Датчик ультрафиолетового излучения Советский патент 1993 года по МПК G08B17/12 

..J

.

блок электродный

Изобретение относится к противопожарной автоматике и предназначено для применения в системах пожарной защиты объектов, где возможно воспламенение пожароопасных веществ.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости датчика.

На чертеже приведена схема электрического функционального датчика ультрафиолетового излучения. Датчик содержит, первый оптический канал, содержащий оптический узкополосный фильтр, выполненный из размещенных послойно первого люминофора 1, первого сине-зеленого стекла 2, первого красного стекла 3, второй оптический канал, содержащий второй оптический узкополосный фильтр, выполненный из размещенных послойно второго сине-зеленого стекла 4, второго люминофора 5 и второго красного стекла 6, экран 7, первый фотопреобразователь 8, второй фотопреобразователь 9, дифференциальный усилитель 10. Первый и второй узкополосные фильтры оптически связаны с первым и вторым фотопреобразователями, входы которых связаны с разнополярными входами дифференциального усилителя, выход которого является выходом датчика. При этом первый люминофор и второе сине-зеленое стекло являются входными элементами датчика.

Изобретение осуществляется следующим образом. При появлении открытого пламени в поле зрения датчика ультрафиолетовое излучение спектрального диапазона 250-380 нм вызывает свечение первого люминофора 1, в качестве которого может быть использован полисветан, разработанный институтом общей и неорганической химии им, Н.С.Курнакова. Красное излучение, вызванное свечением первого люминофора 1, а также излучение, пропущенное им в остальной части видимой области и в инфракрасной области спектра, попадает на первое сине-зеленое стекло 2, в качестве которого может быть использовано стекло СЗС 21-2 мм (см.Стекло оптическое цветное. Технические условия ГОСТ 9411-81). Сине-зеленое стекло 2 пропускает излучение в двух спектральных диапазонах:3ID- 680 нм и 1250-3000 нм. Отфильтрованное первым сине-зеленым стеклом 2 излучение попадает на первое красное стекло 3, например KCI3, пропускающее излучение в спектральном диапазоне 600-3000 нм. Так как излучения диапазона 680-1250 нм не попадают на первое красное стекло 3, то за ним появляются излучения в двух спект,

ральных диапазонах 600-680 нм и 1250- 3000 нм. Эти излучения попадают на первый фотопреобразователь 8, качестве которого можно использовать один из фоточувстви5 тельных элементов фоторезистора на основе сульфида кадмия ФСК-17, на который через нагрузочный резистор подается рабочее напряжение. Область спектральной чув. ствительности этого фоторезистора (см.Аксененко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения. Справочник. - М; Радио и связь, 1987) занимает диапазон длин волн 400-900 нм, поэтому

.J5 первый фотопреобразователь 8 не преобра,- зует в электрический сигнал излучения спектрального диапазона 1250-3000 нм, поступающие с первого красного стекла 3, но преобразует в электрический сигнал из20 лучения спектрального диапазона 600-680 . нм, находящегося в красной части видимой области.

Так как элементы 4, 5, 6 идентичны элементам 1,2,3 соответственно по спектраль25 ным кривым коэффициента пропускания, а элемент 9 идентичен элементу 8 по кривой спектральной чувствительности (может быть выполнен на неиспользованном фоточувствительном элементе фоторезистора

30 ФСК-17, то второй фотопреобразователь 9, как и первый фотопреобразователь 8 преобразует в электрический сигнал излучения спектрального диапазона 600-680 нм. Однако в отличие от вышерассмотренного на

35 второй люминофор 5 не попадают излучения спектрального диапазона 250-310 нм, поскольку этот элемент установлен под вторым сине-зеленым стеклом 4, а последний не пропускает излучения указанного спектрального диапазона. Вследствие этого отсутствует свечение второго люминофора 5 от ультрафиолетового излучения 250-310 нм, находящегося за пределами коротко45 волновой границы спектра источников освещения. Экран 7 не пропускает проходящий через элемент 1, 2, 3 к элементам 4, 5, 6 поток излучения и к светочувствительной поверхности второго фотопреобразователя

50 9 поступает поток излучения в красной части видимой области, вызванный свечением второго люминофора 5 от ультрафиолетового излучения диапазона 310-380 нм, а также собственным излучением пламени в диапа55 зоне 600-680 нм. Таким образом на выходе фотопреобразователя 9 электрический сигнал, равен по величине той части выходного сигнала первого фотопреобразоеателя 8, которая является результатом преобразования собственного излучения пламени в диа40

пазоне 600-680 нм, а также составляющей потока, вызванного свечением первого люминофора 1 от ультрафиолетового излучения 310-380 нм. Так как выход первого фотопреобразователя 8 присоединен к по- ложительному входу дифференциального усилителя 10, а выход второго фотопреобразователя 9 к отрицательному входу дифференциального усилителя 10, то на выходе последнего при появлении пламени будет сформирован усиленный сигнал первого фотопреобразователя 8 без составляющей, пропорциональной собственному излучению пламени в выделенном спектральном диапазоне 600-680.нм и ультрафиолетовому излучению пламени в диапазоне 310-380 нм. Другими словами, на выходе дифференциального усилителя 10 появляется результат измерения падающего на датчик ультрафиолетового излучения от пламени спектрального диапазона 250-310 нм.

При большой фоновой освещенности, датчика от естественных и искусственных источников коротковолновая граница спектра составляет 310 нм, так как оконные стекла и колбы светильников производственных помещений не пропускают более короткие ультрафиолетовые лучи (см„Барабой РА Солнечный луч. - М.: Наука, 1976). Поэ- тому в данном случае свечение как второго люминофора 5, так и первого люминофора 1 будет только от ультрафиолетового излучения спектрального диапазона 310-380 нм.

При этом, так как второе сине-зеленое стекло 4 имеет высокий коэффициент пропускания для ультрафиолетового излучения указанного диапазона, уровни преобразованного люминофорами 1,5 красного излучения отказываются близким по абсолютной величине.

5

0

5

0

5

5

0

Так как элементы 1,2,3.8 идентичны по спектральным характеристикам элементам 4, 5, 6, 9 соответственно, то на положительный и отрицательный вход дифференциального усилителя 10 поступают близкие по величине сигналы и на выходе последнего в данном случае будет низкий уровень электрического сигнала, много меньший, чем для рассмотренного случая появления пламени.

Таким образом, введение дополнительных элементов действительно повышает по- мехоустойчивость датчика ультрафиолетового излучения.

р мула изобретения

Датчик ультрафиолетового излучения, содержащий первый оптический канал, содержащий оптический узкополосный фильтр, выполненный из размещенных послойно первого люминофора, первого сине- зеленого стекла и первого красного стекла, первый фотопреобразователь, оптически связанный с узкополосным фильтром, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости датчика, в него введены дифференциальный усилитель, второй фотопреобразователь, экран и второй оптический канал, содержащий второй оптический узкополосный фильтр, выполненный из размещенных послойно второго сине-зеленого стекла, второй люминофор, второе красное стекло, экран размещен между первым и вторым оптическими каналами, первый люминофор и второе сине-зеленое стекло являются входными элементами датчика, второй узкополосный фильтр оптическисвязан с вторым фотопреобразователем, выходы первого и второго фотопреобразователей связаны с разнополярными входами дифференциального усилителя, выход которого является выходом датчика.