Способ обнаружения очагов самовозгорания угля и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к технике безопасности и противопожарной технике на угольных шахтах. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости обнаружения очагов самовозгорания и надежности идентификации типа пожара. Для этого из ачага пожара регистрируют приемниками 1, 2 и 3 инфракр асное излучение (ИКИ) в трех диапазонах длин волн (ДЦВ) 3,1 - 3,5 мкм; 4,1-4,5 мкм и 10-11,1 мкм с получением соотв.зл. сигналов J., Jj и Jj. С помощью блоков 4-6 деления определяют отношения сигналов , Jj/J, . Полученные отношения сравнивают с помощью компараторов 7, 8 и 9 с единичными уставками . При загорании метана максимум в спектре интенсивности ИКИ приходится на ДЦВ 3,1-3,5 мкм и выполняются условия J,/Jj 1, Jj/Jj 1 и . При зтом появляется сигнал на выходе элемента И IО и срабатывает блок сигнализации (БС) 15. В момент взрыва угольной пыли в ДЦВ 4,1-4,5 мкм при выполнении условия J /J, 1, Jj/Jj 1 и 1 срабатывают элемент И 11 и БС 14. В момент загорания угля выполняются условия I, il- и Срабатывает элемент И 12 и подает сигнал в БС 15. При этом .в спектре ИКИ наблюдаются два максимума с ИВ 3,1-3,5 и 4,1-4,5 мкм. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил. (Л 00 00 о со ND

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 0327 А1 (51)4 Е 21 F 5 0 (, )) фЯ4 йжэп! w

3. )3

) I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЕНК 1)ь Т с:4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и ОтнРытий (2I) 3984373/22-03 .(22) 02.12.85 (46) 15,08,87. Бюл. № 30 (71) Конотопский электромеханический завод "Красный металлист" (72) А.М,Онищенко, B П,Белоножко, Ю.А.Онищенко, А.П.Солоха, И.М.Аносов и О.Н.Рудаков (53) 621.758 ° 3 (088.8) (56) Заявка ФРГ N 3201294, кл. E 21 F 11/00, опублик. 28.07.83.

Борьба с эндогеиными пожарами в шахтах. Кемерово, 1984, с.71-74. (54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОЧАГОВ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к технике безопасности и противопожарнойтех- нике на угольных шахтах. Цель изобретения — повышение помехоустойчивости обнаружения очагов самовозгорания и надежности идентификации типа пожара. Для этого из ачага пожа. ра регистрируют приемниками 1, 2 и 3 инфракрасное излучение (ИКИ) в трех диапазонах длин волн (ДЦВ) 3,1

3,5 мкм; 4,!-4,5 мкм и 10-11,1 мкм с получением соотв.эл. сигналов .! и J . С помощью блоков 4-6 деления определяют отношения сигналов 1 .)з )2 . 3 1,12 Полученные отношения сравнивают с помощью компараторов 7, 8 и 9 с единичными уставками, При загорании метана максимум в спектре интенсивности ИКИ приходится на ДЦВ 3,1-3,5 мкм и выполняются условия .1 / ) 1, JQ/.Х с 1 и J„/J< ) . I°, При этом появляется сигнал на выходе элемента И 10 и срабатывает блок сигнализации (БС) 15, В момент взрыва угольной пыли в ДДВ 4,1-4,5 мкм при выполнении условия, /3 1, J /J>) 1 и J< И (1 срабатывают элемент И 11 и БС 14. В момент загорания угля выполняются ycvoBHa J / 3 > I, J

2 с. и 2 з.п ° ф-лы, 4 ил.

1 133032

Изобретение относится к технике безопасности и противопожарной технике и может быть использовано на угольных шахтах для раннего обнару5 жения и идентификации загораний угля, метана или угольной пыли с целью подачи аварийных сигналов или выдачи управляющих сигналов на автоматическое тушение возникающих пожаров.

Целью изобретения является повыше" ние помехоустойчивости обнаружения очагов самовозгорания и повышение надежности идентификации типа пожара..

Сущность изобретения заключается в том, чтобы на основании полученных инфракрасных спектров очагов самовозгорания угля, загорания метана или пыли, а также спектров шахтных электрических светильников создать такой способ., с помощью которого можно было бы обнаружить пожар, идентифицировать его вид, отстроиться от влияния изменений концентрации пыли и влаги и устранить мешающее действие 25 эасветок от источников местного электрического освещения, Достичь эту цель напрямую анализом спектра очага пожара невозможно из-за существенной деформации спектра от измене- О ний концентрации пыли и влаги, а также из-за засветок приемника инфракрасного излучения источниками электрического местного освещения. Переходы отношений электрических сигналов J /Л, J /J,,. .J,/J чеРез едини35 цу подчийяются закономерности, которая не зависит от влияния изменений концентраций пыли и влаги в шахтной атмосфере, от засветок приемника све- 40 тильниками местного освещения, от расстояния до очага пожара, от концентрации метана, углекислого и угарного газов и других компонентов шахтной атмосферы, а однозначно определя- 45 ется типом возникающего пожара. На этой основе созданы принципиально новые способы и устройство для обнаружения очагов пожара в шахтах.

На фиг,l показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 — схема включения полупроводниковых иммерсионных болометров; на фиг, 3 — конструкция датчика, вид сбоку, корпус датчика и полупроводниковый иммерси55 онный болометр показаны в разрезе; на фиг, 4 — то же, вид сверху, Устройство для обнаружения очагов самовозгорания угля содержит первый

7 2

1, второй дополнительный 2 и треФий дополнительный 3 приемники инфракрасного излучения, первый 4, второй 5 и третий 6 блоки деления, первый 7, второй 8 и третий 9 двухпороговые компараторы, первый 10, второй 11 и третий 12 элементы И, первый 13, второй 14 и третий 15 блоки сигнализации. Выход первого приемника 1 инфракрасного излучения соединен с первыми входами первого 4 и третьего 6 блоков деления, Выход третьего приемника 3 инфракрасного излучения соединен с вторым входом первого 4 и с первым входом второго 5 блоков деления.Выход второго приемника 2 инфракрасного излучения соединен с вторыми входами второго 5 и третьего 6 блоков деления.

Выходы блоков деления 4 — 6 соединены соответственно с входами двухпороговых компараторов 7 — 9. Прямой выход "а" первого компаратора 7 соединен с первыми входами первого 10 и третьего 12 элементов И, à его ин- . версный выход "б" соединен с первым входом второго элемента И 11, Прямой выход "а" второго компаратора 8 соединен с третьими входами второго 11 и третьего 12 элементов И, а инверсный его выход "б" соединен с вторым входом первого элемента И 10. Прямой выход "а" третьего компаратора 9 соединен с третьим входом первого элемента И 10, à его инверсный выход

"б" соединен с вторыми входами второго 11 и третьего 12 элементов И, Выход первого элемента И 10 сбединен с входом первого блока сигнализации 13. Выход второго элемента

И 11 соединен с входом второго блока сигнализации 14. Выход третьего элемента И 12 соединен с входом третьего блока сигнализации 15.

В состав устройства для обнаружения очагов самовозгорания угля входит также модулятор инфракрасного излучения, выполненный в виде круговой диафрагмы, в шести равных секторах которой чередуются прозрачные 16—

18 и непрозрачные 19 — 21 секторы, с осевым приводом, Приемники 1 — 3 выполнены в виде полупроводниковых иммерсионных болометров, на входе иэ которых имеется полусферическая линза 22 из германия диаметром D. Осевой привод представляет собой электродвигатель с редуктором 23, на выз !3303 ходном валу 24 которого заклепкой 25 закреплена шестисекторная диафрагма

26. Перед первым приемником закреплен первый полосовой фильтр 27 на диапазон пропускания длин волн 3,1

3 5 мкм. Перед вторым приемником 2 аналогично закреплен второй полосовой фильтр 28 на диапазон пропускания длин волн 4,1 — 4,5 мкм, а перед lo входом третьего приемника 3 также аналогично закреплен третий полосовой фильтр 29.на диапазон пропускания длин волн 10 — 11,1 мкм.

Приемники 1 — 3 и модулятор собраны в виде единого датчика (фиг,3 и 4). Полосовые фильтры 25 — 27 зак-реплены перед полусферическими линзами из германия на входах приемников 1 — 3 ° Приемники 1 — 3 установлены осесимметрично на окружности, диаметр которой D< = 2D< . В центре этой окружности установлен электродвигатель с редуктором 23, на выходном валу 24 которого заклепкой 25 25 закреплена шестисекторная диафрагма

26. Приемники 1 - 3 электродвигатель с редуктором 23 и шестисекторная диафрагма смонтированы в общем корпусе 30, закрытом со стороны диаф- 30 рагмы 26, прозрачной для ИК-излучения в диапазоне длин волн не менее чем 3,1 — 1,1 мкм крышкой 31, На фиг,4 непрозрачные для ИК-излучения в диапазоне длин волн З,I — Il,l мкм секторы 19 - 21 заштрихованы.

Каждый из полупроводниковых иммерсионных болометров 1,2 или 3 состоит из рабочего 32 и компенсационного 33 элементов и резисторов 34 и 35, кото- 40 рые включены в мостовую схему, питаемую от стабилизированного источника напряжения 36 (как показано на фиг.2), С второй диагонали моста болометров снимается сигнал и подается на 45 блоки деления 4 — 6.

Контактами 37 приемники, а контактами 38 двигатель включаются в схему.

В показанном на фиг.4 положении . диафрагмы 26 все приемники 1 — 3 открыты и через крышку 31, прозрачные секторы 16 — 18 диафрагмы и полосовые фильтры 27 — 29 ИК-излучение соответствующих диапазонов длин волн попадает на полусферические линзы 22 из германия приемников 1 — 3. При повороте диафрагмы на 60 против при- емников 1 — 3 стают непрозрачными сек27

4 торы 19 — 21 н ИК-излучение на приемники не попадает.

Способ обнаружения очагов самовозгорания осуществляют в следующей последовательности.

Инфракрасное излучение одновременно регистрируют тремя приемниками в диапазонах длин волн 3,1 — 3,5 мкм, 4,1 — 4,5 мкм и 10 — 11,1 мкм и получают 3 электрических сигнала 7, . и

Определяют три отношения электрических сигналов J /J» J /3, 31/3

Сравнивают полученные отношения сигналов с единицей. г/ з то идентифицируют загорание угля и подают. соответствующий сигнал.

Если J„/J, > 1, J /J а 1, 3„/Лг 7 I, то идентифицируют загорание метана и подают соответствующий сигнал, Если J„/3 (Iу Зг/, 1 г< у то идентифицируют загорание угольной пыли и подают соответствующий сигнал.

Устройство для обнаружения очагов самовозгорания работает следующим обI разом.

При включении напряжения питания на блоки и элементы устройства электродвигатель с редуктором 23 начинает вращать выходной вал 24 и диафрагму 26 с угловой скоростью 6

7 об./с, что соответствует частоте модуляции инфракрасного излучения на приемники 1 — 3 соответственно

18 — 21 Гц. Если частота вращения меньше, то сильнее сказываются шумы приемников, а при увеличении частоты модуляции от 20 до 25 Гц отношение сигнал/шум на выходе приемников

1 — 3 уменьшается в 1,2 †.1,5 раза.

В результате:вращения диафрагмы

26 с частотой 3п (где и — число оборотов диафрагмы в секунду) модулируется по синусоидальному закону с глубиной модуляции, равной единице, поток инфракрасного излучения на при» емники 1 — 3, причем потоки излучения на все приемники синфаэные (одновременно открываются прозрачными и одновременно закрываются непрозрачными секторами диафрагмы все 3 приемника). На первый приемник 1 через первый полосовой фильтр 27 попадает модулированный с частотой Зц поток инфракрасного изл- ения с дли- нами волн 3,1 — 3,5 мкм, Аналогично на второй приемник 2 попадает мо5,1ЗЗОЗ дулированный поток излучения с длинами волн 4,1 — 4,5 мкм, а на третий— с длинами волн 10 - 11,1 мкм.

Если от стабилизированного источника напряжения 36 на мостовые схе5 мы болометров подается питание, то на выходах болометров возникают синусоидальные электрические сигналы

J,,,J,,J> ° амплитуды которых пропорциональны интенсивности инфракрас- 10 ного излучения в диапазонах длин волн 3,1 — 3,5; 4,1 — 4,5 и 10

ll,l мкм соответственно на болометры 1 - 3.

Сигналы J, и J поступают на вхо- 15 ды первого блока деления 4, на выхода которого формируется сигнал

Jl/J .Сигналы J u J поступают на входы второго блока деления 5, на выходе которого формируется сиг- 20 нал 1 /J . Сигналы Л„ и J поступают на входы третьего блока деления

5, на выходе которого формируется сигнал Jq/J1

Сигналы J „/J, Jz/J, „/Jz c блоков деления 4 — 6 поступают на входь1 соответствующих двухпороговых компараторов 7 — 9.

В каждом иэ компараторов 7 — 9 . входной сигнал сравнивается с единицей.

Если входной сигнал меньше единицы, то на инверсном выходе "б" компаратора формируется единичный сигнал. Если входной сигнал компаратора больше, то единичный сигнал формируется на прямом выходе "а" компаратора, На первый вход первого элемента 4

И 10 единичный сигнал с прямого вьмада компаратора 7 поступает лишь при условии J,/Л 1. На второй вход первого элемента И 10 единичный сигнал с инверсного выхода компаратора 8 пос 4> тупает лишь при 3 /J I. Ha третий з вход первого элемента И 10 единичный сигнал с прямого выхода компаратора

9 поступает лишь при условии J,/J> y 1.

При появлении на всех трех входах элемента И 10 единичных сигналов (т.е. при одновременном выполнении трех условий J„/J>y 1, J а 1, и

1„ /1 > 1) на его выходе появляется сигнал и включается первый блок сигнализации, сигналиэирующий о загорании метана.

На первый вход второго элемента

И 11 единичный сигнал поступает с

27 6 инверсного выхода компаратора 7 лишь при условии 3 /3 < 1. .На второи вход второго элемента И Il единичный сигнал поступает с инверсного выхода компаратора 9 лишь при условии

° 1„ /.1 (1 °

На третий вход элемента И ll единичный сигнал поступает с прямого выхода компаратора 8 лишь при условии

Л /J> > 1. Лишь при появлении на всех трех входах элемента И 11 (т.е. при одновременном выполнении трех усло3 1 2 " 1 3 единичньм сигналов на его выходе появляется сигнал и включается второй блок сигнализации, сигналиэирующтй о загорании угольной пыли, На первый вход третьего элемента

И 12 единичный сигнал поступает с прямого выхода компаратора 7 лишь при выполнении условия J /J > 1, На, второй вход элемента И 12 единичный сигнал с инверсного выхода компаратора 9 поступает лишь при выполнении условия J„/J, (1. На третий вход элемента И 12 единичный сигнал с прямого выхода компаратора 8 поступает лишь при выполнении условия J /3> > .

Лишь при появлении на всех входах элемента И 12 (т.еi при одновременном выполнении условий J„/3 1 1, J /J (1 H Jg /J ) 1) HR e10 выходе . появляется сигнал и включается третий блок сигнализации, сигналиэирующий о загорании угля, Таким образом согласно способу и в устройстве сигналы о том или ином пожаре в шахте появляются лишь при выполнении одного из трех комплексных условий, каждое из которых состоит из трех элементарных условий.

При нормальных условиях в шахте (температура 15 - 40 С), отсутствии пожара и локальных засветок приемников электрическими шахтными светильниками приемники принимают инфракрасное излучение от угля, вмещающих пород, стоек крепи, горных машин, от шахтеров, находящихся в поле зрения приемников, и т.п. Спектры излучения предметов и людей в шахте таковы,что максимум в спектре попадает на диапазон длин волн 9-10 мкм, а интенсивI ности излучения на других длинах волн справа и слева от максимума плавно уменьшаются по мере удаления от максимума. При этом выполняются условия д1 7 4J2i а 327 J1 сигналы на выходах элементов И отсутствуют, 7 133032

При появлении в поле зрения приемников электрического шахтного светильника на них падает поток инфракрасного излучения с максимумом ин5 тенсивности (в àâèñèìîñòè от типа светильника и расстояния до него) в диапазоне длин волн 0,8 — 2 мкм, При этом выполняются условия J Лг ) J3 и сигналы на выходах элементов И отсутствуют, При возникновении взрыва метана в шахте его концентрация в шахтной атмосфере лежит в пределах 5 — 157..

Температура воспламенения метана лежит в пределах á50-750 С, что соответствует длинам волн 3,14 — 2,83 мкм.

При загорании метана (взрыве) максимум в спектре интенсивности инфракрасного излучения приходится на диа- 20 назон волн 3,1-3,5 мкм и выполняютусловия / э 1 в ИЗ

J„ /J 1, При этом появляется сигнал на выходе первого элемента И 10.

При возникновении взрыва угольной пыли в шахте максимум в спектре инфракрасного излучения приходится на диапазон длин волн 4,1-4,5 мкм и в момент взрыва выполняются условия 1/ ь 1 ° z./Jç 1, и J,/J c 1. Сра батывает элемент И 11.

При самовозгорании угля в шахте в спектре инфракрасного излучения,очага пожара наблюдаются два максимума с диапазонами длин волн 3 1-3 5 мкм

° 1

35 и 4,1-4,5 мкм.

В момент возникновения загорания

Углн BbInoJIHHfoTcH условия J

Формула и э о б р е т е н и я

1. Способ обнаружения очагов самовозгорания. угля, основанный на реги- 45 страции инфракрасного излучения иэ очага, отличающийся тем, что, с целью .повышения помехоустойчи вости обнаружения очагов самовозго рания и повышения надежности иденти- 50 фикации типа пожара, инфракрасного излучения регистрируют в трех диапазонах длин волн 3,1-3,5 мкм, 4,1

4,5 мкм и 10 — 11,1 мкм с получением соответствующих электрических сигналов J„, J и J» определяют отношения сигналов J„/J>, Л /J и J„/J сравнивают полученные отношения с единичными уставками и пои выполнении

7 8 условии J /J I 1 J Иэ > 1 и И идентифицируют загорание гля, при условий J /J 1, J7 /Зэ е и Л„ /3 > 1 идентифицируют загорание метана, а при выполнении условий

J< /J> J> /J> H J„/J т с идентифицируют загорание угольной пыли.

2. Устройство для обнаружения очагов самовозгопания угля, содержащее приемник инфракрасного излучения и блок сигнализации, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости обнаружения очагов самовозгорания и повышенйя надежности идентификации типа очага оно снабжено дополнительными вторым и третьим приемниками инфракрасного излучения, тремя блоками деления, тремя полосовыми фильтрами, тремя двухпороговыми компараторами, тремя элементами И, дополнительными вторым и третьим блоками сигнализации и модулятором инфракрасного излучения, причем выход первого приемника инфракрасного излучения соединен с первыми входами первого и третьего блоков деления, выход третьего дополнительного приемника инфракрасного излучения соединен с вторым входом первого и с первым входом второго блока деления, а выход второго дополнительного приемника инфракрасного излучения соединен с вторыми входами второго и третьего блоков деления, выходы блоков деления соединены с входами соответствующих двухпороговых компараторов, выходы каждого иэ которых соединены с входами элементов И, к выходам которых подключены соответствующие блоки сигнализации, при этом полосовые фильтры и модулятор инфракрасного излучения установлены перед приемниками инфракрасного излучения. 3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения дальности обнаружения,при" емники инфракрасного излучения выполнены в виде полупроводниковых иммерсионных болометров, установленных осесимметрично на окружности, диаметр которой равен удвоенному диаметру линзы полупроводникового иммерсионного болометра.

4. Устройство по п ° 2, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что модулятор инфракрасного излучения выполнен в виде круговой шестисекторной диафрагмы с осевым приводом.

iззозп

1330327 фис 3 гп

77 ф г4

Составитель И.Наэаркина

Текред Л.Сердюкова

Редактор Н,Горват

Корректор M.Пожо

Заказ 3559/35

Тираж 429 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4