ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ Российский патент 2019 года по МПК G08B17/06 

Устройство относится к области пожарной безопасности и может быть использовано в пьезотехнике, например, в качестве пироэлектрических источников питания (далее ИП) и др.

Пожарные извещатели (далее ПИ) являются важнейшими элементами пожарной сигнализации. Они преобразуют с помощью чувствительных элементов (далее ЧЭ) физические величины, характеризующие несанкционированный нагрев и возгорание (далее нагрев) в сигнал, свойственный ЧЭ, несущий информацию о нагреве в сигнал, удобный для его использования в системе пожарной безопасности (далее первичный сигнал и вторичный, соответственно). При наличии различных физических принципов, положенных в основу конструкции ПИ, одним из наиболее распространенных является тепловой принцип [1]. В этом случае, при возникновении нагрева, даже в отсутствие других признаков нагрева - задымления, открытого возгорания и др., в ЧЭ ПИ осуществляется преобразование уровня нагрева в уровень первичного сигнала, как правило, электрического, несущего информацию о нем.

Далее из этого сигнала, с помощью дополнительных устройств, формируется вторичный сигнал. В качестве вторичного сигнала в ряде случаев может служить и усиленный первичный.

Очевидно, что для формирования сигнала, ПИ должен быть подключен к источнику питания. При этом широкое применение нашли точечные ПИ, зоной ответственности которых является ближайшая область вокруг ПИ [1]. Именно такие ПИ рассматриваются в данной работе.

Известен тепловой ПИ [2], состоящий из ЧЭ, преобразующий нагрев в первичный сигнал, выполненный в виде термистора на основе сплава Вуда, в скачек электрического тока при обрыве последовательной цепи при ее разрыве после воздействия нагревом на термистор, подключенный к внешнему ИП с помощью проводов. Наличие такого скачка и является сигналом несущем информацию о нагреве до температуры плавления сплава Вуда, и выше.

Недостатком такого устройства является отсутствие автономности ПИ, а именно, необходимость подачи питания от внешнего источника по проводам. Это затрудняет его размещение и, в общем случае, обслуживание в пожароопасных местах, в том числе в труднодоступных. При этом возникает зависимость пожарной безопасности системы от человеческого фактора. Последнее обстоятельство обретает особый смысл при создании систем пожарной безопасности в многолюдных помещениях, например торгово-развлекательных центрах [5].

Наиболее близким к заявляемому устройству является автономный ПИ [3], состоящий из ЧЭ, преобразующий нагрев в первичный сигнал, несущий информацию о степени нагрева, подключенных к нему дополнительных устройств, преобразующих первичный сигнал во вторичный - радиосигнал, передаваемый в систему пожарной безопасности по радиоканалу, а также автономный ИП в виде батареек или аккумуляторов.

Такой ПИ обладает более высокой степенью автономности, что позволяет оправдать затраты на его установку и обслуживание, в том числе и в труднодоступных местах повышенной пожарной опасности. В то же время не устраняется необходимость в периодической замене ИП. Это обстоятельство делает автономность ПИ условной, скорее позволяет назвать их беспроводными, и ограничивает надежность всей системы пожарной безопасности. Прежде всего такое ограничение создает человеческий фактор, что особенно актуально для многолюдных помещений, например торгово-развлекательных центров [5].

Задачей, на решение которой направлено заявленное устройство, является достижение технического результата в виде повышения автономности ПИ, увеличивающей возможность размещения, и, практически отсутствие необходимости в обслуживании ПИ в пожароопасных местах, в том числе труднодоступных, и, самое главное, практической независимости от человеческого фактора. Последнее является особенно актуальным для создания систем пожарной безопасности, практически не зависящих от человеческого фактора, в многолюдных местах, например в торгово-развлекательных центрах [5].

Поставленная задача решается в конструкции автономного ПИ, состоящего из ЧЭ (выполняющего функции ИП), преобразующего нагрев в первичный сигнал, подключенных к нему дополнительных устройств, и преобразующих первичный сигнал во вторичный, радиосигнал, удобный для его использования в исполнительных устройствах, а так же автономного ИП, отличающегося тем, что ЧЭ выполнен из пироэлеткрика, реагирующего на нагрев накоплением на нем электроэнергии, отдающего часть ее как от ИП, при достижении ею заданного порогового уровня, в виде первичного сигнала, через подключенное к ЧЭ как к ИП разрядное устройство, работающее в релейном режиме (вкл./выкл.), в преобразователь первичного сигнала во вторичный.

Возможен вариант ПИ, в котором ЧЭ как ИП изготовлен из сегнетоэлектрика, как разновидности пироэлектрика [4].

Также возможен вариант ПИ, в котором в качестве разрядного устройства, работающего в релейном режиме, использовано газоразрядное устройство, оптические (световые) вспышки, которого сопровождающие разряд, могут служить в качестве вторичного сигнала.

Возможен вариант ПИ, в котором к выходу разрядного устройства, через соответствующие электрические цепи, включающие в себя по необходимости выпрямитель, подключен источник радиосигнала, как вторичного сигнала, в виде контура ударного возбуждения или генератора ударного возбуждения, подключенного к системе пожарной безопасности через радиоканал.

Возможен вариант ПИ, в котором в качестве газоразрядного устройства, использована неоновая лампа типа МН-3.

Возможен вариант ПИ, в котором в качестве пироэлектрика использована пьезокерамика системы ЦТС, например ЦТС-19.

Известно, что при нагреве или охлаждении пьезокерамичсекого элемента, так и пироэлемента [4], на нем выделяется электрический заряд, как на конденсаторе, или, что практически одно и тоже, электрическое напряжение между электродами, как между обкладками конденсатора. При достаточно эффективном нагреве, это напряжение достигает величины разряда на неоновой лампе, подключенной между электродами. Так в частности, пьезокерамический элемент в виде сферы из ЦТС-19, при начальной температуре около 15-18°С, нагреваясь в руке человека и, будучи нагруженным на неоновую лампу типа МН-3, дает до 10 вспышек этой лампы, вследствие релаксации. При охлаждении сферы происходит такой же процесс, со сменой знака напряжения на электродах. В последнем случае, по необходимости, возможно использование выпрямителя, для формирования обычного ИП с заданной полярностью. С ростом емкости пьезоэлемента, растет заряд, отдаваемый через неоновую лампу, растет надежность срабатывания генератора, питаемого от этого ИП, в качестве такого генератора может быть использован как контур ударного возбуждения, так и импульсный генератор ударного возбуждения (далее генератор) [6]. Возбуждаемые при этом радиоимпульсы несут информацию о нагреве и, принимаемые на пульт управления системы пожарной безопасности, они формируют сигнал для исполнительных устройств. Наличие человеческого фактора - смена батареек, например [5], снижает надежность системы пожарной безопасности.

Основной идеей предлагаемого технического решения является полный отказ от внешних видов обслуживания ПИ, например, периодической замены элемента питания -батареек, и использование взамен этого энергии самого возгорания, в данном случае нагрева. Это практически избавит ПИ от человеческого фактора.

Устройство опробовано на предприятии. На фиг. 1 приведена схема электрическая макета пироэлектрического ИП, на базе пьезоэлемента 1 из ЦТС-19 - сферы , нагруженной на неоновую лампу МН-3 2 с элементом нагрузки 3.

При нагреве в руке человека сферы 1, от температуры (приблизительно) 15-18°С до 30-32°С неоновая лампа успевает вспыхнуть, вследствие явлений релаксации, 8-10 раз при использовании в качестве элемента нагрузки 3 резистора 10 кОм.

Проведение повторных испытаний, показало высокую повторяемость результатов и их надежность. Подобное устройство может быть использовано в качестве автономного ПИ, в котором в качестве вторичного сигнала служат вспышки газоразрядного устройства, например неоновая лампа МН-3. С целью повышения эффективности работы ПИ, в качестве элементов 1-3 могут быть использованы иные устройства, в зависимости от поставленных задач.

Элемент 3 может содержать в себе выпрямитель, позволяющий использовать нагрев и охлаждение как источник питания в ИП, заданного знака.

На фиг. 2а приведена схема электрическая излучающей радиоимпульсы части макета пироэлектирческого ИП для ПИ на базе пьезоэлемента 1 из ЦТС-19 - сферы , нагруженной на неоновую лампу МН-3 (2) с подключенным к ней через элемент 3 и излучающую антенну 4, колебательный контур 5 с резонансной частотой ƒ_r в несколько кГц.

На фиг. 2б приведена схема электрическая приемной части макета ПИ на базе приемной антенны 1б, нагруженной на колебательный контур 2б и подключенные к нему дополнительные устройства 3б, содержащие регистрирующие устройства (осциллограф).

Было установлено, что при нагреве пьезоэлемента 1 от комнатной температуры до +70°С на выходе 3б устройства появляются радиоимпульсы, сопровождающие релаксационные разряды пироэлемента 1. При этом было соблюдено условие равенства резонансных частот ƒ_r колебательных контуров 5 и 2б. Уже при частотах в несколько кГц, части макета функционировали при их разнесении на расстояние до 1 м, с ростом ƒ_r это расстояние резко возрастало. Таким образом, была найдена приблизительная нижняя граница рабочего диапазона ƒ_r заявляемого ПИ - несколько кГц. В качестве согласующего элемента 3 был использован резистор, оптимизирующий длительность ударного импульса - его и импульса питания. Для более высоких частот, на которых расстояние между частями ПИ - приемной и излучающей, могут возрасти до десятков и более метров, в качестве элемента 3 может быть использован генератор ВЧ, питаемый от импульсов релаксации неоновой лампы, и, таким образом, включаемый или выключаемый ими.

Литература

1. ru.wikipedia.org/wiki/Пoжapный_извeщaтeль

2. protivpozhara.com/signal/struktura/tochechnyj-pozharnyj-izveshhatel

3. С 2000Р-ИП

4. К. Окадзаки. Технология керамических диэлектриков, М., «Энергия», 1976 г. стр. 9

5. kommersant.ru/doc/3605486

Изобретение относится к области пожарной безопасности и может быть использовано в пьезотехнике, например, в качестве пироэлектрических источников питания. Предложен автономный пожарный извещатель, состоящий из чувствительного элемента, подключенных к нему дополнительных устройств и преобразующих первичный сигнал во вторичный радиосигнал, удобный для его использования в исполнительных устройствах, а также автономного источника питания. Особенностью извещателя является то, что чувствительный элемент выполнен из пироэлектрика, реагирующего на нагрев накоплением на нем электроэнергии, отдающего часть ее как от источника питания, при достижении ею некоторого заданного уровня, в виде первичного сигнала, через подключенное к ЧЭ разрядное устройство, работающее в релейном режиме (вкл./выкл.), в преобразователь первичного сигнала во вторичный. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Автономный пожарный извещатель, состоящий из чувствительного элемента, преобразующего признак пожара - нагрев, в первичный сигнал, подключенных к нему дополнительных устройств, преобразующих первичный сигнал во вторичный, подключенных к системе пожарной безопасности беспроводным способом, отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен из пироэлектрика, реагирующего на нагрев накопленной энергией, отдающего часть ее, при достижении ею заданного порогового уровня, в виде первичного сигнала, через подключенное к чувствительному элементу разрядное устройство, работающее в релейном режиме, в преобразователь первичного сигнала во вторичный, подключенный к системе пожарной безопасности беспроводным способом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что ЧЭ изготовлен из сегнетоэлектрика как разновидности пироэлектрика.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве разрядного устройства, работающего в релейном режиме, использовано газоразрядное устройство, оптические вспышки которого, сопровождающие разряд, могут служить в качестве вторичного сигнала.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что к выходу разрядного устройства подключен источник радиосигнала как вторичного сигнала через соответствующие электрические цепи.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве одного из видов пироэлектрика использована пьезокерамика системы ЦТС-19.