Датчик дыма Советский патент 1985 года по МПК G08B17/10 

Изобретение относится к автоматической пожарной сигнализации и может найти применение в качестве датчика дыма на объектах, связанных с изготовлением, переработкой, хранением или транспортировкой пожароопасных материалов.

Цель изобретения - увеличение чувствительности датчика.

На фиг. 1 приведена схема датчика дыма для одной контролируемой зоны пространства; на фиг. 2 - схема датчика дыма для нескольких контролируемых зон пространства.

Датчик дыма содержит приемник 1 излучения, секции 2 и 3 световода, излучатель 4, элемент 5 фокусировки, выходной торец 6 последней секции световода, являющийся отражателем, входной торец 7 первой секции 2 световода. Контролируемое датчиком дыма пространство обозначено позицией 8.

Излучатель 4 формирует заданный световой поток в световоде 2.

Секции 2 и 3 световода предназначены для передачи излучения в контролируемую среду 8.

У секции 2 световода входной торец 7, обращенный к излучателю 4, скощен под углом ф, превышающим критический угол полного внутреннего отражения на границе двух сред с разными показателями преломления.

Угол скоса ф входного торца 7 секции 2 и выходного торца 6 последней секции 3 световода определяется соотношением

,

П2

гдеп| - показатель преломления внещней

среды, т. е. воздуха; П2 - показатель преломления материала сердцевины секции 2 и 3 световода; Ф - угол между оптической осью секций 2 и 3 световодов и нормалью к поверхности торца 6 и 7. Так, например, если сердцевина секций 2 и 3 световода выполнена из стекла (показатель преломления П2 1,53), а внещней средой является воздух (показатель преломления П1 1), то угол скоса .

При угле скоса, удовлетворяющем соотношению (1), все лучи, распространяющиеся по секциям световода 2 и 3, испытывают полное внутреннее отражение и ни один луч не выходит через скощенный выходной торец 6, являющийся отражателем устройства.

По соотношению (1) определяютугол ско са для интервала показателей преломления Пг от 1,4 до 4, что позволяет перекрыть практически весь интервал показателей преломления оптических материалов, применяемых ныне для изготовления волоконных элементов.

Для П2 1,4 имеем Sincp -j- , что соот j

ветствует углу скоса .

1

Для П2 4 имеем 51пф - что соответствует углу скоса ф 15°.

Таким образом, угол скоса торца световода, при котором обеспечивается полное внутреннее отражение на границе двух сред воздух-материал световода, находится в

интервале от 15 до 46° для большинства материалов, из которых изготавливаются световоды.

При углах скоса ф 46° также удовлетворяется соотнощение (1), но при этом ухудшаются условия ввода излучения от излучателя 4 через скошенный входной торец секции 2 световода.

Отражатель, представляющий собой выходной торец 6 последней секции световода 3, предназначен для формирования встречного основному потоку излучения.

Приемник излучения преобразует оптическое излучение, рассеянное частицами в электрический сигнал.

Элемент фокусировки 5 обеспечивает направленную передачу оптического излучения.

Отражателем датчика дыма является косой выходной торец 6 световодных секций 3 с углом скоса от 15 до 46°.

Датчик дыма работает следующим образом.

При отсутствии дыма в контролируемом пространстве световой поток излучателя 4 распространяется через входной торец 7 по секции 2 световода и передается через контролируемую среду 8 на выходной торец 6 последней секции 3 световода. Поэтому в секциях 2 и 3 световода создается световой поток, встречный основному, который проходит через элементы 5 фокусировки и контролируемую среду 8 на скошенный входной торец 7 секции 2 световода, излучение вновь испытывает полное внутреннее отражение, что приводит к повторному отражению излучения в секции 2 световода. Таким образом лучи света попадают как бы в ловушку между входным 7 торцом световода и выходным торцом 6 последней секции 3 световода.

Таким образом, в контролируемой среде 8 обеспечивается встречное многократное прохождение светового потока излучения излучателя 4, который не попадает на приемник излучения 1 благодаря концентрации потока

излучения в секциях 2 и 3 световода.

При появлении дыма в контролируемой среде 8 часть светового потока излучателя 4 рассеивается частицами дыма и попадает в фотоприемник 1, а остальной световой поток излучателя 4 проходит через элементы

фокусировки 5 и секции 2 и 3 световода и попадает на выходной торец 6 и отражается обратно в секции 2 и 3 световода.

Отраженное от выходного торца 6 излучение повторно проходит через секции 2 и 3 световода, элементы фокусировки 5 и контролируемую среду 8, где снова рассеивается частицами дыма на приемник излучения 1.

Остальной световой поток распространяется по секциям 2 и 3 световода, испытывает полное внутреннее отражение и попадает в контролируемую среду 8, где рассеивается частицами дыма на приемник излучения 1.

Таким образом, многократное прохождение излучения через контролируемую среду 8 (дым) значительно увеличивает чувствительность датчика дыма, т. е. увеличивает рассеиваемый дымом световой поток, регистрируемый приемником излучения 1, электрический сигнал которого, проходя через устройство обработки, вызывает сигнал тревоги.

В предлагаемом устройстве при многократном прохождении излучения через дым доля рассеиваемого дымом светового потока излучателя 4, регистрируемого приемником излучения 1, определяется формулой суммы

бесконечно убывающей геометрической прогрессии,,

lim 5„ где б - часть светового потока источника излучения 4, рассеянного дымом на приемник излучения 1 при однократном прохождении света через дым;

q-коэффициент ослабления света при его однократном прохождении через

контролируемую среду 8. Так, например, при q 0,975 доля рассеиваемого дымом светового потока на приемник излучения 1 у предлагаемого устройства

равна 406

Рассеяние частицами дыма двух встречно направленных потоков обеспечивает воздействие на приемник излучения 5 излучения рассеянного дымом как под острыми, так и под тупыми углами, что позволяет достигнуть приблизительно равной чувствительности к белому и черному дыму.

ДАТЧИК ДЫМА, содержащий приемник излучения, установленные на одной оптической оси секции световода, излучатель, обращенный к входному торцу первой секции световода, на выходных торцах всех секций световода, кроме последней установлены первые элементы фокусировки, которые через контролируемую среду оптически связаны с вторыми элементами фокусировки, установленными на входных торцах всех секций световода, кроме первой, выходной торец последней секции световода является отражателем, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности датчика, входной торец первой секции световода и выходной торец последней секции световода выполнены скошенными с углом скоса от 15 до 46°, приемник излучения установлен под углом к оси секций световода, а оптическая ось излучателя перпендикулярна плоскости входного торца первой секции световода.

/