ДАТЧИК ДЫМА Российский патент 2019 года по МПК G08B17/10 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к пожарной сигнализации, а именно к датчикам дыма, предназначенным для использования в извещателях пожарных дымовых оптико-электронных точечных (ИПДОТ) для обнаружения загораний, сопровождающихся появлением дыма в закрытых помещениях различных зданий и сооружений, путем регистрации рассеянного частицами дыма оптического излучения.

Уровень техники

Каждый известный ИПДОТ содержит датчик дыма, в который входят оптический излучатель и фотоприемник, оптическая связь между ними устанавливается только при попадании частичек дыма в зону обнаружения дыма. Зона обнаружения дыма представляет собой пространство, пронизанное излучением от оптического излучателя, находящееся в поле зрения фотоприемника. Особенностью зоны обнаружения дыма является то, что при попадании частички дыма в любую точку ее пространства часть рассеянного ею светового излучения попадает в фотоприемник. Датчик дыма размещен в корпусе ИПДОТ, который обеспечивает поступление дыма в зону обнаружения дыма извне, при его наличии в окружающем ИПДОТ пространстве.

Известен датчик дыма (авт. св. СССР №1264220, МПК G08B 17/10, опубл. 1986), который содержит корпус с установленными под углом друг к другу фотоприемником и излучателем, обращенным к внутренней поверхности зеркального отражателя, выполненного в виде полого усеченного прямого конуса, при этом фотоприемник обращен к меньшему сечению полого усеченного прямого конуса, ось которого совмещена с осью фотоприемника, а излучатель обращен к большему сечению полого усеченного прямого конуса, причем угол ϕ между осью полого усеченного прямого конуса и осью излучателя равен ϕ.

Наиболее близким к предложенному изобретению является, выбранный в качестве прототипа датчик дыма (патент RU №2037883, МПК G08B 17/10, опубл. 19.06.1995 г.). Датчик содержит корпус, в котором размещены излучатель с установленной перед ним первой фокусирующей линзой, их оптические оси совмещены, фотоприемник, отражатель, выполненный в виде полого усеченного конуса, внутренняя поверхность которого выполнена зеркальной. Плоскость основания конусного отражателя представляет собой эллиптическую поверхность, угол между этой плоскостью и оптической осью излучателя исключает попадание прямого излучения от излучателя в фотоприемник. Геометрическая ось полого усеченного конуса совмещена с оптической осью фотоприемника и расположена под углом к оптической оси излучателя, обеспечивающим более полную регистрацию рассеянного излучения, направленного вперед, при этом в месте малого кругового сечения конусного отражателя перед фотоприемником установлена вторая фокусирующая линза. Датчик снабжен сферическим отражателем, вогнутая сторона которого обращена к отражателю, выполненному конусным, а фокус его находится в центре эллиптического сечения конусного отражателя.

Для размещения, в соответствии с предлагаемой оптической схемой, упомянутых оптических элементов, корпус датчика дыма, следовательно, и корпус ИПДОТ, должны иметь достаточно большие габаритные размеры и сложную конструкцию. Т.е. описанное выше техническое решение не позволяет создать недорогой малогабаритный датчик дыма.

Сущность изобретения

Техническая задача, положенная в основу предлагаемого технического решения, заключается в создании малогабаритного датчика дыма, с высокой чувствительностью обнаружения дыма.

Решение этой задачи достигнуто признаками независимого пункта формулы изобретения.

Это достигается тем, что в датчике дыма, содержащем излучатель, фотоприемник и трубчатый отражатель, имеющий сквозное отверстие с зеркальной поверхностью, фотоприемник и излучатель размещены в зоне входа в сквозное отверстие и обращены внутрь отверстия, форма сквозного отверстия в продольном и поперечном направлениях и положение излучателя относительно зеркальной поверхности и фотоприемника выбраны из условия, что излучение от излучателя не направлено прямо и после отражения от зеркальной поверхности в фотоприемник, а с участием упомянутой зеркальной поверхности направлено из сквозного отверстия во внешнее пространство через выход из сквозного отверстия.

В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму цилиндра.

В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму призмы.

В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму усеченного конуса, диаметр отверстия увеличивается от входа в отверстие к выходу из него.

В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму усеченного конуса, диаметр отверстия уменьшается от входа в отверстие к выходу из него.

В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму усеченной пирамиды, размеры поперечного сечения отверстия увеличиваются от входа в отверстие к выходу из него.

В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму усеченной пирамиды, размеры поперечного сечения отверстия уменьшаются от входа в отверстие к выходу из него.

Выполнение сквозного отверстия в форме цилиндра является предпочтительным. Все остальные предлагаемые формы сквозного отверстия позволяют выбрать наиболее технологичный вариант изготовления трубчатого отражателя.

В частном случае выполнения изобретения в зоне входа в сквозное отверстие в стенке трубчатого отражателя имеется отверстие для размещения излучателя.

В частном случае выполнения изобретения излучатель оснащен, по меньшей мере, одной диафрагмой.

Форму сквозного отверстия в продольном и поперечном направлениях выбирают из условия, что каждый оптический луч, кроме лучей, рассеянных частичками дыма, после отражения от зеркальной поверхности находится ближе к выходу из сквозного отверстия, чем плоскость поперечного сечения сквозного отверстия, проходящая через точку отражения этого луча, т.е. излучение от излучателя, с участием зеркальной поверхности, направлено из сквозного отверстия во внешнее пространство через выход из сквозного отверстия.

Совокупность существенных признаков позволяет сформировать зону обнаружения дыма внутри сквозного отверстия и в зоне выхода из него, в ее формировании участвуют лучи, идущие как непосредственно от излучателя, так и лучи от излучателя, подвергшиеся отражению и последовательному переотражению зеркальной поверхностью. В сформированной таким образом зоне обнаружения дыма получена высокая плотность энергии излучения. Фотоприемник облучается излучением, рассеянным частичками дыма, идущим как непосредственно от частичек дыма, так и излучением, рассеянным частичками дыма, подвергшимся отражению и последовательному переотражению зеркальной поверхностью. За счет участия зеркальной поверхности в облучении фотоприемника расширен диапазон углов регистрации рассеянного излучения.

Краткое описание чертежей.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 и 2 показаны примеры взаимного расположения оптических элементов в датчиках дыма;

На фиг. 1 и 2 показан пример образования оптической связи излучателя с фотоприемником при попадании в зону обнаружения дыма частичек дыма. Оптическая связь показана стрелками, обозначающими траектории световых лучей.

Осуществление изобретения

Датчик дыма (фиг. 1 и фиг. 2) содержит излучатель 1, фотоприемник 2 и трубчатый отражатель 3 со сквозным отверстием и обращенной внутрь отверстия зеркальной поверхностью 4, и отверстием 5 (фиг. 2), выполненным в стенке трубчатого отражателя 3. Сквозное отверстие имеет зону входа 6 и выход 7. На фиг. 1 и 2 для пояснения работы датчика дыма условно показаны две частички дыма, обозначенные позициями 8 и 9. Т.к. датчик дыма предназначен для использования в ИПДОТ, он может не иметь корпуса - его оптические элементы крепятся к деталям, входящим в ИПДОТ.

Излучатель 1 генерирует пучок лучей, который направлен внутрь сквозного отверстия. Часть лучей беспрепятственно покидает внутреннее пространство отверстия через выход 7 из него, а остальные лучи, упав на зеркальную поверхность 4, покидают упомянутое пространство через выход 7 после отражения и последовательного переотражения от этой поверхности.

В поле зрения фотоприемника 2 находится как внутреннее пространство сквозного отверстия, так и зеркальная поверхность 4, обращенная внутрь отверстия. При отсутствии частичек дыма во внутреннем пространстве сквозного отверстия и в зоне выхода 7 из него, которая так же находится в поле зрения фотоприемника 2 и пронизана лучами от излучателя 1, т.е. в зоне обнаружения дыма, фотоприемник 2 выдает минимальный сигнал фоновой засветки.

Фоновая засветка фотоприемника 2 - облучение фотоприемника 2 отраженными и переотраженными деталями датчика дыма и деталями корпуса ИПДОТ излучением от излучателя 1, и излучением, поступающим из окружающего ИПДОТ пространства. Предлагаемое техническое решение обеспечивает низкий уровень фоновой засветки за счет того, что она возможна только со стороны выхода 7 из сквозного отверстия.

При попадании в зону обнаружения дыма частичек дыма 8 и 9 излучение от излучателя 1 частично рассеивается ими во всех направлениях, и при условии, что сквозное отверстие имеет форму цилиндра (частный случай), 50% рассеянного излучения направляется, с участием зеркальной поверхности 4, в сторону фотоприемника 2, размещенного в зоне входа 6 в сквозное отверстие. Часть (от 50%) рассеянного излучения, направленного в сторону фотоприемника 2, падает на чувствительную поверхность фотоприемника 2, причем размер этой части зависит от угла чувствительности фотоприемника 2 и соотношения площади чувствительной поверхности фотоприемника 2 и площади поперечного сечения сквозного отверстия.

Облучение чувствительной поверхности фотоприемника 2 рассеянным излучением вызывает в фотоприемнике 2 генерацию электрического сигнала. Величина этого сигнала пропорциональна силе облучения фотоприемника 2. При достижении электрическим сигналом определенной величины электрическая схема ИПДОТ вырабатывает сигнал «пожар».

При реализации датчика дыма в качестве излучателя 1 можно применить светодиод LED-3033URC-700 mcd, предлагаемый компанией PHILEDS (красный 625 nm, 400-700 mcd, угол 100°, цилиндр, диаметр 3 мм, высота 6,1 мм, без фланца), надев на его корпус, не закрывая линзу, тонкостенную трубку из непрозрачного материала, которая может выполнять функции диафрагмы.

При реализации датчика дыма в качестве фотоприемника 2 можно использовать фотодиод BPW34, выпускаемый фирмой Silicon Laboratories (430-1100 nm, площадь чувствительной поверхности 7,5 мм², угол половинной чувствительности равен ±65°). Подходит для видимого и ближнего ИК-излучения.

Изложенное выше техническое решение позволяет создать малогабаритный датчик дыма с высокой чувствительностью обнаружения дыма. Это достигается за счет упрощения его конструкции по отношению к прототипу, высокой плотности энергии излучения в зоне обнаружения дыма и расширения диапазона углов регистрации рассеянного излучения.

Изобретение относится к пожарной сигнализации, а именно к датчикам дыма. Датчик дыма содержит излучатель, фотоприемник и трубчатый отражатель, имеющий сквозное отверстие с зеркальной поверхностью. Фотоприемник и излучатель размещены в зоне входа в сквозное отверстие и обращены внутрь отверстия. Форма сквозного отверстия в продольном и поперечном направлениях и положение излучателя относительно зеркальной поверхности и фотоприемника выбраны из условия, что излучение от излучателя не направлено прямо и после отражения от зеркальной поверхности в фотоприемник, а с участием упомянутой зеркальной поверхности направлено из сквозного отверстия во внешнее пространство через выход из сквозного отверстия. Зона обнаружения дыма с высокой плотностью энергии излучения сформирована, с участием зеркальной поверхности, внутри сквозного отверстия и в зоне выхода из него. За счет участия зеркальной поверхности в облучении фотоприемника расширен диапазон углов регистрации рассеянного излучения. Таким образом создан малогабаритный датчик дыма с высокой чувствительностью. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Датчик дыма, содержащий излучатель, фотоприемник и трубчатый отражатель, имеющий сквозное отверстие с зеркальной поверхностью, отличающийся тем, что фотоприемник и излучатель размещены в зоне входа в сквозное отверстие и обращены внутрь отверстия, форма сквозного отверстия в продольном и поперечном направлениях и положение излучателя относительно зеркальной поверхности и фотоприемника выбраны из условия, что излучение от излучателя не направлено прямо и после отражения от зеркальной поверхности в фотоприемник, а с участием упомянутой зеркальной поверхности направлено из сквозного отверстия во внешнее пространство через выход из сквозного отверстия.

2. Датчик дыма по п. 1, отличающийся тем, что сквозное отверстие имеет форму цилиндра.

3. Датчик дыма по п. 1, отличающийся тем, что сквозное отверстие имеет форму призмы.

4. Датчик дыма по п. 1, отличающийся тем, что сквозное отверстие имеет форму усеченного конуса, диаметр отверстия увеличивается от входа в отверстие к выходу из него.

5. Датчик дыма по п. 1, отличающийся тем, что сквозное отверстие имеет форму усеченного конуса, диаметр отверстия уменьшается от входа в отверстие к выходу из него.

6. Датчик дыма по п. 1, отличающийся тем, что сквозное отверстие имеет форму усеченной пирамиды, размеры поперечного сечения отверстия увеличиваются от входа в отверстие к выходу из него.

7. Датчик дыма по п. 1, отличающийся тем, что сквозное отверстие имеет форму усеченной пирамиды, размеры поперечного сечения отверстия уменьшаются от входа в отверстие к выходу из него.

8. Датчик дыма по п. 1, отличающийся тем, что в зоне входа в сквозное отверстие в стенке трубчатого отражателя имеется отверстие для размещения излучателя.

9. Датчик дыма по п. 1, отличающийся тем, что излучатель оснащен по меньшей мере одной диафрагмой.