Устройство для обнаружения пламени на летательных аппаратах Советский патент 1991 года по МПК G08B17/12 

пь,

я:1

Г

15.п

п

11

12

05 Јь

v|

05

е&

Изобретение относится к устройствам автоматического обнаружения пожара в двигателях летательных аппаратов. Цель изобретения - повышение функциональной надежности устройства путем предотвращения возможности ложного срабатывания. Устройство для обнаружения пламени содержит объективы на входных концах световодов, объединенных в жгут, и датчик пламени. Датчик пламени содержит блок 5 фото

Фиг. 2

приемников, преобразователь б ток - напряжение, интегратор Миллера 7, усилитель 8, полосовой фильтр 9, формирователь 10 импульсов, интегратор 11, пороговый элемент 12, Токи фотоприемников (при пожаре) суммируются на первом входе преобразователя 6 ток - напряжение, причем параллельное включение фотоприемников уменьшает уровень шумов входного сигнала в Yn раз. Преобразователь 6 ток - напряжение и интегратор Миллера реаИзобретение предназначено для обнаружения пламени в двигателях ле- тательных аппаратов (самолетов),

Целью изобретения является повышение надежности устройства и предотвращение возможности ложного срабатывания,

Устройство для обнаружения пламен (фиг.1) содержит объективы 1 на входных концах световодов 2, объединенных в жгут 3, и датчик 4 пламени. Объективы с помощью соединителей ус- танавливаются в межкапотном пространстве двигателя летательного аппарата Выходные концы с помощью оптического соединителя устанавливаются в датчике пламени.

Датчик пламени (фиг. 2) содержит блок 5 фотоприемников, преобразователь 6 ток - напряжение, интегратор 7 Миллера, усилитель 8, полосовой фильтр 9, формирователь 10 импуль- сов, интегратор 11, пороговый элемент 12, фотоприемники 13.1-13.П, усилитель 8 и полосовой фильтр 9 образуют избирательный усилитель 14.

Устройство для обнаружения пла- мени работает следующим образом.

Выходные торцы световодов 2 через оптические соединители подведены к блоку 5 фотоприемников датчика 4 пламени таким образом, что излучение пламени при возникновении пожара в двигателе по световодам поступает на чувствительные элементы блока 5 фотоприемников.

В зависимости от локализации по- «ара видимое излучение по одному, нескольким или всем п световодам 2 попадает на один, несколько или все

5

0

лизуют астатический регулятор,отслеживающий и устраняющий постоянную составляющую входного сигнала преобразователя 6 ток - напряжение, что не позволяет преобразователю 6 ток - напряжение не входить в режим насыщения. Это позволяет устранять постоянную составляющую от паразитной засветки и избежать ложных срабатываний, а также решить задачу обнаружения при п 12, где п - количество фотоприемников. 2 ил,, 2 табл.

(п) чувствительные элементы блока 5 фотоприемников. Для получения максимальной чувствительности в качестве фотоприемника могут использоваться обратносмещенные фотодиоды, Токи фотоприемника, порожденные воздействием излучения пламени на чувствительный элемент, суммируются на первом входе преобразователя 5 ток - напряжение на инвертирующем входе операционного усилителя), реализуя тем самым логическую схему ИЛИ. Параллельное включение фотоприемников на один вход преобразователя 6 уменьшает уровень шумов входного сигнала в п раз, расширяя тем с амым динамический диапазон входных сигналов,- увеличивая надежность при обнаружении пожара. Выходные напряжения преобразователя 6 подаются одновременно на усилитель 8 напряжения с целью увеличения амплитуды информационного сигнала до приемлемой для обработки величины и на вход интегратора 7. Интегратор 7, выполненный по схеме интегратора Миллера на операционном усилителе, не пропускает на свой выход переменную составляющую информативного сигнала. Постоянная составляющая подается на второй вход преобразователя 6 (неинвертирующий вход операционного усилителя), таким образом преобразователь 6 и интегратор 7 реализуют астатический регулятор, отслеживающий и устраняющий постоянную составляющую выходного сигнала преобразователя 6, вызванную паразитной засветкой постороннего источника света (например, при отсутствии куска обшивки летатель516

ного аппарата) или постоянной засветкой яркого пламени, попадающими на один или п фотоприемников. Поэтому преобразователь 6 при реальных яркостях пламени или посторонних засветках не заходит в режим насыщения, тем самым обеспечивая непрерывную возможность получения достоверной информации о состоянии конт ролируемого объекта.

Усилитель 8 выполнен, например, на двух операционных усилителях,обеспечивает величину амплитуды выходного сигнала, достаточную для дальней- шей обработки. С выхода усилителя 8 сигнал переменного напряжения подается на полосовой фильтр 9, выделяющий полосу частот, характеризующих пламя. Устройство обнаружения пламен может быть с успехом применено для контроля возникновения пожара не только в межкапотном пространстве двигателей летальных аппаратов, но и в других объектах, для чего по- требуется подбор полосы пропускания фильтра (путем несложного пересчета и замены пассивных элементов фильтра на элементы с соответствующими номиналами и варьирования коэффициентом усиления, что не встречает сложностей) .

Полосовой фильтр 9, кроме выделения полосы частот, присущих пламени, одновременно подавляет возможные

помехи промышленных частот. С выхода полосового фильтра 9 сигнал поступае на вход формирователя 10, например, выполненного по схеме инвертирующего триггера Шкитта, преобразующего сиг- нал неправильной формы, соответствующий мерцающему пламени в прямоугольные однополярные импульсы. Одно полярные импульсы с выхода формирователя 20 поступают на вход интег- ратора 11 подавителя помех. На этот же вход одновременно поступает постоянное напряжение с полярностью, обратной полярности сформированных импульсов. Параметры интегратора 11 (постоянные времени и значения входных напряжений) подобраны таким образом, что /ыхоциое напряжение интегратора 11 принимает значение,приводящее к срабатыванию порогового элемента 12 выходного каскада, при скважности импульсов с выхода формирователя 10, равной 2, 6 или менее. При этом происходит срабатыва

Q

20 5 о

5

«Q

5

6V

ние порогового эпемента 12, например стабилитрона и транзистора, выходного каскада, на выходе которого запитывается обмотка рел, контакты реле замыкаются и подается сигнал тревоги. При прохождении через информативный тракт случайной помехи на выходе формирователя 10 устанавливаются сигналы со скважностью больше 2, 6 и напряжение на выходе интегратора 11 будет недостаточным для срабатывания порогового элемента 12 выходного каскада. Обмотка реле обесточивается и с выходного каскада 12 не поступает сигнал тревоги.

На летательном аппарате устанавливаются 2 или 4 двигателя. В меж- кяпотном пространстве каждого двигателя устанавливаются три входных торца световодов 2 с объективами 1, Выходные концы световодов устанавливаются в датчике 4 пламени таким образом, что излучение пламени с выходного торца каждого световода попадает на фоточувствительную площадку соответствующего фотоприемника.

С помощью трех объективов, распо ложенных соответствующим образом, и трех фотоприемников, принимающих излучение пламени, осматривается вся полость межкапотного пространства одного двигателя. Если на летательном аппарате установлено четыре двигателя, максимальное число фотоприемников 12, если два двигателя - максимальное число фотоприемников 6. Параллельное включение п фотоприемников на один вход преобразователя 6 увеличивает частоту выходного суммарного сигнала в -Jn раз. Максимальная частота выходного сигнала с преобразователя 6 определяется по формуле

f max Jn f пл где п - количество фотоприемников,

fftft - частота мерцания пламени, равная при свободном горении 3-20 Гц.

При возникновении пожара одновременно во всех четырех двигателях (что мало вероятно) и попадании излучения пламени на все 12 фотоприемников максимальная частота электрического сигнала с выхода преобразователя 6

I2qpn f-t fmqx ЛП2-20 69,28 Гц 70 Гц

Принимают верхнюю частоту среза полосового фильтра 9 равной 70 Гц и рассчитывают соответствующим образом элементы этого фильтра. При этом электрический сигнал, соответствующий мерцанию пламени, проходит через полосовой фильтр 9 практически без изменения. При пожаре в одном

двигателе частота пламени составляет

Зфп ,-, fmax - 13 20 34,2 Гц, при пожаре

6ФП г-1

в двух двигателях - fmax - |6-20

49 Гц, при пожаре в трех двигате 5фП

лях одновременно H9«20 60 Гц

2фГ) и при пожаре в 4 двигателях f,™

4Т3.20 70 Гц.

Амплитуда сигнала при частоте 70 Г немного ослаблена и на выходе полосового фильтра 9 составляет 0,7 амплитуды на входе фильтра, что не помешает срабатыванию устройства. Но паразитный сигнал частотой 425 Гц (на летательных аппаратах используются источники питания частотой 425 Гц), будет полосовым фильтром 9 ослабляться в десятки и сотни раз.

В табл. 1 приведены значения ос- лабления сигнала с частотой 425 Гц на выходе полосового фильтра 9 в зависимости от порядка фильтра,

Считаем, что для решения постав- ленной задачи фильтра 3 2Спорядка вполне достаточно. Таким образом, если допустим возник пожар сразу в четырех двигателях самолета (что мало вероятно) и на входе фильтра присут- ствует сигнал, соответствующий мерцанию пламени с частотой 70 Гц и амплитудой 10 В, а также паразитный сигнал с частотой 425 Гц амплитудой 10 В, то после прохождения обоих сиг налов через полосовой фильтр 9 на выходе фильтра будет сигнал с частотой 70 Гц и амплитудой 7,08 В (coof- i ветствующий мерцанию пламени) и паразитный сигнал 425 Гц и амплитудой 55,5 мВ. Сигнал с выхода полосового фильтра 8 поступает на вход форми- рователя 10. Порог срабатывания формирователя 10 устанавливается Ј. В Поэтому полезный сигнал с выхода полосового фильтра 9, превышающий порог срабатывания, вызовет появление на выходе устройства сигнала тревоги. Паразитный сигнал,

значительно меньший по амплитуде порога срабатывания формирователя 10, не вызовет появление сигнала тревоги Устройство не срабатывает.

При использовании на летательных аппаратах двух двигателей (6 фотоприемников) максимальная частота электрического сигнала с выхода преобразователя 6 составляет f 20 50 Гц.

Сигнал, соответствующий мерцанию пламени, проходит через фильтр без олабления, в то время как паразитный сигнал с частотой 425 Гц ослабляется в 177 раз.

При использовании устройства на промышленных предприятиях, где частота питающей сети 50 Гц, частота среза фильтра 9 должна быть 30 Гц. Поэтому использование более двух фотоприемников нецепесообразно. Для устранения попадания частоты 50 Гц в электронный тракт устройство для обнаружения пламени помещают в металлический корпус, соединенный с земляным проводом устройства. Поэтому частота 50 Гц не является опасной и не может вызвать ложного срабатывания устройства. В помещениях промышленных предприятий работают светильники (лампы накаливания, лампы дневного света), содержащие в своем излучении частоту 100 Гц. Поэтому фильтр 9 необходим. Он пропускает полезный сигнал с частотой не более 30 Гц и подавляет паразитный сигнал с частотой 100 Гц, попадающий на фоточувствительные элемрнты.

В табл. 2 приведены значения ослабления амплитуды выходного сигнала фильтра 9 относительно входного с частотой 100 Гц в зависимости от порядка фильтра.

Из таблицы видно, что паразитный сигнал на выходе полосового фильтра значительно меньше полезного сигнала, вызванного мерцанием пламени.

Амплитуда паразитного сигнала значительно меньше и порога срабатывания формирователя 10. Поэтому устройство сработает при возникновении пламени и не сработает при попадании излучения светильников на фотоприемники блока 5 фотоприемников.

Формула изобретения Устройство для обнаружения пламени на летательных аппаратах, содеру164

жащее первый фотоприемник, выход которого соединен с первым входом преобразователя ток - напряжение, выход которого соединен с входом избирательного усилителя, формирователь импульсов, первый интегратор, выход которого соединен с входом порогового элемента, выход которого является выходом устройства, второй интехра- тор, отличающееся тем. что, с целью повышения функциональной надежности устройства, в него введены и объективов и световодов, п-1 фотоприемников, причем , все фотоприемники объединены в блок фотоприемников, выходы п-1 фотоприТаблица 1 Ослабление амплитуды сигнала фильтра порядка

третьего четвертого пятого I шестого I1 .

177 паз 1000 раз 5623 раз 31622 45 дб 60 дб 75 дб 90 дб

Таблица 2

Значения ослабления амплитуды выходного сигнала фильтра при частоте f 100 Гц для фитьтра порядка

третьего j четвертого j пятого j шестого

39 раз 132 раза 447 раз 1514 раз Г(32 дб) 42 дб 52 дб 62 дб

/

0

6

емников подключены к выходу первого фотоприемника, второй интегратор выполнен в виде интегратора Миллера, каждый объекткв через соответствующий световод оптически связан с соответствующим фотоприемником блока фотоприемникоз, выход избирательного усилителя соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входом первого интег-4 ратора, выход преобразователя ток - напряжение соединен с входом второго интегратора, выход которого сое- дщген с вторым входом преобразователя тол - напряжение.