КОМБИНИРОВАННЫЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК G08B17/06 G08B17/10 

Изобретение относится к технике пожарной сигнализации.

Известны пожарные извещатели, обнаруживающие пожар по нескольким сопутствующим факторам. Известно устройство для обнаружения пожара [1], реагирующее на появление двух факторов, например дыма, а также повышенной температуры на объекте. Данный извещатель содержит первый и второй датчики, выходами подключенные к соответствующим входам первого и второго блоков обработки сигнала, первые выходы которых подключены к первому и второму входам логического элемента "ИЛИ", вторые выходы первого и второго блоков обработки сигнала подключены к первому и второму входам логического элемента "И", выход которого подключен к третьему входу логического элемента "И", выход которого подключен ко входу формирователя тревожного извещения.

При работе извещателя объединение каналов обнаружения дыма и тепла осуществляется по логической схеме "2И-ИЛИ". При этом формирование извещения "Пожар" происходит при достижении любого контролируемого параметра (концентрации частиц дыма или температуры) установленного соответствующего высокого порога, а также при совместном достижении обоих контролируемых параметров других, более низких пороговых значений. Такое построение извещателя позволяет повысить вероятность обнаружения как пожара, при котором доминирующим является один из обнаруживаемых факторов - дым или тепло, так и пожара, при котором оба этих фактора присутствуют, но недостаточно интенсивны.

Недостатком извещателя [1] является то, что применение независимых фиксированных порогов не позволяет на практике учитывать многообразие условий, при которых возникает и развивается пожар, и связанные с этим особенности в динамике изменения сопутствующих факторов. Это приводит к увеличению вероятности ложного срабатывания, так как при этом увеличивается влияние помех, которые могут вызвать ложное обнаружение извещателем пожара. Таким образом, надежность обнаружения пожара на ранней стадии развития извещателем [1] является недостаточной.

Частично указанные недостатки устранены в устройстве обнаружения пожара [2], являющемся наиболее близким к заявляемому комбинированному пожарному извещателю. Структурная схема устройства-прототипа представлена на фиг.1.

Устройство содержит первый датчик задымленности 1 и второй датчик температуры 2, выходы которых через соответствующие первый 3 и второй 4 аналого-цифровые преобразователи подключены ко входам блока обработки сигнала 5, первый выход которого подключен ко входу первого 3 аналого-цифрового преобразователя и первому датчику задымленности 1, второй выход блока обработки сигнала 5 подключен ко входу второго 4 аналого-цифрового преобразователя и второму датчику температуры 2, а третий выход блока обработки сигнала 5 является сигнальным выходом извещателя.

Формирование извещения о пожаре в устройстве [2] происходит по логической схеме "ИЛИ" при достижении одним из контролируемых факторов порогового уровня, а также при совместном росте обоих факторов, если вычисляемый коэффициент их взаимной корреляции достигает установленного порогового значения.

Значение коэффициента взаимной корреляции R вычисляется по формуле

где

Х_i, Y_i - измеренные значения уровня задымленности и температуры соответственно в i-й момент времени;

, - средние значения уровня задымленности и температуры соответственно;

N - количество измерений.

Таким образом, только в случае, если наблюдается устойчивое совместное увеличение контролируемых факторов, возможно уменьшение времени обнаружения пожара устройством [2]. Однако известно [3], что для начальной стадии пожара характерно неустановившееся быстро изменяющееся значение факторов (флуктуации задымленности и температуры). Поэтому в этот период из-за значительного среднеквадратичного отклонения (знаменателя в выражении (1)) значение коэффициента взаимной корреляции может быть небольшим и не вызовет срабатывания устройства [2]. В соответствии с математической теорией, использование коэффициента корреляции в качестве меры зависимости оправдано лишь тогда, когда совместное вероятностное распределение пары используемых факторов нормально или приближенно нормально [4]. В противном случае коэффициент корреляции может равняться нулю, даже когда факторы связаны строгой функциональной зависимостью (отличной от линейной). Поскольку горючая нагрузка на реальном объекте, как правило, распределена неравномерно и отдельные ее виды отличаются способностью дымообразования и выделения тепловой энергии, в процессе развития пожара возможны существенные нелинейные флуктуации этих факторов [5]. Таким образом, предложенный способ уменьшения времени обнаружения пожара не обеспечивает достаточную надежность на практике.

Задачей, решаемой в заявляемом комбинированном пожарном извещателе, является повышение надежности обнаружения пожара на его ранней стадии развития.

Уменьшение времени обнаружения в заявляемом устройстве достигается взаимным снижением порогов при появлении двух факторов пожара, то есть совместном учете этих факторов при принятии решения о формировании извещения о пожаре.

Изменение порога срабатывания извещателя в процессе обнаружения известно в технике пожарной сигнализации. Например, оно имеется в тепловом максимально-дифференциальном извещателе ИП 101-2 [6]. Структурная схема такого извещателя представлена на фиг.2.

Первый термочувствительный элемент 1, выполненный на терморезисторе 10, снабженный теплоприемником и размещенный снаружи корпуса извещателя, из-за создаваемых различных условий теплопередачи имеет постоянную времени нагревания меньше, чем такой же второй термочувствительный элемент 2 на терморезисторе 11, но размещенный внутри корпуса. При медленном повышении температуры окружающего воздуха с постоянной времени, гораздо большей постоянной времени нагревания терморезисторов и первого 1 и второго 2 термочувствительных элементов, их сопротивления пропорционально уменьшаются. При этом напряжение на первом измерительном входе компаратора 4 по отношению к напряжению на втором его опорном входе, формируемое резисторами 13-15 блока 3, изменяется за счет роста напряжения на резисторе 12. При температуре +60°С компаратор 4 открывается, формируя управляющий сигнал на вход блока памяти 6. Блок памяти 6 открывается и ток, протекающий через него, резко увеличивается, включая с помощью электронного ключа 7 световой индикатор 9 в непрерывный режим свечения, приводя к повышенному токопотреблению извещателя от шлейфа сигнализации. Извещатель срабатывает как максимальный, формируя извещение о превышении температуры окружающего воздуха установленного порогового значения. При быстром повышении температуры воздуха сопротивления полупроводниковых терморезисторов 10, 11, вследствие различия их постоянных времени нагревания, уменьшаются непропорционально, ускоряя увеличение напряжения на первом измерительном входе компаратора 4. После достижения величины этого напряжения установленного значения компаратор 4 открывается, приводя к формированию блоком 5 извещения о пожаре.

Таким образом, в извещателе ИП 101-2 [6] при возрастании температуры опорное напряжение на входе компаратора увеличивается, причем обратно пропорционально скорости возрастания температуры. Изменение опорного напряжения связано с одним контролируемым фактором (температурой). В заявляемом устройстве значение опорного напряжение на входе компаратора, контролирующего один фактор, уменьшается под действием сигнала, свидетельствующего об увеличении интенсивности другого фактора, причем прямо пропорционально этому сигналу.

Следовательно, новизна предлагаемого технического решения по сравнению с устройством [6] является существенной.

В заявляемом комбинированном пожарном извещателе поставленная задача решается тем, что в известное устройство [2], содержащее первый датчик задымленности, второй датчик температуры и блок обработки сигнала, первый выход которого подключен к первому датчику задымленности, а второй выход блока обработки сигнала подключен ко второму датчику температуры, введены блок формирования опорного напряжения, блок компараторов и формирователь тревожного извещения, выход первого датчика задымленности подключен к первому входу блока формирования опорного напряжения и первому входу блока компараторов, выход второго датчика температуры подключен ко второму входу блока формирования опорного напряжения и второму входу блока компараторов, выход которого подключен ко входу блока обработки сигнала, третий выход которого подключен ко входу формирователя тревожного извещения, выход которого является сигнальным выходом извещателя.

Блок формирования опорного напряжения содержит первый и второй формирователи опорного напряжения, первый вход блока формирования опорного напряжения является входом второго формирователя опорного напряжения, выход которого является вторым выходом блока формирования опорного напряжения, второй вход блока формирования опорного напряжения является входом первого формирователя опорного напряжения, выход которого является первым выходом блока формирования опорного напряжения.

Блок компараторов содержит первый компаратор, второй компаратор и элемент логический "ИЛИ", выходы компараторов подключены ко входам логического элемента "ИЛИ", выход которого является выходом блока компараторов, первый и второй входы блока компараторов являются соответственно выходом первого датчика задымленности и выходом второго датчика температуры, третий и четвертый входы блока компараторов являются соответственно первым и вторым выходами блока формирования опорного напряжения.

Блок обработки сигнала содержит генератор установочного импульса, счетчик и генератор импульсов, первый вход счетчика является входом блока обработки сигнала, а его выход - третьим выходом блока обработки сигнала, выход генератора установочного импульса подключен ко второму входу счетчика, первый выход генератора импульсов подключен к третьему входу счетчика, а остальные два выхода генератора импульсов являются соответственно первым и вторым выходами блока обработки сигнала.

В заявляемом устройстве известные блоки, а также компараторы в блоке компараторов могут быть выполнены идентично пожарному извещателю [7].

На фиг.3 изображена схема заявляемого комбинированного пожарного извещателя.

Извещатель содержит первый датчик задымленности 1, второй датчик температуры 2, блок формирования опорного напряжения 3, блок компараторов 4, блок обработки сигнала 5 и формирователь тревожного извещения 6.

Выход первого датчика задымленности 1 подключен к первому входу блока формирования опорного напряжения 3 и первому входу блока компараторов 4, выход второго датчика температуры 2 подключен ко второму входу блока формирования опорного напряжения 3 и второму входу блока компараторов 4, выход которого подключен к входу блока обработки сигнала 5, первый выход которого подключен ко входу первого 1 датчика, второй выход блока обработки сигнала 5 подключен ко входу второго 2 датчика, третий выход блока обработки сигнала 5 подключен ко входу формирователя тревожного извещения 6, выход которого является сигнальным выходом устройства.

Первый датчик задымленности 1 содержит усилитель мощности 7, выходы которого подключены к излучающему светодиоду 8, и приемник световой энергии в виде фотодиода 9, выходами подключенный к усилителю сигнала 10. Вход усилителя мощности 7 является входом первого датчика задымленности 1, выход усилителя сигнала 10 является выходом датчика задымленности 1.

Второй датчик температуры 2 содержит терморезистор 11, подключенный к усилителю 12, выход которого является выходом датчика температуры 2, а вход - управляющим входом усилителя 12.

Блок формирования опорного напряжения 3 содержит первый 13 и второй 14 формирователи опорного напряжения, первый вход блока формирования опорного напряжения 3 является входом второго формирователя опорного напряжения 14, выход которого является вторым выходом блока формирования опорного напряжения 3, второй вход блока формирования опорного напряжения 3 является входом первого формирователя опорного напряжения 13, выход которого является первым выходом блока формирования опорного напряжения 3.

Блок компараторов 4 содержит первый компаратор 15, второй компаратор 16 и элемент логический "ИЛИ" 17, выходы компараторов 15, 16 подключены ко входам логического элемента "ИЛИ" 17, выход которого является выходом блока компараторов 4, первый и второй входы блока компараторов 4 являются соответственно выходом первого датчика задымленности 1 и выходом второго датчика температуры 2. Третий и четвертый входы блока компараторов являются соответственно первым и вторым выходами блока формирования опорного напряжения 3.

Блок обработки сигнала 5 содержит генератор установочного импульса 18, счетчик 19 и генератор импульсов 20. Первый вход счетчика 19 является входом блока обработки сигнала 5, а его выход - третьим выходом блока обработки сигнала 5. Выход генератора установочного импульса 18 подключен ко второму входу счетчика 19, первый выход генератора импульсов 20 подключен к третьему входу счетчика 19, а остальные два выхода генератора импульсов 20 являются соответственно первым и вторым выходом блока обработки сигнала 5.

Диаграммы напряжений, характеризующие работу извещателя, приведены на фиг.4, 5.

Комбинированный пожарный извещатель работает следующим образом.

При нормальных условиях окружающей среды после включения электропитания генератор установочного импульса 18 приводит счетчик 19 в исходное состояние, при котором на его выходе формируется сигнал логического нуля, свидетельствующий об отсутствии пожара. Генератор 20 формирует на своих выходах импульсы напряжения, которые поступают в первый 1 и второй 2 датчики. В первом датчике 1 импульс усиливается в усилителе 7 и приводит к излучению преобразователем 8 светового импульса в оптическую камеру в инфракрасном диапазоне частот. Если частиц дыма в камере нет, на фотоприемник 9 отраженный свет не попадает, и амплитуда сигнала U_С2 (фиг.4) на выходе усилителя 10 невелика. При этом второй формирователь опорного напряжения 14 формирует установленное максимальное пороговое напряжение U_П3 (фиг.5), поступающее на вход компаратора 16.

Импульс напряжения с генератора 20 открывает усилитель 12, с выхода которого нормированный сигнал, соответствующий нормальной температуре окружающей среды, поступает на вход компаратора 16 U_С4 (фиг.5) и вход второго формирователя опорного напряжения 13. При нормальной температуре окружающей среды формирователь 13 формирует установленное максимальное пороговое напряжение U_П1 (фиг.4), поступающее на вход компаратора 15.

В отсутствие пожара сигналы, поступающие с выходов первого 1 и второго 2 датчиков на соответствующие входы компараторов 15, 16, имеют амплитуду, гораздо меньшую, чем пороговые напряжения, подаваемые с выходов формирователей опорного напряжения 13, 14. Поэтому на выходах компараторов 15, 16 постоянно присутствуют сигналы логического нуля, поступающие на соответствующие входы логического элемента "ИЛИ" 17. В результате на выходе логического элемента "ИЛИ" 17 формируется сигнал логического нуля, который, поступая на первый вход счетчика 19, блокирует его для счета импульсов от генератора 20. Формируемый при этом на выходе счетчика 19 сигнал логического нуля приводит к формированию блоком 6 извещения "Норма", при котором световой индикатор 22 не светится, а включаемый в шлейф пожарной сигнализации электронный ключ 21 закрыт.

При пожаре с наличием только одного фактора, например дыма при тлении хлопка, появление частиц дыма в оптической камере первого датчика 1 вызовет возрастание сигнала на выходе усилителя 10 (кривая U_С1 на фиг.4). Так как температура среды в месте установки извещателя при этом практически не изменяется, напряжение порога компаратора 15, подаваемое с формирователя 13, остается максимальным (кривая U_П1 на фиг.4). После достижения в момент t₂ напряжением U_С1 порогового значения на выходе компаратора 15 появляются импульсы логической единицы, которые поступают на вход логического элемента "ИЛИ" 17 и вызывают появление на его выходе также импульсов логической единицы. После накопления определенного количества этих импульсов счетчиком 19 за определенное время, составляющее задержку срабатывания, на выходе счетчика 19 появляется сигнал логической единицы, который поступает на вход блока 6 и вызывает формирование извещения "Пожар". При этом световой индикатор включается в непрерывный режим свечения, электронный ключ открывается и замыкает линию шлейфа пожарной сигнализации. После уменьшения концентрации дыма импульсы логической единицы с выхода элемента "ИЛИ" 17 прекращаются, и через определенное время извещатель вновь переходит в дежурный режим работы.

При пожаре с наличием только тепловыделения, например, при горении спирта повышение температуры вызовет возрастание сигнала на выходе усилителя 12 (кривая U_С3 на фиг.5). Так как дыма при этом практически не образуется, напряжение порога компаратора 16, подаваемое с формирователя 14, остается максимальным (кривая U_П3 на фиг.5). После достижения в момент t₄ напряжением U_С3 порогового значения на выходе компаратора 16 появляются импульсы логической единицы, которые проходят через логический элемент "ИЛИ" 17 и накапливаются счетчиком 19, что вызывает срабатывание извещателя аналогично описанному выше.

Реальный, практически наиболее часто встречающийся пожар, связанный с горением различных материалов, например целлюлозосодержащих, сопровождается как образованием дыма, так и повышением температуры. В этом случае напряжения на входах компаратора 15 будут соответствовать кривым U_П2 и U_С1 на фиг.4, а напряжения на входах компаратора 16 - кривым U_П4 и U_С3 на фиг.5. В зависимости от характера горючей нагрузки и особенностей пожара, достижение контрольным сигналом порогового значения может быть достигнуто либо на первом 15, либо на втором 16 компараторе. Однако в любом случае, поскольку t₁<t₂, а t₃<t₄ в заявляемом извещателе достигается существенное уменьшение времени обнаружения реального пожара.

Таким образом, в заявляемом комбинированном пожарном извещателе обеспечивается повышение надежности обнаружения пожара на его ранней стадии развития.

Повышение надежности обнаружения в заявляемом извещателе обеспечивается тем, что снижение порогов соответствующего канала обнаружения (повышения температуры или появления дыма) связано с увеличением вероятности пожароопасной ситуации, возникающей при появлении сопутствующего фактора (соответственно дыма или температуры).

Например, в частном случае простого вида закона распределения вероятности пожароопасной ситуации - равномерного может быть использована следующая зависимость изменения порогов формирователями пороговых напряжений 13, 14.

Для формирователя 13:

U_П2=U_П1-(U_П1-U_С2)P₁(U_С3)=U_П1-(U_П1-U_С2)U_С3/U_П3.

Для формирователя 14:

U_П4=U_П3-(U_П3-U_С1)P₂(U_С1)=U_П3-(U_П3-U_С1)U_С1/U_П1,

где P₁(U_С3) - вероятность пожароопасной ситуации при увеличении температуры выше нормальной;

P₂(U_С1) - вероятность пожароопасной ситуации при увеличении задымленности выше нормальной;

Может быть использована и иная зависимость изменения порогов, связанная с другим, более предпочтительным, законом распределения вероятности пожароопасной ситуации. Однако обязательным является уменьшение значения порога одного контролируемого фактора при увеличении интенсивности другого сопутствующего фактора.

Исполнение термопреобразователя 11 в датчике 2 температуры может быть выполнено по схеме, при которой выходной сигнал будет пропорционален не только максимальной температуре окружающей среды, но и скорости ее изменения (например, аналогично извещателю ИП 101-2 [6]). В этом случае тепловой канал обнаружения будет максимально-дифференциальным, что дополнительно повысит надежность обнаружения пожара заявляемым комбинированным пожарным извещателем.

Источники информации

1. Патент Великобритании №2169734 А, кл. МПК G 08 B 17/00, 1986.

2. Патент США №6195011, кл. МПК G 08 B 17/10, 2001.

3. Патент РФ №2110093. Тепловой пожарный извещатель с частотной фильтрацией, кл. МПК G 08 B 17/06, 1998.

4. Математический энциклопедический словарь / Гл. ред. Ю.В.Прохоров - М.: Сов. энциклопедия, 1988. - 847 с. (стр.296).

5. Шаровар Ф.И. Принципы построения устройств и систем автоматической пожарной сигнализации. - М.: Стройиздат, 1983. - 335 с.

6. А.Н.Членов. Автоматические пожарные извещатели: М.: - НИЦ "Охрана" ВНИИПО МВД России, 1997. - 51 с.

7. Извещатель пожарный дымовой оптический ИП212-5М1 (ДИП-3М1) Паспорт ПС 951856-89. - г. Обнинск Калужской обл.: АО Приборный завод "Сигнал", 1996. - 16 с.

Изобретение относится к технике пожарной сигнализации, а именно - комбинированным пожарным извещателям, и может быть использовано для обнаружения пожара по увеличении температуры окружающей среды и(или) появлении дыма в месте установки извещателя. Технический результат - повышение надежности обнаружения пожара на его ранней стадии развития. Решение указанной задачи достигается взаимным снижением порогов при появлении двух факторов пожара, то есть совместном учете этих факторов при принятии решения о формировании тревожного извещения. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Комбинированный пожарный извещатель, содержащий датчик задымленности, датчик температуры и блок обработки сигнала, первый выход которого подключен к датчику задымленности, а второй выход блока обработки сигнала подключен ко входу датчика температуры, и формирователь тревожного извещения, отличающийся тем, что в него введены блок формирования опорного напряжения и блок компараторов, выход датчика задымленности подключен к первому входу блока формирования опорного напряжения и первому входу блока компараторов, выход датчика температуры подключен ко второму входу блока формирования опорного напряжения и второму входу блока компараторов, выход которого подключен ко входу блока обработки сигнала, третий выход которого подключен ко входу формирователя тревожного извещения, выход которого является сигнальным выходом извещателя, а третий и четвертый входы блока компараторов соединены соответственно с первым и вторым выходами блока формирования опорного напряжения.2. Комбинированный пожарный извещатель по п.1, отличающийся тем, что блок формирования опорного напряжения содержит первый и второй формирователи опорного напряжения, первый вход блока формирования опорного напряжения является входом второго формирователя опорного напряжения, выход которого является вторым выходом блока формирования опорного напряжения, второй вход блока формирования опорного напряжения является входом первого формирователя опорного напряжения, выход которого является первым выходом блока формирования опорного напряжения.3. Комбинированный пожарный извещатель по п.1, отличающийся тем, что блок компараторов содержит первый компаратор, второй компаратор и логический элемент ИЛИ, выходы компараторов подключены ко входам логического элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока компараторов, первый и третий входы блока компараторов являются входами первого компаратора, второй и четвертый входы блока компараторов являются входами второго компаратора.4. Комбинированный пожарный извещатель по п.1, отличающийся тем, что блок обработки сигналов содержит генератор установочного импульса, счетчик и генератор импульсов, первый вход счетчика является входом блока обработки сигналов, а его выход - третьим выходом блока обработки сигналов, выход генератора установочного импульса подключен ко второму входу счетчика, первый выход генератора импульсов подключен к третьему входу счетчика, а остальные два выхода генератора импульсов являются соответственно первым и вторым выходами блока обработки сигналов.