СИСТЕМА КОНТРОЛЯ КОНЦЕНТРАЦИИ УГАРНОГО ГАЗА

Изобретение относится к автоматическим средствам контроля концентрации горючих газов в закрытом помещении и непосредственно касается средств контроля концентрации угарного газа в автомобиле и непосредственной близости от него.

Система контроля концентрации угарного газа в салоне автомобиля предназначена для того, чтобы и водитель, и пассажиры автотранспортного средства должны быть в максимальной мере защищены от угарного газа, попадающего в салон автомобиля, в том числе из выхлопных газов соседний автотранспортных средств, проникающих в салон автомобиля при движении по загазованным автотрассам и улицам городов, при движении автомобиля с минимальной скоростью или стоянии в пробках, при нахождении автомобиля в туннеле, а также в индивидуальных гаражах при работающем двигателе и недостаточной вентиляции помещений.

Угарный газ (CO) или окись углерода - бесцветный газ без запаха, легче воздуха. Так называемый ”запах угарного газа” обусловлен примесями органических веществ в топливе. Основная причина образования угарного газа: недостаток кислорода в зоне горения. Отсутствие у ядовитого угарного газа цвета и запаха делает угарный газ особенно опасным. Одной из распространенных причин отравления угарным газом является проведение работ в помещениях с плохой вентиляцией (подвалы, колодцы, штольни, катакомбы, пещеры), а также работ по техническому обслуживанию автомобиля непосредственно в гараже, где углекислый газ может скапливаться и создавать опасность не только отравления людей, но и взрыва.

Основное действие угарного газа на организм человека заключается в связывании гемоглобина в эритроцитах (красных кровяных тельцах). Действуя как сильнейший яд, он перекрывает путь кислорода к клеткам, организм не может дальше функционировать и человек нуждается в оказании срочной медицинской помощи.

Для защиты людей от угарного газа используются детекторы CO. Эти устройства, хотя и подпадают под общие требования, предъявляемые к пожарным извещателям, имеют свою специфику: наличие монооксида углерода CO в помещении невозможно проконтролировать визуально и при отсутствии задымления сигнал извещателя CO может считаться ложной тревогой.

Известны катализаторы окисления монооксида углерода (угарного газа), разработанные учеными ФГУП «ГНЦ «НИОПИК» и МИТХТ им. М.В. Ломоносова с использованием современных достижений комплексного катализа и позволяют решать проблему замены химического поглотителя угарного газа (гопкалита) на новые низкотемпературные высокоэффективные катализаторы. Запатентованные высокоэффективные содержащие палладий катализаторы окисления угарного газа предназначены для комплектации средств индивидуальной и коллективной защиты органов дыхания населения в условиях повышенного содержания угарного газа: при пожарах, техногенных авариях, экологических катастрофах, в автомобильных пробках.

Известны устройства для контроля концентрации опасных газов по патентам РФ 2199113, 2209419, 2253108; по US Patents No. 8,370,048 (Feb. 5, 2013) “Pollution control system”; No. 8,522,536 (Sept. 3, 2013) “Exhaust after-treatment systems for gasoline and alternative-fueled engines, with reduction of HC, CO, NO, and PM”; No. 8,491,858 (July 23, 2013) “Gas stream multi-pollutants control systems and methods”; US2012055235 (March 08, 2012) «Carbon monoxide detector, system and method for signaling a carbon monoxide sensor end-of-life condition)) (МКИ G01N 27/00); по патентам EP0: No. 710996 (Aug. 29,2008) «Fuel cell generator with control and measuring system of the carbon monoxide amount in the fuel gas»; No. 018871 (March 24,1982) «Device for measuring the carbon monoxide content of exhaust gases, process for its manufacture and control system comprising such a device»; международная заявка WO 2013036808 «Carbon monoxide sensor system»; по патенту Китая на полезную модель CN202871033 (Sept. 18, 2012) «Carbon monoxide alarm and rescue system»; no публикации Карпова Е.Ф. с соавт. «Авторская газовая защита и контроль рудничной атмосферы». - М.: Недра, 1984, с.101-109).

Известно «Устройство для определения концентрации горючих газов в кислородосодержащей среде» (пат. РФ №2199113, МКИ G01N 27/16, опубл. 20.02.2003), которое может быть использовано в рабочих помещениях нефтедобывающих и нефтеперерабатывающих, химических и т.п. предприятий для предотвращения возникновения ситуаций, опасных в отношении возможности взрыва.

Известно «Устройство для контроля концентрации опасных газов» по патенту РФ №2253108, МКИ G01N 27/12, 2004). Устройство относится к средствам контроля атмосферы и может быть использовано для мониторинга окружающей среды, в частности для непрерывного контроля уровня газовых примесей в атмосфере жилых, производственных и иных помещений. Однако указанное устройство не обеспечивает дистанционного контроля за концентрациями опасных газов и передачу тревожной информации в службу газовой безопасности в случае, если произойдет превышение установленного значения предельно допустимых концентраций (ПДК) для CH₄ и CO или снижения содержания ниже предельного значения для кислорода O₂, что приводит к несвоевременному принятию мер, обеспечивающих снижение загазованности.

Известно «Устройство для контроля концентрации опасных газов» по пат. РФ №2411511, МКИ G01N 27/12, 2004 (2010 г.), так же как и предыдущее устройство, предназначено для непрерывного контроля уровня газовых примесей в атмосфере жилых, производственных и иных помещений с целью обнаружения превышения допустимых концентраций и своевременного принятия эффективных мер, обеспечивающих снижение загазованности в жилых, коммунальных и производственных помещениях путем передачи тревожной информации в службу газовой безопасности в случае, если произойдет превышение установленного значения ПДК для CH₄ и CO или снижение содержания предельного значения для O₂. Устройство предназначено для мониторинга концентрации опасных газов в атмосфере.

Однако все известные технические решения касаются контроля концентрации опасных газов в жилых и производственных помещениях, но не рассматривают такой источник угарного газа как автомобиль, не учитывают многообразие видов использования автомобиля, особенно такие, которые не могут в полной мере обеспечить выветривание выхлопных газов. Это приводит к быстрому возрастанию концентрации CO, что требует от устройства прямых и безотлагательных мер по прекращению генерации опасного газа. Выполнение таких функций ни в одном из рассмотренных технических решений не предусмотрено.

Известно устройство по патенту Китая на полезную модель № CN 202939775, Priority number: CN 20122640899 U 2012-11-29 «In-vehicle CO detection and alarm device» Inventor(s): PENG YI; LI XIAOLI; YANG ZHE; ZHENG YONG, Applicant: UNIV KUNMING SCIENCE & TECH, Int. Cl: B60R 16/02; G08B 21/14.

Полезная модель касается обнаружения CO в транспортных средствах, состоит из средств автоматического обнаружения, контроля и сигнализации и включают в себя: модуль датчика CO, микрокомпьютер I, беспроводный модуль передачи, устройство тревожной сигнализации, беспроводной модуль получения радиосигнала, микрокомпьютер II, контроллер, кондиционер и источник электропитания. Модуль датчика CO своим выходом связан с микрокомпьютером I, который соединен с беспроводным модулем передачи сигнала тревоги и устройством сигнала тревоги через порты IO, беспроводный модуль передачи сигнала тревоги и модуль получения радиосигнала находятся в беспроводном соединении друг с другом, выход модуля получения сигнала тревоги соединен проводной связью с микрокомпьютером II через порт IO, микрокомпьютер II связан с выключателем кондиционера через контроллер, а источник электропитания связан с микрокомпьютерами I и II. Средства обнаружения CO в транспортном средстве и сигнальное устройство могут беспроблемно и быстро обнаружить избыточную концентрацию угарного газа в транспортном средстве, своевременно принять сигнал тревоги, автоматически открыть окно и направить кондиционер так, чтобы обеспечить безопасность людей, находящихся в транспортном средстве.

Данное устройство принято за прототип по поставленной задаче и особенностям технического исполнения.

Однако техническое решение по прототипу имеет существенные ограничения как в конструктивном исполнении, так и в использовании, а именно:

1. не предусмотрен контроль CO в окружающем автомобиль пространстве: CO может накапливаться в салоне автомобиля от соседних транспортных средств, например, в условиях дорожных пробок или снежных обвалов, а кондиционер втягивает в автомобиль дополнительный угарный газ;

2. в устройстве отсутствует проверка адекватной реакции людей в автомобиле на действие тревожной сигнализации;

3. не предусмотрена возможность автоматического отключения зажигания в условиях загазованности;

4. устройство не использует информацию спидометра для выявления режимов движения и остановок автомобиля, характеризующихся недостаточным выветриванием CO, а также определением моментов безопасности для выключения двигателя автомобиля.

Первой технической задачей настоящего изобретения является обеспечение возможности контролировать накопление CO в салоне автомобиля, двигающегося с малой или нулевой скоростью, в том числе от соседних транспортных средств, например, в условиях дорожных пробок или снежных обвалов и, при получении опасных значений концентрации угарного газа, включать сигнализацию.

Второй технической задачей является повышение эффективности сигналов тревожной сигнализации путем проверки адекватной реакции людей на сигналы.

Третьей технической задачей является возможность автоматического отключения зажигания и прекращение работы двигателя для исключения накопления CO в салоне автомобиля.

Поставленные задачи решаются следующим образом: в систему контроля концентраций угарного газа (CO), включающую датчик CO в салоне автомобиля, микроЭВМ, модуль приема сигнала тревоги, модуль передачи (подтверждения) сигнала тревоги, контроллер, источник электропитания (бортовая сеть), дополнительно введены второй датчик CO и третий датчик, информационное табло, модуль приема сигнала на выключение зажигания, модуль выключения зажигания, модуль звуковой/световой сигнализации тревоги, таймер и вторичный источник электропитания (от бортовой сети автомобиля), причем второй датчик CO размещен на внешней поверхности кузова автомобиля, а спидометр автомобиля служит в качестве третьего датчика; при этом дополнительный источник электропитания соединен со всеми элементами системы контроля концентрации CO, датчики - первый, второй и третий - присоединены к входам микроЭВМ, а к выходам микроЭВМ присоединены контроллер, модуль приема сигнала тревоги и модуль приема сигнала на выключение зажигания и информационное табло; при этом таймер соединен с микроЭВМ прямой и обратной связью, а модуль приема сигнала тревоги присоединен к входу контроллера, модуль приема сигнала на выключение зажигания присоединен к контроллеру прямой и обратной связью, а модуль подтверждения сигнала тревоги, модуль выключения зажигания и модуль звуковой/световой сигнализации тревоги присоединены к выходам контроллера, при этом модуль подтверждения сигнала тревоги и модуль выключения зажигания присоединены к входам микроЭВМ.

На фигуре представлена принципиальная схема системы контроля концентрации угарного газа (CO).

Система контроля концентрации угарного газа (CO), включающая первый датчик CO (1), второй датчик CO (2) и третий датчик - спидометр (3), микроЭВМ 4, контроллер 5, модуль приема сигнала тревоги 6, модуль приема сигнала на выключение зажигания 7, модуль передачи (подтверждения) сигнала тревоги 8, модуль выключения зажигания 9, информационное табло 10, модуль звуковой/световой сигнализации тревоги 11, таймер 12, вторичный источник электропитания 13.

Второй датчик CO (2) размещен на внешней поверхности кузова автомобиля, а в качестве третьего датчика CO (3) служит спидометр автомобиля. Источник вторичного электропитания 13 соединен со всеми элементами системы контроля концентрации CO, датчики 1, 2 и 3 присоединены к входам микроЭВМ 4, а к выходам микроЭВМ 4 присоединены контроллер 5, модуль приема сигнала тревоги 6 со счетчиком циклов команд тревоги, модуль приема сигнала на выключение зажигания 7 и информационное табло 10. Таймер 12 соединен с микроЭВМ 4 прямой и обратной связью, а модуль приема сигнала тревоги 6 присоединен к входу контроллера 5. Модуль приема сигнала на выключение зажигания 7 присоединен к контроллеру 5 прямой и обратной связью, а модуль подтверждения сигнала тревоги 8, модуль выключения зажигания 9 и модуль звуковой/световой сигнализации тревоги 11 присоединены к выходам контроллера 5.

Модуль подтверждения сигнала тревоги 8 и модуль выключения зажигания 9 присоединены к входам микроЭВМ 4.

Система работает следующим образом.

После поступления напряжения на систему от вторичного источника питания 13 включается микроЭВМ 4, запускается программа ЭВМ и начинается измерение средней скорости автомобиля, для чего с микроЭВМ 4 на таймер 12 задает время измерения скорости автомобиля Tнабл. В течение этого времени с датчика 3 (спидометр) на микроЭВМ 4 поступает информация о скорости автомобиля в течение времени Tнабл. В момент истечения времени Tнабл прекращается съем информации, микроЭВМ ведет сложение всех полученных результатов, и полученную сумму делит на количество измерений, то есть вычисляется среднее значение скорости за время Tнабл и производится оценка средней скорости автомобиля. Если средняя скорость больше нуля и больше минимальной скорости (например, сравнима со скоростью пешехода), то программа начинает повторное измерение скорости (следующий цикл измерения). Если полученное среднее значение скорости оказывается меньше, чем скорость пешехода, или равна нулю, микроЭВМ 4 снимает информацию с датчиков 1, 2 о величине концентрации CO в салоне автомобиля и окружающем автомобиль пространстве. Если по полученной информации концентрация CO не превышает фоновых значений, то микроЭВМ 4 возвращается к программе измерения средней скорости автомобиля. Если значения CO превышают фоновые значения и скоростной режим не претерпел существенных изменений, а концентрация CO увеличивается, то микроЭВМ 4 передает информацию по программе вывода на информационное табло 10 информацию о текущем значении концентрации CO.

При достижении концентрации CO величин, близких или равных предельно допустимым, микро ЭВМ 4 выдает на модуль приема сигнала тревоги 6 команду на включение тревожной сигнализации. Одновременно микроЭВМ 4 устанавливает на таймере 12 время действия сигнала тревоги.

При поступлении команды на включение тревоги на модуль 6 команда поступает на счетчик циклов команд тревоги модуля 6, выходы счетчика циклов после дешифрации поступают на соответствующие входы контроллера 5, которые предусматривают включение различных видов сигналов тревоги (звуковой, световой), громкость, яркость, частота следования сигналов тревоги. Программа подачи сигналов тревоги состоит из циклов световой сигнализации, звуковой с нарастающей громкостью, совместного действия звуковой и световой сигнализации с вариацией по частоте повторения и длительности действия, тем самым окружающие автомобиль люди оповещаются об аварийном состоянии автомобиля.

Вместе с сигналом тревоги микроЭВМ 4 подает на контроллер 5 команду на включение модуля подтверждения сигнала тревоги 8, в состав которой входит кнопка ответа (на фиг. не показана). При ее нажатии сигнал с модуля 8 поступает на вход микроЭВМ 4. После этого продолжается съем информации значений концентрации CO с микроЭВМ 4. Если концентрация CO, получаемая с датчиков 1, 2, превысит значения предельно допустимой концентрации, при этом скорость автомобиля в течение всего времени наблюдения Tнабл. остается равной нулю, а мер по снижению концентрации CO водителем не принимается, т.е снижение концентрации CO не происходит, тогда микроЭВМ 4 подает команду на контроллер 5, который в свою очередь подает команду на модуль приема сигнала на выключение зажигания 7. После подачи команды на выключение зажигания микроЭВМ 4 производит измерение средней скорости автомобиля, и если она равна нулю, то с микроЭВМ 4 на модуль приема сигнала на выключение зажигания 7 поступает команда, что является разрешающим сигналом включения через контроллер 5 модуля выключения зажигания 9. Во всех остальных случаях микроЭВМ 4 продолжает контролировать скорость автомобиля.

Если значения датчика 2 больше значений датчика 1, и регистрируется повышение концентрации CO, следовательно, автомобиль находится на згазованном CO участке дороги, либо в помещении с недостаточной вентиляцией. Если показания датчика 1 больше показаний датчика 2, это значит, что имеет место локальный принудительный наддув CO, либо автомобиль попал в снежный завал, либо это связано с нарушением нормальной работы выхлопной системы автомобиля, об этом водитель информируется через информационное табло 10 при поступлении с микроЭВМ 4 результатов измерений и их анализа.

Во всех остальных случаях система выполняет одну функцию - спидометр измеряет среднюю скорость. При движении автомобиля со штатной скоростью CO из салона выветривается полностью, что предусматривается конструкцией автомобиля.