Датчик координат очага возгорания
Владельцы патента RU 2597466:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) (RU)
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 систем предупреждения об опасности, в частности к устройствам пожарной сигнализации и взрывоподавления, и предназначено для обнаружения очага возгорания в газодисперсных системах и определения его двумерных координат по излучению источника повышенной температуры.
Известен пирометрический датчик координат очага возгорания [1], содержащий последовательно установленные оптическую систему, разделитель светового потока, светофильтры с разными спектрами пропускания, однокоординатные приемники излучения (ОПИ), расположенные перпендикулярно друг другу и оптической оси датчика, причем выходы приемников соединены со входом исполнительной схемы. Недостатком этого датчика является то, что проекция от точечного излучателя (возгорания на начальной стадии), смещенного относительно центра охраняемой зоны, не попадает (не проецируется) на один или оба ОПИ, что может привести к пропуску начального момента возгорания.
Известен пирометрический датчик координат очага возгорания с цилиндрическими линзами [2, прототип], содержащий последовательно установленные сферическую линзу, разделитель светового потока, две цилиндрические линзы, расположенные после разделителя светового потока, каждая в своем оптическом канале, светофильтры с разными спектрами пропускания, однокоординатные приемники излучения (ОПИ), расположенные перпендикулярно друг другу и оптической оси датчика. Осевые линии ОПИ ориентированы поперек продольным осям цилиндрических линз. Выходы приемников соединены со входом исполнительной схемы. Недостатком этого датчика является то, что большая часть энергии, сфокусированной оптической системой, проходит мимо ОПИ, что, в свою очередь, приводит к низкой чувствительности датчика.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является разработка датчика координат очага возгорания с повышенной чувствительностью, способного обнаруживать возгорания на более ранней стадии.
Предлагаемый датчик координат очага возгорания содержит оптическую систему, содержащую последовательно установленные сферическую линзу, разделитель светового потока, две цилиндрические линзы, расположенные после разделителя светового потока, каждая в своем оптическом канале, два светофильтра с разными спектрами пропускания, однокоординатные приемники излучения (ОПИ), расположенные перпендикулярно друг другу и оптической оси датчика, и дополнительно вводятся две пары зеркал. Каждая пара устанавливается после каждой цилиндрической линзы, что приводит к фокусированию оптической энергии на ОПИ. Угол β между плоскостью зеркала и оптической осью (фиг. 1) определяет коэффициент увеличения чувствительности k, по сравнению с прототипом (Таблица 1).
Так, при β=16°±1° этот коэффициент равен 3,4±0,1, т.е. чувствительность датчика увеличена в 3,4 раза. При других углах коэффициент ниже. При β=0° и β>45° коэффициент равен 1.
На фиг. 1 представлена структурная схема датчика координат очага возгорания. Устройство содержит входную сферическую линзу 1, разделитель светового потока 2, цилиндрические линзы 3 и 3′, пары зеркал 4 и 4′, светофильтры 5 и 5′, однокоординатные приемники излучения 6 и 6′, исполнительную схему 7, блок питания 8.
Датчик координат очага возгорания работает следующим образом.
Излучение контролируемой области собирается при помощи сферической линзы 1 и разделяется светоделительной пластиной 2 на два потока (оптических канала). Каждый из этих потоков посредством цилиндрических линз 3 фокусируется в отрезок, который пересекает ОПИ 6. Часть энергии, которая проходит мимо ОПИ, фокусируется двумя парами зеркал 4 и 4′ и попадает на приемник. Одновременно происходит выделение узкого спектра энергии светофильтрами 5. Сигналы с ОПИ подаются в исполнительную схему 7. Исполнительная схема 7, построенная на базе микроконтроллера, преобразует в цифровые значения распределения величин электрических сигналов по длине горизонтального и вертикального ОПИ, выполняет программную фильтрацию помех, определяет область чувствительного слоя с максимальной освещенностью по экстремуму электрического сигнала для каждого ОПИ и на основании этого вычисляет двумерные координаты очага возгорания, после этого находит отношение экстремумов электрических сигналов и сравнивает полученное отношение с заранее заданным значением для принятия решения о возникновении (или отсутствии) возгорания. В случае возникновения возгорания исполнительная схема формирует управляющий сигнал на соответствующее устройство подавления возгорания.
Блок питания 8 служит для формирования и стабилизации напряжений, необходимых для работы электрической схемы.
Таким образом, предлагаемое техническое решение способно решить поставленную задачу - существенно повысить чувствительность датчика.
Датчик координат очага возгорания прошел испытания на установке для взрывов угле-метано-воздушных смесей в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова, которые подтвердили реализацию заявленного технического результата.
Изобретение может быть использовано в автоматических системах пожарной сигнализации для обеспечения взрывобезопасности газодисперсных систем (сплошная фаза-газ) в производственных условиях и на угольных шахтах, в частности шахтах Кемеровской области, где уже успешно используются аналоги данного датчика, изготовленные коллективом авторов предлагаемого технического решения.
Источники информации
1. Патент РФ №2318242.
2. Патент РФ №2459269.
3. Патент РФ №2109345.
4. US 5339070 А, 16.08.1994.
5. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов: Учебник для студентов приборостроительных специальностей вузов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1989. - 360 с.: ил, с. 186-188.
Датчик координат очага возгорания, содержащий последовательно установленные входную сферическую линзу, разделитель светового потока, две цилиндрические линзы, каждая в своем оптическом канале, два светофильтра с разными спектрами пропускания, два однокоординатных приемника излучения, расположенные перпендикулярно друг другу и оптической оси датчика, осевые линии однокоординатных приемников излучения ориентированы поперек продольных осей цилиндрических линз, причем выходы приемников соединены со входом исполнительной схемы, отличающийся тем, что дополнительно содержит две пары зеркал, каждая пара зеркал расположена после каждой цилиндрической линзы.
