Устройство для обнаружения пламени на летательных аппаратах

 

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

союз сонетсних социдлистичесних

РЕаЪБЛИН

„„Я0„„1647616 (gy)$ С 08 В 17/12

8 ECQ33AF; ц ту цц. « :-,,",:„у ну;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСИОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОсудАРственнцй нОмитет пО изОБРетениям и ОТИРытиям

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4493291/24 (22) 02.08.88 (46) 07.05.91. Бюл. ¹ 17 (71) Специальное конструкторско"технологическое бюро средств неразрушаюфего контроля (72) В.В.Широчкин, Б.Н.Домбровский, Л.Г.Панчеха и А.A.Рязанов (53) 654.9 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР . № 852085, кл. С 08 В 17/10, 1980.

Авторское свидетельство СССР ¹ 1120381, кл. G 08 В 17/12, 1983, 2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ПЛАМЕНИ НА ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТАХ (57) Изобретение относится к устройствам автоматического обнаружения по-. жара в двигателях летательных аппаратов. Цель изобретения — повышение функциональной надежности устройства путем предотвращения возможности лож- ного срабатывания. Устройство для обнаружения пламени содержит обьективы на входных концах световодов, объединенных в жгут, и датчик пламени, Датчик пламени содержит блок 5 фото164 7616

25

45 приемников, преобразователь 6 ток— напряжение, интегратор Миллера 7,,усилитель 8, полосовой фильтр 9, формирователь 10 импульсов, интегратор 5

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 Уй раз. Преобразователь 6 ток— напряжение и интегратор Миллера ðåàИзобретение предназначено для обнаружения пламени в двигателях летательных аппаратов (самолетов).

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

Устройство для обнаружения пламени (фиг. 1) содержит объективы 1 на входных концах световодов. 2, объединенных в жгут 3, и датчик 4 пламени.

Объективы с помощью соединителей устанавливаются 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 импульсов, интегратор 11, пороговый элемент 12, фотоприемники 13.1-13.п, усилитель 8 и полосовой фильтр 9 образуют избирательный усилитель 14, Устройство для обнаружения пламени 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 пожара видимое излучение по одному, нескольким нли всем и световодам 2 попадает на один, несколько или все 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 пос. тоянную составляющую от паразитной . засветки и избежать ложных срабатываний, а также решить задачу обнаружения при n (12, где и — количество фотоприемников. 2 ил., 2 табл. (n) чувствительные элементы блока 5 фотоприемников, Для получения мак- симальной 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 самым 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 устра-, няющий постоянную составляющую выходного сигнала преобразователя 6, вызванную паразитной засветкой постороннего источника света (например, при отсутствии куска обшивки летатель164761 ного аппарач а) или постоянной засветкой яркого пламени, попадающими на один или и фотоприемников ° Поэтому преобразователь б при реальных

5 яркостях пламени или посторонних засветках не заходит в режим насыщения, тем самым обеспечивая непрерывную возможность получения достоверной информации о состоянии контролируемого объекта.

Усилитель 8 выполнен, например, на двух операционных усилителях,обеспечивает величину амплитуды выходного сигнала, достаточную для дальнейшей обработки, С выхода усилителя 8 сигнал переменного напря кения подается на полосовой фильтр 9, выделяющий полосу частот, характеризующих пламя. Устройство обнаружения пламени 20 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- 25 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 промышпенных частот. С выхода

35 полосового фильтра 9 сигнал поступает на вход формирователя 10, например, выполненного по схеме инвертирующего триггера Шмитта, преобразующего сиг- 4О нал неправильной формы, соответствующий мерцающему пламени в прямоугольные однополярные импульсы. Однополярные импульсы с выхода формирователя 20 поступают на вход интег- 45 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 выходное 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 срабатываб 6 ние порогового элемента 12, нанример стабилитрона и транзистора, выходного каскада, на выходе которого запитывается обмотка реле, 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 обасточивается и с выходного каскада

12 не поступает сигнал тревоги, На летательном аппарате устанавливаются 2 или 4 двигателя, В межкапотном 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 и фотоприемников на один вход преобразователя

6 увеличивает частоту выходного суммарного сигнала в ï раз. Максимальная частота выходного сигнала с преобразователя 6 определяется по формуле мах =4" и где п — количество фотоприемников, Еп — 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

12 ч f3 г--.с

f „ = 12 20 = 69,28 Гц 70 Гц

1647616

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 фП г —

f „„= 3 ° 20 = 34,2 Гц, при пожаре

6 ÐÏ г- в двух двигателях — f = 16 20 =

= 49 Гц, при пожаре в трех двигате 0 у- 15 лях одновременно и „ах = 19 ° 20 = 60 Гц

42 90 и при пожаре в 4 двигателях f

= +12 20 = 70 Гц.

Амплитуда сигнала при частоте 70 Гц >0 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 25 летательных аппаратах используются источники питания частотой 425 Гц),. ( будет полосовым фильтром 9 ослабляться в десятки и сотни раз.

В табл. 1 приведены значения ос: — 30 лабления сигнала с частотой 425 Гц на выходе полосового фильтра 9 в за- . висимости от порядка фильтра, Считаем, что для решения поставленной задачи фильтра 3 апорядка вполне достаточно, Таким образом, если допустим возник пожар сразу в четырех двигателях самолета (что мало вероятно) и на входе фильтра присутствует 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- 45 налов через полосовой фильтр 9 на выходе фильтра будет сигнал с частотой 70 Гц и амплитудой 7,08 В (соо1 ветствующий мерцанию пламени) и параэитный сигнал 425 Гц и амплитудой

55,5 мВ. Сигнал с выхода полосового фильтра 8 поступает на вход форми. роватепя 1О. Порог срабатывания .

"формирователя 10 устанавливается В.

Поэтому полезный сигнал с выхода полосового фильтра 9, превышающий порог срабатывания, вызовет появ- . ление на выходе устройства сиг- . нала тревоги. Паразитный сигнал, значительно меньший по амплитуде порога срабатывания формирователя 1О, не вызовет появление сигнала тревоги.

Устройство не срабатывает.

При использовании на летательных аппаратах дзух двигателей (б фотоприемников) максимальная частота электрического сигнала с выхода преобразователя б составляет

= -Г6*20 = 50 Гц.

Сигнал, соответствующий мерцанию пламени, проходит через фильтр без ослабления, 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 элементы.

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, содер16476

Та:..ëèöà1

Ослабление амплитуды сигнала фильтра порядка

Г. третьего четвертого пятого шестого

177 раз

45 дб

1000 раз

60 дб

5623 раз

75 дб

31622 раз

90 дб

Таблица 2

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

1 пятого шестого третьего четвертого

39 раз

i(32 дб) 132 раза

42 дб

447 раз

52 дб

1514 раз

62 дб жащее первый фотоприемник, выход которого соединен с первым входом преобразователя ток — напряжение, выход

1 которого соединен с входом избира5 тельного усилителя, формирователь Hh". пульсов, первый интегратор, выход которого соединен с входом порогового элемента, выход которого является выходом устройства, второй интегра" тор, о т л и ч а ю ш с е с я тем, что, с целью повьппения функциональной надежности устройства, в него введены и объективов и световодов, и-1 фотоприемников, причем и 12, все фотоприемники объединены в блок фотоприемников, выходы и-1 фотопри16 емников подключены к выходу первого фотсприемника, второй интегратор выполнен в виде интегратора Миллера, каждый объект ;в через ссответствуюи;ий световод оптически связан с соогветствуюшим фотоприемником блока фотоприемников, выход избирательного усилителя соединен с входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входом перього интег ратора, выход преобразователя ток напряжение соединен с входом ar gcFo интегратора, выход которого соедщуен с вторым входом преобразователя ток — на.1ряжение. !