Сигнализатор газа Российский патент 2024 года по МПК G01N27/12 

Техническое решение относится к средствам мониторинга окружающей среды и предназначено для автоматического непрерывного контроля наличия и концентрации горючих и опасных газов (метана - СН₄ и угарного газа - СО) в помещениях общего пользования в многоквартирных домах с целью выявления превышения допустимых концентраций.

При использовании и содержании внутридомового и внутриквартирного газового оборудования остро стоит вопрос осуществления газового анализа для обеспечения безопасности населения и сохранности имущества. Так как газ распространяется стремительно и не заметен для человека, то необходимо осуществление контроля превышения концентрации газов такими датчиками, которые будут срабатывать незамедлительно, оповещая о превышении предельно допустимой концентрации (далее ПДК) газов.

На сегодняшний день известны устройства позволяющие фиксировать превышение допустимых концентраций газов производственных или бытовых помещениях. Так, например, известно «Устройство для контроля концентрации опасных газов» по патенту на изобретение №2638915, предназначенное для мониторинга окружающей среды, в частности для автоматического непрерывного контроля концентрации горючих газов (метана - СН₄, кислорода - O₂ и угарного газа - СО) в жилых, коммунальных и производственных помещениях с целью обнаружения превышения допустимых концентраций и своевременного принятия эффективных мер, обеспечивающих снижение загазованности, за счет повышения помехоустойчивости и достоверности определения идентификационного номера помещения, здания, где произошла утечка опасных газов, путем устранения явления «обратной работы» второго типа.

Также известно «Устройство для контроля концентрации опасных газов» по патенту на изобретение № 2411511, предназначенное для мониторинга окружающей среды, в частности для автоматического непрерывного контроля концентрации горючих газов в жилых, коммунальных и производственных помещениях и принятия эффективных мер, обеспечивающих снижение загазованности в жилых, коммунальных и производственных помещениях путем передачи тревожной информации в службу газовой безопасности в случае, если произойдет превышение установленного значения ПДК для CH₄ и CO или снижение содержания предельного значения для O₂. В известном устройстве достижение поставленного результата обеспечивает наличие трех реле, мультивибратора, передатчика и дистанционным пунктом контроля, причем обмотки реле подключены к соответствующим выходам микро ЭВМ, передатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, телеграфного ключа, усилителя мощности и передающей антенны, передатчик и мультивибратор через замыкающий контакт первого реле подключены к блоку питания, замыкающий контакт второго реле включен последовательно с резистором в одно из плеч мультивибратора, замыкающие контакты третьего реле и реле мультивибратора подключены параллельно телеграфному ключу передатчика, дистанционный пункт контроля выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого через гетеродин соединен с выходом блока перестройки, усилителя промежуточной частоты, удвоителя фазы, второго анализатора спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, ключа, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, фазового детектора и блока регистрации, к выходу удвоителя фазы последовательно подключены делитель фазы на два и узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора, к выходу порогового блока подключены звуковой сигнализатор и блок перестройки.

Недостатком известного устройств можно назвать отсутствие универсальности и возможности мгновенной передачи информации в диспетчерскую службу на дальние расстояния, так как в известном устройстве применяют передачу через передающую антенну, расположенную на устройстве контроля и принимающую антенну на диспетчерском пульте.

Техническим результатом, реализуемым в настоящем изобретении, является обеспечение возможности своевременного и мгновенного оповещения диспетчерской службы о превышении концентрации газов в помещении, путём включения в состав сигнализатора модуля сотовой связи и печатной платы, содержащей компоненты, позволяющие ускорить передачу данных, повысить надежность работы сигнализатора, и обеспечить бесперебойное питание.

Технический результат достигается за счет того, что в сигнализаторе газа, включающем корпус с установленными в нем источником питания, по крайней мере одним датчиком газа с аналогово-цифровым преобразователем, печатной платой с микроконтроллером, согласно изобретению, ко входам микроконтроллера подключены датчики газа, органы управления сигнализатором и преобразователь постоянного тока, который в свою очередь соединен с линейным стабилизатором напряжения и контроллером заряда, причем линейный стабилизатор напряжения последовательно соединен с импульсным регулятором напряжения, а контроллер заряда последовательно соединен с микросхемой защиты и аккумуляторной батареей; к выходу микроконтроллера подключен блок индикации; микроконтроллер взаимосвязан с энергонезависимой памятью, микросхемой интерфейса RS-485, сдвиговым регистром, а также с последовательно соединенными переключателем, цифровым транзистором, GSM модулем и трехдиапазонной антенной.

В качестве датчика газа с аналогово-цифровым преобразователем применяют датчик угарного газа и/или датчик метана.

Включение в сигнализатор газа микроконтроллера взаимосвязанного с аналоговым переключателем, маломощным цифровым транзистором, GSM/GPRS модулем с поддержкой Bluetooth и с трехдиапазонной антенной, учитывая, что аналоговый переключатель с низким электропотреблением предназначен для управления SIM-картой и оптимизирован под переключение сигналов передачи данных и сигналов управления и при этом отвечает требованиям передачи данных через SIM-карты, а его низкая емкость (10 пФ) гарантирует высокую скорость передачи данных, в то же время учитывая наличие микросхемы интерфейса RS-485 работающей в полудуплексном режиме, с низким энергопотреблением и высокой защитой от электростатических разрядов уменьшает уровень электромагнитных помех и отражение, что позволяет реализовывать безошибочную передачу данных на скорости, позволяет мгновенно передавать данные на пульт оператора.

Преобразователь постоянного тока, линейный стабилизатор напряжения импульсный регулятор напряжения, контроллер заряда, микросхема защиты и аккумуляторная батарея позволяют обеспечить возможность автономной работы в течение трех-четырех часов. Совокупность существенных признаков позволяет достигать технического результата, заключающегося в обеспечении возможности своевременного и мгновенного оповещения диспетчерской службы путём включения в состав сигнализатора модуля сотовой связи и печатной платы, содержащей компоненты, позволяющие ускорить передачу данных, повысить надежность работы сигнализатора, и обеспечить бесперебойное питание.

В результате проведенных патентных исследований не выявлено известных из уровня техники аналогичных решений, характеризуемых заявляемой совокупностью признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» и «изобретательский уровень», сигнализатор газа соответствует критерию «промышленная применимость» так как может быть изготовлены в промышленных масштабах с использованием стандартного оборудования.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 показана структурная схема сигнализатора газа;

на фиг. 2 показан сигнализатор газа, вид сверху со снятой крышкой корпуса;

на фиг. 3 показан сигнализатор газа, общий вид.

Сигнализатор газа, включает датчик угарного газа 1 (CO) и метана 2 (CH₄), каждый из которых выполнен в виде полупроводникового сенсора и связан с микроконтроллером 3. Выход микроконтроллера 3 соединен с компонентами световой и звуковой индикации 4. Вход микроконтроллера 3 соединен с органами управления сигнализатором 5, выполненными в виде кнопки сброса. Одновременно с этим, микроконтроллер 3 взаимосвязан с аналоговым переключателем 6, маломощным цифровым транзистором 7, GSM/GPRS модулем 8 с поддержкой Bluetooth и с трехдиапазонной антенной 9.

GSM/GPRS модуль 8 с поддержкой Bluetooth включает миниатюрный GSM/GPRS модуля со встроенными модулем Bluetooth, который поддерживает технологию Bluetooth 3.0, SIM-карту, держатель SIM-карты. Предпочтительно применять в сигнализаторе миниатюрную керамическую GSM чип-антенну. Трехдиапазонная антенна 9 выполнена в виде миниатюрной чип-антенна GSM с широким диапазоном частот от 880 МГц до 960 МГц и 1710 МГц и 1990 MГц. является всенаправленной. Аналоговый переключатель 6 с низким электропотреблением предназначен для управления SIM-картой. Он оптимизирован под переключение сигналов передачи данных и сигналов управления, отвечает требованиям передачи данных через SIM-карты, а его низкая емкость (10 пФ) гарантирует высокую скорость передачи данных. Маломощный цифровой транзистор 7 имеет дополнительную базу электронных компонентов, что позволяет сократить количество компонентов на плате.

Микроконтроллер 3 также взаимосвязан с энергонезависимой памятью 10, микросхемой 11 интерфейса RS-485, сдвиговым регистром 12.

Наличие в схеме микросхемы 11 интерфейса RS-485 работающей в полудуплексном режиме, с низким энергопотреблением и высокой защитой от электростатических разрядов уменьшает уровень электромагнитных помех и отражение, что позволяет реализовывать безошибочную передачу данных на скорости.

Сдвиговый регистр 12 позволяет увеличить количество линий управления микроконтроллера 3, за счет обеспечения контроля до восьми дополнительных линий, используя при этом всего три вывода микроконтроллера 3.

Ко входу микроконтроллера 3 подключен преобразователь постоянного тока 13. К преобразователю постоянного тока 13 подключен линейный стабилизатор напряжения 14, который последовательно соединен с импульсным регулятором напряжения 15. Кроме того к преобразователю постоянного тока 13 подключен контроллер заряда 16, последовательно соединенный с микросхемой защиты 17 и аккумуляторной батареей 18. Электронные компоненты заключены в корпус 19.

Энергообеспечение сигнализатора газа осуществляется от источника питания через разъем питания 20 или от резервной аккумуляторной батареи 18. Сигнализатор газа снабжен источником резервного питания, в качестве которого применяют резервную аккумуляторную батарею 18, благодаря чему сигнализатор газа имеет возможность автономной работы в течение трех-четырех часов.

Источник питания включает импульсный регулятор напряжения 15, линейный стабилизатор напряжения 14, повышающий преобразователь постоянного тока 13, контроллер заряда 16 Li-ion аккумулятора, микросхемы 17 защиты аккумулятора, аккумуляторную батарею 18. Импульсный регулятор напряжения 15 отличается высоким КПД, особенно при большом диапазоне входных напряжений, он обладает высокой удельной мощностью, а также возможностью гальванической развязки входных и выходных цепей. Линейный стабилизатор напряжения 14 положительной полярности, основным преимуществом которого является простота применения благодаря минимальным внешним компонентам. Линейный стабилизатор напряжения 14 обеспечивает низкий уровень шума выходного напряжения и не создает электромагнитных помех, которые могут влиять на работу сигнализатора газа в целом. Повышающий преобразователь постоянного тока 13 обладает рядом преимуществ, среди которых программируемый уровень выходного напряжения, минимальный уровень пульсаций и устойчивость к переходным процессам. Контроллер заряда 16 Li-ion батареи используется для создания полноценного зарядного устройства для литиевых аккумуляторов с возможностью регулирования тока и напряжения. Одной его особенностью является наличие защиты от неверной полярности подключения аккумуляторной батареи, программируемого тока заряда, линейных характеристик зарядного устройства, возможности автономной подзарядки (перезарядки) и других функций. Микросхема защиты 17 аккумулятора Li-ion предотвращает его перезаряд или перегрузку, поскольку обладает очень низким уровнем энергопотребления.

Сигнализатор газа работает следующим образом.

После подачи электропитания на микроконтроллер 3, происходит запуск и автоматическая калибровка сигнализатора газа. Контроллер заряда 16 позволяет проверить емкость и текущий заряд аккумуляторной батареи 18, и при необходимости передает на микроконтроллер 3 сигнал о необходимости заряда аккумуляторной батареи.

После калибровки прибор автоматический переходит в режим измерения. Результаты инструментальных замеров с выходов датчиков метана 1 и/или углекислого газа 2 поступают на микроконтроллер 3 через аналого-цифровой преобразователь датчиков (не показан). Цифровой код, поступивший на микроконтроллер 3, сравнивается с заданными порогами ПДК, измерения происходят с периодом в 2.5 минуты для CO, и постоянно для CH₄. Поступившая информация записывается в энергонезависимую память 10 сигнализатора.

Далее посредством аналогового переключателя 6, маломощного цифрового транзистора 7, модуля GSM 8 и трехдиапазонной антенной 9 сигнализатор газа осуществляет передачу сигнала на пульт оператора, например на пульт оператора Системы газовой безопасности «Планар-СГ». Выдача предупреждающих звуковых и световых сигналов, а также передача информации на пульт оператора Системы газовой безопасности «Планар-СГ» происходит при достижении предельно допустимой концентрации CO и CH4 в контролируемом помещении.

Рассмотрим ситуацию превышения допустимой концентрации метана.

В случае превышения ПДК метана от датчика метана 1 в частности с выхода полупроводникового сенсора, информация поступает на микроконтроллер 3. Затем цифровой код сравнивается с заданными пороговыми значениями ПДК. При обнаружении превышения ПДК микроконтроллер 3 выдает предупреждающие звуковые и световые сигналы через блок индикации 4 и одновременно с этим передает информацию на пульт оператора Системы газовой безопасности «Планар-СГ» через аналоговый переключатель 6, маломощный цифровой транзистор 7, модуль GSM 8 и трехдиапазонную антенну 9.

Использование: для автоматического непрерывного контроля наличия и концентрации горючих и опасных газов в помещениях общего пользования. Сущность изобретения заключается в том, что сигнализатор газа включает корпус с установленными в нем источником питания, по меньшей мере одним датчиком газа с аналогово-цифровым преобразователем, печатной платой с микроконтроллером. Ко входам микроконтроллера подключены датчики газа, органы управления сигнализатором и преобразователь постоянного тока, который в свою очередь соединен с линейным стабилизатором напряжения и контроллером заряда, причем линейный стабилизатор напряжения последовательно соединен с импульсным регулятором напряжения, а контроллер заряда последовательно соединен с микросхемой защиты и аккумуляторной батареей; к выходу микроконтроллера подключен блок индикации; микроконтроллер взаимосвязан с энергонезависимой памятью, микросхемой интерфейса RS-485, сдвиговым регистром, а также с последовательно соединенными переключателем, цифровым транзистором, GSM модулем и трехдиапазонной антенной. В качестве датчика газа с аналогово-цифровым преобразователем применяют датчик угарного газа и/или датчик метана. Технический результат: обеспечение возможности своевременного и мгновенного оповещения диспетчерской службы о превышении концентрации газов в помещении. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сигнализатор газа, включающий корпус с установленными в нем источником питания, по крайней мере одним датчиком газа с аналогово-цифровым преобразователем, печатной платой с микроконтроллером, отличающийся тем, что ко входам микроконтроллера подключены датчики газа, органы управления сигнализатором и преобразователь постоянного тока, который в свою очередь соединен с линейным стабилизатором напряжения и контроллером заряда, причем линейный стабилизатор напряжения последовательно соединен с импульсным регулятором напряжения, а контроллер заряда последовательно соединен с микросхемой защиты и аккумуляторной батареей; к выходу микроконтроллера подключен блок индикации; микроконтроллер взаимосвязан с энергонезависимой памятью, микросхемой интерфейса RS-485, сдвиговым регистром, а также с последовательно соединенными переключателем, цифровым транзистором, GSM модулем и трехдиапазонной антенной.

2. Сигнализатор газа по п. 1, отличающийся тем, что в качестве датчика газа с аналогово-цифровым преобразователем применяют датчик угарного газа.

3. Сигнализатор газа по п. 1, отличающийся тем, что в качестве датчика газа с аналогово-цифровым преобразователем применяют датчик метана.