снова герметизируют и после этого подают импульс напряжения с блока питания 4 на электроды средства 3 для возбуждения эмиссии смеси газов. Последовательность включения средства 6 и импульсного блока питания 4 регулируется блоком синхронизации 17. После возбуждения разряда излучение эмиссии газов 8 через прозрачное окно 7 в измерительной камере 2 и селективные светофильтры 9 поступает на входы фотоприемных устройств 10 каналов измерения интенсивности эмиссии (концентрации) кислорода, водорода, азота и гелия. Для осуществления нормирования измеренных сигналов по сигналу гелия сигнал с выхода одного из фотоприемных устройств 10 - канала измерения интенсивности эмиссии кислорода, подают на первый вход первого микропроцессора 11, сигнал с выхода фотоприемного устройства 10 - канала измерения интенсивности эмиссии водорода, подают на первый вход второго микропроцессора 12, сигнал с выхода фотоприемного устройства 10 - канала измерения интенсивности эмиссии азота, подают на первый вход третьего микропроцессора 13, а сигнал с выхода фотоприемного устройства 10 - канала измерения интенсивности эмиссии гелия, подают на вторые входы микропроцессоров 11, 12 и 13. Для нормирования измеренных сигналов по азоту сигнал с выхода микропроцессора 11, пропорциональный интенсивности эмиссии кислорода, подают на первый вход четвертого микропроцессора 14, сигнал с выхода микропроцессора 12, пропорциональный интенсивности эмиссии водорода, подают на первый вход пятого микропроцессора 15, а сигнал с выхода микропроцессора 13, пропорциональный интенсивности эмиссии азота, подают на вторые входы микропроцессоров 14 и 15. Сигналы, пропорциональные интенсивностям эмиссии кислорода и водорода, отнормированные по сигналам гелия и азота, подают на первый и второй входы соответственно микропроцессора 16, в котором происходит их преобразование в соответствии с заложенным алгоритмом в реальные, текущие, значения концентраций водорода и кислорода. Эти значения с выхода микропроцессора 16 направляются в систему управления (на фиг. не показана), осуществляющую продувку контролируемой емкости азотом, если значения концентраций или их соотношение приближаются к критическим. Если измеренные концентрации и/или их соотношение достигли критического значения, с выхода микропроцессора 16 в систему управления посылается сигнал тревоги. В систему управления поступают сигналы от всех устройств, размещенных в местах возможной утечки газов в контролируемой емкости.

В герметичной измерительной камере во время возбуждения разряда, когда концентрации кислорода и водорода приближаются к критическому значению, в разрядном промежутке между электродами может возникнуть микровзрыв. При этом интенсивность эмиссии водорода и кислорода резко снижается и скачкообразное изменение аналоговых сигналов на выходе микропроцессора 16 также сигнализирует о возникшей пожаровзрывоопасной ситуации в контролируемой емкости и в систему направляется сигнал тревоги.

Катализатором взрыва в смеси газов в контролируемой емкости является водород. Однако взрывоопасная ситуация наступает при определенной, критической концентрации водорода (около 4%) только в случае, если в смеси газов имеется кислород также в определенной, критической, концентрации (около 8%). Поэтому два аналоговых сигнала, соответствующих концентрациям этих газов, посылаемые в систему управления, позволяют получить достоверную информацию о состоянии газовой смеси в контролируемой емкости в реальном масштабе времени и начинать продувку ее азотом только при определенном соотношении концентраций кислорода и водорода, предотвращая тем самым непроизводительный расход азота из-за преждевременной, не обусловленной необходимостью, продувки системы, когда контроль осуществляется только по водороду.

Изменение давления смеси газов в контролируемой емкости в пределах от 760 мм рт. ст. до 10 мм рт.ст. приводит к увеличению интенсивности эмиссии выбранных линий водорода, кислорода и азота в среднем в 3-5 раз. При этом, если в смеси газов присутствует гелий, при изменении давления изменяется не только интенсивность спектральных линий эмиссии газов, но и дополнительно происходит перераспределение спектральной энергии излучения между другими линиями газов, что осложняет количественную оценку концентрации водорода и кислорода по интенсивности их спектральных линий. На фиг. 2 показана диаграмма спектров эмиссии водорода, кислорода и азота при отсутствии гелия при постоянном давлении. На фиг. 3 показана диаграмма спектров эмиссии водорода, кислорода и азота в присутствии гелия также при постоянном давлении. Из представленных фигур видно как изменяются интенсивности определяемых газов. При изменении давления характер зависимости изменения интенсивностей спектральных линий еще более осложняется. На фиг. 4 показана зависимость интенсивности эмиссии водорода (сплошная кривая, λ_э=658 нм), кислорода (штрихпунктирная кривая, λ_э=777.2 нм) и азота (штриховая линия, λ_э=337 нм) от концентрации гелия в смеси газов при давлении 760 мм рт.ст. Из кривых видно, что при изменении концентрации гелия с 0,1 до 1% интенсивность эмиссии газов резко возрастает. Для исключения влияния на интенсивность эмиссии определяемых газов изменения давления и присутствия гелия измерение интенсивностей эмиссии кислорода и водорода осуществляют в герметичной измерительной камере, в которой поддерживают давление на постоянном, заранее заданном, уровне. При этом для исключения влияния гелия измеренные сигналы, пропорциональные эмиссии водорода, кислорода и азота, нормируют по сигналу, пропорциональному эмиссии гелия. Концентрация азота в анализируемой смеси может изменяться в пределах от 99 до 90% за счет натекания кислорода, водорода или гелия. Изменение концентрации азота только в этих пределах связано с тем, что при натекании в контролируемую емкость до 4% водорода и до 8% кислорода (критические значения концентраций) в систему управления поступает сигнал о пожаровзрывоопасной ситуации и начинается продувка емкости азотом. Так как концентрация азота в данном случае изменяется в небольших пределах в то время, как концентрация кислорода изменяется в диапазоне 0,1-8%, а водорода 0,1-4%, электрический сигнал, пропорциональный интенсивности эмиссии азота, может быть использован в качестве опорного сигнала (для нормирования) при количественной оценке содержания кислорода и водорода. Однако в реальных условиях, связанных с изменением давления в контролируемой емкости и возможным натеканием гелия, интенсивность сигнала эмиссии азота в зависимости от давления изменяется сложным образом. Из кривых, представленных на фиг. 5, видно, что изменение давления в интервале 760-10 мм рт. ст. при отсутствии гелия вызывает увеличение сигнала эмиссии азота в 4,5 раза (сплошная кривая на фиг. 5). При этом интенсивность линий кислорода и водорода также изменяется примерно в 3-5 раз. Присутствие в газовой смеси гелия усложняет зависимость сигналов эмиссии анализируемых газов от давления. При этом при наличии в газовой смеси гелия в концентрации уже около 1% зависимость интенсивности эмиссии азота от давления носит неоднозначный характер (штриховая линия на фиг. 5). Поэтому, чтобы использовать интенсивность эмиссии азота в качестве опорного сигнала, давление в измерительной камере поддерживают на определенном, заранее заданном уровне. Во время предстартовой подготовки (90-95% времени) давление в контролируемой емкости сохраняется близким к 760 мм рт.ст. Поэтому в качестве заданного постоянного давления при измерении концентрации газов выбрана эта величина давления. Интенсивность линий эмиссии определяемых газов даже при постоянном давлении газовой смеси в измерительной камере может изменяться в 1,5-2 раза при изменении влажности, нестабильности разряда во времени и других факторов, влияющих на процессы в газоразрядном контуре. Нормирование измеренных сигналов по азоту позволяет исключить влияние этих факторов.

Размещение средства для возбуждения разряда в герметичной измерительной камере, поддержание внутри нее постоянного, заранее заданного, значения давления, нормирование сигналов по азоту и гелию в совокупности позволяют исключить влияние гелия и различных физических факторов в контролируемой емкости на процесс измерений, получить достоверную информацию о реальных значениях концентраций водорода и кислорода и тем самым предупредить возникновение пожаровзрывоопасной ситуации в летательных аппаратах.

Устройство может быть изготовлено в производственных условиях из элементов и материалов, производимых отечественной промышленностью. В качестве средства для выделения длин волн может быть использован монохроматор или светофильтры высокого контраста с максимумом пропускания: для водорода λ_э=656 нм с полушириной полосы спектра эмиссии 3 нм; для кислорода - λ_э=777,2 нм с полушириной полосы спектра эмиссии 3 нм; для гелия - λ_э=587 нм с полушириной полосы спектра эмиссии 3 нм; для азота - максимум пропускания находится в интервале длин волн 330-400 нм. В качестве фотоприемного устройства возможно использование ФПУ-1А, производство физико-технического института им. Иоффе, г. С.-Петербург, или любые другие фотоприемники с усилителями. В качестве устройства для ввода порции газа в измерительную камеру можно использовать перистальтический или роторный насосы. В устройстве может быть использован стандартный датчик давления, а в качестве блока регулирования давления возможно использование, например, сильфонного механизма изменения давления.

Предлагаемое устройство обладает небольшими габаритами, малым энергопотреблением и может быть использовано не только в аэрокосмической, но и в других областях промышленности.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для сигнализации и предупреждения пожаровзрывоопасной ситуации в различных емкостях летательных и космических аппаратов. Устройство содержит герметичную измерительную камеру для возбуждения разряда в смеси газов, поступающих из контролируемой емкости, датчик давления для измерения давления внутри измерительной камеры, блок регулирования давления внутри этой камеры, средство для ввода порции смеси газов в измерительную камеру, блок синхронизации работы этого средства и импульсного блока питания разрядных электродов, каналы измерения эмиссии водорода, кислорода, гелия и азота, содержащие оптически сопряженные с измерительной камерой средства для выделения спектров эмиссии газов и фотоприемные устройства, три микропроцессора для нормирования интенсивностей эмиссии водорода, кислорода и азота по интенсивности эмиссии гелия, два микропроцессора для нормирования электрических сигналов, соответствующих эмиссии водорода и кислорода, по электрическому сигналу, соответствующему эмиссии азота, и микропроцессор для определения реального значения концентрации водорода и кислорода и выдачи сигнала тревоги. Технический результат состоит в том, что предлагаемое устройство обладает небольшими габаритами, малым энергопотреблением, может быть использовано в различных областях промышленности. 5 ил.

Устройство сигнализации о пожаровзрывоопасной ситуации в летательных аппаратах, содержащее средство для возбуждения эмиссии газов, импульсный блок питания этого средства, каналы измерения интенсивности эмиссии кислорода и азота, выполненные в виде оптически сопряженных средств для выделения спектров эмиссии кислорода и азота и фотоприемных устройств, отличающееся тем, что в него введены герметичная измерительная камера для размещения в ней средства для возбуждения эмиссии газов, средство для ввода порции смеси газов в эту камеру, блок синхронизации работы этого средства и импульсного блока питания средства для возбуждения эмиссии газов, каналы измерения интенсивности эмиссии водорода и гелия, датчик давления, блок регулирования давления, первый, второй и третий микропроцессоры, выполненные с возможностью нормирования электрических сигналов, пропорциональных интенсивности эмиссии водорода, кислорода и азота, по электрическому сигналу, пропорциональному интенсивности эмиссии гелия, четвертый и пятый микропроцессоры, выполненные с возможностью нормирования электрических сигналов, пропорциональных интенсивности эмиссии кислорода и водорода, по электрическому сигналу, пропорциональному интенсивности эмиссии азота, и шестой микропроцессор, выполненный с возможностью сравнения нормированных сигналов, пропорциональных интенсивности кислорода и водорода, с заданными значениями и выдачи сигнала тревоги, при этом в одной из стенок герметичной измерительной камеры выполнено по крайней мере одно прозрачное окно для прохождения излучения эмиссии газов в каналы измерения интенсивности эмиссии газов, внутренний объем этой камеры связан со входом датчика давления и выходом средства для ввода порции смеси газов, первый вход которого связан с выходом блока регулирования давления, вход которого связан с выходом датчика давления, первый выход блока синхронизации работы средства для ввода порции смеси газов в герметичную измерительную камеру и импульсного блока питания средства для возбуждения эмиссии газов связан со входом этого блока питания, а второй выход - со вторым входом средства для ввода порции смеси газов, выход канала измерения интенсивности эмиссии кислорода связан с первым входом первого микропроцессора, выход канала измерения интенсивности эмиссии водорода связан с первым входом второго микропроцессора, выход канала измерения интенсивности эмиссии азота связан с первым входом третьего микропроцессора, выход канала измерения интенсивности эмиссии гелия связан со вторыми входами указанных микропроцессоров, выход первого микропроцессора связан с первым входом четвертого микропроцессора, выход второго микропроцессора связан с первым входом пятого микропроцессора, выход третьего микропроцессора связан со вторыми входами четвертого и пятого микропроцессоров, а выходы последних микропроцессоров связаны соответственно с первым и вторым входами шестого микропроцессора.