СПОСОБ ДИАГНОСТИКИ ПРЕДПОЖАРНОЙ СИТУАЦИИ И ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПОЖАРА Российский патент 2001 года по МПК G08B17/117 

Изобретение относится к пожарной технике, а именно к технике диагностики и обнаружения предпожарной ситуации посредством контроля значений информативных параметров, характеризующих состояние воздуха на охраняемом объекте, и предотвращения возникновения пожара на основе анализа этой ситуации.

Известен способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара, включающий измерение при помощи датчиков информативных параметров, а именно концентраций газообразных продуктов термодеструкции в воздухе, выработку управляющего сигнала на подачу пожарной тревоги при превышении значений концентраций их допустимых величин (см. а.с. СССР N 1277159, МПК⁷ G 08 В 17/10, 1985).

К недостаткам известного способа можно отнести его невысокую надежность, большую вероятность ложных срабатываний, а также недостаточно раннее обнаружение возгораний, что обусловлено выработкой управляющего сигнала без учета скорости нарастания концентрации и оценкой пожароопасной ситуации по концентрациям недостаточного количества контролируемых газовых компонентов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара, включающий измерение при помощи узла датчиков информативных параметров: концентраций газообразных продуктов термодеструкции в воздухе, а именно CO, CO₂, NO_x, HCl, окислителей, дыма, а также температуры, измерение времени запаздывания сигнала от каждого из датчиков с использованием имитатора возгорания, определение значений производных зависимостей изменения от времени информативных параметров, измеренных каждым датчиком, выработку управляющего сигнала на подачу пожарной тревоги и возможное при этом включение средств пожаротушения и выключение электропитания при превышении допустимых значений производных, определенных по измеренным по крайней мере при помощи двух датчиков информативным параметрам (см. заявку РСТ N 96/41318, МПК⁷ G 08 В 17/10, 1996).

К недостаткам известного способа можно отнести недостаточно раннее обнаружение возгорания ввиду контроля при оценке пожароопасной ситуации недостаточного количества информативных параметров, а также большую сложность, обусловленную необходимостью выполнения большого количества вычислительных операций, связанных с обязательным определением большого числа текущих значений производных зависимостей изменения от времени величин информативных параметров.

Предлагаемый способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара направлен на решение задачи, состоящей в обеспечении наиболее раннего обнаружения возгорания и упрощении способа.

Данная задача решается тем, что в способе диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара, включающем измерение при помощи узла датчиков информативных параметров: концентраций газообразных продуктов термодеструкции в воздухе, а именно CO, CO₂, NO_x, HCl, окислителей, дыма, а также температуры, измерение времени запаздывания сигнала от каждого из датчиков с использованием имитатора возгорания, определение значений производных зависимостей изменения от времени информативных параметров, измеренных каждым датчиком, выработку управляющего сигнала на подачу пожарной тревоги и возможное при этом включение средств пожаротушения и выключение электропитания в результате оценки пожароопасности на основе измеренных по крайней мере при помощи двух датчиков информативных параметров, дополнительно в качестве информативных параметров измеряют концентрации H₂, CH₄, NH₃, O₂, Cl₂, H₂S, SO₂, HCOH, C₆H₆OH, восстановителей, во временном интервале 0,1-60 сек определяют для каждой зависимости информативных параметров от времени по крайней мере одно значение производной, определяют приведенное значение каждого из измеренных информативных параметров как величину, равную произведению значения производной на соответствующее каждому датчику время запаздывания, и осуществляют выработку управляющего сигнала при превышении допустимых величин приведенных значений информативных параметров, определенных по измерениям по крайней мере двух датчиков, причем время запаздывания сигнала периодически измеряют как величину временного интервала между моментами включения имитатора возгорания и достижения максимального значения сигнала от датчика.

В предпочтительных вариантах осуществления способа после i-го измерения информативного параметра узел датчиков отключают от контролируемого воздуха на время, равное времени измерения информативного параметра, измеряют величину информативного параметра в узле датчиков и определяют значения каждого информативного параметра по формуле
C = K[C_i-(C_i-1 + C_i+1)/2],
где К - калибровочный коэффициент, C_i - значение информативного параметра при i-ом измерении, C_i-1 и C_i+1 - значения информативного параметра в узле датчиков после отключения от контролируемого воздуха, соответственно, до начала и после окончания i-го измерения; при измерении значений информативных параметров контролируемый воздух отбирают из различных точек зоны потенциальной пожароопасности и принудительно транспортируют к узлу датчиков при помощи побудителя расхода по каналам транспортировки, каждый из которых соответствует определенной точке забора контролируемого воздуха; текущие значения информативных параметров в зоне потенциальной пожароопасности представляют на дисплее в виде радиальных гистограмм и на основе анализа гистограмм осуществляют блокировку включения средств пожаротушения, а центры радиальных гистограмм могут быть совмещены на дисплее с изображением точек забора контролируемого воздуха на схеме контролируемого объекта.

Дополнительное измерение в качестве информативных параметров концентраций газообразных H₂, O₃, CH₄, NH₃, Cl₂, H₂S, SO₂, HCOH, C₆H₆OH, других газов-восстановителей позволят получить более достоверную информацию о пожароопасной ситуации за счет возможности обнаружения различных предвестников возгорания и наличия термодеструкции самых различных материалов, которые могут быть использованы на пожароопасных объектах, и, соответственно, на самой ранней стадии обнаружить возгорание. Так присутствие в контролируемом воздухе повышенных концентраций: H₂, O₃ свидетельствует о наличии искрения, например, электропроводки; H₂S, SO₂, CH₄ свидетельствует о наличии термодеструкции резины; HCOH, C₆H₅OH свидетельствует о наличии термодеструкции текстолита; NH₃ свидетельствует о наличии термодеструкции азотосодержащих органических веществ, например аминопластов; Cl₂ свидетельствует о термодеструкции поливинилхлорида.

Для измерения информативных параметров могут использоваться датчики любого типа из числа известных, например ленточные, электрохимические, электронно-химические, термокаталитические, полупроводниковые, оптические, тепловые и др.

Определение для каждой зависимости информативных параметров от времени по крайней мере только одного значения производной во временном интервале 0,1 - 60 сек позволяет упростить способ за счет определения только по крайней мере одной, а не множества производных в этом временном интервале, которого, как показали наши многочисленные экспериментальные исследования, вполне достаточно для получения достоверной информации о скорости нарастания концентрации в зоне потенциальной пожароопасности. Определение производной во временном интервале меньшем 0,1 сек требует большого количества вычислений при большом количестве контролируемых информативных параметров и, соответственно, сложного аппаратурно-вычислительного оформления, а во временном интервале большем 60 сек не позволяет быстро и точно оценить пожароопасную ситуацию и обнаружить возгорание на его ранней стадии.

Определение приведенного значения каждого из измеренных информативных параметров как величины, равной произведению значения производной на соответствующее каждому датчику время запаздывания, и осуществление выработки управляющего сигнала при превышении допустимых величин приведенных значений информативных параметров, определенных по измерениям по крайней мере двух датчиков, позволяет достаточно просто и надежно обнаружить пожароопасную ситуацию и наличие возгорания на его ранней стадии при выборе в качестве универсального контролируемого параметра приведенного значения информативного параметра, а не величины производной или скорости нарастания информативного параметра, что обусловлено следующими обстоятельствами. Значение производной не является достаточно достоверным показателем, по величине которого можно однозначно судить о наличии предпожарной ситуации или возникновении возгорания, например при различном расстоянии между датчиком и зоной потенциальной пожароопасности, т.к. в этом случае различной будет и измеряемая датчиком скорость нарастания информативного параметра, и, соответственно, ее допустимая величина.

Следовательно, для каждого случая различного расстояния между датчиком и зоной потенциальной пожароопасности необходимо определять допустимую скорость нарастания значения информативного параметра, что весьма трудоемко, связано с большими затратами времени и не всегда возможно непосредственно на контролируемом объекте. Произведение же допустимого значения производной на время запаздывания сигнала датчика, определенное для какого-либо одного расстояния между датчиком и зоной потенциальной пожароопасности, является практически постоянной величиной, не зависящей от расстояния или аэродинамической обстановки на контролируемом объекте, т.к., чем больше расстояние, тем меньше скорость нарастания значения информативного параметра и, соответственно, ее допустимая величина, и больше время запаздывания сигнала датчика, и наоборот. Таким образом достаточно для каких-либо одних условий установки датчика на контролируемом объекте определить одно допустимое приведенное значение информативного параметра как произведение этого значения производной на соответствующее время запаздывания, а все иные условия (изменение расстояния между датчиком и зоной потенциальной пожароопасности, изменение аэродинамической обстановки и т.п.) будут отслеживаться только через изменение времени запаздывания. Измерение же времени запаздывания сигнала датчика достаточно просто и может быть выполнено непосредственно на контролируемом объекте в любое время.

Измерение времени запаздывания сигнала датчика как величины временного интервала между моментами включения имитатора возгорания и достижения сигнала от датчика максимального значения позволяет, как показали наши многочисленные экспериментальные исследования, наиболее точно определить время запаздывания для каждого датчика, а периодическое измерение этого времени позволяет скорректировать величину времени запаздывания в соответствии с возможными изменениями условий на контролируемом объекте и, соответственно, способствует раннему обнаружению пожароопасной ситуации.

Осуществление предлагаемого способа таким образом, что после i-го измерения информативного параметра, узел датчиков отключают от контролируемого воздуха на время, равное времени измерения информативного параметра, измеряют величину информативного параметра в узле датчиков и определяют значения каждого информативного параметра по формуле
C=K[C_i-(C_i-1+C_i+1)/2],
где K - калибровочный коэффициент, C_i - значение информативного параметра при i-ом измерении, C_i-1 и C_i+1 - значения информативного параметра в узле датчиков после отключения от контролируемого воздуха, соответственно, до начала и после окончания i-го измерения, обеспечивает определение и, соответственно, использование при расчете приведенного значения информативного параметра усредненной по ходу измерения величины этого параметра, которое несет наиболее достоверную информацию об истинном значении информативного параметра в интервале времени, соответствующем времени его измерения датчиком, что особенно существенно при использовании датчиков, требующих большого времени измерения.

Отбор контролируемого воздуха при измерении информативных параметров из различных точек зоны потенциальной пожароопасности, принудительная его транспортировка к узлу датчиков при помощи побудителя расхода по каналам транспортировки, каждый из которых соответствует определенной точке забора воздуха, позволяет уменьшить величину времени запаздывания, уменьшить влияние на него изменений условий на контролируемом объекте и обеспечивает получение достоверной картины распределения информативных параметров в зоне потенциальной пожароопасности.

Представление текущих значений информативных параметров в зоне потенциальной пожароопасности на дисплее в виде радиальных гистограмм, центры которых могут быть совмещены на дисплее с изображением точек забора контролируемого воздуха на схеме контролируемого объекта, позволяет иметь наглядную картину распределения значений информативных параметров по зоне потенциальной пожароопасности или по всему контролируемому объекту, и при этом на основе анализа этой картины оператор имеет возможность при необходимости осуществлять блокировку включения средств пожаротушения.

Предлагаемый способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара реализуется следующим образом.

На контролируемом объекте устанавливается узел датчиков, включающий датчики, позволяющие измерять величину информативных параметров, а именно концентрации газообразных продуктов термодеструкции - CO, CO₂, HCl, H₂, CH₄, NH₃, O₃, Cl₂, H₂S, SO₂, HCOH, NO_x, C₆H₅OH, других газов-восстановителей и окислителей, а также концентрацию дыма и температуру воздуха. В зоне потенциальной пожароопасности размещается имитатор возгорания, выполненный, например, в виде электропровода, покрытого электроизоляцией, и соединенного с импульсным источником электрического тока. Материалы электроизоляции выбираются из числа материалов, имеющихся на контролируемом объекте и способных к термодеструкции с выделением газообразных продуктов. Имитатор возгорания представляет собой известное техническое решение, выполненное, например, как в прототипе или а.с. СССР N 1405086, МПК⁷ G 08 В 17/10, 1986. Предварительно, а также периодически при контроле пожароопасности объекта осуществляется измерение времени запаздывания сигнала каждого датчика, входящего в узел датчиков, при включении имитатора возгорания (включается импульсный источник тока), в результате чего происходит нагрев электропровода и термодеструкция изоляционного материала с выделением газообразных продуктов термодеструкции, дыма и повышением температуры. Время запаздывания измеряется как величина временного интервала между моментами включения имитатора возгорания и достижения сигнала от датчика максимального значения.

Аналогичным образом при использовании имитатора возгорания определяются и величины производных зависимостей изменения от времени приведенных значений информативных параметров, измеренных каждым датчиком, в том числе и значения производных, соответствующие началу возгорания в зоне потенциальной опасности, т.е. допустимые значения.

После выполнения указанных выше измерений определяются допустимые величины приведенных значений информативных параметров для каждого из этих параметров, как произведения значений производных, соответствующих началу возгорания, на время запаздывания сигнала соответствующего датчика, которые также как и время запаздывания заносятся в память микропроцессора.

При контроле пожароопасного объекта при помощи узла датчиков непрерывно измеряют концентрации каждого контролируемого газового компонента, концентрацию дыма и температуру. При этом сигналы от соответствующих датчиков после их преобразования поступают на микропроцессор, с помощью которого для каждого датчика или измеряемого информативного параметра определяют: во временном интервале 0,1 - 60 сек по крайней мере одно значение производной зависимости изменения от времени информативного параметра; приведенные значения информативного параметра, как величин, равных произведению этой величины производной на время запаздывания. Также при помощи микропроцессора осуществляется сравнение полученных приведенных значений информативных параметров с их допустимой величиной, занесенной в память микропроцессора. При превышении допустимых величин приведенных значений информативных параметров, определенных по измерениям по крайней мере двух датчиков, микропроцессор формирует управляющий сигнал на включение пожарной тревоги, а также, возможно, на включение средств пожаротушения и выключение электропитания. В процессе контроля пожароопасного объекта периодически путем выполнения описанных выше операций производится измерение времени запаздывания каждого датчика, которое заносится в память микропроцессора.

Реализация предлагаемого способа диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара при использовании признаков, приведенных в дополнительных пунктах формулы изобретения, и преимущества, обусловленные их использованием, описаны выше и нет необходимости более подробного описания осуществления способа при наличии этих признаков.

Предлагаемый способ позволяет быстро и точно оценить пожароопасную ситуацию, обнаружить возгорание на его ранней стадии, достаточно прост при его осуществлении и предполагает использование простых и известных средств при его реализации.

Изобретение относится к пожарной технике, а именно к технике диагностики и обнаружения предпожарной ситуации посредством контроля значений информативных параметров, характеризующих состояние воздуха на охраняемом объекте, и предотвращения возникновения пожара на основе анализа этой ситуации. Технический результат - упрощение способа и обеспечение наиболее раннего обнаружения возгорания. Это достигается тем, что в качестве информативных параметров измеряют концентрации газообразных продуктов термодеструкции - CO, CO₂, HCl, H₂, CH₄, NH₃, O₃, Cl₂, H₂S, SO₂, HCOH, NO_x, C₆H₅OH, других газов-восстановителей и окислителей, а также концентрацию дыма и температуру воздуха, во временном интервале 0,1 - 60 с определяют для каждой зависимости информативных параметров от времени, по крайней мере, одно значение производной. По результату обработки данных параметров судят о возникновении предпожарной ситуации. 4 з.п.ф-лы.

1. Способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара, включающий измерение при помощи узла датчиков информативных параметров: концентраций газообразных продуктов термодеструкции в воздухе, а именно, СО, СО₂, NO_x НСl, окислителей, дыма, а также температуры, измерение времени запаздывания сигнала от каждого из датчиков с использованием имитатора возгорания, определение значений производных зависимостей изменения от времени информативных параметров, измеренных каждым датчиком, выработку управляющего сигнала на подачу пожарной тревоги и возможное при этом включение средств пожаротушения и выключение электропитания в результате анализа пожароопасности на основе измеренных, по крайней мере, при помощи двух датчиков информативных параметров, отличающийся тем, что дополнительно в качестве информативных параметров измеряют концентрации Н₂, СН₄, NH₃, O₂, Cl₂, H₂S, SO₂, HCOH, C₆H₅OH, восстановителей, во временном интервале 0,1-60 с определяют для каждой зависимости информативных параметров от времени, по крайней мере, одно значение производной, определяют приведенное значение каждого из измеренных информативных параметров как величину, равную произведению значения производной на соответствующее каждому датчику время запаздывания, и осуществляют выработку управляющего сигнала при превышении допустимых величин приведенными значениями информативных параметров, определенными по измерениям, по крайней мере, двух датчиков, причем время запаздывания сигнала периодически измеряют как величину временного интервала между моментами включения имитатора возгорания и достижения максимального значения сигнала от датчика. 2. Способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара по п.1, отличающийся тем, что после i-го измерения информативного параметра узел датчиков отключают от контролируемого воздуха на время, равное времени измерения информативного параметра, измеряют величину информативного параметра в узле датчиков и определяют значения каждого информативного параметра по формуле
С=К[С_i-(С_i-1+С_i+1)/2],
где К - калибровочный коэффициент;
С_i - значение информативного параметра при i-м измерении;
С_i-1 и С_i+1 - значения информативного параметра в узле датчиков после отключения от контролируемого воздуха соответственно до начала и после окончания i-го измерения. 3. Способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что при измерении значений информативных параметров контролируемый воздух отбирают из различных точек зоны потенциальной пожароопасности и принудительно транспортируют к узлу датчиков при помощи побудителя расхода по каналам транспортировки, каждый из которых соответствует определенной точке забора контролируемого воздуха. 4. Способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что текущие значения информативных параметров в зоне потенциальной пожароопасности представляют на дисплее в виде радиальных гистограмм и на основе анализа гистограмм осуществляют блокировку включения средств пожаротушения. 5. Способ диагностики предпожарной ситуации и предотвращения возникновения пожара по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что центры радиальных гистограмм совмещены на дисплее с изображением точек забора контролируемого воздуха на схеме контролируемого объекта.