Извещатель пожарный дымовой

007638 Изобретение относится к оптико-электронным устройствам для индикации дымового аэрозоля и предназначено для использования в качестве извещателя в системах пожарной сигнализации при появлении области возгорания, сопровождающейся образованием дыма. Известны линейные пожарные извещатели [1], служащие для обнаружения пожаров в помещениях больших размеров. Дымовой датчик извещателя состоит из излучателя и приемника инфракрасного оптического излучения, разнесенных на расстояние от 10 до 100 м. Принцип действия извещателя основан на использовании оптического эффекта, вызванного дымовым аэрозолем. Появление дыма на трассе между излучателем и приемником приводит к изменению величины сигнала, регистрируемого приемником. Когда изменение достигает порога, установленного в приемнике, формируется сигнал пожарной тревоги. Недостатком такого извещателя является его низкая чувствительность к концентрации дымовых частиц в воздухе и, как следствие, невозможность его применения для обнаружения пожара на ранних стадиях возгорания. Известен также пожарный извещатель [2], состоящий из излучателя и приемника оптического излучения, ориентированного по отношению друг к другу таким образом, что приемник осуществляет регистрацию оптического излучения, исходящего от источника и рассеянного частицами дымового аэрозоля в поперечном направлении, т. е. при рассеянии под углом =90 относительно направления падающего пучка. Появление дыма вызывает изменение сигнала рассеянного излучения. Когда рассеянный сигнал достигает установленного порогового значения, электрическая схема формирует сигнал пожарной тревоги. Недостатками такого устройства являются малая величина отношения сигнал/засветка и недостаточно высокие показатели качества по надежности, помехозащищенности и периодичности обслуживания. Это объясняется низким значением индикатрисы рассеяния света для дымовых частиц в направлении угла =90. Из известных устройств наиболее близким к заявляемому изобретению является пожарный извещатель [3], оптическая схема которого включает излучатель и оптический приемник, регистрирующий излучение в дымовой камере, рассеянное в направлении угла , равного 45. При отсутствии дыма в камере импульсы, регистрируемые приемником излучения, после усиления оказываются ниже порогового уровня. Схема сравнения запрещает прохождение таких импульсов на счетчик, формируя импульсы "сброс". Появление дыма в дымовой камере вызывает увеличение регистрируемого сигнала и при достижении последним порогового уровня электрическая схема сравнения разрешает прохождение импульсов на счетчик, блокируя прохождение импульсов "сброс". Если за время прохождения четырех тактовых импульсов концентрация дыма не понизится до критического уровня, схема зафиксирует состояние "пожар". Такое устройство имеет ряд недостатков, снижающих эффективность его применения в системах пожарной сигнализации. Прежде всего это слабый сигнал рассеянного излучения, поскольку светорассеивающий объем, образованный в дымовой камере на пересечении конусов, определяющих угловые апертуры излучателя и приемника, имеет довольно малые геометрические размеры. Поэтому, хотя индикатриса рассеяния при угле , равным 45, несколько выше, чем при 90, регистрируемый приемником сигнал рассеянного излучения, как и в случае предыдущего аналога, ограничен по величине, что затрудняет достижение достаточной чувствительности извещателя к концентрации дыма в камере. При такой оптико-геометрической схеме взаимного расположения оптической пары (излучатель и приемник) практически отсутствует также возможность повышения чувствительности устройства за счет увеличения размеров светорассеивающего объема. К недостаткам прототипа, из-за выбранной ориентации осей излучателя и приемника, следует отнести большой разброс значений чувствительности для черных и светлых дымов. Существующие устройство не обеспечивает равные условия для дымозахода в различных радиальных направлениях из-за отсутствия симметрии оптико-геометрической схемы, так как оптическая пара в дымовой камере не обладает осевой симметрией. Из-за особенностей устройства в прототипе конструктивно затруднена тонкая юстировка элементов, формирующих угловую апертуру излучателя и приемника, что заметно снижает воспроизводимость значений выходных сигналов дымового датчика и требует дополнительной настройки. Кроме того, каналы доступа дыма в дымовую камеру в прототипе выполнены в форме, имеющей изломы, способствующие усилению турбулентности и затрудняющие свободный дымозаход. Схема защиты существующего устройства от возможной нестабильности (или кратковременных пропаданий питающего напряжения) питания в линии недостаточно эффективна. При таких изменениях питающего напряжения не сохраняется стабильность поддержания уровня порога срабатывания. Схема амплитудного сравнения сигналов в прототипе весьма чувствительна к воздействию на работу извещателя кратковременных оптических импульсов, вызванных случайным попаданием в область светорассеивающего объема отдельных частиц недымовой природы, а также обусловленных электростатическими разрядами, импульсными наводками в сети питания и радиопомехами. Дежурный режим работы прототипа требует значительного энергопотребления, поскольку он предполагает постоянное функционирование дымового датчика при высокой тактовой частоте, задаваемой генератором электрических импульсов, т.е. функционирование генератора электрических импульсов не адаптировано к временным особенностям условий дымообразования. Это приводит к более быстрой выработке заданного ресурса светодиода. В прототипе не предусмотрена возможность оценки уровня чувствительности-1 007638 устройства при изменении запыления внутренних поверхностей камеры. В условиях несимметричной геометрии оптической пары практически недостижимо необходимое (достаточно высокое) соотношение сигнал/засветка и поэтому затруднен надежный контроль причин нарушения работоспособности извещателя, проявляющихся в возможных ложных срабатываниях, вызванных чрезмерным запылением конструктивных элементов внутри дымовой камеры. Это приводит к необходимости сокращения периода технического обслуживания по удалению пыли из датчика. Задачей изобретения является создание извещателя пожарного дымового - надежного высокочувствительного помехозащищенного устройства, свободного от указанных недостатков. Поставленная задача решается следующим образом. В пожарный извещатель, содержащий генератор электрических импульсов, усилитель, формирователь сигнала пожарной тревоги, дымовой датчик, включающий излучатель и приемник оптического излучения, дополнительно включены управляемый интегратор, фильтр нижних частот (ФНЧ), схема сброса и имеющий два выхода задающий интегратор, включающий стабилизированный генератор тока, интегратор, компаратор первого уровня и компаратор второго уровня. Дымовой датчик дополнительно включает светопоглощающий экран, светоформирующие пластины и синусообразные направляющие. Вход управляемого генератора электрических импульсов соединен по первому выходу задающего интегратора через компаратор первого уровня с интегратором, подключенным к сети через стабилизированный генератор тока. Излучатель, приемник оптического излучения и сформированный их угловыми диаграммами светорассеивающий объем расположены в дымовой камере датчика с соблюдением условия осевой симметрии или симметрии относительно двух плоскостей, пересекающихся на оси излучатель - приемник. В режимах поверки работоспособности и оценки чувствительности дымовой датчик содержит калибратор оптического излучения и имитатор светорассеяния. Выход приемника дымового датчика через усилитель, а также выход управляемого генератора электрических импульсов, соединены с управляемым интегратором, который через фильтр нижних частот и схему сброса подсоединен ко входу задающего интегратора. По второму выходу задающий интегратор посредством интегратора и компаратора второго уровня подключен к формирователю сигнала пожарной тревоги. В предлагаемым устройстве, в отличие от прототипа, излучатель и приемник оптического излучения расположены в дымовой камере соосно, а на их оси в центре камеры установлен светопоглощающий экран минимально возможного размера, экранирующий фотоприемник от попадания на него прямых лучей, исходящих из источника. Соответственно выбранным значениям угловых апертур излучателя и приемника в дымовой камере установлены светоформирующие пластины таким образом, что они совместно со светопоглощающим экраном определяют легко юстируемый и надежно контролируемый внешний и внутренний радиальные размеры осесимметричного светорассеивающего объема дымового аэрозоля. Геометрические размеры светорассеивающего объема при такой геометрии значительно превышают соответствующие размеры для прототипа. Индикатриса рассеяния для светлых и темных дымов в заявляемом устройстве для выбранных малых углов рассеяния света в направлении "вперед" более чем на порядок выше, чем при угле 45 в прототипе. За счет этих факторов в заявляемом устройстве достигается увеличенное соотношение сигнал/засветка, что значительно повышает уровень надежности устройства. Для вывода световых лучей, прямо прошедших светорассеивающий объем, за пределы дымовой камеры по ее периметру расположены каналы синусообразной формы, через которые также осуществляется дымозаход в область дымовой камеры и производится вывод дыма. Для приема оптического сигнала, рассеянного частицами дыма, в корпусе извещателя смонтирована электрическая схема, обеспечивающая регистрацию рассеянного излучения, коммутацию режимов работы, подачу сигнала пожарной тревоги,проверку работоспособности в дежурном режиме и оценку чувствительности устройства при настройке. Снижение энергопотребления извещателя и соответствующее продление его срока службы по сравнению с прототипом достигнуто благодаря применению в схеме управляемого генератора электрических импульсов, работающего в дежурном режиме на пониженной (в 10 раз относительно тактовой) частоте генерации. Такой экономичный режим работы генератора сигналов реализован благодаря коммутирующему действию управляемого интегратора, фильтра нижних частот и схемы сброса для задающего интегратора, проявляющемуся в поддержании дежурного режима на пониженной частоте следования импульсов. Повышенная надежность работы в условиях внешних воздействий разной природы и стабильность порогового уровня сигналов обеспечена за счет ряда встроенных стабилизированных генераторов тока, от которых производится непосредственное питание основных функциональных блоков схемы. Эффект повышения помехозащищенности и защиты от ложных срабатываний достигнут благодаря принципу интегрирования сигналов, реализованному в заявляемом устройстве. При воздействии кратковременных импульсов недымовой природы с амплитудой даже значительно выше пороговой принцип интегрирования защищает схему от ложного срабатывания. На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого пожарного извещателя. Фиг. 2 содержит временные диаграммы сигналов на выходе основных функциональных блоков извещателя. На фиг. 3 показана конструкция практически реализованного извещателя. Практическая реализация изобретения выполнена следующим образом. Извещатель пожарный дымовой содержит имеющий два выхода задающий интегратор 1 (включающий стабилизированный гене-2 007638 ратор тока 2, интегратор 3, компаратор первого уровня 4 и компаратор второго уровня 5), управляемый генератор электрических импульсов 6, дымовой датчик 7 (включающий излучатель 8, приемник оптического излучения 9, сформированный их угловыми диаграммами светорассеивающий объем 10, светопоглощающий экран 11, светоформирующие пластины 12, синусообразные направляющие 13, калибратор оптического излучения 14, имитатор светорассеяния 15), усилитель 16, управляемый интегратор 17,фильтр нижних частот 18, схему сброса 19, формирователь сигнала пожарной тревоги 20. Вход управляемого генератора электрических импульсов 6 соединен по первому выходу задающего интегратора 1 через компаратор первого уровня 4 с интегратором 3, подключенным к сети через стабилизированный генератор тока 2. Излучатель 8, приемник оптического излучения 9, сформированный их угловыми диаграммами светорассеивающий объем 10 и светопоглощающий экран 11 расположены в дымовой камере датчика с соблюдением условия осевой симметрии. В другой реализации извещателя они расположены с соблюдением симметрии относительно двух перпендикулярных плоскостей, пересекающихся на оси излучатель - приемник. Наружные размеры светорассеивающего объема 10 ограничены светоформирующими пластинами 12. Синусообразные направляющие 13 расположены по периметру дымовой камеры. В режиме проверки работоспособности извещателя в осевой зоне размещается калибратор оптического излучения 14. В режиме оценки чувствительности извещателя в зоне светорассеивающего объема размещается имитатор светорассеяния 15. Выход приемника 9 дымового датчика 7 через усилитель 16, а также выход управляемого генератора электрических импульсов 6, соединены с управляемым интегратором 17. Управляемый интегратор 17, через фильтр нижних частот 18 и схему сброса 19 подсоединен ко входу интегратора 3, а интегратор 3 через компаратор второго уровня 5 по второму выходу задающего интегратора 1 подключен к формирователю сигнала пожарной тревоги 20. Временные диаграммы сигналов (для плотности дыма, а также электрического тока и напряжения) на выходе основных блоков предлагаемого устройства дают представление о выполняемых ими функциях (фиг. 2): а) оптическая плотность дыма в камере дымового датчика 7; б) напряжение задающего интегратора 1; в) напряжение компаратора первого уровня 4; г) сигналы управляемого генератора электрических импульсов 6; д) импульсы тока на выходе усилителя 16; е) сигналы управляемого интегратора 17; ж) сигналы на выходе ФНЧ 18; з) сигналы схемы сброса 19; к) напряжение на выходе формирователя пожарной тревоги 20. Заявляемый извещатель пожарный дымовой (фиг. 1) работает следующим образом. При отсутствии частиц дыма внутри дымовой камеры (фиг. 2,а) извещатель находится в дежурном режиме работы с низким энергопотреблением, циклически повторяющимся через сравнительно продолжительные промежутки времени, равные периоду Т 1 (порядка 5 с, фиг 2,г). Начало периода характеризуется отсутствием электрического заряда (фиг. 2,б) в задающем интеграторе 1). С течением времени от генератора тока 2 производится линейное накопление заряда в интеграторе 3. При достижении напряжения установленного порогового уровня Uпор.1 срабатывает компаратор первого уровня (фиг. 2,в) и включает управляемый генератор импульсов 6, который генерирует короткий (порядка 30 мкс) электрический импульс (фиг. 2,г),служащий для питания излучателя 8. Одновременно с выхода генератора 6 электрический импульс в результате интегрирования заряжает управляемый интегратор 17, напряжение с которого (фиг. 2,е) с задержкой по времени (фиг. 2,ж), задаваемой фильтром нижних частот 18, поступает на вход схемы сброса 19. При достижении уровня Ucбpoca (фиг. 2,ж) схема сброса 19 срабатывает (фиг. 2,з), разряжая конденсатор интегратора 3 до нулевого уровня (фиг. 2 б). При этом компаратор первого уровня 4 отключает генератор 6, прекращая (на время цикла) подачу оптических импульсов (фиг. 2,г). Этим заканчивается один из циклов работы продолжительностью Т 1 в дежурном режиме. По окончании импульса сброса, уже на новом цикле дежурного режима опять нарастает заряд на конденсаторе интегратора 3, обеспечивая непрерывную циклическую работу с периодом Т 1, задаваемым стабилизированным генератором тока 2. Энергетически экономный циклический дежурный режим работы извещателя постоянно поддерживается до момента появления дымового аэрозоля (фиг. 2,а) с концентрацией, превышающей установленное пороговое значение. При этом с некоторой задержкой во времени по отношению к импульсу генератора появляется электрический импульс на выходе управляемого интегратора 17, отражающий разряд конденсатора (фиг. 2,е) с учетом интегрального воздействия импульса рассеянного излучения. Поскольку время задержки выбрано больше времени реакции фотоприемника 9, напряжение на входе схемы сброса 19 (фиг. 2,ж) не может достичь уровня Uсброса. Поэтому схема сброса 19 не сработает (фиг. 2,з) и интегратор 3 с течением времени будет продолжать накопление электрического заряда (фиг. 2,б) от стабилизированного генератора тока 2, проявляющееся в дальнейшем росте напряжения (выше, чем Uпop.1). Генератор 6 при этом будет оставаться во включенном состоянии, генерируя импульсы на тактовой частоте(фиг. 2,г) с характерным для него периодом следования Т 2 Т 1. При этом схема переходит в режим анализа динамики уровня дыма (на фиг. 2,д отмечен случай роста задымленности), осуществляемый с пе-3 007638 риодом Т 2. Если на этой стадии уровень задымленности упадет ниже порогового, то сработает компаратор первого уровня 4, переключив управляемый генератор электрических импульсов 6 на дежурный режим генерации сигналов на более низкой частоте. В случае, если на этой стадии анализа уровень задымленности в камере не спадет (фиг.2,а), то в интеграторе 3 будет продолжаться накопление заряда и по истечении времени Т 1 в момент достижения напряжения второго уровня Uпop.2 (фиг. 2,б) сработает установленный на это напряжение компаратор второго уровня 5, включив формирователь сигнала пожарной тревоги 20. Появление сигнала пожарной тревоги (фиг. 2,к) свидетельствует о присутствии в камере извещателя дымового аэрозоля с концентрацией, превышающей пороговое значение. В предлагаемом устройстве согласно с выбранными угловыми диаграммами излучателя и приемника в дымовой камере светоформирующие пластины 12 установлены таким образом, что они совместно со светопоглащающим экраном определяют просто юстируемый и надежно контролируемый внешний и внутренний радиальные размеры светорассеивающего объема дымового аэрозоля. Благодаря этому легко достигается повторяемость параметров оптической схемы при регулировках. Оптико-электронная схема обеспечивает надежное функционирование извещателя при практически полном исключении ложных срабатываний из-за запыления внутренних поверхностей дымовой камеры. Период технического обслуживания по удалению пыли из камеры значительно увеличивается. Такой результат получен благодаря тому, в частности, что интенсивно запыляемые поверхности в предлагаемом устройстве выведены из зоны угловой апертуры приемника. Уровень электрического сигнала I на выходе приемника оптического излучения 9 при заданной освещенности, созданный излучателем в дымовой камере в окрестности светорассеивающего объема,находится в линейной зависимости от оптической плотности дыма, величины светорассеивающего объема среды и значения индикатрисы рассеяния частиц дыма х для угла рассеяния . Геометрические размеры светорассеивающего объема при осесимметричной геометрии значительно (порядка 2 раз) превышают соответствующие значения для прототипа. Индикатриса рассеяния света х для разных типов дымов при малых углах рассеяния(порядка нескольких градусов для заявляемого устройства) имеет величину, значительно (в 10 и более раз) превышающую соответствующие значения при углах рассеяния 45 и 90, реализованных в прототипе и втором аналоге. Выбор малых значений угла рассеянияи существенное увеличение рассеивающего объема, реализованных при симметричной оптико-геометрической схеме, проявляются в значительном повышении параметра чувствительности и отношения сигнал/помеха предлагаемого устройства по сравнению с прототипом. Лучи, прямо прошедшие светорассеивающий объем, выводятся за пределы дымовой камеры по каналам синусообразной формы, образованным периферийными направляющими 13. Последние, помимо уменьшения засветок, препятствуют созданию областей турбулентности и облегчают поэтому свободный дымозаход в область дымовой камеры и беспрепятственный выход дыма за ее пределы. Электрическая схема устройства обеспечивает регистрацию рассеянного излучения, анализ динамики плотности дыма, подачу сигнала пожарной тревоги, проверку работоспособности в дежурном режиме с помощью калибратора 14 (при нажатии кнопки на корпусе извещателя) и оценку уровня чувствительности устройства (при его настройке с помощью имитатора светорассеяния 15). Повышенная надежность и помехозащищенность устройства от внешних воздействий разной природы и необходимая стабильность поддержания заданного порогового уровня сигналов обеспечена за счет ряда встроенных стабилизированных генераторов тока (например 3), от которых производится непосредственное питание основных функциональных элементов устройства. Пониженное энергопотребление извещателя по сравнению с прототипом достигнуто благодаря применению в схеме управляемого генератора электрических импульсов 6, переключаемого задающим интегратором 1 на дежурный режим работы на пониженной (в 10 раз относительно тактовой) частоте генерации. В отличие от прототипа с амплитудной регистрацией сигналов, благодаря принципу интегрирования, заложенному в схемах задающего 1, управляемого 17 интеграторов и ФНЧ 18, в предлагаемом устройстве обеспечена надежная коммутация на различные режимы работы. Именно, поддерживается дежурный режим работы на пониженной частоте следования импульсов при отсутствии дыма (фиг. 2,г). Осуществляется переключение схемы с дежурного режима на промежуточный режим работы при тактовой частоте (фиг. 2,г), на котором производится анализ динамики задымленности. Включается режим пожарной тревоги (фиг. 2,к) в случае дальнейшего нарастания и концентрации дыма или поддержания концентрации на пороговом уровне. Функции, выполняемые основными структурными компонентами, определили устройство изобретения в целом (фиг. 3). Таким образом, предлагаемое устройство имеет более высокие по сравнению с прототипом качественные показатели по энергопотреблению, чувствительности, надежности, помехозащищенности, стабильности и продолжительности исправного функционирования. Источники информации, принятые во внимание: 1. Линейные дымовые пожарные извещатели: новые технические решения 2004. //"Алгоритм безо-4 007638 пасности". 1, 2004. 2. Optical smoke detector. //Патент ЕР 00926646 Al G 08 В 17/107, 1999. 3. Извещатель пожарный оптико-электронный дымовой ИП-212-41 М. //Сборник паспортов и рекомендаций по инсталляции приборов торговой марки "Рубеж", 2004, с. 4-9. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Извещатель пожарный дымовой, содержащий генератор электрических импульсов, усилитель,формирователь сигнала пожарной тревоги, дымовой датчик, включающий излучатель и приемник оптического излучения, отличающийся тем, что он дополнительно содержит управляемый интегратор,фильтр нижних частот, схему сброса и имеющий два выхода задающий интегратор, включающий стабилизированный генератор тока, интегратор, компаратор первого уровня и компаратор второго уровня, а дымовой датчик дополнительно содержит светопоглощающий экран, причем вход управляемого генератора электрических импульсов соединен по первому выходу задающего интегратора через компаратор первого уровня с интегратором, подключенным к сети через стабилизированный генератор тока, а излучатель, приемник оптического излучения и сформированный их угловыми диаграммами светорассеивающий объем расположены в дымовой камере датчика с соблюдением условия осевой симметрии, выход приемника дымового датчика через усилитель, а также выход управляемого генератора электрических импульсов соединены с управляемым интегратором, который через фильтр нижних частот и схему сброса подсоединен ко входу интегратора, а интегратор через компаратор второго уровня по второму выходу задающего интегратора подключен к формирователю сигнала пожарной тревоги. 2. Извещатель пожарный дымовой по п.1, отличающийся тем, что излучатель, приемник оптического излучения и сформированный их угловыми диаграммами светорассеивающий объем расположены в дымовой камере датчика с соблюдением условия симметрии относительно двух плоскостей, пересекающихся по оси, соединяющей излучатель, светопоглощающий экран и приемник оптического излучения, а дымовая камера снабжена светоформирующими пластинами и синусообразными периферийными направляющими. 3. Извещатель пожарный дымовой по п.2, отличающийся тем, что дымовой датчик содержит калибратор оптического излучения и имитатор светорассеяния.