Модуляционный датчик горения

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано для обнаружения горения. Технический результат заключается в увеличении чувствительности датчика и уменьшении потребляемой мощности. Модуляционный датчик горения содержит оптическую систему 1, модулятор 3 с неподвижной 4 и подвижной 5 растровыми решетками с электромеханическим осциллятором 2. Каждая из растровых решеток модулятора 3 имеет одну зону модуляции оптического сигнала. Оптическая система 1 содержит источник оптического тестового сигнала 8 и выполнена таким образом, что на ее выходе имеются два сигнала: тестовый сигнал и сигнал контролируемого пространства, которые разделены в пространстве и не смешиваются. Параметры растровых решеток 4, 5 выбираются таким образом, что за один период движения подвижной растровой решетки 5 оптический поток контролируемого пространства последовательно перекрывается и открывается для прохождения через модулятор 3. В промежутке времени, соответствующем перекрытию оптического потока контролируемого пространства на фотоприемник 6, осуществляется включение тестового источника 8 на короткий промежуток времени с помощью схемы обработки сигналов 7. Оптический сигнал преобразуется фотоприемником 6 в электрический сигнал в виде двух импульсов: амплитуда первого импульса соответствует сигналу контролируемого пространства, а амплитуда второго импульса - тестовому сигналу. Таким образом, за счет конструкции растровых решеток и схемы обработки сигналов 7 на входе фотоприемника 6 может присутствовать только один оптический сигнал: либо тестовый, либо сигнал контролируемого пространства. 4 ил.

 

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано для обнаружения горения.

Известны датчики, основанные на восприятии инфракрасного излучения в связи с нагревом или появлением пламени. В пожарном датчике (Авторское свидетельство СССР 1251144 A1, G08B 17/12, опубл. 15.08.86) - [1] излучение, возникшее в связи с нагревом или появлением пламени, попадает в волоконный световод, в результате чего на выходе датчика имеет место воспринятое излучение, которое может быть зарегистрировано, например, детектором ИК-излучения.

В устройстве для пожарной сигнализации (Авторское свидетельство СССР 1517050 A1, G08B 17/12, опубл. 23.10.89) - [2] для регистрации и сигнализации о пожаре используется суммирование последовательности отрицательных импульсов, соответствующей воспринятому чувствительным элементом инфракрасному излучению пламени и последовательности положительных импульсов, соответствующих пожароопасной ситуации, поступающих с генератора. Здесь, в отличие от изобретения [1], реализована более высокая информативность, поскольку можно судить об исправности или неисправности устройства, а также реализована более высокая достоверность регистрации пожара.

Модуляционный датчик пламени (МДП) (Патент РФ RU 2179743 С1, G08B 17/12, 17/103, 17/06, опубл. 20.02.2002) - [3] содержит герметичный корпус, внутри которого установлены светофильтр, пропускающий ИК-излучение, детектор ИК-излучения, усилитель сигнала, питающий генератор, электронный ключ, включающий автоматическую систему пожаротушения. Между светофильтром и детектором ИК-излучения установлен маятниковый модулятор, а детектор ИК-излучения и усилитель сигнала связаны с электронным ключом через последовательно соединенные формирователь прямоугольных импульсов и счетчик импульсов. Маятниковый модулятор представляет собой исполнительный механизм, на который подается напряжение от питающего генератора, и маятник, колеблющийся перед глазком детектора ПК-излучения с частотой 25 Гц. В корпусе установлена также микролампа тестирования, смещенная относительно продольной оси корпуса таким образом, что световой сигнал от микролампы попадает к детектору ИК-излучения через маятниковый модулятор, отражаясь от светофильтра. При тестировании контролируется работа всего тракта МДП, но система пожаротушения блокируется. При дистанционном включении тестирующей микролампы ИК-излучение от нее попадает на светофильтр, а затем, отражаясь от него, на детектор ИК-излучения. При этом это излучение прерывается маятниковым модулятором, так же как и при возгорании, однако, срабатывание системы пожаротушения автоматически блокируется.

Недостатками устройства является невысокая информативность сигнала, получаемого в режиме тестирования, из-за смешения оптического сигнала контролируемого пространства и тестового сигнала, большое энергопотребление и габариты вследствие наличия маятникового модулятора, малые быстродействие и достоверность регистрации пожара, что снижает эффективность датчика.

Указанные аналоги обладают невысокими быстродействием, информативностью, чувствительностью и достоверностью регистрации пожара, что является их недостатками.

Прототипом предлагаемого изобретения является модуляционный датчик горения (Патент РФ RU 2332723 C1, G08B 17/12, опубл. 27.08.2008) - [4]. Модуляционный датчик горения содержит оптическую систему, модулятор, выполненный в виде неподвижной растровой решетки и подвижной растровой решетки, механически связанной с электромеханическим осциллятором, при этом каждая из растровых решеток модулятора имеет две зоны модуляции оптических сигналов с одинаковыми постоянными периодами. Выходом устройства является выход схемы обработки сигналов, входы которой подключены к фотоприемнику и электромеханическому осциллятору. Оптическая система содержит источник оптического тестового сигнала и выполнена таким образом, что на ее выходе имеются два сигнала: тестовый сигнал и сигнал контролируемого пространства, которые разделены в пространстве и не смешиваются. Параметры растровых решеток выбираются таким образом, что за один период движения подвижной растровой решетки два этих оптических потока проходят по очереди, раздельно во времени через модулятор, преобразуются фотоприемником в электрический сигнал в виде двух импульсов: амплитуда первого импульса соответствует тестовому сигналу, а амплитуда второго импульса - сигналу контролируемого пространства. Таким образом, за счет конструкции растровых решеток на входе фотоприемника может присутствовать только один оптический сигнал: либо тестовый, либо сигнал контролируемого пространства. Для этого параметры растровых решеток должны соответствовать неравенствам:

где d - период растровых решеток, d1, d2 - ширина прозрачного участка неподвижной и подвижной растровых решеток соответственно, d3, d4 - расстояние между зонами модуляции оптических сигналов неподвижной 4 и подвижной 5 растровых решеток соответственно, xm - амплитуда колебания подвижной растровой решетки.

Основными недостатками прототипа являются невысокая чувствительность, сложная конструкция двухканального модулятора и высокое энергопотребление вследствие непрерывной работы тестового источника.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности датчика - увеличении чувствительности датчика и уменьшении потребляемой мощности.

Технический результат достигается тем, что в модуляционном датчике горения, содержащем оптическую систему с источником оптического тестового сигнала, электромеханический осциллятор, модулятор, выполненный в виде неподвижной растровой решетки и подвижной растровой решетки, механически связанной с электромеханическим осциллятором, фотоприемник, схему обработки сигналов, новым является то, что каждая из растровых решеток имеет одну зону модуляции оптических сигналов, а параметры решеток выполнены в соответствии с системой неравенств:

где d - период растровых решеток, d1, d2 - ширина прозрачного участка неподвижной и подвижной растровых решеток соответственно, xm - амплитуда колебания подвижной растровой решетки, при этом источник тестового сигнала оптической системы, управляемый схемой обработки сигналов, выполнен с возможностью управления его включением и выключением для периодического контроля работоспособности датчика, а фотоприемник выдает периодический сигнал в виде последовательности уровней сигнала контролируемого пространства, нулевого сигнала и тестового сигнала.

Сущность изобретения представлена на фиг.1-3, где фиг.1 - структурная схема, фиг.2 - структура растровых решеток, фиг.3 - схема формирования сигнала. Здесь: 1 - оптическая система, 2 - электромеханический осциллятор, 3 - модулятор, 4 - неподвижная растровая решетка, 5 - подвижная растровая решетка, 6 - фотоприемник, 7 - схема обработки сигналов, 8 - источник тестового сигнала, 9 - диафрагма, 10 - светофильтр.

Модуляционный датчик горения содержит оптическую систему 1, модулятор 3, выполненный в виде неподвижной растровой решетки 4 и подвижной растровой решетки 5, механически связанной с электромеханическим осциллятором 2, при этом каждая из растровых решеток модулятора 3 имеет одну зону модуляции оптического сигнал. Выходом устройства является выход схемы обработки сигналов 7, входы которой подключены к фотоприемнику 6, тестовому источнику 8 и электромеханическому осциллятору 2. Оптическая система 1 содержит источник оптического тестового сигнала 8 и выполнена таким образом, что на ее выходе имеются два сигнала: тестовый сигнал и сигнал контролируемого пространства, которые разделены в пространстве и не смешиваются. Параметры растровых решеток 4, 5 выбираются таким образом, что за один период движения подвижной растровой решетки 5 оптический поток контролируемого пространства последовательно перекрывается и открывается для прохождения через модулятор 3. В промежутке времени, соответствующем перекрытию оптического потока контролируемого пространства на фотоприемник 6, осуществляется включение тестового источника 8 на короткий промежуток времени с помощью схемы обработки сигналов 7. Оптический сигнал преобразуется фотоприемником 6 в электрический сигнал в виде двух импульсов: амплитуда первого импульса соответствует сигналу контролируемого пространства, а амплитуда второго импульса - тестовому сигналу.

Оптическая система 1 может быть реализована, например, на элементах, описанных в [3]: диафрагмы, светофильтра, пропускающего ИК-излучение, и микролампы тестирования.

Электромеханический осциллятор 2, являющийся приводом подвижной растровой решетки, может быть выполнен, например, в виде упругого подвеса, приводящегося в резонансные колебания с помощью электромагнита.

Датчик работает следующим образом. Он выполняет свою функцию при следующих значениях параметров растровых решеток 4, 5 модулятора 3, представленного на фиг.2:

где d - период растровых решеток, d1, d2 - ширина прозрачного участка неподвижной и подвижной растровых решеток соответственно, xm - амплитуда колебания подвижной растровой решетки.

Оптическая система 1 выдает два разделенных в пространстве оптических сигнала: сигнал контролируемого пространства, поступающий на вход оптической системы, и тестовый сигнал, источник которого содержится в оптической системе 1. Далее сигнал контролируемого пространства проходит через модулятор 3, подвижная растровая решетка 5 которого совершает периодические колебания под управлением электромеханического осциллятора 2. В положении 1 подвижной растровой решетки 5 все прозрачные участки неподвижной растровой решетки 4 перекрыты непрозрачными участками подвижной растровой решетки 5, поэтому оптический сигнал контролируемого пространства и тестовый сигнал через модулятор 3 не проходят, и на фотоприемнике 6 мы получаем нулевой уровень сигнала Um1. При перемещении подвижной растровой решетки 5 из положения 1 в положение 2 прозрачные участки неподвижной растровой решетки 4 постепенно открываются, поэтому на фотоприемнике 6 получаем нарастание сигнала контролируемого пространства, который в положении 2 подвижной растровой решетки 5 достигает максимального уровня Um2, пропорционального уровню излучения контролируемого пространства. Уровень Um2 не изменится до положения 3 подвижной растровой решетки 5. С положения 3 до положения 4 подвижной растровой решетки 5 сигнал на фотоприемнике 6 линейно убывает, а в положении 4 и до положения 7 подвижной растровой решетки 5 прозрачные участки неподвижной растровой решетки 4 в обеих частях пространства перекрыты непрозрачными участками подвижной растровой решетки 5. В положении 5 растровой решетки и до положения 6 осуществляется засветка фотоприемника тестовым источником, при этом включение тестового источника управляется схемой обработки сигналов, что можно видеть по схеме, приведенной на фиг.3а. Таким образом, в положениях 4-5 и 6-7 подвижной растровой решетки 5 на фотоприемнике 6 мы получаем нулевой уровень сигнала Um1, а в положении 5-6 - уровень тестового сигнала U m2, представленные на фиг.3б.

Отметим, что в положениях 2-3 и 4-5 подвижной растровой решетки 5 уровни сигналов, получаемые на фотоприемнике 6, не меняются, поскольку прозрачные участки подвижной растровой решетки 5 более узкие, чем прозрачные участки неподвижной растровой решетки 4. При различных значениях параметров растровых решеток 4, 5 получим различные формы сигнала на фотоприемнике 6, например, в одном из частных случаев трапецеидальная форма сигнала, изображенного на фиг.3, вырождается в треугольную форму. Прошедший через модулятор 3 оптический сигнал контролируемого пространства и тестовый оптический сигнал попадают на фотоприемник 6, который преобразует их в электрический сигнал. Сигнал с фотоприемника 6 поступает на схему обработки сигналов 7.

Результаты сравнения уровня сигнала контролируемого пространства и нулевого уровня, уровня тестового сигнала и уровня сигнала контролируемого пространства, уровня тестового сигнала и нулевого уровня определяют состояние датчика:

1. Снижение разности между нулевым уровнем и уровнем тестового сигнала. Это может свидетельствовать либо о неисправности элементов датчика, либо о неконтролируемом снижении мощности электропитания источника тестового оптического сигнала, что соответствует выходному сигналу "Неисправность" датчика.

2. Увеличение разности между нулевым уровнем и уровнем тестового сигнала может свидетельствовать о неконтролируемом (самопроизвольном) увеличении мощности электропитания источника тестового оптического сигнала ("Неисправность").

3. Снижение разности между нулевым уровнем и уровнем сигнала контролируемого пространства может свидетельствовать о неисправности модулятора ("Неисправность").

4. Увеличение разности между нулевым уровнем и уровнем сигнала контролируемого пространства свидетельствует о пожаре в контролируемом пространстве ("Пожар").

5. Снижение разности между уровнем тестового сигнала и уровнем сигнала контролируемого пространства может свидетельствовать либо о пожаре в контролируемом пространстве ("Пожар"), либо о неконтролируемом снижении мощности электропитания источника тестового оптического сигнала ("Неисправность"), либо о неисправности модулятора ("Неисправность").

6. Увеличение разности между уровнем тестового сигнала и уровнем сигнала контролируемого пространства может свидетельствовать либо о неконтролируемом (самопроизвольном) увеличении мощности электропитания источника тестового оптического сигнала ("Неисправность"), либо о неисправной работе модулятора ("Неисправность").

Все остальные случаи, когда результаты сравнения сигналов находятся на допустимых уровнях, соответствуют выходному сигналу "Норма" датчика.

Таким образом, модуляционный датчик горения несложен в исполнении, прост и надежен в работе и за счет применения в модуляторе 3 оптических растровых решеток 4, 5 с параметрами d, d1, d2, xm, связанными приведенной ранее системой неравенств, позволяет:

1) повысить чувствительность и информативность устройства, поскольку сравнивая между собой уровень сигнала контролируемого пространства, уровень тестового сигнала и нулевой уровень, имеется возможность не только регистрации пожара и проверки работоспособности устройства в целом, но и контроля наиболее важных узлов устройства, а также регистрации тления (беспламенного горения);

2) повысить достоверность регистрации пожара, поскольку результат выдается на основании сравнения непосредственно уровня сигнала контролируемого пространства с нулевым уровнем и уровнем тестового сигнала, а не на основании анализа только сигнала контролируемого пространства;

3) повысить быстродействие датчика, поскольку анализ электрического сигнала осуществляется непрерывно, кроме того, растровые решетки модулятора можно изготовить с периодами довольно малой величины (до сотых долей мм), что дает возможность использовать малые амплитуды и большие частоты колебаний для перемещения подвижной растровой решетки, по этой же причине уменьшаются энергопотребление и габариты устройства, снижаются механические вибрации.

Модуляционный датчик горения, содержащий оптическую систему с источником оптического тестового сигнала, электромеханический осциллятор, модулятор, выполненный в виде неподвижной растровой решетки и подвижной растровой решетки, механически связанной с электромеханическим осциллятором, фотоприемник, схему обработки сигналов, отличающийся тем, что каждая из растровых решеток имеет одну зону модуляции оптического сигнала, а параметры решеток выполнены в соответствии с системой неравенств:

где d - период растровых решеток, d1, d2 - ширина прозрачного участка неподвижной и подвижной растровых решеток соответственно, xm - амплитуда колебания подвижной растровой решетки, при этом источник тестового сигнала оптической системы, управляемый схемой обработки сигналов, выполнен с возможностью управления его включением и выключением для периодического контроля работоспособности датчика, а фотоприемник выдает периодический сигнал в виде последовательности уровней сигнала контролируемого пространства, нулевого сигнала и тестового сигнала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области систем предупреждения об опасности, в частности к устройствам пожарной сигнализации, и предназначено для обнаружения очага возгорания в газодисперсных средах.

Изобретение относится к автоматизированному распознаванию пожаров на поверхности Земли посредством спутниковой системы. .

Изобретение относится к области электрорадиотехники и может быть использовано для обнаружения в закрытых отсеках кораблей очагов загораний, которые сопровождаются появлением пламени, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне частот (УФ) с длинами волн от 200 до 300 им.

Изобретение относится к области радиационной техники, а именно к средствам охранной сигнализации и автоматизации контрольно-пропускных пунктов (КПП), и предназначено для использования на контрольно-пропускных пунктах, например, режимных объектов, пограничной и таможенной служб и т.п.

Изобретение относится к устройствам пожарной сигнализации. .

Изобретение относится к средствам охранной сигнализации и автоматизации контрольно-пропускных пунктов. .

Изобретение относится к средствам обеспечения подсчета количества пассажиров в автотранспортных средствах и может быть использовано в составе различных систем, имеющих интерфейс RS-485.

Изобретение относится к противопожарной технике и может быть использовано для обнаружения горения. .

Изобретение относится к области систем предупреждения об опасности, в частности к устройствам пожарной сигнализации, и предназначено для обнаружения очага возгорания в газодисперсных средах.

Изобретение относится к многоспектральным фотоэлектрическим приемникам электромагнитного излучения инфракрасного диапазона, используемым для создания детекторов пожара и взрыва, абсорбционных инфракрасных газовых сенсоров. Технический результат заключается в повышении чувствительности многоспектральных приемников излучения. Инфракрасный многоспектральный приемник излучения содержит несколько фоточувствительных элементов с установленными перед ними оптическими фильтрами, при этом все фоточувствительные элементы и оптические фильтры имеют единую оптическую ось. Фоточувствительные элементы выполнены из одного и того же состава полупроводникового материала в едином технологическом цикле на единой подложке с топологией, представляющей собой совокупность чередующихся фоточувствительных областей и токоведущих электродов, в виде концентрических окружностей, а оптические фильтры выполнены на другой единой подложке в виде тонкопленочных многослойных интерференционных структур, представляющих собой совокупность концентрических окружностей с топологией, идентичной топологии фоточувствительных элементов. 2 з.п. ф-лы,1 табл., 1 ил.
Изобретение относится к способу обнаружения взрыва метана и угольной пыли на начальной стадии воспламенения метана и угольной пыли на предприятиях горной, нефтегазовой промышленности. Технический результат заключается в повышении помехозащищённости от внешних оптических помех. Способ включает в себя измерение излучения в спектральном участке теплового излучения продуктов горения (углекислого газа), при этом излучение выделенного спектрального участка дополнительно разделяется на два канала, в одном канале излучение проходит через кювету с углекислым газом и регистрируется фотоприемником, а в другом канале излучение проходит через нейтральный ослабитель, который выравнивает мощность излучения в данном канале перед регистрацией вторым фотоприемником с мощностью излучения, посылаемого на первый фотоприемник при отсутствии углекислого газа между тепловым излучением абсолютно черного тела и фотоприемниками, а о возникновении пламени судят по превышению сигнала в канале с нейтральным ослабителем по сравнению с сигналом в канале с кюветой.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к устройствам пожарной сигнализации, и предназначено для обнаружения очага возгорания в газодисперсных системах (сплошная фаза-газ) и определения его двумерных координат по тепловому излучению источника. Техническим результатом изобретения является увеличение чувствительности, что позволяет повысить эффективность системы пожаротушения или взрывоподавления. Предлагаемый датчик содержит последовательно установленные входную сферическую линзу, разделитель светового потока, две цилиндрические линзы, каждая в своем оптическом канале, светофильтры с разными спектрами пропускания, однокоординатные приемники излучения, расположенные перпендикулярно друг другу и оптической оси датчика, дополнительно содержит две пары зеркал, причем каждая пара расположена после каждой цилиндрической линзы. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области пожаротушения и может быть использовано для наведения пожарного робота путем передачи координат очага возгорания в систему управления пожарным роботом.Задачей полезной модели является разработка устройства, совмещающего функции пожарного извещателя с функцией управления установкой пожаротушения роботизированной, с функцией передачи точных координат и размеров как одного, так и нескольких очагов возгорания, а также передачи координат и размеров областей с аварийно высокой температурой в систему управления пожарными роботами.Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей устройства при работе в системе УПР (системе пожарных роботов), а именно первичное обнаружение пожара и инициация системы УПР для более быстрой реакции системы на возникновение пожара, обеспечение возможности передачи точных координат и размеров как одного очага возгорания, так и нескольких в систему управления пожарными роботами для осуществления алгоритмов тушения системой УПР нескольких очагов одновременно при повышении помехоустойчивости извещателя к ложному срабатыванию, а также передачи координат и размеров областей с аварийно высокой температурой для осуществления автоматического и точного орошения конструкций роботизированными лафетными стволами, обеспечение обратной связи с системой управления ПР (пожарный робот) с целью синхронизации работы ПР и алгоритма работы извещателя, а также управления двигателями лафетного ствола для более быстрого наведения ствола на очаг возгорания, а также возможностью определения наличия людей в области подачи огнетушащего вещества (ОТВ).Устройство содержит программные блоки получения, обработки и сопоставления видео и тепловизионной информации, позволяющие проводить анализ и сопоставление в видимом и ИК-спектре одновременно и принимать решение о наличии очагов пламени, вычислять их координаты и размеры относительно видеоматрицы с более высоким разрешением, чем тепловизионная; аппаратный модуль обратной связи, позволяющий корректировать алгоритм работы извещателя (в зависимости от режима работы пожарного робота) и управлять двигателями лафетного ствола при наведении; программный блок самодиагностики, программный блок поиска и детектирования людей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх