Датчик дыма

 

Изобретение относится к пожарной сигнализации, а именно к конструкциям датчиков дыма, предназначенных для использования в оптикоэлектронных пожарных извещателях для обнаружения загораний, сопровождающихся появлением дыма в закрытых помещениях различных зданий и сооружений, путем регистрации рассеянного частицыми дыма оптического излучения. Датчик дыма содержит корпус 1, внутри которого имеются излучатель 2 с установленной перед ним первой фокусирующей линзой 3, причем их оптические оси совмещены, фотоприемник 6, отражатель 5, выполненный в виде полого усеченного конуса, внутренняя поверхность которого выполнена зеркальной, причем плоскость основания конусного отражателя 5 представляет собой эллиптическую поверхность, его геометрическая ось совмещена с оптической осью фотоприемника и расположена под углом к оптической оси излучателя, обеспечивающим более полную регистрацию рассеянного излучения, направленного вперед, а угол между оптической осью излучателя 2 и эллиптической плоскостью конусного отражателя 5, которая параллельна линии, проходящей через фокус первой фокусирующей линзы 3, γ рассчитывается по формуле где d - диаметр первой фокусирующей линзы; f - фокусное расстояние первой фокусирующей линзы; a - расстояние от источника излучения до первой фокусирующей линзы, при этом в месте малого кругового сечения конусного отражателя 5 установлена вторая фокусирующая линза 7. Датчик снабжен сферическим отражателем 4, вогнутая сторона которого обращена к отражателю 5, выполненному конусным, а фокус его находится в центре эллиптического сечения отражателя 4. Расстояние от оптической оси до плоскости основания сферического отражателя 4 не должно быть меньше половины диаметра первой фокусирующей линзы 3. Конструкция датчика дыма эффективна при использовании, технологична в изготовлении, обеспечивает увеличение диапазона углов регистрации рассеянного излучения за счет наличия сферического отражателя 4, а фокусирование излучения при помощи фокусирующей линзы 3 и определенное расположение отражателя 5, выполненного конусным, дало возможность исключить ложные срабатывания. Все это позволяет существенно повысить чувствительность датчика дыма (0,03 - 0,05 В/м) независимо от цвета дыма. 1 ил.

Изобретение относится к пожарной сигнализации, а именно к датчикам дыма, предназначенным для использования в оптикоэлектронных пожарных извещателях для обнаружения загораний, сопровождающихся появлением дыма в закрытых помещениях различных зданий и сооружений, путем регистрации рассеянного частицами дыма оптического излучения.

Известен датчик дыма (авт.св. СССР N 1259315, кл. G 08 B 17/10, опублик. 1986). Он обладает существенным недостатком ввиду слабой чувствительности, поскольку ограничен диапазон углов регистрации рассеянного частицами дыма излучения.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков, взятым за прототип, является датчик дыма (авт.св. СССР N 1264220, кл. G 08 B 17/10, опублик. 1986), содержащий корпус с установленными под углом друг к другу фотоприемником и излучателем, обращенным к внутренней поверхности зеркального отражателя, выполненного в виде полого усеченного прямого конуса, при этом фотоприемник обращен к меньшему сечению полого усеченного прямого конуса, ось которого совмещена с осью фотоприемника, а излучатель обращен к большему сечению полого усеченного прямого конуса, причем угол ϕ между осью полого усеченного прямого конуса и осью излучателя равен ϕ.

Имея более высокую чувствительность по отношению к аналогам, датчик-прототип имеет следующие недостатки. Регистрация рассеянного частицами дыма излучения производится в ограниченном диапазоне углов от ϕ до 90^о. Причем регистрируется только излучение, рассеянное внутрь конуса. Рассеянное излучение, направленное к стенкам конуса под углами большими, чем при которых распространяется луч света от излучателя, выходит из конуса и, следовательно, не попадает на фотоприемник, что снижает чувствительность датчика, особенно к "черному" дыму.

В качестве источников излучения (излучателей) в датчиках дыма используются в основном светодиоды, которые имеют расходимость излучения от 20 до 90^о. Поэтому в данной конструкции практически не возможно добиться режима работы, при котором прямое излучение от источника при отсутствии дыма не попадает на фотоприемник, и возможны ложные срабатывания, что говорит о недостаточной надежности датчика.

Задачей изобретения является разработка датчика дыма, обеспечивающего высокую надежность за счет повышения чувствительности как к "белому", так и к "черному" дыму и исключения его ложного срабатывания.

Поставленную задачу решает предложенная конструкция датчика дыма. Он содержит корпус, внутри которого имеется излучатель с установленной перед ним первой фокусирующей линзой, причем их оптические оси совмещены, фотоприемник, отражатель, выполненный в виде полого усеченного конуса, внутренняя поверхность которого выполнена зеркальной, причем плоскость основания конусного отражателя представляет собой эллиптическую поверхность, его геометрическая ось совмещена с оптической осью фотоприемника и расположена под углом ϕ к оптической оси излучателя, обеспечивающим более полную регистрацию рассеянного излучения, направленного вперед, а угол γ между оптической осью излучателя и эллиптической плоскостью конусного отражателя, которая параллельна линии, проходящей через фокус первой фокусирующей линзы, рассчитывается по формуле γ arctg (1) где d диаметр первой фокусирующей линзы; f фокусное расстояние первой фокусирующей линзы; а расстояние от источника излучения до первой фокусирующей линзы, при этом в месте малого кругового сечения конусного отражателя установлена вторая фокусирующая линза. Датчик снабжен сферическим отражателем, вогнутая сторона которого обращена к конусному отражателю, а фокус его находится в центре эллиптического сечения конусного отражателя. Расстояние от оптической оси излучателя до плоскости основания сферического отражателя не меньше величины .

Сравнение предложенной конструкции с прототипом показывает, что первая имеет общие с прототипом элементы, такие как излучатель, фотоприемник, конусный отражатель, но отличается наличием фокусирующих линз, сферического отражателя, иной конструкцией и расположением конусного отражателя. Таким образом, заявляемый датчик соответствует критерию "Новизна".

Конструкция датчика с предложенной совокупностью входящих в нее узлов и элементов позволяет значительно повысить надежность конструкции. Действительно конусный отражатель предложенной конструкции установлен так к оптической оси излучателя, что обеспечивает более полную регистрацию излучения рассеянного частицами "черного" дыма, имеющими индикатрису рассеяния, направленную преимущественно вперед, а введение сферического отражателя расширило диапазон углов регистрации рассеянного излучения и, значит, существенно повысило чувствительность датчика, поскольку позволяет регистрировать излучение, рассеянное частицами "белого" дыма, имеющими круговую индикатрису рассеяния. Этому же способствует и наличие в конструкции второй фокусирующей линзы. Установленная перед излучателем линза обеспечивает фокусирование излучения и вместе с предложенной конструкцией и расположением конусного отражателя в отсутствии дыма исключает прямое попадание излучения на внутреннюю поверхность конусного отражателя.

Таким образом, достигаемый положительный результат обеспечивается благодаря вышеуказанной совокупности признаков, характеризующих конструкцию. Такое исполнение в технике неизвестно, непосредственно из существующего уровня техники не вытекает и не является очевидным. Это дает основание считать данное техническое решение обладающим изобретательским уровнем.

На чертеже изображен предлагаемый датчик дыма.

Он содержит корпус 1, излучатель 2, первую фокусирующую линзу 3, сферический отражатель 4, отражатель 5, выполненный в виде полого усеченного конуса плоскость основания которого представляет собой эллиптическую поверхность, причем его геометрическая ось совмещена с оптической осью фотоприемника 6 и расположена под углом, например, ϕ 45^о к оптической оси, а угол между эллиптической плоскостью конусного отражателя 5 и оптической осью излучателя равен γ и рассчитывается по формуле (1), при этом в месте малого кругового сечения установлена вторая фокусирующая линза 7.

Датчик снабжен сферическим отражателем 4, вогнутая сторона которого обращена к конусному отражателю 5, а его фокус находится в центре эллиптического сечения конусного отражателя 5. Расстояние от оптической оси излучателя до плоскости основания сферического отражателя 4 не должно быть меньше половины диаметра первой фокусирующей линзы 3, так как в противном случае отражатель перекрывает световой поток от излучателя, что ведет к уменьшению чувствительности.

Датчик дыма работает следующим образом.

При отсутствии дыма световой поток излучателя фокусируется линзой 3 в область перед конусным отражателем 5, плоскость эллиптического сечения которого с оптической осью излучателя составляет угол γ, что исключает попадание прямого излучения на фотоприемник 6 и тем самым предотвращает ложные срабатывания. При появлении дыма рассеянное вперед излучение преимущественно частицами "черного" дыма попадает внутрь конусного отражателя 5, фокусируется линзой 7 на фотоприемник 6. Одновременно рассеянное во все направления преимущественно частицами "белого" дыма излучение отражается от сферического 4 и конусного 5 отражателей и линзой 7 фокусируется на фотоприемник 6. Появление выходного сигнала фотоприемника 6 говорит о наличии дыма в контролируемом объеме.

Большинство элементов, входящих в конструкцию датчика, изготавливаются промышленностью, например в качестве излучателя использовали светодиод типа АЛ-108, в качестве фотоприемника фотодиод типа ФД-265А. Изготовление остальных элементов не представляет трудности. Высокая чувствительность датчика дыма (0,30-0,05 В/м) независимо от цвета дыма по сравнению с серийно выпускаемым пожарным извещателем ИП212-5 (0,05-0,5 В/м), реагирующим только на "белый" дым, дает право предполагать, что потребность в таких датчиках очевидна. Таким образом, предложение имеет и третий признак изобретений промышленную применимость.

Формула изобретения

ДАТЧИК ДЫМА, содержащий корпус, в котором размещены излучатель и фотоприемник, установленные под углом друг к другу, отражатель, выполненный в виде полого усеченного конуса, внутренняя поверхность которого выполнена зеркальной, а геометрическая ось совмещена с оптической осью фотоприемника, отличающийся тем, что в него введены первая и вторая фокусирующие линзы, сферический отражатель, перед излучателем размещена первая фокусирующая линза, оптические оси излучателя и первой фокусирующей линзы совпадают, перед фотоприемником размещена вторая фокусирующая линза, оптические оси второй фокусирующей линзы и фотоприемника совпадают, вогнутая сторона сферического отражателя обращена к конусному отражателю, а фокус сферического отражателя находится в геометрическом центре эллиптического сечения конусного отражателя, при этом расстояние от оптической оси излучателя до плоскости основания сферического отражателя не меньше половины диаметра первой фокусирующей линзы, а угол γ между эллиптической плоскостью конусного отражателя и его оптической осью равен где d диаметр фокусирующей линзы; f фокусное расстояние линзы; a расстояние от источника излучения до фокусирующей линзы.

РИСУНКИ

Рисунок 1