Устройство для пожарной сигнализации Советский патент 1984 года по МПК G08B17/00 

Изобретение относится к пожарной сигнализации, а более конкретно к оптическим сигнальным датчикам, и может быть использовано для создаНИН устройства пожарной сигнализацин при воэгорании в помещении. , Известно устройство для пожарной сигнализации, содержащее лазер с коллиматором, расщепитель пучка лазерного излучения, у5голковый отражатель, генератор, подключенный к модулятору лазерного излучения, три фотаприемника, подключенных к блоку обработки сигналов с индикатором, и блок контроля мощности излучения лазера. В этом устройстве коллимированньШ и модулированный по амплитуде пучок лазерного излучения отражается от уголкового отражателя, расположенно го на противоположной стене, и попа дает на первый фотоприемник. В случае появления дыма амплитуда скгяал на.выходе этого фотоприемника падает, а на выходе второго фотоприемиика, регистрирующего излучение, рассеянное средой,- возрастает. Оба сигнала подаются на блок обработки сигналов, который вырабатывает сигн тревоги. Третий фотоприемник предназначен .для контроля мощности излучения лазера flj. Недостатками устройства являются невысокие чувствительность и помехоустойчивость . Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ус ройство для пожарной сигнализации, содержащее последовательно установленные лазер, поворотжш зеркала, одно из которых прикреплено к пьезо керамическому вибратору, подключенному к reHepaiTopy, фотоприемник, подключенный через усилитель и избирательный фильтр, настроенный на частоту доплеровского сдвига часто ты модулированного излучения, к индикатору.J В известном устройстве лазерное излучение Делится на два пучка: пер вый попадает на Фотоприемник после о ражения от неподвижных зеркал, а вт рой проходит по охраняемому помещению и попадет на фотощзиемник после отражения от зеркалаj прикрепленного к пьезокерамическому вибратору. Вследствие колебаний отража щего зеркала излучение второго пучка имеет доплеровский сдвиг частоты Избирательный фильтр пропускает сигнал с частотой, соответствующей этому доплеровскому сдвигу. При возникновении пожара турбулентные потоки воздуха вносят дополнительный сдвиг частоты лазерного излучения. Поэтому амплитуда сигнала на выходе избирательного фильтра уменыпается и вырабатывается сигнал тревоги С23. Однако известное устройство чувбт итеЛьно к вибрациям стен помещения, на иотЪрых закреплены оптические у лементы, и вибрации самих оптических элементов (зеркал). Источниками вибраций могут быть механизмы, станки, работающая вентиляционная Система, проезжающие вблизи помещения транспортные средства. Указанные внавние воздействия вносят дополнительную модуляцию излучения и пара,зитйый сдвиг частоты сигнала с фотоприемника. Это приводит к снижению помехоустойчивости, уменьшается сигнал на выходе избирательного фильтра, что приводит к ложной тревоге. Увеличение ширины пропускания избирательного фильтра, с целью исключения сигналов ложной тревоги, умень- , шает чувствительность устройства к возгоранию. Цель изобретения - повьппение чувствительности и помехоустойчивости устройства для пожарной сигнализации. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для пожарной сигнализации, содержащее индикатор и последовательно установленные лазер, поворотные зеркала, и фотоприемиик, введены дифференциальный усилитель, фазовый детектор, генератор опорного сигнала и последовательно установленные между лазером и поворотными зеркалами коллиматор,диафрагма и оптический клин, одна из граней которого выполнена полупрозрачной, а другая - отраж.ающей, при этом фотоприемник содержит два горизонтально размещенных фотоэлемента, расстояние между которыми определяется соотношением . ьл- tfCnZ-sin р ас стояни емежду фо тоэл егдементами; длина волны излучения лазера;i - угол падения луча лазера н полупрозрачную грань клина ПУ - показатель преломления материала кпина; if - угол клина. выходы фотоэлементов подключены к входам .дифференциального усилителя, выход которого подключен к одному входу фазового детектора, выход фазоврго детектора подключен к ивдика РУ, другой вход фазового детектора управляющий вход источника питания лазера подключены к выходу генератора опорного сигнала. Такое конструктивное выполнение устройства позволяет обнаруживать елафте восходящие потоки теплого воздуха, что резко повьш1ает его чув ствительность к возгоранию. Устрой: ство не реагирует на изменения попо ния лазерного лучка, падающего на фотоприемник. Поэтому вибрация стен помещения и оптических элементов устройства, -а также изменения коэффициента рефракции лазерног излучения в пометцении не приводят к выработке сигнала ложной тревоги. На фиг.1 изображена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема фотоприемника и система регистрации. Устройство содержит последовател но установленные лазер 1, коллиматор 2i диа4ч агму 3, оптический клин одна из граней которого выполнена полупрозрачной, а другая отражающей , поворотные зеркала 5, фотоприемник 6, подключенный к блоку 7 регистрации, содержащему ивдикатор 8, дифференциальные усилители 9 и 10, фазовые детекторы 11, элемент ИЛИ 1 генератор 13 опорного сигнала, исто ник 14 питания лазера 1. Фотоприемник 6 содержит два ряда вертикально расположенных фотоэлементов 5. Устройство работает следукяцим образом.. Пучок излучения лазера 1 при про хождении коллиматора 2 увеличиваетс в диаметре, его расходимость уменьшается. Диафрагма 3 ограничивает пучок 16 излучения.например,по урЬвню 0,8 от плотности мощности излу чения в центре сечения пучк (лазер 1 с гауссовым распределением излучения в сечении пучка). Далее пучок J6 падает на оптический клин 4, первая грань iwTOporo выпол иена полупрозрачной и имеет коэффиUHCHt отражения порядка 30%, а вторая отражающая поверхность с коэф циентом отражения около 100%. От клина 4 отражаются два когерентных пучка 16 излучения примерно равной мощности. Интерферирующие пучки 16 отражаются от поворотных зеркал 5 и попадают на фотоприемник 6. В плоскости фотоприемника 6 они формируют вертикальные интерференционные полосы, расстояние между которыми определяется формулойodcosiCos r-Vjcosfr- f) . - f : h 5 nf cosrtO,5cos(r-2y)+0,5co3 {Зг-2 Y)J гд ot - ширина интерференционной полосы;. / - длина волны лазерного излучения;i - угол падения лазерного пучка 16 на полупрозрачную грань оптического клина 4; Н - показатель преломления материала клина 4;.. V- угол клина 4; г - угол преломления падшощего ца клин 4 пучка 16, который вынисляется из соотношения - -Bj. где h - показатель преломления среды помещения {воздуха); показатель преломления материала клина 4. Формула получена при рассмотрении интерференции пучков, отраженных от :граней клина 4, из условия, что оптическая разность хода лучей, отраженных от первой и второй отражающих граней клина4, равна Я . При реализации устройства угол падения -выбирается равным 45 , а угол клина 4 - 30 . Материал клина 4 имеет показатель преломления ,5. Тогда г а 28, т.е-, имеЭто позволяем неравенство ет привести формулу к более простому виду Zs(n4( .,. Для Л 0,63 мкм и при , ,5 формула для расчета расстояния между 5 интерферешдионными полосами примет вид: , 34 ct Y где d в миллиметрах - в угловых секундах. На фотоэлементы 15 попадает одинаковое количество энергии, а сигнал на их выходах равны. На выходе дифференциальных усилителей 9 и 10 сигнал отсутствует. Такие факторы, как вибрация стен на которых расположены оптические узлы устройства, и вибрация ойтических элементов не приводят к изменению ширины интерференционной полоcbi, и следовательно сигналы на выходах фотоэлементов 15 остаются равным При возгорании появляются восходя щие потоки нагретого воздуха, которы воздействуют на пучки 16 как цилиндрические воздушньш линзы и измейяют ширину интерференционных-полос на фртоприемнике 6. Возникает разность сигналов на выходах фотоэлементов 15 и соответственно дифференциальных усилителей 9. Восходящие потоки теплого воздуха в соответствии с непостоянством пламени огня имеют прерывистый характер. Это приводит к пере распределению rotoTHOCTH мощности излучения вдоль интерференционных полос (по вертикали) и появлению сиг налов на выходе дифференциальных усилителей 10. Генератор 13 вырабатывает сигнал амплитудной модуляции излучения лазера 1 и опорное переменное напряжение для фазовых детекторов П. Модуляция излучения лазера } осущест3вляется путем подачи модулирующего сигнала на вход источника 14 питания лазера i и модуляции энергии накачки лазера . С выходов дифференциальных усилителей 9 и 10 сигналы о возгорании, модулированные по амплитуде с частотой, соотйетствующей частоте модуляции излучения лазера 1, поступают на йходы фазовых детекторов П. После детектирования сигналы поступают на элемент ИЛИ 12, так что на индикатор 8 подается напряжение сигнала, тревоги при наличии напряжения на выходе одного из фазовых детекторов 11 Устройство реагирует только на изме- нения в интерференционной картине, что повышает его чувствительность и достоверность сигнала тревоги, при этом обеспечена помехозащищенность ;Устройства от внешней засветки фо тоэлементов 15, нестабильности мощности излучения лазера 1, шумов лазера 1, фотоэлементов 15 и дифферён|циальных усилителей 9 и 10. Таким образом, предлагаемое устройство обладает высокой чувствительностью к восходящим теплым потокам воздуха, ноявляклцимся -при возгорании, и повышенной защищенностью от еоздейртвия внешних домех, что позволяет обнаружить возгорание на более ранней стадии и уменьшить ущерб от Пожара, а также повысить боеспособность пожарных подразделений за счет повышения достоверности сигнала тревоги и сокращения числа ложных тревог, чем и определяется технико-экономический эффект от использования изобретения.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ, содержащее индикатор и последовательно установленные лазер, поворотные зеркала и фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью повьшения чувстйительности и помехоустойчивости, в него введены дифференциальный усилитель, фазовый детектор, генератор опорного сигнала и последовательно установленные между лазером и поворотными зеркалами коллиматор, диафрагма и оптический клин, одна из граней которого выполнена полупрозрачной, а другая - отражающей, при этом фотоприемник содержит два горизонтально размещенных фотоэлемента, расстояние между которыми определяется соотношением / 7i 2§ sin V (n sIn2)7/2 где cL - расстояние между фотоэлементами; Л - длина волны излучения лазера; i - угол падения луча лазера на полупрозрачную грань клина; д - показатель преломления материала клина; if - угол клина, выходы фотоэлементов подключены к входам дифференциального усилителя, выход которого подключен к одному , входу фазового детектора, выход фазового детектора подключен к индикатору, другой вход фазового детектора и управляющий вход источника питания лазера подключены к выходу генератора опорного сигнала. СО