Сигнализатор возгорания
Изобретение относится к устройствам пожарной сигнализации, приводимым в действие тепловым воздействием очага возгорания, и предназначено для использования в системах распределенного контроля протяженных пожароопасных объектов. Технический результат - упрощение конструкции сигнализатора возгорания. Сигнализатор возгорания содержит чувствительный элемент, излучающий пьезоакустический преобразователь, шину нулевого потенциала, генератор ультразвуковых колебаний, узел сравнения, узел индикации, первый и второй усилители, стабилизатор напряжения, первый и второй преобразователи тока в напряжение, нагрузочный элемент. Чувствительный элемент представляет собой протяженный термостойкий ультразвуковой волновод, соединенный входом с выходом излучающего пьезоакустического преобразователя. Выход узла сравнения соединен с входом узла индикации возгорания. Первые выводы питания первого и второго усилителей соединены с шиной нулевого потенциала, подключенной к первому выходному выводу стабилизатора напряжения. Вход второго усилителя соединен с выходом генератора ультразвуковых колебаний и с входом первого усилителя. Выход первого усилителя подключен к входу излучающего пьезоакустического преобразователя. Нагрузочный элемент подключен между выходом второго усилителя и шиной нулевого потенциала. Первые выводы первого и второго преобразователей тока в напряжение подключены ко второму выходному выводу стабилизатора напряжения, а их вторые выводы соединены соответственно со вторыми выводами питания первого и второго усилителей. Выход первого и выход второго преобразователей тока в напряжение подключены соответственно к первому и второму входам узла сравнения. 1 ил.
Изобретение относится к устройствам пожарной сигнализации, приводимым в действие тепловым воздействием очага возгорания, и может быть использовано в системах распределенного контроля протяженных пожароопасных объектов, например топливных магистралей, кабелей электроснабжения, газопроводов, резервуаров с горючими веществами, а также различных агрегатов.
Известно устройство аварийной пожарной сигнализации (патент РФ №2315362 от 22.05.2006, опубл. в БИ №2, 2008, МПК G08B 17/06), содержащее источник электропитания, термочувствительный элемент, сигнальное средство, формирователь ультразвуковых импульсов, излучающий и приемный пьезоакустические преобразователи, усилитель, блок обработки и управления, один выход которого подключен к входу формирователя ультразвуковых импульсов, а другой ко входу сигнального средства, при этом один вход блока обработки и управления соединен с выходом источника питания, а другой - с выходом усилителя, выход формирователя ультразвуковых колебаний подключен ко входу излучающего пьезоакустического преобразователя, выход которого соединен с одним концом термочувствительного элемента, выполняющего роль акустической линии связи, параметры которой зависят от температуры, а другой конец его - со входом приемного пьезоакустического преобразователя, выход которого соединен со входом усилителя, при этом термочувствительный элемент представляет собой шнуроподобную конструкцию и выполнен в виде термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом (сплавом), температура плавления которого задается рецептурой состава материала (сплава).
В этом устройстве в случае возникновения возгорания легкоплавкий материал (сплав) внутри термочувствительного элемента на участке, подвергнутом воздействию высокой температуры, плавится и переходит в жидкое состояние, вследствие чего уровень акустической связи между излучающим и приемным пьезоакустическими преобразователями через термочувствительный элемент падает, при этом блок обработки и управления формирует сигнал включения средства сигнализации о наличии возгорания.
Недостатком этого аналога является наличие двух пьезоакустических преобразователей, подключенных к противоположным концам термочувствительного элемента, что не только усложняет конструкцию устройства, но и снижает надежность сигнализации, так как вследствие воздействия дестабилизирующих факторов возможно несовпадение рабочих частот излучающего и приемного пьезоакустических преобразователей, в результате чего уровень акустической связи между ними падает, при этом блок обработки и управления формирует ложный сигнал включения средства сигнализации о наличии возгорания.
Недостатком аналога является также и сложность конструкции термочувствительного элемента, так как она должна исключать утечку расплавленного материала (сплава) из термостойкой трубки. Кроме того, термостойкая трубка акустически шунтирует место расплавления, в результате чего снижается чувствительность устройства, поскольку акустические волны достигают приемного пьезоакустического преобразователя не только по легкоплавкому материалу (сплаву), находящемуся внутри термостойкой трубки, но и по материалу самой трубки.
Известно устройство аварийной пожарной сигнализации (заявка на изобретение №2010136254/08 (051519) от 27.08.2010, решение о выдаче патента на изобретение от 29.07.2011, МПК G08B 17/00, G08B 17/06, Н01Н 85/00), содержащее термочувствительный элемент, состоящий из термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом (сплавом), образующим линию акустической связи между передающим и приемным пьезоакустическими преобразователями, подключенными к противоположным концам термочувствительного элемента, формирователь ультразвуковых колебаний, выход которого соединен с входом передающего пьезоакустического преобразователя, усилитель, вход которого подключен к выходу приемного пьезоакустического преобразователя, а выход соединен с входом блока обработки и управления, выход которого подключен к входу сигнального средства, вторую линию акустической связи между пьезоакустическими преобразователями и блок модуляции акустического сопротивления термочувствительного элемента, при этом вторая линия акустической связи образована второй термостойкой трубкой, внутри которой расположен продольно термочувствительный элемент, вход блока модуляции акустического сопротивления термочувствительного элемента соединен с выходом усилителя, а выход этого блока посредством тепловой связи сопряжен с термочувствительным элементом на участке, расположенном между передающим пьезоакустическим преобразователем и рабочей зоной термочувствительного элемента.
Этот аналог обладает высокой надежностью сигнализации, достигаемой за счет формирования двух типов сигналов оповещения, а именно: сигнала о наличии возгорания и сигнала о наличии неисправности акустического канала связи.
Недостатком аналога является наличие двух пьезоакустических преобразователей, подключенных к противоположным концам термочувствительного элемента, что усложняет конструкцию устройства аварийной пожарной сигнализации.
Кроме того, недостатком аналога является сложность конструкции ультразвукового волновода, соединяющего передающий и приемный пьезоакустические преобразователи, так как он содержит две термостойкие трубки, одна из которых заполнена легкоплавким материалом (сплавом) и должна исключать утечку расплавленного материала (сплава) из термочувствительного элемента.
Известен сигнализатор возгорания (Ильин О. Сигнализатор возгорания. - Радиомир, 2009, №3, с.14-16), содержащий усилитель мощности, подключенный к входу излучающего пьезоакустического преобразователя, чувствительный элемент, выполненный в виде протяженной термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом (сплавом), приемный пьезоакустический преобразователь, подключенный к входу предварительного усилителя, выход которого соединен через цепь обратной связи с входом усилителя мощности, а также последовательно включенные детектор, интегратор, узел сравнения и узел индикации возгорания.
Усилитель мощности, чувствительный элемент, пьезоакустические преобразователи, предварительный усилитель и цепь обратной связи образуют ультразвуковой генератор с самовозбуждением. При нагревании пламенем легкоплавкий материал (сплав) чувствительного элемента на участке, подвергнутом воздействию высокой температуры, плавится и переходит в жидкое состояние, в результате чего акустическая связь между излучающим и приемным пьезоакустическими преобразователями существенно ослабляется, при этом генерируемые колебания срываются, что является основанием для формирования сигнала оповещения о наличии возгорания.
Этот аналог может функционировать и с более простым по конструкции чувствительным элементом, выполненным, например, из стального или медного провода, и отличается высокой стабильностью работы, поскольку самовозбуждение ультразвукового генератора происходит на частоте резонанса пьезоакустических преобразователей.
Недостатком аналога является наличие двух пьезоакустических преобразователей, подключенных к противоположным концам чувствительного элемента, что усложняет конструкцию сигнализатора возгорания.
В качестве прототипа выбран сигнализатор возгорания (Ильин О. Сигнализатор возгорания. - Радио, 2009, №4, с.36, 37), чувствительный элемент которого представляет собой протяженный термостойкий ультразвуковой волновод из медного провода, соединяющий передающее и приемное устройства, расположенные с его противоположных концов, содержащие соответственно генератор ультразвуковых колебаний, излучающий пьезоакустический преобразователь и приемный пьезоакустический преобразователь, усилитель, амплитудный детектор, интегратор, узел сравнения, узел индикации возгорания, а также стабилизаторы напряжения и узлы индикации включения напряжения питания.
В прототипе при возникновении возгорания и воздействии пламени на чувствительный элемент в зоне воздействия образуется участок с повышенной температурой. Следствие этого - изменение скорости распространения ультразвуковых волн в чувствительном элементе и рассеивание их энергии на образовавшейся акустической неоднородности, в результате чего изменяется волновая картина на входе приемного устройства. Амплитудные изменения этой картины анализируются в приемном устройстве. При достижении ими порогового значения вырабатывается сигнал оповещения о наличии возгорания, воспроизводимый узлом индикации.
Недостатком прототипа является сложность конструкции, поскольку для его функционирования необходимы передающее и приемное устройства, подключенные к противоположным концам чувствительного элемента.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение конструкции сигнализатора возгорания.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в сигнализаторе возгорания, содержащем чувствительный элемент, представляющий собой протяженный термостойкий ультразвуковой волновод, вход которого соединен с выходом излучающего пьезоакустического преобразователя, подключенного к шине нулевого потенциала, генератор ультразвуковых колебаний, узел сравнения, соединенный выходом с входом узла индикации возгорания, усилитель, соединенный первым выводом питания с шиной нулевого потенциала, подключенной к первому выходному выводу стабилизатора напряжения, предусмотрены следующие отличия: в него введены второй усилитель, первый и второй преобразователи тока в напряжение, нагрузочный элемент, при этом первый вывод питания второго усилителя подключен к шине нулевого потенциала, вход второго усилителя соединен с выходом генератора ультразвуковых колебаний и с входом первого усилителя, выход которого подключен к входу излучающего пьезоакустического преобразователя, нагрузочный элемент подключен между выходом второго усилителя и шиной нулевого потенциала, первый вывод первого и первый вывод второго преобразователей тока в напряжение подключены ко второму выходному выводу стабилизатора напряжения, второй вывод первого и второй вывод второго преобразователей тока в напряжение соединены соответственно со вторым выводом питания первого и вторым выводом питания второго усилителей, выход первого и выход второго преобразователей тока в напряжение подключены соответственно к первому и второму входам узла сравнения.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно: по сравнению с прототипом упрощается конструкция сигнализатора возгорания.
Изобретение поясняется чертежом.
На чертеже изображены: чувствительный элемент 1; излучающий пьезоакустический преобразователь 2; шина нулевого потенциала 3; генератор ультразвуковых колебаний 4; узел сравнения 5; узел индикации возгорания 6; первый усилитель 7; стабилизатор напряжения 8; второй усилитель 9; первый преобразователь тока в напряжение 10; второй преобразователь тока в напряжение 11; нагрузочный элемент 12.
Чувствительный элемент 1 представляет собой протяженный термостойкий ультразвуковой волновод (например, медный или стальной провод), вход которого соединен с выходом излучающего пьезоакустического преобразователя 2, подключенного к шине нулевого потенциала 3. Выход узла сравнения 5 соединен с входом узла индикации возгорания 6. Первый вывод питания первого усилителя 7 соединен с шиной нулевого потенциала 3. Шина нулевого потенциала 3 подключена к первому выходному выводу стабилизатора напряжения 8. Первый вывод питания второго усилителя 9 подключен к шине нулевого потенциала 3. Вход второго усилителя 9 соединен с выходом генератора ультразвуковых колебаний 4 и с входом первого усилителя 7. Выход первого усилителя 7 подключен к входу излучающего пьезоакустического преобразователя 2. Нагрузочный элемент 12 подключен между выходом второго усилителя 9 и шиной нулевого потенциала 3. Первый вывод первого 10 и первый вывод второго 11 преобразователей тока в напряжение подключены ко второму выходному выводу стабилизатора напряжения 8. Второй вывод первого 10 и второй вывод второго 11 преобразователей тока в напряжение соединены соответственно со вторым выводом питания первого 7 и вторым выводом питания второго 9 усилителей. Выход первого 10 и выход второго 11 преобразователей тока в напряжение подключены соответственно к первому и второму входам узла сравнения 5.
Первый усилитель 7 и первый преобразователь тока в напряжение 10 по схемотехнической структуре и электрическим характеристикам идентичны соответственно второму усилителю 9 и второму преобразователю тока в напряжение 11.
Сигнализатор возгорания работает следующим образом. Электрический сигнал с выхода генератора ультразвуковых колебаний 4 поступает на вход первого 7 и вход второго 9 усилителей, с выхода которых усиленные по мощности колебания ультразвуковой частоты подаются соответственно на вход излучающего пьезоакустического преобразователя 2 и на вход нагрузочного элемента 12.
Излучающий пьезоакустический преобразователь 2 преобразует электрический сигнал, поступающий на его вход, в механические колебания ультразвуковой частоты, которые в виде продольных акустических волн распространяются в чувствительном элементе 1. При отсутствии возгорания акустические волны распространяются в чувствительном элементе 1 с постоянной скоростью, поэтому величина акустического сопротивления чувствительного элемента 1 постоянна, а следовательно, постоянна и мощность, затрачиваемая излучающим пьезоакустическим преобразователем 2 на возбуждение акустических волн в чувствительном элементе 1.
Излучающий пьезоакустический преобразователь 2 является нагрузкой первого усилителя 7, поэтому в отсутствие возгорания мощность, отдаваемая этим усилителем в нагрузку, постоянна. Вследствие этого постоянна и величина тока, потребляемого первым усилителем 7 от стабилизатора напряжения 8, а также тока, протекающего через первый преобразователь тока в напряжение 10, поэтому постоянна и величина его выходного напряжения.
Сопротивление нагрузочного элемента 12, подключенного между выходом второго усилителя 9 и шиной нулевого потенциала 3, выбрано таким образом, чтобы в отсутствие возгорания токи, потребляемые первым 7 и вторым 9 усилителями от стабилизатора напряжения 8, были равны. При этом токи, протекающие через первый 10 и второй 11 преобразователи тока в напряжение, также равны, чем обеспечивается равенство их выходных напряжений. Узел сравнения 5 сравнивает величины напряжений, поступающие на его первый и второй входы, и в случае их равенства формирует на своем выходе сигнал об отсутствии возгорания, который воспроизводится узлом индикации 6.
Если под воздействием каких-либо дестабилизирующих факторов происходит изменение величины выходного напряжения генератора ультразвуковых колебаний 4 или выходного напряжения стабилизатора напряжения 8, то вследствие этого изменяются ток потребления первого 7 и ток потребления второго 9 усилителей, а также изменяются выходное напряжение первого 10 и выходное напряжение второго 11 преобразоватей тока в напряжение. Однако благодаря идентичности первого 7 и второго 9 усилителей, а также первого 10 и второго 11 преобразователей тока в напряжение эти изменения не нарушают равенства величин напряжений на первом и втором входах узла сравнения 5, поэтому на его выходе не формируется ложный сигнал о наличии возгорания.
При возникновении возгорания и воздействии пламени на чувствительный элемент 1 в зоне воздействия образуется участок с повышенной температурой, вследствие чего изменяется скорость распространения ультразвуковых волн в чувствительном элементе 1 и происходит рассеивание их энергии на образовавшейся акустической неоднородности, при этом изменяется акустическое сопротивление чувствительного элемента 1, а следовательно, и мощность, затрачиваемая излучающим пьезоакустическим преобразователем 2 на возбуждение акустических волн в чувствительном элементе 1. В результате этого изменяется ток, потребляемый первым усилителем 7 от стабилизатора напряжения 8, и, как следствие, изменяется выходное напряжение первого преобразователя тока в напряжение 10. В результате нарушается равенство величин напряжений на первом и втором входах узла сравнения 5, и он формирует на своем выходе сигнал о наличии возгорания, который воспроизводится узлом индикации 6.
После устранения возгорания и снижения температуры чувствительного элемента 1 до прежнего уровня сигнализатор вновь готов к работе.
Таким образом, предлагаемый сигнализатор возгорания выгодно отличается от прототипа, так как для его функционирования не требуется приемного устройства, подключенного к противоположному от излучающего пьезоакустического преобразователя концу чувствительного элемента, что упрощает конструкцию сигнализатора.
Сигнализатор возгорания, содержащий чувствительный элемент, представляющий собой протяженный термостойкий ультразвуковой волновод, вход которого соединен с выходом излучающего пьезоакустического преобразователя, подключенного к шине нулевого потенциала, генератор ультразвуковых колебаний, узел сравнения, соединенный выходом с входом узла индикации возгорания, усилитель, соединенный первым выводом питания с шиной нулевого потенциала, подключенной к первому выходному выводу стабилизатора напряжения, отличающийся тем, что в него введены второй усилитель, первый и второй преобразователи тока в напряжение, нагрузочный элемент, при этом первый вывод питания второго усилителя подключен к шине нулевого потенциала, вход второго усилителя соединен с выходом генератора ультразвуковых колебаний и с входом первого усилителя, выход которого подключен к входу излучающего пьезоакустического преобразователя, нагрузочный элемент подключен между выходом второго усилителя и шиной нулевого потенциала, первый вывод первого и первый вывод второго преобразователей тока в напряжение подключены ко второму выходному выводу стабилизатора напряжения, второй вывод первого и второй вывод второго преобразователей тока в напряжение соединены соответственно со вторым выводом питания первого и вторым выводом питания второго усилителей, выход первого и выход второго преобразователей тока в напряжение подключены соответственно к первому и второму входам узла сравнения.
