ТОЧЕЧНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ С ВНЕШНЕЙ ДЫМОВОЙ КАМЕРОЙ Российский патент 2011 года по МПК G08B17/10 

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к сигнализаторам дыма, и может быть использовано для обнаружения возгораний на ранней стадии при появлении дымовых аэрозолей. Также оно может быть использовано для определения запыляемости в цехах точного приборостроения, особенно в микроэлектронной промышленности.

Известен сигнализатор дыма, устанавливаемый в пожарных извещателях ИП-212-41М, выпускаемый согласно техническим условиям ТУ 4371-005-12215496-00, содержащий внутри корпуса, установленного на основании, отделяемый от корпуса оптический модуль, состоящий из светоизлучателя, светоприемника, измерительной камеры, выполненной в виде цилиндрического объема, ограниченного боковыми лабиринтными пластинами, расположенными внутри цилиндрического объема по периферии его оснований с возможностью протекания потоков дыма с внешней стороны. Многочисленные периферийные лабиринтные пластины размещены в виде вложенных друг в друга, близких к прямым, двухгранных углов между основанием и крышкой измерительной камеры примерно с интервалом 12°. Разъемные по вертикали установочные места выполнены для светоизлучателя с цельным отверстием, а для светоприемника - сборным многоэлементным. Двухгранная пластина, установленная между светоизлучателем и светоприемником с возможностью пересечения их оптических осей, связана с одной из периферийных лабиринтных пластин и расположена перед секторами основания и крышки измерительной камеры расходящимися гребешковыми лучами.

Однако для указанного сигнализатора дыма характерны большие габариты измерительной камеры, размерами которой определяются и габариты корпуса сигнализатора дыма, сложность изготовления форм для литья за счет большого количества тонких изогнутых лабиринтных пластин и установочных мест для светоизлучателя и светоприемника, требующих дополнительных приспособлений при литье - "знаки", а также имеющийся высокий уровень паразитной "засветки" светоприемника от внутреннего и внешнего излучений. Установочные места для светоизлучателя и светоприемника расположены таким образом, что область для измерения частиц дыма смещена от центра камеры, что исключает уменьшение диаметра оснований измерительной камеры без ухудшения основного параметра чувствительности камеры, а выполнением установочных мест для светоизлучателя и светоприемника несколькими отстоящими друг от друга пластинами обусловлена дополнительная паразитная засветка светоприемника, что существенно снижает чувствительность измерительной камеры. Диафрагмы светоизлучателя и светоприемника велики, поэтому первоначальный уровень сигнала светоизлучателя при отсутствии дыма повышается, тем самым маскируется полезный сигнал при появлении дыма.

Также известен сигнализатор дыма, устанавливаемый в пожарных извещателях ИП-212-40, выпускаемых согласно техническим условиям ТУ 4371-001-51294813-00, который содержит внутри корпуса, установленного на основании, отделяемый от корпуса оптический модуль, состоящий из светоизлучателя, светоприемника, измерительной камеры, выполненной в виде цилиндрического объема, ограниченного боковыми лабиринтными пластинами, расположенными внутри цилиндрического объема по периферии его оснований с возможностью протекания потоков дыма с внешней стороны. Многочисленные периферийные лабиринтные пластины в виде прямоугольных пластин, размещенные на крышке измерительной камеры под острым углом к ее боковой поверхности, сопряжены с соответствующими вложенными друг в друга двухгранными углами более 90° основаниями измерительной камеры, а двухгранная лабиринтная пластина между светоизлучателем и светоприемником, на которой крепится крышка измерительной камеры, размещена, не пересекая одной гранью, параллельно оптической оси светоизлучателя, а другой - перпендикулярно оптической оси светоприемника. При этом крышка измерительной камеры несколько больше основания и торцы установочных мест светоизлучателя, светоприемника и прямоугольных периферийных лабиринтных пластин выполнены с выступами.

Однако при сравнительно малых размерах основания и крышки измерительной камеры ее высота гораздо выше известных, поэтому габариты корпуса велики, а малая плоскость рифления основания и крышки измерительной камеры негативно сказывается на ее чувствительности из-за повышенного уровня начального сигнала. Кроме того, при всей многочисленности лабиринтных пластин измерительная камера имеет отдельные сквозные боковые просветы, что при высокой интенсивности внешнего излучения приводит к потере чувствительности измерительной камеры, и сигнализатор дыма становится не работоспособным. Размещение двухгранной лабиринтной пластины между светоизлучателем и светоприемником не исключает прямого попадания излучения на светоприемник, а прямоугольные лабиринтные пластины, размещенные на крышке измерительной камеры, не достаточно плотно прилегают к ее основанию, тем самым увеличивая паразитную "засветку" внутри измерительной камеры и искажая параметры сигнализатора дыма. При уменьшении габаритов измерительной камеры с сокращением ее линейных размеров между светоизлучателем, светоприемником и лабиринтными пластинами происходит возрастание фонового излучения от светоизлучателя и, как следствие, повышение начального уровня сигнала светоприемника.

Известен патент РФ №2258259, который содержит корпус, установленный на основании, отделяемый от корпуса оптический модуль, состоящий из светоизлучателя, светоприемника, измерительной камеры, выполненной в виде цилиндрического объема, ограниченного боковыми лабиринтными пластинами. Измерительная камера оборудована средствами, повышающими чувствительность к малым концентрациям задымленности.

К его недостаткам, при всех его положительных качествах, следует отнести сложность конструкции, отсюда недостаточная надежность, а главное - высокая стоимость, что существенно ограничивает его востребованность, в основном ответственными помещениями: музеи, галереи, международные выставки, склады боеприпасов и ГСМ, АЭС, штабы крупных войсковых соединений, крупные корабли, правительственные объекты и т.д.

Известен сигнализатор дыма, см. патент №57492 - ПРОТОТИП, содержащий оптический модуль, состоящий из светоизлучателя, светоприемника и кольцевой диафрагмы, отличающийся тем, что светоприемник и светоизлучатель расположены на оптической оси, перед светоизлучателем и перед светоприемником расположены оптические линзы, а за линзами - диафрагмы с поглощающими камерами; светоизлучатель выполнен на светодиоде с длиной волны 0,95-1,05 микрона; расстояние между светоизлучателем и светоприемником находится в пределах 50±2 мм; расстояние между диафрагмами лежит в пределах 25±2 мм; обе оптические линзы выполнены двояковыпуклыми: с короткофокусным расстоянием с одной стороны и длиннофокусным с другой стороны; диафрагмы выполнены с поглощающими камерами; источник питания имеет первичную цепь промышленного однофазного переменного тока напряжением 220 В/50 Гц и вторичную цепь постоянного тока напряжением плюс 5 В, с резервной аварийной батареей или аккумулятором.

Недостатком прототипа является сложность обслуживания в эксплуатации из-за негерметичности корпуса, ухудшение технических характеристик из-за увеличивающейся во времени запыленности оптических линз.

Технической задачей изобретения является повышение эксплуатационных качеств за счет герметичности корпуса и возможности торирования извещателя, т.е. снижение погрешности обнаружения задымления.

Для решения поставленной задачи предлагается точечный извещатель с внешней дымовой камерой, содержащий источник излучения, приемник излучения и оптический элемент, отличающийся тем, что оптический элемент выполнен в виде одновыпуклой линзы, состоящей из двух оптических частей: первой и второй, разделенных между собой по оси симметрии светонепроницаемой перегородкой, вверху первая и вторая части имеют фаски почти по всему диаметру линзы; величины преломления обеих частей линзы выбраны одинаковыми между собой и выбираются в зависимости от назначенного фокусного расстояния до контролируемых частиц задымления или загрязнения; углы наклона фасок выбираются из условия частичного внутреннего отражения при загрязнении обеих поверхностей оптического элемента, при этом происходит переотражение и лучи от источника излучения частично попадают на приемник излучения, при этом режиме источники задымления отсутствуют.

На фиг.1 и фиг.2 показаны ход лучей извещателя в рабочем и компенсационном режимах соответственно, на фиг.3 показан общий вид излучателя (для справки).

На фиг.1 и фиг.2 изображено: 1 - излучатель (фотодиод), 2 - первый оптический элемент, 3 - частицы дыма в фокусе, 4 - второй оптический элемент, 5 - фотоприемник, 6, 7 - фаски первого и второго оптических элементов соответственно, 8 - светонепроницаемая перегородка, F - фокус линзы, которая образуется первым 2 и вторым 4 оптическими элементами.

Излучатель 1 светит на оптический элемент 2, лучи попадают внутрь этого элемента и, преломляясь через внешнюю поверхность элемента 2, попадают в фокус F линзы, где отражаются от частиц дыма и через внешнюю поверхность второго оптического элемента 4 преломляются и попадают на фотоприемник 5, одновременно часть луча излучателя 1 отражается от внутренней поверхности оптического элемента 2, проходит через фаску 6 и воздушный промежуток, попадает на фаску 7 оптического элемента 4, попадает внутрь его и, переотражаясь, попадает на фотоприемник 5.

Узлы извещателя могут быть выполнены на следующих элементах.

Излучатель 1, например светодиод типа L-53 F3, см. справочник «Оптоэлектронные приборы», т.3, М., РадиоСофт, 2000 г.; фотоприемник 5, например, на фотодиоде ФД263-1, ФД256 и др., см. там же; первый и второй оптические элементы 2 и 4 соответственно это половинки одновыпуклой линзы, фокусное расстояние которой определяется назначенным расстоянием до определения частиц задымленности; фаски 6 и 7 (их угловой наклон и величина) - исходя из условий прохождения луча при отражении от внутренней поверхностей оптических элементов 2 и 4.

Работа точечного извещателя с внешней дымовой камерой происходит следующим образом и осуществляется в двух режимах.

Оптический канал определения загрязнения оптического тракта.

Излучатель 1 светит на оптический элемент 2, попадает внутрь элемента, и, отражаясь от внутренней поверхности оптического элемента 2, излучение проходит через фаску 6 оптического элемента 2 и, пройдя через воздушный промежуток, попадает на фаску 7 оптического элемента 3, попав внутрь оптического элемента 1, за счет переотражений излучение попадает на фотоприемник 5. Суть работы заключается в том, что излучение дважды проходит через внешние поверхности оптических элементов, которые запыляются и загрязняются в процессе эксплуатации, что приводит к ослаблению излучения и соответственно к уменьшению чувствительности излучателя.

Определение задымленности (определение возгорания).

Принцип определения задымленности (определение возгорания) основан на измерении величины отраженного от частиц дыма 3 излучения, являющихся продуктом горения или пиролиза. Сигнал, пропорциональный величине отражения, сравнивается с заданным порогом и/или передается по протоколу обмена в аналоговом виде на прибор приемоконтрольный для анализа. По результату анализа величины отражения и скорости ее изменения извещатель или прибор приемоконтрольный принимают решение о выдаче сигнала «внимание» и «пожар».

Компенсация загрязнения оптического тракта.

Принцип компенсации загрязнения оптического тракта заключается в том, что измерение величины излучения, прошедшего через канал компенсации, имеет низкую скорость запыленности, характеризующуюся часами или сутками, а изменение сигнала, связанное с возгоранием, характеризуется единицами секунд. Электронная схема извещателя по специальному алгоритму измеряет величину излучения, прошедшего через оптический тракт, и за счет увеличения интенсивности свечения излучателя компенсирует потери на поглощение, связанное с загрязнением, его легко промывать без разборки.

Сама конструкция, кроме оптической части, крепление элементов внутри корпуса и крепление корпуса к потолку или стене, а также электронная часть на фиг. условно не показаны, т.к. могут быть выполнены различными способами.

Таким образом, предлагаемый извещатель имеет следующие достоинства:

- герметичность, что позволяет протирать время от времени внешнюю поверхность линзы без разборки;

- проверка чувствительности извещателя путем помещения снаружи линзы в фокусном расстоянии отражающей поверхности с известными параметрами, что позволяет торировать излучатель.

Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к сигнализаторам дыма, и может быть использовано для обнаружения возгораний на ранней стадии при появлении дымовых аэрозолей. Также оно может быть использовано для определения запыляемости в цехах точного приборостроения, особенно в микроэлектронной промышленности. Технический результат заключается в повышении эксплуатационных качеств за счет герметичности корпуса и возможности тарирования извещателя, т.е. снижения погрешности обнаружения задымления. Для решения поставленной задачи предлагается точечный извещатель с внешней дымовой камерой, содержащий источник излучения, приемник излучения и оптический элемент, отличающийся тем, что оптический элемент выполнен в виде одновыпуклой линзы, состоящей из двух оптических частей: первой и второй, разделенных между собой по оси симметрии светонепроницаемой перегородкой, вверху первая и вторая части имеют фаски почти по всему диаметру линзы; величины преломления обеих частей линзы выбраны одинаковыми между собой и выбираются в зависимости от назначенного фокусного расстояния до контролируемых частиц задымления или загрязнения; углы наклона фасок выбираются из условия частичного внутреннего отражения при загрязнении обеих поверхностей оптического элемента, при этом происходит переотражение и лучи от источника излучения частично попадают на приемник излучения, при этом режиме источники задымления отсутствуют. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Точечный извещатель с внешней дымовой камерой, содержащий источник излучения, приемник излучения и оптический элемент, отличающийся тем, что оптический элемент выполнен в виде одновыпуклой линзы, состоящей из двух оптических частей: первой и второй, разделенных между собой по оси симметрии светонепроницаемой перегородкой, сверху первая и вторая части имеют фаски почти по всему диаметру линзы.

2. Точечный извещатель по п.1, отличающийся тем, что величины преломления обеих частей линзы выбраны одинаковыми между собой и выбираются в зависимости от назначенного фокусного расстояния до контролируемых частиц задымления или загрязнения.

3. Точечный извещатель по п.1, отличающийся тем, что углы наклона фасок выбираются из условия частичного внутреннего отражения при загрязнении обеих поверхностей оптического элемента, при этом происходит переотражение и лучи от источника излучения частично попадают на приемник излучения, при этом режиме - режиме тарировки, источник задымления отсутствует.