УСТРОЙСТВО АВАРИЙНОЙ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК G08B17/06 

Изобретение относится к устройствам аварийной пожарной сигнализации, приводимым в действие тепловым воздействием очага возгорания, и может быть использовано в системах контроля протяженных пожароопасных объектов, например топливных магистралей, кабелей электроснабжения, газопроводов, резервуаров с горючими веществами, а также различных агрегатов.

Известны устройства аварийной пожарной сигнализации, чувствительный элемент которых выполнен в виде протяженной термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом (сплавом), через который осуществляется акустическая связь излучателя и приемника ультразвука, подключенных к противоположным концам чувствительного элемента (1. Патент РФ №2315362 от 22.05.2006, опубл. в Бюл. №2, 2008, МПК G08B 17/06; 2. Патент РФ №2470373 от 20.09.2011, опубл. в Бюл. №35, 2012, МПК G08B 17/00; 3. Ильин О. Сигнализатор возгорания. - Радиомир, 2009, №3, с.14-16), или в виде протяженного акустического волновода из термостойкого материала, (1. Ильин О. Сигнализатор возгорания. - Радио, 2009, №4, с.36, 37; 2. Ильин О. Сигнализатор возгорания. - Радиомир, 2012, №9, с.13-16), а также из полимерного материала, изменяющего свое акустическое сопротивление под воздействием температуры, который помещен в разрыв акустического волновода, соединяющего излучающий и приемный пьезопреобразователи ультразвукового автогенератора (1. Ильин О. Датчик перегрева. - Радио, 2009, №11, с.36, 37; 2. Ильин О. Сигнализатор перегрева. - Радиомир, 2012, №6, с.21-24).

В аналогах первого из перечисленных выше типов при воздействии пламени на чувствительный элемент температура чувствительного элемента в месте воздействия повышается, материал (сплав), находящийся внутри термостойкой трубки, плавится, в результате чего акустическая связь между излучателем и приемником ультразвука существенно ослабевает, что служит основанием для формирования сигнала оповещения о наличии возгорания. После устранения возгорания и достижения чувствительным элементом температуры, при которой материал, находящийся внутри термостойкой трубки, переходит в твердое состояние, акустическая связь между излучателем и приемником ультразвука восстанавливается, и эти аналоги вновь готовы к работе.

Достоинством аналогов первого типа является высокая точность задания температуры срабатывания, поскольку значение этой температуры определено химическим составом легкоплавкого материала (сплава), заполняющего чувствительный элемент.

Недостаток аналогов первого типа - сложность конструкции, так как для их функционирования необходимо наличие двух пьезопреобразователей, подключенных к противоположным концам чувствительного элемента, и, кроме того, эта конструкция должна исключать акустическую связь, уменьшающую чувствительность аналогов, между излучателем и приемником ультразвука по материалу самой термостойкой трубки чувствительного элемента.

В аналогах второго из перечисленных выше типов при возникновении возгорания и воздействии пламени на чувствительный элемент в зоне воздействия образуется участок с повышенной температурой. Следствием этого является изменение скорости распространения ультразвуковых волн в чувствительном элементе и рассеивание их энергии на образовавшейся акустической неоднородности, в результате чего изменяется волновая картина на входе приемного устройства. Амплитудные изменения этой картины анализируются в приемном устройстве и при достижении ими порогового значения вырабатывается сигнал оповещения о наличии возгорания. После устранения возгорания и снижения температуры чувствительного элемента акустическая связь между передающим и приемным устройствами восстанавливается до первоначального уровня, в результате чего эти аналоги вновь готовы к работе.

Достоинством аналогов второго типа является простота конструкции чувствительного элемента - акустического волновода из термостойкой проволоки.

Недостаток аналогов второго типа - относительно невысокая точность задания температуры срабатывания, поскольку характер распространения ультразвуковых волн в чувствительном элементе, а следовательно, и волновая картина на входе приемного устройства изменяются не только в зависимости от температуры чувствительного элемента, но также от места его нагрева и продолжительности воздействия пламени. Кроме того, недостатком аналогов является наличие двух пьезопреобразователей, подключенных к противоположным концам чувствительного элемента, что усложняет конструкцию этих аналогов.

В аналогах третьего из перечисленных выше типов частота колебаний ультразвукового генератора скачкообразно изменяется при нагревании чувствительного элемента до определенной температуры, что служит основанием для формирования сигнала оповещения о возникновении перегрева (возгорания). После устранения причины перегрева (возгорания) температура чувствительного элемента понижается, и частота автоколебаний возвращается к первоначальному значению, при этом узел индикации формирует сигнал об отсутствии перегрева (возгорания).

Достоинством аналогов третьего типа является высокая надежность сигнализации, поскольку отклонение амплитуды колебаний их ультразвукового генератора от стационарного значения, которое может происходить вследствие различных дестабилизирующих воздействий, не является фактором, вызывающим срабатывание этих аналогов, а величины частот автоколебаний, соответствующих отсутствию и наличию перегрева (возгорания), существенно отличаются между собой, поэтому сигнал оповещения о возникновении перегрева (возгорания) формируется с малой вероятностью ложной тревоги.

Недостаток аналогов третьего типа - наличие двух пьезопреобразователей, подключенных к противоположным концам ультразвукового волновода, что усложняет конструкцию аналогов. Кроме того, аналоги этого типа позволяют контролировать температуру объекта лишь в какой-либо локальной точке, что ограничивает их функциональные возможности.

Общим недостатком аналогов, содержащих излучатель и приемник ультразвука, подключенных к противоположным концам акустического волновода (чувствительного элемента), является сложность размещения на контролируемом объекте, поскольку при наличии излучателя и приемника ультразвука на противоположных концах акустического волновода увеличивается протяженность линий электропитания, съема и обработки информации, усложняется процесс налаживания и обслуживания этих аналогов.

Известно устройство аварийной пожарной сигнализации (заявка на изобретение РФ №2012104726/08 от 09.02.2012, опубл. 20.08.2013 в Бюл. №23, МПК G08B 17/00, решение о выдачи патента от 26.11.2013), содержащее термочувствительный элемент, состоящий из закрытой термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом (сплавом), образующим акустическую линию связи между выходом передающего пьезопреобразователя, подключенного к первому концу термочувствительного элемента, и входом приемного пьезопреобразователя, формирователь ультразвуковых колебаний, вход которого соединен с первым выходом блока обработки и управления, а выход подключен к входу передающего пьезопреобразователя, усилитель, вход которого соединен с выходом приемного пьезопреобразователя, выход усилителя соединен с входом блока обработки и управления, приемный пьезопреобразователь подключен к первому концу термочувствительного элемента, N вторых выходов блока обработки и управления соединены с соответствующими N вторыми входами сигнального средства, содержащего N+1 элементов индикации, подключенных своими входами к соответствующим N+1 входам сигнального средства, где N - целое число больше единицы, при этом первый выход блока обработки и управления соединен с первым входом сигнального средства.

В этом аналоге при возникновении возгорания контролируемого объекта термочувствительный элемент на участке, подвергнутом воздействию высокой температуры, нагревается. При достижении температуры плавления легкоплавкий материал (сплав), заполняющий термочувствительный элемент, на этом участке переходит в жидкое состояние, в результате чего изменяется резонансная частота собственных механических колебаний термочувствительного элемента, при этом блок обработки и управления формирует соответствующий сигнал на активизацию сигнального средства.

Достоинством этого аналога является то, что он формирует не только сигнал оповещения о наличии возгорания, но и сигнал, позволяющий локализовать очаг возгорания по длине термочувствительного элемента. Аналог имеет высокую точность задания температуры срабатывания, поскольку значение этой температуры определено химическим составом легкоплавкого материала (сплава), заполняющего чувствительный элемент, а так как излучатель и приемник ультразвука подключены к одному концу термочувствительного элемента, облегчается размещение и эксплуатация аналога на контролируемом объекте.

Недостаток аналога - сложность конструкции, так как для его функционирования необходимо наличие двух пьезопреобразователей, подключенных к одному концу термочувствительного элемента. Кроме того, эта конструкция должна исключать акустическую связь, уменьшающую чувствительность аналога, между излучателем и приемником ультразвука по термостойкой трубке, заполненной легкоплавким материалом (сплавом).

Известны ультразвуковые сигнализаторы возгорания, содержащие один пьезопреобразователь, подключенный к одному концу чувствительного элемента, представляющего собой протяженный акустический волновод из термостойкого материала (1. Патент РФ №2466459 от 07.11.2011, опубл. в Бюл. №31, 2012, МПК G08B 17/00; 2. Ильин О. Ультразвуковой сигнализатор возгорания. - Радио, 2013, №2, с.30-32; 3. Ильин О. Сигнализатор возгорания. - Радиомир, 2013, №6, с.13, 14, №7, с.20-23).

В аналогах этого типа пьезопреобразователь возбуждает в чувствительном элементе продольные ультразвуковые колебания, которые распространяются до противоположного конца чувствительного элемента, отражаются и возвращаются обратно к пьезопреобразователю, в результате чего в чувствительном элементе возникают стоячие акустические волны. Этому режиму соответствует определенное акустическое сопротивление волновода, служащего нагрузкой для пьезопреобразователя, а также величина мощности, затрачиваемой пьезопреобразователем на возбуждение ультразвуковых колебаний. При нагревании участка чувствительного элемента пламенем скорость распространения по волноводу ультразвуковых колебаний изменяется, соответственно меняется акустическое сопротивление волновода и мощность, затрачиваемая пьезопреобразователем на возбуждение колебаний в чувствительном элементе. В результате нарушается равенство напряжений на входах узла сравнения и при достижении разницы величин этих напряжений некоторого порогового уровня формируется сигнал оповещения о наличии возгорания, который воспроизводится узлом индикации. После устранения возгорания и снижения температуры чувствительного элемента эти сигнализаторы возвращаются в исходное состояние и вновь готовы к работе.

Достоинством аналогов этого типа является простота конструкции, поскольку их чувствительный элемент может быть выполнен из термостойкой проволоки, а для функционирования аналогов необходим один пьезопреобразователь, подключенный к одному концу термочувствительного элемента.

Недостаток аналогов - относительно невысокая точность задания температуры срабатывания и сложность настройки, поскольку для нормального функционирования этих аналогов необходимо соблюдать баланс напряжений на входах узла сравнения, нарушение которого может быть обусловлено не только повышением температуры чувствительного элемента в результате возгорания контролируемого объекта, но и под воздействием других факторов, например вследствие нестабильности параметров функциональных узлов самих аналогов.

В качестве прототипа выбрано устройство аварийной пожарной сигнализации (патент РФ №2470373 от 20.09.2011, опубл. в Бюл. №35, 2012, МПК G08B 17/00), содержащее термочувствительный элемент, состоящий из первой термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом (сплавом), образующим первую линию акустической связи между передающим и приемным пьезопреобразователями, подключенными к противоположным концам термочувствительного элемента, вторую линию акустической связи между этими пьезопреобразователями, образованную второй термостойкой трубкой, внутри которой расположен продольно термочувствительный элемент, формирователь электрических импульсов, выход которого соединен с входом передающего пьезопреобразователя, усилитель, вход которого подключен к выходу приемного пьезопреобразователя, а выход соединен с первым входом блока обработки и управления, включающего в себя решающий блок, выход которого подключен к выходу блока обработки и управления, соединенного с входом сигнального средства, блок обработки и управления, включающий в себя первый и второй формирователи электрических импульсов, первое и второе логические устройства, первый и второй триггеры, первый и второй интеграторы, первое и второе пороговые устройства, вход первого формирователя электрических импульсов соединен с первым входом блока обработки и управления, выход первого формирователя электрических импульсов соединен с первым входом первого и с первым входом второго логических устройств, вход второго формирователя электрических импульсов подключен ко второму входу блока обработки и управления и к первому входу первого триггера, первый выход второго формирователя электрических импульсов соединен со вторым входом первого логического устройства и с первым входом решающего блока, второй выход второго формирователя электрических импульсов подключен ко второму входу второго логического устройства и к первому входу второго триггера, выход первого логического устройства соединен со вторым входом первого триггера, выход второго логического устройства подключен ко второму входу второго триггера, выход первого триггера через соединенные последовательно первый интегратор и первое пороговое устройство подключен ко второму входу решающего блока, выход второго триггера через соединенные последовательно второй интегратор и второе пороговое устройство подключен к третьему входу решающего блока, при этом выход формирователя электрических импульсов соединен со вторым входом блока обработки и управления.

При воздействии пламени на чувствительный элемент прототипа температура чувствительного элемента в месте воздействия повышается, материал (сплав), находящийся внутри термостойкой трубки, плавится, в результате чего акустическая связь между излучателем и приемником ультразвука существенно ослабевает, что служит основанием для формирования сигнала оповещения о наличии возгорания. После устранения возгорания и достижения чувствительным элементом температуры, при которой материал, находящийся внутри термостойкой трубки, переходит в твердое состояние, акустическая связь между излучателем и приемником ультразвука восстанавливается и прототип вновь готов к работе.

Достоинством прототипа является высокая надежность сигнализации, так как он не только сигнализирует о наличии возгорания, но и контролирует исправность функциональных узлов, входящих в его состав, и в случае выхода их из строя оповещает о возникновении аварийной ситуации. Кроме того, прототип имеет высокую точность задания температуры срабатывания, поскольку значение этой температуры определено химическим составом легкоплавкого материала (сплава), заполняющего чувствительный элемент.

Недостатком прототипа является сложность конструкции, так как для его функционирования необходимо наличие двух пьезопреобразователей - передающего и приемного, подключенных к противоположным концам относительно сложного по конструкции термочувствительного элемента, содержащего две термостойкие трубки, первая из которых, заполненная легкоплавким материалом (сплавом), является акустическим изолятором между этим материалом (сплавом) и второй акустически проводящей термостойкой трубкой, внутри которой расположен продольно термочувствительный элемент.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение конструкции устройства аварийной пожарной сигнализации.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в устройстве аварийной пожарной сигнализации, содержащем термочувствительный элемент, состоящий из закрытой термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом (сплавом), пьезопреобразователь, соединенный рабочей поверхностью с первым концом термочувствительного элемента, усилитель, выход которого соединен с первым входом блока обработки и управления, первый формирователь электрических импульсов, первый выход которого соединен со вторым входом блока обработки и управления, содержащим второй формирователь электрических импульсов, вход которого подключен к первому входу блока обработки и управления, решающий блок, первый выход которого соединен с первым выходом блока обработки и управления и с первым входом сигнального средства, предусмотрены следующие отличия: в него введен блок коммутации, вход управления которого подключен ко второму выходу первого формирователя электрических импульсов, первый коммутируемый электрод блока коммутации соединен с третьим выходом первого формирователя электрических импульсов и с третьим входом блока обработки и управления, второй коммутируемый электрод блока коммутации подключен к сигнальному электроду пьезопреобразователя, третий коммутируемый электрод блока коммутации соединен с входом усилителя, первый вход решающего блока подключен к выходу второго формирователя электрических импульсов, второй и третий входы решающего блока соединены соответственно со вторым и с третьим входами блока обработки и управления, второй выход решающего блока соединен со вторым выходом блока обработки и управления и со вторым входом сигнального средства.

Кроме того, предложенное устройство аварийной пожарной сигнализации отличается тем, что второй формирователь электрических импульсов представляет собой подключенные между его входом и выходом последовательно соединенные амплитудный детектор, первый интегратор и первое пороговое устройство.

И, кроме того, предложенное устройство аварийной пожарной сигнализации отличается тем, что решающий блок включает в себя первый и второй SR-триггеры, логическое устройство, выполняющее операцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй интегратор, второе пороговое устройство, при этом первый вход логического устройства соединен с первым входом решающего блока и с входом R первого триггера, второй вход логического устройства подключен ко второму входу решающего блока, вход S первого триггера соединен с третьим входом решающего блока и с входом R второго триггера, выход которого подключен к первому выходу решающего блока, выход первого триггера подключен ко второму выходу решающего блока через последовательно соединенные второй интегратор и второе пороговое устройство.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно: по сравнению с прототипом упрощается конструкция устройства аварийной пожарной сигнализации.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства аварийной пожарной сигнализации; на фиг.2 изображены временные диаграммы в характерных точках этой структурной схемы.

Устройство аварийной пожарной сигнализации содержит (см. фиг.1): термочувствительный элемент 1, состоящий из закрытой термостойкой трубки 2, заполненной легкоплавким материалом (сплавом) 3; пьезопреобразователь 4, соединенный рабочей поверхностью 5 с первым концом термочувствительного элемента 1; усилитель 6; первый формирователь электрических импульсов 7; блок коммутации 8; блок обработки и управления 9; сигнальное средство 10.

Блок обработки и управления 9 включает в себя второй формирователь электрических импульсов 11 и решающий блок 12. Второй формирователь электрических импульсов 11 представляет собой подключенные между его входом 13 и выходом 14 последовательно соединенные амплитудный детектор 15, первый интегратор 16 и первое пороговое устройство 17. Решающий блок 12 включает в себя: первый 18 и второй 19 SR-триггеры; логическое устройство 20, выполняющее операцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ; второй интегратор 21; второе пороговое устройство 22.

Выход усилителя 6 соединен с первым входом 23 блока обработки и управления 9. Первый выход первого формирователя электрических импульсов 7 соединен со вторым входом 24 блока обработки и управления 9. Вход управления блока коммутации 8 подключен ко второму выходу первого формирователя электрических импульсов 7. Первый коммутируемый электрод блока коммутации 8 соединен с третьим выходом первого формирователя электрических импульсов 7 и с третьим входом 25 блока обработки и управления 9. Второй коммутируемый электрод блока коммутации 8 подключен к сигнальному электроду пьезопреобразователя 4. Третий коммутируемый электрод блока коммутации 8 соединен с входом усилителя 6. Первый вход 26 решающего блока 12 подключен к выходу 14 второго формирователя электрических импульсов 11. Второй 27 и третий 28 входы решающего блока 12 соединены соответственно со вторым 24 и с третьим 25 входами блока обработки и управления 9. Первый выход 29 решающего блока 12 соединен с первым выходом 30 блока обработки и управления 9 и с первым входом сигнального средства 10. Второй выход 31 решающего блока 12 соединен со вторым выходом 32 блока обработки и управления 9 и со вторым входом сигнального средства 10.

Первый вход логического устройства 20 соединен с первым входом 26 решающего блока 12 и с входом R первого триггера 18. Второй вход логического устройства 20 подключен ко второму входу 27 решающего блока 12. Вход S первого триггера 18 соединен с третьим входом 28 решающего блока 12 и с входом R второго триггера 19, выход которого подключен к первому выходу 29 решающего блока 12. Выход первого триггера 18 подключен ко второму выходу 31 решающего блока 12 через последовательно соединенные второй интегратор 21 и второе пороговое устройство 22.

Рабочая зона термочувствительного элемента 1 расположена по всей его длине за исключением участка, непосредственно примыкающего к рабочей поверхности 5 пьезопреобразователя 4. Температура плавления материала (сплава) 3 задана его химическим составом. Термостойкая трубка 2 выполнена из акустически проводящего материала (например, из стали).

Устройство аварийной пожарной сигнализации работает следующим образом. После включения устройства первый формирователь электрических импульсов 7 на интервале времени от t₀ до t₁ (см. фиг.2) формирует на своем третьем выходе прямоугольный импульс напряжения U_{вых.3 ФЭИ1} длительностью τ₁, который поступает на первый коммутируемый электрод блока коммутации 8. Одновременно с этим на вход управления блока коммутации 8 со второго выхода первого формирователя электрических импульсов 7 подается управляющий сигнал, который на интервале времени от t₀ до t₁ устанавливает блок коммутации 8 в состояние, когда его первый и второй коммутируемые электроды замкнуты между собой, а третий коммутируемый электрод разомкнут. В результате этого на сигнальный электрод пьезопреобразователя 4 с третьего выхода первого формирователя электрических импульсов 7 через первый и второй коммутируемые электроды блока коммутации 8 поступает импульс напряжения U_{вых.3 ФЭИ1} длительностью τ₁.

Пьезопреобразователь 4 преобразует электрический импульс напряжения U_{вых.3 ФЭИ1}, поступивший на его сигнальный электрод, в механический импульс, который посредством рабочей поверхности 5, соединенной с первым концом термочувствительного элемента 1, возбуждает в этом элементе собственные механические колебания частотой F и амплитудой А. Значение частоты F определяется геометрическими параметрами термочувствительного элемента 1, а также физическими свойствами материалов, из которых он изготовлен. Продолжительность затухания амплитуды А колебаний до некоторого порогового уровня А_порог зависит от добротности Q колебательной системы, образованной термостойкой трубкой 2 и заполняющим ее легкоплавким материалом (сплавом) 3. В момент времени t₂ амплитуда А собственных механических колебаний термочувствительного элемента 1 достигает величины А_порог.

На интервале времени от t₁ до t₃ на вход управления блока коммутации 8 со второго выхода первого формирователя электрических импульсов 7 подается управляющий сигнал, который устанавливает блок коммутации 8 в состояние, когда его второй и третий коммутируемые электроды замкнуты между собой, а первый коммутируемый электрод разомкнут. В результате этого с сигнального электрода пьезопреобразователя 4, работающего на интервале времени от t₁ до t₃ в качестве преобразователя механических колебаний, воздействующих на его рабочую поверхность 5, в электрические колебания, на вход усилителя 6 через второй и третий коммутируемые электроды блока коммутации 8 поступает сигнал в виде затухающих по амплитуде электрических колебаний.

Усиленный по амплитуде сигнал с выхода усилителя 6 подается на первый вход 23 блока обработки и управления 9, а также на вход 13 второго формирователя электрических импульсов 11. Второй формирователь электрических импульсов 11 преобразует этот сигнал посредством амплитудного детектора 15 в однополярное пульсирующее напряжение U_{вых. АД}. Пройдя через первый интегратор 16, напряжение U_{вых. АД} преобразуется в постоянное напряжение U_{вых. И1}, величина которого пропорциональна амплитуде А затухающих механических колебаний термочувствительного элемента 1.

При превышении напряжением U_{вых. И1} порогового уровня U_{порогю 1 ПУ1} первое пороговое устройство 17 формирует на своем выходе и соответственно на выходе 14 второго формирователя электрических импульсов 11 напряжение U_{вых. ФЭИ2} высокого логического уровня, а при уменьшении величины напряжения U_{вых. И1} ниже порогового уровня U_{порог. 2 ПУ1} - низкого логического уровня, в результате чего на временном интервале от t₁ до t₂ на выходе 14 второго формирователя электрических импульсов 11 формируется прямоугольный импульс напряжения U_{вых. ФЭИ2} высокого логического уровня длительностью τ₂.

На временном интервале от t₁ до t₂ первый формирователь электрических импульсов 7 формирует на своем первом выходе прямоугольный импульс напряжения U_{вых. 1 ФЭИ1} высокого логического уровня, длительность которого также равна τ₂. Импульс напряжения U_{вых. 1 ФЭИ1} поступает на второй вход 24 блока обработки и управления 9, на второй вход 27 решающего блока 12 и на второй вход логического устройства 20. Поскольку на временном интервале от t₀ до t₃ на первый и второй входы логического устройства 20, выполняющего операцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, поступают напряжения U_{вых. 1 ФЭИ1} и U_{вых. ФЭИ2} одинаковых логических уровней, его выходное напряжение на этом временном интервале находится на низком логическом уровне.

Напряжение низкого логического уровня с выхода логического устройства 20 подается на вход S второго триггера 19. Состояние второго триггера 19 не изменяется - на выходе этого триггера присутствует напряжение низкого логического уровня, сформированное в момент времени t₀ импульсом напряжения U_{вых. 3 ФЭИ1} высокого логического уровня, поступившим на вход R триггера 19 с третьего выхода первого формирователя электрических импульсов 7.

С выхода второго триггера 19 напряжение низкого логического уровня подается на первый выход 29 решающего блока 12, на первый выход 30 блока обработки и управления 9, а также на первый вход сигнального средства 10. При наличии напряжения низкого логического уровня на первом входе сигнального средства 10 устройство аварийной пожарной сигнализации формирует соответствующий сигнал оповещения об отсутствии возгорания контролируемого объекта.

На интервале времени от t₀ до t₁ на вход S первого триггера 18 воздействует импульс напряжения U_{вых.3 ФЭИ1} высокого логического уровня, который устанавливает этот триггер в состояние, когда на его выходе присутствует напряжение высокого логического уровня. Это напряжение поступает на вход второго интегратора 21. С момента времени t₀ выходное напряжение второго интегратора 21 U_{вых. И2} начинает возрастать. Однако в момент времени t₁ на вход R первого триггера 18 поступает напряжение U_{вых. ФЭИ2} высокого логического уровня, вследствие чего этот триггер устанавливается в состояние, когда на его выходе присутствует напряжение низкого логического уровня. Поэтому с момента времени t₁ напряжение на выходе второго интегратора 21 U_{вых. И2} начинает уменьшаться и не достигает уровня напряжения срабатывания второго порогового устройства 22 U_{порог. ПУ2}. В результате на выходе второго порогового устройства 22 формируется напряжение низкого логического уровня, которое поступает на второй выход 31 решающего блока 12 U_{вых. 2 РБ}, на второй выход 32 блока обработки и управления 9, а также на второй вход сигнального средства 10.

При наличии напряжения низкого логического уровня на втором входе сигнального средства 10 устройство аварийной пожарной сигнализации формирует соответствующий сигнал оповещения об отсутствии неисправности его функциональных узлов.

В момент времени t₃ на сигнальный электрод пьезопреобразователя 4 с третьего выхода первого формирователя электрических импульсов 7 через замкнутые между собой первый и второй коммутируемые электроды блока коммутации 8 вновь поступает прямоугольный импульс напряжения U_{вых. 3 ФЭИ1}, который возбуждает в термочувствительном элементе 1 собственные затухающие механические колебания.

Если происходит возгорание контролируемого объекта, например, в момент времени t₄, термочувствительный элемент 1 на участке, подвергнутом воздействию высокой температуры, нагревается. При достижении температуры плавления материал (сплав) 3, находящийся внутри термостойкой трубки 2, переходит в жидкое состояние. Поскольку в жидком состоянии материал (сплав) 3 поглощает механические колебания сильнее, чем в твердом состоянии, добротность Q колебательной системы, образованной термостойкой трубкой 2 и заполняющим ее легкоплавким материалом (сплавом) 3, уменьшается, при этом скорость затухания амплитуды А собственных механических колебаний термочувствительного элемента 1 увеличивается. В момент времени t₅ амплитуда А собственных механических колебаний термочувствительного элемента 1, а следовательно, и амплитуда напряжения на выходе первого интегратора 16 достигают пороговых уровней А_порог. и U_{порог. 2 ПУ1} соответственно, в результате чего в этот момент времени на выходе 14 второго формирователя электрических импульсов 11 появляется напряжение U_{вых. ФЭИ2} низкого логического уровня, которое поступает на первый вход логического устройства 20. В момент времени t₆ амплитуда А собственных механических колебаний термочувствительного элемента 1 спадает до нуля.

Поскольку на интервале времени от t₄ до t₇ на втором входе логического устройства 20 присутствует напряжение U_{вых. 1 ФЭИ1} высокого логического уровня, а в момент времени t₅ на его первый вход поступает напряжение U_{вых. ФЭИ2} низкого логического уровня, в этот момент времени напряжение на выходе логического устройства 20 переходит с низкого на высокий логический уровень.

Напряжение высокого логического уровня с выхода логического устройства 20 поступает на вход S второго триггера 19, устанавливая его в состояние, когда на выходе этого триггера присутствует напряжение высокого логического уровня. В результате в момент времени t₅ на первом выходе 29 решающего блока 12 появляется напряжение U_{вых.1 РБ} высокого логического уровня, которое поступает на первый выход 30 блока обработки и управления 9 и на первый вход сигнального средства 10.

При наличии напряжения высокого логического уровня на первом входе сигнального средства 10 устройство аварийной пожарной сигнализации формирует соответствующий сигнал оповещения о возгорании контролируемого объекта. Если к моменту времени t₈ возгорание ликвидировано, то в дальнейшем на интервале времени от t₈ до t₁₁ это устройство работает аналогично изложенному выше.

Если в момент времени t₁₁ возникает неисправность устройства аварийной пожарной сигнализации, например выходят из строя чувствительный элемент 1, пьезопреобразователь 4 или усилитель 6, то вследствие этого в момент времени t₁₂ на выходе 14 второго формирователя электрических импульсов 11 не формируется напряжение U_{вых. ФЭИ2} высокого логического уровня. Поэтому состояние первого триггера 18, установленного в момент времени t₁₁ импульсом напряжения высокого логического уровня, поступившим на его вход S с третьего выхода первого формирователя электрических импульсов 7, в состояние, когда на его выходе присутствует напряжение высокого логического уровня, не изменяется. В результате напряжение на входе второго интегратора 21 принимает высокий логический уровень, вследствие чего напряжение на его выходе U_{вых. И2} начинает возрастать. В момент времени t₁₃ напряжение U_{вых. И2} достигает уровня срабатывания второго порогового устройства 22 U_{порог. ПУ2}. В результате этого на выходе второго порогового устройства 22 формируется напряжение высокого логического уровня, которое поступает на второй выход 31 решающего блока 12, на второй выход 32 блока обработки и управления 9, а также на второй вход сигнального средства 10.

При наличии напряжения высокого логического уровня на втором входе сигнального средства 10 устройство аварийной пожарной сигнализации формирует соответствующий сигнал оповещения о неисправности. После устранения неисправности устройство аварийной пожарной сигнализации вновь готово к работе и функционирует согласно изложенному выше.

Таким образом, предлагаемое устройство аварийной пожарной сигнализации выгодно отличается от прототипа, поскольку при одинаковых с ним функциональных возможностях имеет более простую конструкцию, так как для функционирования этого устройства необходим один пьезопреобразователь, подключенный к одному концу более простого по конструкции термочувствительного элемента, содержащего одну акустически проводящую термостойкую трубку, заполненную легкоплавким материалом (сплавом).

Применение предлагаемого устройства аварийной пожарной сигнализации в системах контроля протяженных пожароопасных объектов позволит повысить эффективность этих систем за счет упрощения их конструкции, а также снижения стоимости размещения и обслуживания на контролируемом объекте.

Изобретение относится к устройствам аварийной пожарной сигнализации, приводимым в действие тепловым воздействием очага возгорания, и предназначено для использования в системах контроля протяженных пожароопасных объектов. Технический результат - упрощение конструкции устройства аварийной пожарной сигнализации. Устройство содержит термочувствительный элемент, состоящий из закрытой акустически проводящей термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом (сплавом), пьезопреобразователь, усилитель, формирователь электрических импульсов, блок коммутации, блок обработки и управления, сигнальное средство. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство аварийной пожарной сигнализации, содержащее термочувствительный элемент, состоящий из закрытой термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом, пьезопреобразователь, соединенный рабочей поверхностью с первым концом термочувствительного элемента, усилитель, выход которого соединен с первым входом блока обработки и управления, первый формирователь электрических импульсов, первый выход которого соединен со вторым входом блока обработки и управления, содержащим второй формирователь электрических импульсов, вход которого подключен к первому входу блока обработки и управления, решающий блок, первый выход которого соединен с первым выходом блока обработки и управления и с первым входом сигнального средства, отличающееся тем, что в него введен блок коммутации, вход управления которого подключен ко второму выходу первого формирователя электрических импульсов, первый коммутируемый электрод блока коммутации соединен с третьим выходом первого формирователя электрических импульсов и с третьим входом блока обработки и управления, второй коммутируемый электрод блока коммутации подключен к сигнальному электроду пьезопреобразователя, третий коммутируемый электрод блока коммутации соединен с входом усилителя, первый вход решающего блока подключен к выходу второго формирователя электрических импульсов, второй и третий входы решающего блока соединены соответственно со вторым и с третьим входами блока обработки и управления, второй выход решающего блока соединен со вторым выходом блока обработки и управления и со вторым входом сигнального средства.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй формирователь электрических импульсов представляет собой подключенные между его входом и выходом последовательно соединенные амплитудный детектор, первый интегратор и первое пороговое устройство.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что решающий блок включает в себя первый и второй SR-триггеры, логическое устройство, выполняющее операцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, второй интегратор, второе пороговое устройство, при этом первый вход логического устройства соединен с первым входом решающего блока и с входом R первого триггера, второй вход логического устройства подключен ко второму входу решающего блока, вход S первого триггера соединен с третьим входом решающего блока и с входом R второго триггера, выход которого подключен к первому выходу решающего блока, выход первого триггера подключен ко второму выходу решающего блока через последовательно соединенные второй интегратор и второе пороговое устройство.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что легкоплавкий материал выполнен в виде сплава.