ДЫМОВОЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК G08B17/107 

Изобретение относится к устройствам пожарной сигнализации, формирующим звуковой сигнал тревоги при появлении дыма в охраняемом помещении, и может быть использовано в качестве автономного дымового оптико-электронного пожарного извещателя.

Известны дымовые пожарные извещатели, содержащие генератор световых зондирующих импульсов, оптически связанный с фотодетектором. При появлении аэрозольных частиц дыма в контролируемом объеме оптическое излучение рассеивается и часть его попадает на фотодетектор, создавая полезный сигнал, по которому формируется сигнал тревоги. Генератор световых импульсов и фотодетектор, как правило, размещаются в специальной оптической камере.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является детектор дыма (заявка Великобритании 1555182, МКИ G 08 В 17/10 от 7.11.1979), который взят в качестве прототипа. Детектор дыма содержит: генератор импульсов (G), светоизлучающий диод (LED), фотодетектор (С), усилитель (А), устройство звукового оповещения, оптическую камеру, триггер (F), переключатель (S1), переключатель (S2), дискриминатор (D), устройство выделения, счетчик.

Устройство работает следующим образом (фиг 1, 3). Светоизлучающий диод 2 излучает импульсы длительностью Т_и с периодом Т_п0, которые формируются генератором 1. При появлении дыма в оптической камере 11 рассеянное излучение обнаруживается фотодетектором 3 и усиливается усилителем 4. Если амплитуда импульса на выходе усилителя достигает заданной величины (U_п), то триггер 12 переключается. Это может произойти только во время зондирующего импульса, так как в другое время выход усилителя заземляется переключателем 13. Триггер 12 устанавливается в исходное состояние дискриминатором 15 по переднему фронту следующего зондирующего импульса.

При срабатывании триггера 12 происходит переключение частоты следования зондирующих импульсов на более высокую частоту с помощью переключателя 14, а каждый новый импульс, формируемый генератором 1 размыкает переключатель 14. Когда на выходе триггера устанавливается высокий уровень, переключатель 14 находится в замкнутом состоянии. Сигналы более высокой частоты с генератора поступают на устройство 16, которое пропускает их на счетчик 17. При подсчете заданного их количества (например, четыре на фиг.3) счетчик формирует сигнал срабатывания на устройство звукового оповещения 8.

В случае появления помехи Р возможно превышение амплитуды начальных сигналов выше порога U_п, что приведет к срабатыванию триггера 12 и уменьшению периода следования импульсов до T_п1. При этом все зависит от амплитуды и длительности помехи. Если амплитуда помехи в сумме с начальным сигналом U_o4 во время импульса длительностью Т_и превысит порог U_п, произойдет ложное срабатывание. В случае, если ложных срабатываний будет (n-1) подряд, то включится устройство звукового оповещения (ложная тревога).

Максимальная инерционность устройства при появлении дыма составит
T=T_п0+nT_п1 (1),
где n - заданное количество импульсов, необходимое для включения устройства звукового оповещения.

Недостатком данного устройства является сложность обработки принятого оптического сигнала для обеспечения высокой помехоустойчивости и низкой инерционности.

Решаемая техническая задача состоит в создании устройства с более простой обработкой принятого сигнала, но без ухудшения основных параметров: чувствительности, помехоустойчивости и инерционности.

Техническим результатом заявляемого дымового пожарного извещателя является упрощение его функциональной и принципиальной электрической схем.

Этот технический результат достигается тем, что в дымовой пожарный извещатель, содержащий оптический источник зондирующих сигналов и фотодетектор, расположенные в оптической камере с возможностью образования оптической связи при появлении аэрозольных частиц дыма, генератор импульсов, первый выход которого соединен с входом оптического источника зондирующих сигналов, усилитель фототока, вход которого соединен с выходом фотодетектора, устройство звукового оповещения.

Новым является то, что дополнительно введены последовательно соединенные устройство выборки-хранения и схема решения, выход которой соединен с управляющим входом генератора, а вход устройства выборки-хранения соединен с выходом усилителя фототока, дополнительно введены устройство контроля питания, световой индикатор, интегратор, вход которого соединен со вторым выходом генератора импульсов, а выход интегратора соединен с первым входом устройства звукового оповещения, второй вход которого соединен со вторым выходом устройства контроля питания, первый выход которого соединен со световым индикатором, а вход устройства контроля питания соединен с третьим выходом генератора импульсов, управляющий выход которого соединен с входом управления усилителя фототока.

На фиг.1 представлена функциональная схема прототипа.

На фиг.2 представлена функциональная схема заявляемого устройства.

На фиг.3 представлены временные диаграммы работы прототипа.

На фиг.4 представлены временные диаграммы работы заявляемого устройства.

Дымовой пожарный извещатель содержит источник зондирующих сигналов 2 и фотодетектор 3, расположенные в оптической камере 11 с возможностью образования оптической связи при появлении аэрозольных частиц дыма, генератор импульсов 1, первый выход которого соединен с входом оптического источника зондирующих сигналов 2, усилитель фототока 4, вход которого соединен с выходом фотодетектора 3, устройство звукового оповещения 8, последовательно соединенные устройство выборки-хранения 5 и схема решения 6, выход которой соединен с управляющим входом генератора импульсов 1, а вход устройства выборки-хранения 5 соединен с выходом усилителя фототока 4, устройство контроля питания 9, световой индикатор 10, интегратор 7, вход которого соединен со вторым выходом генератора импульсов 1, а выход интегратора 7 соединен с первым входом устройства звукового оповещения 8, второй вход которого соединен со вторым выходом устройства контроля питания 9, первый выход которого соединен со световым индикатором 10, а вход устройства контроля питания 9 соединен с третьим выходом генератора импульсов 1, управляющий выход которого соединен с входом управления усилителя фототока 4.

В исходном состоянии (дежурный режим) устройство работает следующим образом (фиг. 4): генератор 1 на выходе формирует периодические сигналы U₁ с заданными длительностью Т_и и периодом Т_п0, которые поступают на источник зондирующих световых импульсов 2 и интегратор 7. Источник 2 и фотодетектор 3 установлены в оптической камере 11 таким образом, что прямое излучение от источника не попадает на фоточувствительную площадку фотодетектора 3. Многократно отраженное от стенок камеры 11 излучение вызывает на выходе усилителя фототока 4 сигнал U₄ с амплитудой U_о4, который поступает на вход устройства выборки-хранения (УВХ) 5. Для повышения помехоустойчивости усилитель фототока 4 включается генератором 2 только на время Т_и1. УВХ за время не более Т_и формирует сигнал с амплитудой, близкой к U_o4, которая сохраняется с постоянной времени Т₅, которая меньше Т_п0, но больше T_п1. Амплитуда сигналов с выхода УВХ 5 сравнивается схемой решения 6 с порогом U_o6, который установлен на уровне, превышающем начальный сигнал в несколько раз. На выходе схемы решения 6 в дежурном режиме сигналы управления отсутствуют.

Сигналы с генератора также поступают на интегратор 7, постоянная времени которого превышает длительность Т_и в несколько раз. На выходе интегратора присутствуют сигналы с амплитудой в несколько раз ниже, чем амплитуда входных сигналов и установленный порог устройства звукового оповещения 8 достигнут быть не может.

Сигналы с генератора также поступают на устройство контроля питания 9, где происходит сравнение амплитуды импульсов с порогом, величина которого соответствует нижнему допустимому значению напряжения источника питания. Поскольку амплитуда импульсов прямо пропорционально связана с напряжением питания, то, контролируется состояние источника питания. Если амплитуда импульсов генератора выше порога, сигналы с генератора поступают на световой индикатор 10, сигнализирующий об исправности источника питания, если ниже, то на устройство звукового оповещения 8, которое формирует периодический однократный звуковой сигнал "Разряд батареи".

На фотодетекторе 3 и входных цепях усилителя фототока могут появиться помехи, наиболее вероятными из которых являются фоновое излучение от источников света, имеющее переменную (частота 100 Гц) и постоянную составляющие, импульсные и периодические помехи от коммутации различных сильноточных или высоковольтных устройств, электрических двигателей и других установок. Для обеспечения помехоустойчивости включение усилителя фототока происходит как и в предыдущем случае от генератора только на время Т_и, что полностью устраняет помехи, воздействующие в остальное время. Постоянный световой фон, помехи, имеющие спектр частот ниже 100 Гц и выше 10 кГц, попадающие во время T_и1, эффективно подавляются самим усилителем фототока 4, имеющим АЧХ, выделяющую только основную частоту из спектра зондирующего импульса.

Возможно попадание частотной составляющей помех со спектром в АЧХ усилителя фототока 4 и в период Т_и, например, Р на фиг.4. В этом случае возможно превышение порога U_о6 и соответственно ложное срабатывание схемы решения, которая увеличит частоту следования зондирующих импульсов до T_пl. Как и в предыдущем случае все будет зависеть от амплитуды и длительности помехи с тем лишь отличием, что для включения устройства звукового оповещения необходимо набрать n ложных срабатываний.

При попадании в оптическую камеру 11 аэрозольных частиц дыма происходит рассеяние излучения источника 2, часть которого попадает на фоточувствительную площадку фотодетектора 3, вызывая увеличение амплитуды сигналов на выходе усилителя фототока 4 и соответственно УВХ 5. При превышении заданного порога схемы решения 6, на выходе последней формируется сигнал U₆ управления генератором, который уменьшает период следования импульсов генератора до величины T_пl. На выходе УВХ 5 при периоде T_пl постоянно поддерживается уровень сигнала выше порога схемы решения, что в свою очередь поддерживает период генератора T_пl. При уменьшении периода сигналов генератора на выходе интегратора 7 происходит постепенное накопление сигнала, которое через заданное время Т₇ превысит порог устройства 8, что вызовет срабатывание и появление звукового сигнала "Тревога".

При исчезновении дыма происходит снижение амплитуды сигналов с УВХ 5 ниже порога схемы решения 6 и снимается сигнал управления генератором 1, период увеличивается до Т_п0 и устройство переходит в исходное состояние.

Максимальное значение инерционности устройства, как и в предыдущем случае, составит:
T=T_п0+nT_п1 (2).

Изготовлен макет заявляемого устройства, в котором генератор выполнен на двух транзисторах КТ3102ЕМ и КТ3107Л, конденсаторе и пяти резисторах, источник зондирующих сигналов - светодиод L53SF4C, фотодетектор - фотодиод КДФ 115А5. Усилитель фототока содержит транзисторы: КП307Е1, КТ3102ЕМ - два, КТ3107Л, семь резисторов и два конденсатора. Устройство выборки-хранения состоит из транзистора КТ3102ЕМ, диода КД522Б, конденсатора и резистора, схема решения - транзистора КТ3102ЕМ, двух резисторов. Интегратор выполнен на конденсаторе, двух резисторах и диоде. Устройство звукового оповещения содержит пъезозвонок PS-562, транзистор КТ3107Л, резистор. Устройство контроля питания состоит из двух транзисторов КТ3107Л и трех резисторов, световой индикатор - светодиод АЛ307БМ. Испытания макета подтвердили его работоспособность, а также соответствие требованиям нормативных документов (Нормы пожарной безопасности МВД РФ ГПС НПБ 66-97, ГОСТ 27990-88, ГОСТ Р 50009).

Изобретение относится к устройствам пожарной сигнализации, формирующим звуковой сигнал тревоги при появлении дыма в охраняемом помещении, и может быть использовано в качестве автономного дымового оптико-электронного пожарного извещателя. Техническим результатом является упрощение функциональной и принципиальной электрической схем. Устройство содержит источник зондирующих сигналов, фотодетектор, усилитель фототока, устройство выборки-хранения, схема решения, генератор импульсов, интегратор, устройство звукового оповещения, устройство контроля питания, световой индикатор. 4 ил.

Дымовой пожарный извещатель, содержащий источник зондирующих сигналов и фотодетектор, расположенные в оптической камере с возможностью образования оптической связи при появлении аэрозольных частиц дыма, генератор импульсов, первый выход которого соединен с входом оптического источника зондирующих сигналов, усилитель фототока, вход которого соединен с выходом фотодетектора, устройство звукового оповещения, отличающийся тем, что дополнительно введены последовательно соединенные устройство выборки-хранения и схема решения, предназначенная для сравнения амплитуды сигнала с выхода устройства выборки-хранения с порогом, установленным на уровне, превышающем начальный сигнал в несколько раз, выход которой соединен с управляющим входом генератора импульсов, а вход устройства выборки-хранения соединен с выходом усилителя фототока, дополнительно введены устройство контроля питания, световой индикатор, интегратор, вход которого соединен со вторым выходом генератора импульсов, а выход интегратора соединен с первым входом устройства звукового оповещения, второй вход которого соединен с первым выходом устройства контроля питания, второй выход которого соединен со световым индикатором, а вход устройства контроля питания соединен с третьим выходом генератора импульсов, управляющий выход которого соединен с входом управления усилителя фототока.