Способ фоторегистрации открытого пламени

 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке устройств, обеспечивающих пожаробезопасность эксплуатации двигателей подвижных объектов, в частности, летательных аппаратов. Технический результат, который должен быть получен при использовании изобретения, состоит в высоком быстродействии, возможности регистрации возгорания в проблесковом режиме (режиме нестационарного горения) при обеспечении достоверности обнаружения возгорания в охраняемых двигательных отсеках за счет невосприимчивости к однократным и периодическим импульсным помехам, для этого в способе фоторегистрации открытого пламени преобразуют излучение открытого пламени в электрический сигнал (а), выделяют низкочастотную составляющую (б) электрического сигнала, формируют на ее основе последовательность импульсов постоянной амплитуды и длительности (в), осуществляют анализ временных интервалов между импульсами путем сравнения их между собой и устанавливают наличие открытого пламени в том случае, если временные интервалы между двумя или более соседними парами импульсов различаются более, чем на наперед заданную величину. 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано при разработке устройств, обеспечивающих пожаробезопасность эксплуатации двигателей подвижных объектов, в частности, летательных аппаратов.

Известен способ обнаружения открытого пламени [1] основанный на регистрации мерцаний пламени, преобразовании излучения в фотоэлектрический сигнал, который нормализуют по амплитуде, выделяют полосу частот (3 20 Гц), соответствующую мерцаниям пламени, а затем выделяют огибающую входного сигнала и анализируют ее по частоте. Если частота огибающей входит в заранее заданную полосу частот пропускания полосового фильтра, то формируют сигнал тревоги. В противном случае не формируют.

Выделение огибающей по данному способу позволяет исключить формирование ложных сигналов при регистрации излучения, характеризующегося постоянством амплитуды. Недостатком способа является возможность выдачи ложных сигналов тревоги при периодических импульсных помехах со скважностью больше 2 и при регистрации сигналов с нарастающей и убывающей амплитудой.

Известен способ обнаружения открытого пламени [2] основанный на преобразовании излучения пламени в электрический сигнал, выделении низкочастотной составляющей сигнала, нормализации низкочастотного сигнала по амплитуде, формировании сигнала верхнего порогового уровня и подсчете числа превышений амплитуды нормализованного низкочастотного сигнала над сигналом верхнего порогового уровня. Формируют также сигнал нижнего порогового уровня, сравнивают нормализованный по амплитуде низкочастотный сигнал и сигнал нижнего порогового уровня, подсчитывают число превышений амплитуды нормализованного сигнала над сигналом нижнего порогового уровня и при отношении не менее 1,25 формируют сигнал о наличии пожара.

Данный способ основан на длительном подборе статистики и, хотя и позволяет идентифицировать открытое пламя на фоне одиночных и периодических помех, обеспечивает низкое быстродействие.

Наиболее близким к предлагаемому способу фоторегистрации открытого пламени является способ [3] основанный на преобразовании излучения источника открытого пламени в пульсирующий электрический сигнал, формировании по этому сигналу последовательности импульсов постоянной длительности и амплитуды, анализе временных интервалов между импульсами путем сравнения их между собой и с наперед заданной величиной и формировании информационного сигнала о наличии пламени по результатам анализа временных интервалов по достижении мим заданной величины.

Этот способ также основан на достаточно длительной статистике (для достижения осредненного отличия или совпадения с аппаратурно заданным временным интервалом), применим только для регистрации стационарного режима горения при достаточно длительном горении в проблесковом режиме вероятно лишь формирования предупредительного сигнала. Этот способ обеспечивает относительно низкое быстродействие (2-3 сек.), кроме того, этот способ требует расчета среднестатистического временного интервала и неприменим для регистрации горения в проблесковом (нестационарном) режиме.

Задачей настоящего изобретения является создание способа фоторегистрации открытого пламени, обеспечивающего пожаробезопасность эксплуатации двигателей подвижных объектов, в частности, летательных аппаратов.

Технический результат, который должен быть получен при использовании предлагаемого способа фоторегистрации открытого пламени, состоит в высоком быстродействии, возможности регистрации возгорания в пpоблесковом режиме (режиме нестационарного горения) при обеспечении достоверности обнаружения возгорания в охраняемом двигательном отсеке за счет невосприимчивости к однократным и периодическим импульсным помехам.

Задача решается таким образом, что в способе фоторегистрации открытого пламени, включающем преобразование оптического излучения источника открытого пламени преобразование оптического излучения источника открытого пламени в электрический сигнал, выделение низкочастотной составляющей электрического сигнала, формирование на ее основе последовательности импульсов постоянной амплитуды и длительности, анализа временных интервалов между импульсами путем сравнения их между собой, согласно изобретению, наличие открытого пламени устанавливают в том случае, если временные интервалы между двумя или более соседними парами импульсов различаются более, чем на наперед заданную величину.

Низкочастотный сигнал, соответствующий мерцаниям открытого пламени, является стохастическим сигналом, т.е. временные интервалы между последовательными пересечениями нулевой линии являются статистически случайными и не коррелированными между собой. Измеряя межимпульсные временные интервалы последовательности стандартных импульсов, соответствующих моментам пересечения низкочастотным сигналом нулевой линии или иного постоянного уровня, и сравнивая их между собой, мы тем самым осуществляем автокорреляционный анализ входной дискретизированной функции. В простейшем случае для идентификации стохастического характера входной функции достаточен анализ двух соседних интервалов, т. е. наличие трех импульсов, что при нижней границе полосы пропускания 3 Гц обеспечивает быстродействие устройства, использующего данный способ, не более 1 с. При этом, очевидно, что воздействие однократной импульсной помехи принципиально не может быть идентифицировано как наличие открытого пламени, также как и воздействие периодической помехи. При увеличении числа сравниваемых временных интервалов достигается защита от более сложных типов помех.

Значение маркерного временного интервала (заданной значения) определяется сверху минимально возможным межимпульсным интервалом последовательности стандартных имульсов (т. е. порядка 1/20 с), а снизу стабильностью периода вероятной периодической помехи. Обычно маркерный интервал (Тм выбирается из соотношения Tм Tмакс./(128.256), где Тмакс. 0,3 с максимально возможный межимпульсный интервал последовательности стандартных импульсов.

При эксплуатации двигателей, использующих горение углеводородов, устанавливаемых на подвижных объектах, очень важно зарегистрировать возгорание в момент перехода от нестационарного режима (возгорание распространение фронта горения) к стационарному (горение в ограниченном объеме при установившемся соотношении горючего вещества и окислителя). При принудительном воздухообмене в зоне вероятного горения и ограниченном поступлении горючей смеси из трещин трубопровода возможно создание различных ситуаций распределения горючей смеси вблизи нагретых деталей двигателя, нередко существенно отличных от ситуаций в основной зоне горения. Например, возможно создание критической концентрации горючей смеси вблизи от нагретой детали двигателя в то время, как в основном объеме гондолы двигателя концентрации под- или надкритическая. В этом случае горение протекает в проблесковом режиме, т.е. возникают вспышки, содержащие 3-5 периодических пульсаций с уменьшающимся периодом (за счет сокращения фронта горения, при подкритической концентрации горючей смеси в основной зоне горения) или с возрастающим периодом (за счет временного расширения фронта горения при надкритической концентрации горючей смеси в основной зоне горения). Поэтому режим проблескового (нестационарного) горения удовлетворяет либо соотношению T2-T1>, либо T1-T2>, в то время как режим перехода от нестационарного горения к стационарному (когда концентрация горючей смеси в основной зоне горения критическая), как правило, удовлетворяет соотношению T1-T2>,, где T1- временной интервал между первым и вторым импульсами, T2 временной интервал между вторым и третьим импульсами, заданная величина минимальной разности временных интервалов (маркерный интервал).

Предлагаемый способ может быть реализован различными аппаратурными устройствами. Два из возможных варианта устройства приведены ниже, что поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена блок-схема первого варианта устройства фоторегистрации открытого пламени; на фиг. 2 представлена блок-схема одного из вариантов коррелятора межимпульсных временных интервалов; на фиг. 3 представлена блок-схема второго варианта устройства фоторегистрации открытого пламени; на фиг. 4 представлена временная диаграмма работы устройства по фиг. 1.

Устройство по фиг. 1 выполнено из последовательно соединенных фотоприемника 1, узкополосного усилителя 2, нуль-детектора 3 и формирователя стандартных импульсов 4, первый выход которого через последовательно соединенные счетчик 5 и одновибратор 6 подсоединен ко входу управления ключа 7, второй выход через коррелятор 8 подсоединен к первому входу схемы антисовпадений 9, второй вход которой соединен с выходом ключа 7, а ее выход подсоединен ко входу второго одновибратора 10.

Один из вариантов коррелятора 8 (фиг. 2) выполнен из триггера 11, к каждому из двух выходов которого подсоединен один из реверсивных счетчиков 12 или 13, выходы которых подсоединены, соответственно, к первому или второму входам схемы ИЛИ 14, а счетные входы реверсивных счетчиков 12 и 13 подсоединены к выходам задающего генератора 15.

Устройство по фиг. 3 выполнено из n измерительных каналов, каждый из которых выполнен из последовательно соединенных фотоприемника 1, узкополосного усилителя 2, нуль-детектора 3 и формирователя стандартных импульсов 4, выходы измерительных каналов подсоединены к соответствующим входам блока регистров 16, первый выходной порт которого соединен с входным портом схемы ИЛИ 17, а второй выходной порт блока регистров 16 подсоединен к первому порту коммутатора 18, выход схемы ИЛИ подсоединен к первому входу однокристалльной ЭВМ (ОЭВМ) 19, второй вход которой соединен с выходом коммутатора 18, ее первый выходной порт подсоединен к коммутатору 18, второй порт через линию передачи информации подсоединен ко входу управления блока регистров 16.

Работа устройства фиг. 1 происходит следующим образом. Фотоприемник 1 осуществляет широкополосный фотоприем оптического сигнала, содержащего переменную составляющую, соответствующую мерцаниям пламени (фиг. 4а). При этом переменная составляющая может содержать также однократные и периодические импульсные помехи. Узкополосный фильтр усилителя 2 выделяет низкочастотную составляющую в полосе (3 20 Гц) (фиг. 4б). Нуль-детектор 3 обеспечивает срабатывание генератора стандартных импульсов 4 в момент пересечения нулевого уровня (фиг. 4в). Последовательность стандартных импульсов (фиг. 4в) поступает параллельно на входы нормально разомкнутого ключа 7, счетчика 5 и коррелятора 8. Стандартные импульсы счетчиком 5 пересчитываются на 3, после чего импульс переполнения счетчика поступает на вход одновибратора 6 (например, счетчик 5 может быть выполнен из двух триггеров, осуществляющих пересчет импульсов (фиг. 4г, д, е), причем одновибратор 6 (фиг. 4ж) запускается задним фронтом второго триггера), длительность импульса одновибратора 6 растягивается на период осуществления серии стандартных импульсов за счет периодического перезаряда хронирующего конденсатора. Сигнал с выхода этого одновибратора открывает нормально закрытый ключ 7, поддерживая канал в открытом состоянии на весь период осуществления последовательности стандартных импульсов, начиная с третьего импульса последовательности.

Триггер 11 (фиг. 2) коррелятора 8 осуществляет преобразование последовательности коротких стандартных импульсов (фиг. 4в) в прямоугольный сигнал (фиг. 4г). На входы счетчиков 12 и 13 поступают короткие разнополярные импульсы (например, через дифференцирующую цепочку) (фиг. 4д), причем положительные импульсы запускают один из счетчиков (12) в прямом, а отрицательные в обратном направлении, а другой счетчик (13) наоборот. В результате, счетчики 12 и 13 работают в двутактном режиме (фиг. 4и), пересчитывая маркерные импульсы (фиг. 4з), поступающие от задающего генератора 15. При обнулении любого из счетчиков вырабатывается импульс, поступающий через схему ИЛИ 14 (фиг. 4к) на первый вход схемы антисовпадений 9, на второй вход поступает последовательность стандартных импульсов. Если эта последовательность имеет равные межимпульсные интервалы, то происходит совпадение сигналов по двум входам схемы антисовпадений 9 и на вход одновибратора 10 сигналы не поступают. Обнуление счетчиков 12 и 13 происходит при поступлении стохастического сигнала случайным образом и отдельные импульсы обнуления могут во времени совпадать со стандартными (фиг. 4л). Однако для прерывания сигнала одновибратора 10, выполненного аналогично одновибратору 6, необходимо, чтобы отсутствовало подряд минимум 3 стандартных импульса, поскольку собственная длительность импульса одновибратора 10 (t) выбирается соответствующей (фиг. 4м).

Аналогичным образом может быть выполнена схема, обеспечивающая защищенность от периодических помех более сложного состава, например, сдвоенных пар импульсов, за счет увеличения числа реверсивных счетчиков и числа обсчитываемых и сравниваемых межимпульсных интервалов.

В качестве второго примера практической реализации предлагаемого способа рассмотрим устройство по фиг. 3, использующее микропроцессорную технику. В связи с мощными вычислительными средствами современных однокристалльных ЭВМ (ОЭВМ) их целесообразность вводить не в индивидуальные измерительные каналы, а выполнять на их основе многоканальную измерительную систему.

Работа этого устройства происходит следующим образом. Блоки 1-4 как и в предыдущем примере осуществляют выделение низкочастотной составляющей фотосигнала и формирование последовательности стандартных импульсов. Одиночные короткие импульсы, поступающие от информационных каналов, фиксируются блоком регистров 16, затем через схему ИЛИ 17 на ОЭВМ 19 передается сигнал прерывания. После принятия общего запроса на обслуживание возникает задача идентификации источника, выставившего запрос, и передачи управления на соответствующую процедуру обслуживания, состоящую в последовательном опросе состояния всех регистров блока регистров 16. Это осуществляется с помощью коммутатора 18. После этого по команде ОЭВМ 19 происходит обнуление блока регистров 16 для принятия новых запросов на прерывание. Во время обработки запросов на прерывание процессор приостанавливает свою текущую деятельность и включаются его определенные ячейки памяти. При этой в соответствии с алгоритмом идентификации сигнала открытого пламени с заданной точностью осуществляется измерение межимпульсных временных интервалов и сравнение измеренных величин с предыдущими значениями. После принятия решения через последовательный интерфейс на бортовую ЭВМ (БЭВМ) поступает информация о пожаре и месте нахождения источника открытого пламени.

Как видно из работы описанных выше устройств, заявляемый способ позволяет с высоким быстродействием идентифицировать наличие открытого пламени в охраняемых отсеках и обеспечивает им принципиальную невосприимчивость к однократным и периодическим импульсным помехам. Малое количество используемых периодов пульсирующего сигнала позволяет уверенно идентифицировать наличие пожара в проблесковом режиме горения. Реализация предлагаемого способа может быть осуществлена как схемотехническим, так и алгоритмическим путем.

Формула изобретения

Способ фоторегистрации открытого пламени, включающий преобразование оптического излучения источника открытого пламени в электрический сигнал, выделение низкочастотной составляющей электрического сигнала, формирование на ее основе последовательности импульсов постоянной амплитуды и длительности, анализ временных интервалов между импульсами путем сравнения их между собой, отличающийся тем, что наличие открытого пламени устанавливают в том случае, когда временные интервалы между двумя или более соседними парами импульсов различаются более чем на наперед заданную величину.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к автоматической пожарной сигнализации

Изобретение относится к пожарной технике , а именно к пожарной сигнализации, и предназначено для использования в качестве чувствительного элемента пожарного извещателя

Изобретение относится к устройствам автоматического обнаружения пожара в двигателях летательных аппаратов

Изобретение относится к пожарной технике и может использоваться в области авиастроения для сигнализации о возникновении пожара в мотогондолах летательных аппаратов

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

Изобретение относится к сигнальным устройствам противопожарной техники и позволяет уменьшить рабочий диаметр, упростить сборку и эксплуатацию, повысить надежность и чувствительность устройства

Изобретение относится к средствам автоматической пожарной сигнализации и защиты и может быть использовано преимущественно для защиты закрытых невентилируемьк объемов

Изобретение относится к оптическим системам, применяемым при наблюдении высококонтрастных объектов

Изобретение относится к устройствам пожарной сигнализации и предназначено для обнаружения очага возгорания по инфракрасному излучению источника повышенной температуры

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано как средство обнаружения загорания и приведения в действие установок автоматического пожаротушения

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в составе систем, обеспечивающих пожаробезопасность объектов

Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха

Изобретение относится к области пожарной сигнализации для выявления увеличения оптической плотности воздуха по интенсивности рассеяния светового инфракрасного излучения

Изобретение относится к устройствам пожарной сигнализации и может быть использовано в автоматических системах контроля и управления в шахтах, опасных по взрывам газа и пыли

Изобретение относится к автоматической сигнализации, способам обнаружения наличия взвешенных частиц дыма в окружающей среде

Изобретение относится к области охраны окружающей среды, а именно к устройствам для обнаружения лесных пожаров на ранней стадии и мониторинга развития пожаров

Изобретение относится к устройствам пожарной сигнализации

Изобретение относится к устройствам пожарной сигнализации и предназначено для обнаружения очага возгорания по инфракрасному излучению источника повышенной температуры; может быть использовано для обеспечения взрывобезопасности и пожаробезопасности в производственных помещениях и на промышленных площадках
Наверх