ДЫМОВОЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2001 года по МПК G08B17/10 

Изобретение относится к автоматической пожарной сигнализации.

Известны дымовые извещатели, содержащие приемную воздухозаборную камеру с размещенными в ней излучателем и фотоприемником, а также модулятор, соединенный с входом излучателя, усилитель, подключенный к фотоприемнику, и входное реле (см. Шаровар Ф.И. Устройства и системы пожарной сигнализации.- М.: Стройиздат, 1979, с. 28-34).

К недостаткам этих извещателей относятся наличие ложных срабатываний за счет увеличения отражения от внутренней поверхности камеры при появлении на ней, например, пыли, росы или коррозии, что в свою очередь приводит к ложному срабатыванию извещателя.

Известен также "Дымовой извещатель" (см. описание к а.c. N 955143, кл. G 08 B 17/10, опубл. в 1982 г.), который выбран в качестве прототипа.

Известный дымовой извещатель содержит приемную камеру, в которой размещены излучатель и фотоприемник, выход которого соединен с усилителем, модулятор, выход которого подключен к излучателю и синхронизирующему входу усилителя, интегратор, амплитудный детектор, разделительный элемент, усилитель-детектор, элемент И, два пороговых элемента, дополнительный интегратор и выходное реле.

Недостатком этого извещателя является отсутствие срабатываний при наличии в приемной камере предельной концентрации дыма за счет ухудшения свойств оптической системы.

Задача предлагаемого изобретения заключается в создании дымового извещателя с высокой надежностью за счет исключения ложных срабатываний при увеличении отражений от внутренней поверхности приемной камеры при отсутствии дыма и исключения случаев отсутствия срабатывания извещателя при наличии в приемной камере предельной концентрации дыма за счет ухудшения свойств оптической системы.

Поставленная задача достигается тем, что в дымовом извещателе, содержащем приемную камеру с размещенными в ней под углом друг к другу излучателем и фотоприемником, модулятор, усилитель, пороговый элемент и выходное реле, при этом вход излучателя соединен с выходом модулятора, а выход фотоприемника подключен к входу усилителя, приемная камера дополнительно снабжена отражающим элементом, вызывающим появление сигнала на фотоприемнике при отсутствии дыма, а модулятор имеет дополнительный выход, сигнал с которого подан на синхронизирующий вход аналого-цифрового преобразователя и тактовый вход параллельного регистра в момент начала работы извещателя, вход данных аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу усилителя, который соединен также с одним из входов порогового элемента, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с тактовым входом параллельного регистра, последовательно соединенного с цифроаналоговым преобразователем и суммирующим элементом, выход которого подключен к другому входу порогового элемента, второй вход суммирующего элемента является входом для подачи начального порогового напряжения, выход порогового элемента подключен к выходному реле, выход которого является выходом устройства.

Поставленная задача достигается также тем, что в дымовом извещателе, содержащем приемную камеру с размещенными в ней под углом друг к другу излучателем и фотоприемником, модулятор, усилитель, пороговый элемент и выходное реле, при этом вход излучателя соединен с выходом модулятора, а выход фотоприемника подключен к входу усилителя, приемная камера дополнительно снабжена отражающим элементом, вызывающим появление сигнала на фотоприемнике при отсутствии дыма, а модулятор имеет дополнительный выход, сигнал с которого подан на синхронизирующий вход аналого-цифрового преобразователя, тактовый вход первого параллельного регистра и на вход управляемого ключа в момент начала работы извещателя, при этом аналого-цифровой преобразователь последовательно соединен с первым параллельным регистром, первым цифроаналоговым преобразователем, делителем с ограничением, умножителем и суммирующим элементом, выход которого подключен к одному из входов порогового элемента, другой вход которого объединен с другим входом аналого-цифрового преобразователя и подключен к выходу усилителя, выход управляемого ключа через второй параллельный регистр, второй цифроаналоговый преобразователь соединен сo вторым входом делителя с ограничением, второй вход второго параллельного регистра соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, другой вход суммирующего элемента подключен к выходу первого цифроаналогового преобразователя, выход порогового элемента соединен с выходным реле, выход которого является выходом устройства, второй вход умножителя является входом начального порогового напряжения.

Новым в предлагаемом изобретении является:
- наличие в приемной камере отражающего элемента, вызывающего появление сигнала на фотоприемнике при отсутствии дыма;
- наличие дополнительного выхода у модулятора, сигнал на котором появляется в момент начала работы излучателя;
- введение в первом варианте цепочки из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя (АЦП), параллельного регистра, цифроаналогового преобразователя (ЦАП) и суммирующего элемента, при этом сигнал с дополнительного входа модулятора подан на синхронизирующий вход АЦП и тактовый вход параллельного регистра, а второй вход АЦП соединен с выходом усилителя.

- введение во втором варианте одной цепочки из последовательно соединенных АЦП, первого параллельного регистра, первого ЦАП, делителя с ограничением, умножителя и суммирующего элемента и другой цепочки из управляемого ключа, второго параллельного регистра и второго ЦАП, при этом сигнал с дополнительного выхода модулятора подан на синхронизирующий вход АЦП, тактовый вход первого параллельного регистра и вход управляемого ключа, второй вход АЦП соединен с выходом усилителя.

В предлагаемом извещателе по сравнению с прототипом осуществляется постоянный контроль за состоянием приемной камеры и оценка этого состояния путем:
- специально выделяемого на выходе фотоприемника постоянно присутствующего сигнала от отражающего элемента при отсутствии дыма;
- определения и запоминания величины сигнала на выходе фотоприемника в момент начала работы извещателя с помощью сигнала, сформированного на выходе модулятора;
- сравнения сигнала на выходе фотоприемника с сигналом, измеренным в момент начала работы извещателя.

Таким образом, постоянный контроль, оценка состояния приемной камеры извещателя и автоподстройка существенно повышают надежность его работы.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 представлена структурная схема дымового извещателя (вариант I);
на фиг. 2 - структурная схема дымового извещателя (вариант II);
на фиг. 3 - амплитудно-временные диаграммы, поясняющие работу извещателя;
на фиг. 4 показан вид сверху приемной камеры со снятой крышкой;
на фиг. 5 - пример реализации модулятора.

Дымовой извещатель (фиг. 1) содержит излучатель 1 и фотоприемник 2, расположенные под углом друг к другу в приемной камере 3, модулятор 4, усилитель 5, пороговый элемент 6, выходное реле 7, АЦП 8, параллельный регистр 9, ЦАП 10, суммирующий элемент 11.

Дымовой извещатель (фиг. 2) содержит излучатель 1 и фотоприемник 2, расположенные под углом друг к другу в приемной камере 3, модулятор 4, усилитель 5, пороговый элемент 6, выходное реле 7, АЦП 8, первый параллельный регистр 9, ЦАП 10, суммирующий элемент 11, управляемый ключ 12, второй параллельный регистр 13, второй ЦАП 14, делитель с ограничением 15, умножитель 16.

Диаграммы на фиг. 3 характеризуют:
а - импульсы на основном выходе модулятора 4;
б - импульсы на дополнительном выходе модулятора 4;
в - импульсы на выходе усилителя 5;
г - сигнал на выходе порогового элемента 6.

Обозначения на диаграммах указывают:
t₀ - момент включения модулятора 4;
t₁ - момент окончания импульсов на дополнительном выходе модулятора 4;
t₂ - момент появления в приемной камере 3 дыма с концентрацией ниже пороговой;
t₃ - момент появления в приемной камере 3 дыма с концентрацией выше пороговой.

Приемная камера 3 (фиг. 4) содержит отражающий элемент 17, выполненный, например, в виде цилиндра из того же материала, что и сама приемная камера.

Излучатель 1 и фотоприемник 2 (фиг. 1) размещены под углом друг к другу в приемной камере 3. Вход излучателя 1 соединен с выходом модулятора 4, а выход фотоприемника 2 подключен к усилителю 5, последовательно соединенному с пороговым элементом 6 и выходным реле 7, выход которого является выходом извещателя. Дополнительный выход модулятора 4 подключен к синхронизирующему входу АЦП 8 и тактовому входу параллельного регистра 9, последовательно соединенного с суммирующим элементом 11, второй вход которого является входом начального порогового напряжения U_on, а выход суммирующего элемента 11 соединен сo вторым входом порогового элемента 6. Второй вход АЦП 8 соединен с выходом усилителя 5.

Излучатель 1 и фотоприемник 2 (фиг. 2) размещены под углом друг к другу в приемной камере 3. Вход излучателя 1 соединен с выходом модулятора 4. Выход фотоприемника 2 подключен к входу усилителя 5, последовательно соединенного с пороговым элементом 6 и выходным реле 7, выход которого является выходом извещателя. Дополнительный выход модулятора 4 соединен с синхронизирующим входом АЦП 8, тактовым входом первого параллельного регистра 9 и выходом управляемого ключа 12, последовательного соединенного сo вторым параллельным регистром 13 и вторым ЦАП 14. Второй вход второго параллельного регистра 13 соединен с выходом АЦП 8, последовательно соединенным с первым параллельным регистром 9, первым ЦАП 10, делителем с ограничением 15, умножителем 16 и суммирующим элементом 11, выход которого подключен к другому входу порогового элемента 6. Второй вход АЦП 8 соединен с выходом усилителя 5. Второй вход суммирующего элемента 11 подключен к выходу первого ЦАП 10, а выход второго ЦАП 14 соединен сo вторым входом делителя с ограничением 15. Второй вход умножителя 16 является входом для подачи начального порогового напряжения U_on.

Модулятор 4 с дополнительным выходом может быть выполнен (см. фиг. 5), например, на микросхеме типа К561ТЛ1 - вентили D1-D4, микросхеме К561ЛЕ5 - вентили D5, D6 и микросхеме К561ИЕ11 - двоичный счетчик D7.

Вентиль D1, резистор R1 и конденсатор C1 при включении напряжения питания E_п формируют одиночный импульс, устанавливающий выходы двоичного счетчика D7 в нулевое состояние. Вентиль D3, резистор R2 и конденсатор C2 образуют генератор прямоугольных импульсов со скважностью 2, используемых в качестве тактовых для двоичного счетчика D7. Двоичный счетчик D7 осуществляет счет импульсов на выходе вентиля D3. После поступления четвертого импульса на его тактовый вход на выходе Q2 появляется сигнал логической единицы, останавливающий через вход PI счетчик. Вентиль D4, резистор R3 и конденсатор C3 преобразуют импульсы генератора в прямоугольные импульсы со скважностью паузы порядка 10000, вентиль D5 инвертирует эти импульсы и создает последовательность импульсов со скважностью порядка 10000, представленную на фиг. 3a и используемую для управления с помощью транзисторов типа КТ3107И и КТ816Г током светодиода 1 (излучатель 1).

Одновременно с этим вентиль D6 также инвертирует импульсы, поступающие с выхода D4. При появлении на выходе Q2 сигнала логической единицы прохождения импульсов через вентиль D6 прекращается, в результате чего на выходе вентиля D6 формируется после включения питания ограниченная по длительности последовательность импульсов (см. фиг. 3б), используемая для управления стробируемым АЦП 8, параллельным регистром 9 и через управляемый ключ 12 параллельным регистром 13.

Усилитель 5 может быть реализован, например, на основе операционных усилителей K1407YD2.

Стробируемый аналого-цифровой преобразователь 8 может быть выполнен, например, на микросхемах компаратора К1401СА1 управляемых ключей типа К561КТ3, двоичного счетчика К561ИЕ11 и резистивной матрицы типа R-2R.

В качестве управляемого ключа 12 и параллельных регистров 9 и 13 могут быть использованы, например, микросхемы типа К561КТ3 и К561ТК3 соответственно.

Цифроаналоговые преобразователи 10 и 14 могут быть реализованы, например, на резистивных матрицах типа R - 2R.

Пороговое устройство 6 может быть выполнено, например, на биополярных транзисторах типа КТ3102БМ и КТ3107И.

Выходное реле 7 может быть реализовано, например, на биополярных транзисторах типа КТ3102БМ.

Суммирование сигналов в суммирующем элементе 11 может быть осуществлено, например, на резисторах.

Делитель с ограничением 15 и умножитель 16 могут быть выполнены, например, на микросхемах типа К561.

Дымовой извещатель (фиг. 1) работает следующим образом.

Модулятор 4, работая в автоколебательном режиме, например, с частотой f = 1 Гц и скважностью выходных импульсов S = 10000 (фиг. 3а), управляет работой излучателя 1, установленного с фотоприемником 2 в приемной камере 3 под углом друг к другу. Поэтому прямое излучение от излучателя 1 на фотоприемник 2 не попадает, и на его выходе при отсутствии дыма появится сигнал, отраженный от отражающего элемента 17.

После включения модулятора 4 на его дополнительном выходу в течение определенного времени, например 0,5 с, формируется сигнал (фиг. 3б), который поступает на синхронизирующие вход АЦП 8 и тактовый вход параллельного регистра 9. На второй вход АЦП 8 поступает сигнал с выхода усилителя 5 (фиг. 3в). Этот сигнал в АЦП 8 преобразуется в цифровой код, далее записывается в параллельный регистр 9, преобразуется в ЦАП 10 в напряжение, которое в суммирующем элементе 11 суммируется с начальным пороговым напряжением U_on, поступающим на второй вход элемента 11. После этого суммирующее напряжение поступает на вход управления порогом порогового элемента 6.

После окончания импульсов на дополнительном выходе модулятора 4 (фиг. 3б) преобразование сигнала на выходе усилителя 5 в цифровой код и запись его в параллельный регистр 9 прекращается. В результате на первом входе суммирующего элемента 11 будет присутствовать напряжение, которое имело место на выходе усилителя 5 в момент появления последнего импульса на дополнительном выходе модулятора 4.

При отсутствии дыма в приемной камере 3 сигнал на выходе усилителя 5 (фиг. 3в) всегда меньше порога порогового элемента 6, определяемого суммой напряжений на выходе ЦАП 10 и на втором входе суммирующего элемента 11. Сигнал с выхода усилителя 5 не попадает на выходное реле 7, и сигнал "тревога" не появится.

При появлении дыма в приемной камере 3 импульсное излучение от излучателя 1, отражаясь от частиц дыма и от отражающего элемента 17, попадает на фотоприемник 2 уже усиленным, и после усиления в усилителе 5 поступает на вход порогового элемента 6. При определенной концентрации дыма сигнал на выходе усилителя 5 превысит порог порогового элемента 6, в результате чего срабатывает выходное реле 7 и на его выходе появится сигнал "тревога".

Дымовой извещатель (фиг. 2) работает следующим образом.

При первом включении модулятора 4 управляемый ключ 12 замкнут. Импульсы с дополнительного выхода модулятора 4 (фиг. 3б) поступают на синхронизирующий вход АЦП 8, тактовый вход первого параллельного регистра 9 и через замкнутый управляемый ключ 12 на тактовый вход второго параллельного регистра 13. После окончания импульсов на дополнительном выходе модулятора 4 напряжение, которое имело место на выходе усилителя 5 (фиг. 3в) во время последнего импульса на дополнительном выходе модулятора 4, оказывается записанным в цифровом коде в регистры 9 и 13 и присутствует на выходах ЦАП 10 и 14. При этом сигнал на выходе делителя с ограничением 15 равен единице, напряжение на выходе умножителя 16 равно начальному пороговому напряжению U_on, и работа извещателя до следующего включения модулятора 4 аналогична работе извещателя в первом варианте (фиг. 1).

При любом последующем включении модулятора 4 ключ 12 разомкнут, в результате чего напряжение на выходе дополнительного ЦАП 14 сохраняется, а напряжение на выходе ЦАП 10 меняется до напряжения, которое было на выходе усилителя 5 во время последнего импульса на дополнительном выходе модулятора 4.

Если напряжение на выходе ЦАП 10 оказывается больше напряжения на выходе дополнительного ЦАП 14, то сигнал на выходе делителя с ограничением 15 равен 1, и работа извещателя до следующего включения модулятора 4 аналогична работе извещателя в первом варианте (фиг. 1 ).

Если напряжение на выходе ЦАП 10 окажется меньше напряжения на выходе ЦАП 14, то сигнал на выходе делителя с ограничением 15 равен отношению напряжения на выходе ЦАП 10 к напряжению на выходе ЦАП 14, и напряжение на выходе умножителя 16, а следовательно, и на выходе управления порогом порогового элемента 11 уменьшается, и срабатывание выходного реле 7 будет происходить при меньшем напряжении на выходе усилителя 5, чем в извещателе по первому варианту (фиг. 1).

Таким образом, предлагаемое техническое решение в обоих случаях (вариант I и вариант II) позволяет обеспечить высокую надежность работы дымового извещателя, исключив ложные срабатывания при увеличении отражений от внутренней поверхности приемной камеры при отсутствии дыма, и, исключив случаи отсутствия срабатывания извещателя при наличии в приемной камере предельной концентрации дыма, при ухудшении свойств оптической системы.

Изобретение относится к автоматической пожарной сигнализации. Технический результат заключается в создании дымового извещателя с высокой надежностью за счет исключения ложных срабатываний при увеличении отражений от внутренней поверхности приемной камеры при отсутствии дыма и исключения случаев отсутствия срабатывания извещателя при наличии в приемной камере предельной концентрации дыма при ухудшении свойств оптической системы. В первом варианте в дымовом извещателе приемная камера дополнительно снабжена отражательным элементом, модулятор имеет дополнительный выход и дополнительно введена цепочка из последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, параллельного регистра, цифроаналогового преобразователя и суммирующего элемента. Во втором варианте в дымовом извещателе приемная камера дополнительно снабжена отражающим элементом, модулятор имеет дополнительный выход и дополнительно введены две цепочки, одна из которых содержит последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, первый параллельный регистр, первый цифроаналоговый преобразователь, делитель с ограничителем, умножитель и суммирующий элемент, а другая содержит управляемый ключ, второй параллельный регистр и второй цифроаналоговый преобразователь. 2 с.п. ф-лы, 5 ил.

1. Дымовой извещатель, содержащий приемную камеру с размещенными в ней излучателем и фотоприемником, модулятор, усилитель, пороговый элемент и выходное реле, при этом вход излучателя соединен с выходом модулятора, а выход фотоприемника подключен к входу усилителя, излучатель и фотоприемник установлены в приемной камере таким образом, чтобы прямое излучение от излучателя не попадало на фотоприемник, отличающийся тем, что приемная камера снабжена отражающим элементом, предназначенным для вызывания появления отраженного от него сигнала на фотоприемнике при отсутствии дыма, модулятор имеет дополнительный выход, сигнал с которого подан на синхронизирующий вход аналого-цифрового преобразователя и тактовый вход параллельного регистра в момент начала работы дымового извещателя, вход данных аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу усилителя, соединенному с одним из входов порогового элемента, выход аналого-цифрового преобразователя соединен с входом параллельного регистра, последовательно соединенного с цифроаналоговым преобразователем и суммирующим элементом, выход которого подключен к другому входу порогового элемента, второй вход суммирующего элемента является входом для подачи начального порогового напряжения, выход порогового элемента подключен к выходному реле, выход которого является выходом устройства. 2. Дымовой извещатель, содержащий приемную камеру с размещенными в ней излучателем и фотоприемником, модулятор, усилитель, пороговый элемент и выходное реле, при этом вход излучателя соединен с выходом модулятора, а выход фотоприемника подключен к входу усилителя, излучатель и фотоприемник установлены в приемной камере таким образом, чтобы прямое излучение от излучателя не попадало на фотоприемник, отличающийся тем, что приемная камера снабжена отражающим элементом, предназначенным для вызывания появления отраженного от него сигнала на фотоприемнике при отсутствии дыма, а модулятор имеет дополнительный выход, сигнал с которого подан на синхронизирующий вход аналого-цифрового преобразователя, тактовый вход первого параллельного регистра и на вход управляемого ключа в момент начала работы дымового извещателя, при этом аналого-цифровой преобразователь последовательно соединен с первым параллельным регистром, первым цифроаналоговым преобразователем, делителем, умножителем и суммирующим элементом, выход которого подключен к одному из входов порогового элемента, другой вход которого объединен с другим входом аналого-цифрового преобразователя и подключен к выходу усилителя, выход управляемого ключа через цепочку из второго параллельного регистра и второго цифроаналогового преобразователя соединен со вторым входом делителя, второй вход второго параллельного регистра соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, другой вход суммирующего элемента подключен к выходу первого цифроаналогового преобразователя, выход порогового элемента соединен с выходным реле, выход которого является выходом устройства, второй вход умножителя является входом начального порогового напряжения.