Комбинированный пожарный извещатель Российский патент 2023 года по МПК G08B17/103 

Изобретение относится к противопожарным техническим средствам, в частности к комбинированным пожарным извещателям с двумя каналами регистрации - дымовым и тепловым, применяемым в случаях, когда необходимо контролировать оба фактора пожара (дым и тепло) или когда доминирующий фактор не определен.

Известен оптический датчик дыма, содержащий установленный на основании корпус, в котором образована измерительная камера, связанная с окружающим пространством посредством выполненных в корпусе подводящих каналов, имеющих волнообразную форму, а также расположенные в измерительной камере источник светового излучения, два фотоприемника, каждый из которых отделен от прямого попадания излучения от источника светового излучения соответствующей перегородкой, при этом источник светового излучения выполнен из двух излучателей, работающих в разных цветовых диапазонах, а оба фотоприемника - с возможностью восприятия рассеянного излучения в применяемых диапазонах цветового спектра, причем фотоприемники имеют возможность соединения с модулем управления и расположены в измерительной камере таким образом, что первый из них, воспринимающий прямое рассеянное излучение от источника светового излучения, находится в зоне прямого рассеяния светового излучения под углами в диапазоне 30-40° от направления, совпадающего с направлением падающего света, а второй из них, воспринимающий боковое рассеянное излучение от источника светового излучения - в зоне бокового рассеяния светового излучения в диапазоне углов 85-110° от направления, совпадающего с направлением падающего света - RU 179257 U1, 2018 г.

Известный оптический датчик дыма имеет достаточную достоверность показаний при значительной запыленности измерительной камеры, достигаемую использованием двух оптопар, работающих в разных световых диапазонах, позволяющих дифференцировать частицы дыма и пыли. Однако горение веществ с интенсивным повышением температуры с практически отсутствием дыма, например, при горении легко воспламеняющихся жидкостей, тип горения - ТП-6, данный датчик является неэффективным и не определяет пожар, который уже идет.

Известен комбинированный пожарный извещатель в соответствии со способом измерения оптической плотности среды, включающий наличие нескольких измерительных каналов, связанных с опорным каналом, при этом измерительные каналы расположены в пространстве на равном расстоянии от общего центра, выделение амплитуд разностных между измерительными каналами сигналов, сравнение максимальной из таких амплитуд со значением сигнала в опорном канале и при превышении порога по результатам сравнения формирование результатов измерения оптической плотности среды для установления факта наличия дыма - RU 2618476 C1, 2017 г.

Извещатели пожарные, построенные с использованием такого способа, обладают высокой чувствительностью и способны обнаружить пожар на ранней стадии, но прямое повышение чувствительности дымового оптического извещателя ведет к повышению ложных срабатываний, особенно при использовании таких пожарных извещателей на объектах, где пыль возникает в процессе применяемой технологии работ. Другим недостатком извещателя является неравномерное старение в процессе эксплуатации используемых оптопар: трех - в измерительных каналах и одной - в опорном канале, что сказывается на достоверности измерений.

Наиболее близким аналогом является извещатель опасности в виде дымового извещателя для работы в зоне с повышенным радиоактивным излучением, содержащий, детекторный блок, определяющий характеристику опасности, полупроводниковый компонент и другие электрические компоненты для вывода сигнала тревоги, и схему управления температурой, сконфигурированную для управления температурой полупроводникового компонента, при этом схема регулирования температуры содержит электрический нагревательный элемент, управляющий нагревом одного полупроводникового компонента, при этом один полупроводниковый компонент включает в себя микроконтроллер на базе процессора, имеющий, исполняемую компьютерную программу для управления рассеиванием электроэнергии микроконтроллера и/или другой полупроводниковый компонент, которым может управлять микроконтроллер в соответствии с температурой полупроводникового компонента посредством электрического нагревательного элемента - US 2013120150 A1.

В известном извещателе опасности для компенсации тепла, окружающего блок извещателя, которое может препятствовать проникновению дыма или отклонять его таким образом, что в случае пожара внутрь блока извещателя может попасть недостаточное количество частиц дыма для того, чтобы быть обнаруженными, используется схема управления температурой собственного излучения электронных компонентов, а также используются тепловые перегородки, отделяющие измерительный канал детектора от его других частей, и тепловые развязки, способствующие сбросу тепла на конструкцию, к которой устанавливается извещатель.

В соответствии с указанными недостатками, техническая задача изобретения - уменьшение электропотребления и тепловыделения, повышение достоверности обнаружения пожара, снижение эксплуатационных расходов.

Эта задача решена в комбинированном пожарном извещателе, содержащем корпус с размещенным в нем детектором дыма в виде дымовой камеры с перегородкой, разделяющей установленные с разных ее сторон под углом друг к другу светоизлучатель и фотоприемник, оптические оси которых лежат в разных плоскостях. Дымовая камера содержит защитную сетку по всему периметру, а также имеет специальные выступы, выполненные в виде ребер волнообразной формы, расположенные по периферии дымовой камеры равномерно по ее периметру. Над дымовой камерой, внутри корпуса, расположен тепловой канал, выполненный в виде делителя напряжения, включающего в себя резистор и прецизионный термодатчик в виде терморезистора. На корпусе установлен индикаторный элемент в виде светодиода, корпус имеет в нижней части вырезы. Внутри корпуса содержится электронный блок регистрации и управления, содержащий микроконтроллер, который соединен с детектором дыма, тепловым каналом и, через электронный ключ - с индикаторным элементом. Блок регистрации и управления соединен с выходом усилителя, вход которого подключен к фотоприемнику. Микроконтроллер соединен с термокомпенсированным источником тока с подключенным к его выходу светоизлучателем. Накопитель энергии в виде конденсатора соединен с термокомпенсированным источником тока. Делитель напряжения подключен к микроконтроллеру.

Частное исполнение предполагает использование в качестве светоизлучателя и фотоприемника инфракрасные свето- и фотодиоды.

На фиг. 1, 2 и 3 изображена конструкция пожарного извещателя, на фиг. 4 - схема электронного блока регистрации и управления, на фиг. 5 - диаграмма импульсов фототока при нарастании концентрации дыма в корпусе извещателя.

Конструкция пожарного извещателя по фиг. 1, 2, 3 состоит из корпуса 1 с вырезами 2 в его нижней части и размещенным в нем детектором дыма в виде дымовой камеры 3 с перегородкой 4, разделяющей установленные с разных ее сторон под углом друг к другу светоизлучатель 5 и фотоприемник 6 так, что оптические оси их лежат в разных плоскостях.

Перегородка 4 исключает прямое попадание излучения света и выполнена в виде выступа в конструкции с возможностью протекания потока дыма с внешней стороны, через вырезы 2.

Светоизлучатель 5 выполнен в виде инфракрасного светодиода, фотоприемник 6 выполнен в виде инфракрасного фотодиода.

Дымовая камера 3 защищена сеткой 7 по всему периметру от доступа насекомых и посторонних предметов.

Дымовая камера 3 имеет специальные выступы 8, выполненные в виде ребер волнообразной формы и расположенные по периферии камеры 3, равномерно по ее периметру - фиг. 3. Выступы 8 исключают внешнюю засветку фотоприемника 6.

Волнообразная форма выступов дымовой камеры, защищающих ее от внешней засветки, не препятствует дыму проникновению внутрь.

Над дымовой камерой 3, внутри корпуса 1, расположен тепловой канал, содержащий прецизионный термодатчик 9, выполненный в виде терморезистора.

На корпусе 1 установлен индикаторный элемент в виде светодиода 10 для визуального определения работоспособности устройства.

Внутри корпуса 1, за дымовой камерой 3, размещен электронный блок регистрации и управления с микроконтроллером 11, который обрабатывает сигналы с дымового и теплового каналов, он смонтирован на печатной плате.

Блок-схема электронного блока приведена на фиг. 4.

Дымовой канал содержит термокомпенсированный источник тока 12 со светоизлучателем 5, усилитель 13 с подключенным к нему фотоприемником 6 и накопитель энергии в виде конденсатора 14.

Тепловой канал выполнен в виде делителя напряжения и содержит прецизионный термодатчик 9, в качестве которого используют терморезистор, и резистор 15.

Управление обоими каналами осуществляется микроконтроллером 11, который соединен с источником тока 12 светоизлучателя 5, выходом усилителя 13 и делителем напряжения теплового канала, а конденсатор 14 соединен с источником тока 12 светоизлучателя 5.

Установленный на корпусе 1 индикаторный светодиод 10, индицирующий состояние работы пожарного извещателя, подключен к микроконтроллеру 11 через электронный ключ 16, например транзистор.

Работа пожарного извещателя осуществляется следующим образом.

Микроконтроллер 11 с определенной частотой опроса вырабатывает управляющий сигнал для источника тока 12, формирующий импульс тока для светоизлучателя 5, излучающего световой поток в инфракрасном диапазоне, который рассеивается частичками дыма и улавливается фотоприемником 6.

Микроконтроллер 11 имеет в своем составе два аналого-цифровых преобразователя АЦП1 и АЦП2, принимающих сигналы с дымового и теплового канала, соответственно, анализ сигналов с которых проводится в микроконтроллере 11 с помощью встроенных в него алгоритмов, созданных на основе диаграммы направленности рассеянного излучения, согласно теории рассеяния световой волны на частицах малых размеров и изменения свойств полупроводниковых элементов от температуры.

Сигнал светоизлучателя 5, принятый фотоприемником 6, усиливается усилителем 13 и поступает на узел аналого-цифрового преобразователя (АЦП1) микроконтроллера 11, в котором преобразуется в цифровой код, пропорциональный уровню освещенности фотоприемника 6. Энергия для формирования токового импульса поступает от конденсатора 14, заряжающегося в паузах между импульсами.

Принцип действия теплового канала заключается в измерении напряжения с помощью АЦП2 микроконтроллера 11 в центральной точке делителя, которое изменяется пропорционально изменению сопротивления терморезистора (прецизионного термодатчика 9) и, как следствие, пропорционально изменению температуры.

Тепловой канал, построенный как максимально-дифференциальный, реагирует не только на установленный температурный порог, но и на скорость нарастания температуры, поэтому он своевременно, при резком нарастании температуры, выдает сигнал о пожаре.

В данном пожарном извещателе применен метод компенсации запыленности дымовой камеры, который одновременно является еще и механизмом дополнительной температурной компенсации при суточных и сезонных колебаниях температуры.

На фиг. 5 схематично представлена диаграмма импульсов фототока, возникающих при нарастании концентрации дыма в камере 3 извещателя.

Измерение в дымовом канале основывается на вычислении отклонений отклика детектора дыма (светоизлучателя 5 и фотоприемника 6) от базовой линии Б, значение которой определяется по отклику детектора дыма в тот момент, когда в камере отсутствует дым. Это значение определяется при первом включении пожарного извещателя после его программирования, и записывается в энергонезависимую память устройства.

Порог срабатывания П извещателя настраивается относительно этой базовой линии Б, то есть, уровень задымленности рассчитывается следующим образом:

Vdym = Vcurr - Vbase

где:

- Vdym - это уровень задымленности, который в результате будет сравниваться с порогом;

- Vcurr - текущее измеренное значение в дымовой камере;

- Vbase - базовое значение в дымовой камере при чистом воздухе.

При попадании (и оседании) пылевых частиц в камеру при измерении появляется постоянный сигнал, отличный от базовой линии Б и влияющий на точность вычисления Vdym.

В предлагаемом пожарном извещателе базовая линия Б является адаптивной, и при очень медленных изменениях (таких, как суточные изменения температуры или попадание частички пыли в камеру) принимает новое актуальное значение.

Для реализации механизма адаптивной базовой линии в предлагаемом пожарном извещателе введен дифференциальный канал, измеряющий скорость изменения значения Vdym. Если за длительный период изменение Vdym не превысит определенного порога, то устройство вычисляет новое значение Vbase = Vcur и дальше использует при вычислениях это новое значение.

Таким образом, уровень Vbase постоянно подстраивается под текущее состояние дымовой камеры; такой механизм позволяет значительно увеличить периоды сервисного обслуживания датчика (очистку дымовой камеры).

Предлагаемый комбинированный пожарный извещатель основное время работы находится в ждущем режиме, поэтому его собственное электропотребление и, соответственно, тепловыделение минимально.

По алгоритму, заложенному в микроконтроллер извещателя, он постоянно подстраивается под текущее состояние дымовой камеры, что повышает достоверность обнаружения пожара, а также позволяет значительно снизить эксплуатационные расходы, увеличив время между сервисным обслуживанием датчика (очисткой дымовой камеры).

Изобретение относится к противопожарным техническим средствам. Технический результат заключается в уменьшении электропотребления и тепловыделения, повышении достоверности обнаружения пожара. Комбинированный пожарный извещатель содержит детектор дыма и прецизионный термодатчик, при этом детектор дыма выполнен в виде дымовой камеры с защитной сеткой и светоизлучателем и фотоприемником внутри, оптические оси которых лежат в разных плоскостях. Дымовая камера выполнена со специальными выступами, выполненными в виде ребер волнообразной формы для исключения внешней засветки фотоприемника. Внутри корпуса извещателя расположен тепловой канал с прецизионным термодатчиком, сигналы с которого, вместе с сигналами от светоизлучателя, обрабатываются электронным блоком регистрации и управления, содержащим микроконтроллер, усилитель, фотоприемник, термокомпенсированный источник тока, соединенный со светоизлучателем, и накопитель энергии в виде конденсатора. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Комбинированный пожарный извещатель, содержащий корпус с размещённым в нём детектором дыма в виде дымовой камеры с перегородкой, разделяющей установленные с разных её сторон под углом друг к другу светоизлучатель и фотоприёмник, оптические оси которых лежат в разных плоскостях, дымовая камера выполнена со специальными выступами, над дымовой камерой, внутри корпуса, расположен прецизионный термодатчик в виде терморезистора, входящего в тепловой канал, корпус имеет в нижней части вырезы, внутри корпуса содержится электронный блок регистрации и управления с микроконтроллером, который соединён с детектором дыма, тепловым каналом и индикаторным элементом, отличающийся тем, что дымовая камера содержит защитную сетку по всему периметру, специальные выступы в ней выполнены в виде рёбер волнообразной формы, расположенных по периферии дымовой камеры равномерно по её периметру, индикаторный элемент выполнен в виде светодиода, установлен на корпусе и подключён к микроконтроллеру через электронный ключ, дополнительно введены усилитель, накопитель энергии в виде конденсатора и термокомпенсированный источник тока, при этом вход усилителя соединён с выходом фотоприёмника, а выход подключён к микроконтроллеру, накопитель энергии в виде конденсатора подключён к термокомпенсированному источнику тока, выходом соединённому со светоизлучателем, а входом - с микроконтроллером, который также соединён с тепловым каналом, выполненным в виде делителя напряжения, включающего в себя резистор и прецизионный термодатчик в виде терморезистора.

2. Комбинированный пожарный извещатель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве светоизлучателя и фотоприёмника используют инфракрасные свето- и фотодиоды.