Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО РЕГИСТРАЦИИ ДЫМА

Изобретение относится к области пожарной сигнализации, а именно к способам регистрации дыма, предназначенным для обнаружения возгорания, сопровождающихся появлением дыма в закрытых помещениях, и устройствам для осуществления таких способов.

Известны датчики дыма, пожарные извещатели и детекторы, работающие по принципу периодического излучения световых импульсов и последующего их приема, причем излучаемые и принимаемые импульсы модулируют, сравнивают и обрабатывают различными способами, формируя сигнал о наличии или отсутствии дыма (см. журнал "Системы безопасности связи и телекоммуникации", 2000, 33, с.65).

Известен серийно изготовляемый пожарный оптикоэлектронный извещатель ИП-212-26 (см. Извещатель пожарный ИП-212-26. Техническое описание и инструкция по эксплуатации БДВК. 425232.001 ТО, 1997), формирующий периодические пачки световых импульсов, излучаемые в оптическую камеру со светопоглощающими стенками, и принимающий отраженные сигналы фотоприемником под углом, отличным от оптической оси излучателя, которые сравниваются с пороговым значением и запоминаются с последующим формированием сигнала регистрации дыма при условии приема всей пачки световых импульсов. Формирование сигнала регистрации дыма осуществляется в результате выполнения операций сравнения и запоминания. При отсутствии дыма в чувствительной области оптической камеры сигнал фотоприемника находится ниже порогового значения, задаваемого схемой сравнения.

Результат сравнения сигнала фотоприемника с пороговым значением в виде логического сигнала высокого уровня поступает на схему управления и запоминания и разрешает прохождение сигнала обнуления счетчика. При появлении дыма в чувствительной области оптической камеры световые импульсы, отражаясь от частиц дыма, попадают на фотоприемник, сигнал с которого теперь уже превышает пороговое значение, и со схемы сравнения в виде логического нуля поступает на схему управления и запоминания. Этим сигналом блокируется прохождение сигнала обнуления счетчика, которым при повторении такой ситуации четыре раза подряд, то есть при условии приема всей пачки световых импульсов, регистрируется режим "пожар", после чего контроль плотности окружающей среды прекращается.

Низкий уровень помехозащищенности при воздействии световой или электромагнитной помехи, проходящей через фотоприемник, схему сравнения и поступающий на схему управления и запоминания в момент опроса оптического канала приводит к ложным срабатываниям датчика.

В качестве прототипа выбрано устройство регистрации дыма, описанное в патенте Российской Федерации 2134907, 6 G 08 В 17/10, опубл. 20.08.99, в котором формируются периодические пачки световых импульсов, излучаемых в оптическую камеру со светопоглощающими стенками, с последующим приемом отраженных сигналов под углом, отличным от оптической оси излучения, сравнением их с пороговым значением и запоминанием с последующим формированием сигнала регистрации дыма при условии приема всей пачки световых импульсов, так и в промежутках между излучениями световых импульсов пачки, когда достоверна информация об отсутствии полезного сигнала с последующим формированием сигнала наличия помех и корректировкой сигнала регистрации дыма.

Если сформированный сигнал обнаруживается схемой сравнения в момент опроса оптической системы, то схемой управления и запоминания формируется счетный импульс, который запоминается как "первый" импульс пачки, причем сигнал регистрации дыма формируется после приема всей пачки импульсов. В промежутки времени между регистрациями отдельных излучаемых световых импульсов пачки при получении сигналов, превышающих порог срабатывания, формируется логический сигнал низкого уровня, который направляется на схему определения помехи, а затем - на схему управления и запоминания, обнуляя счетчик и, запрещая счет импульсов, тем самым препятствуя формированию сигнала регистрации дыма.

В то же время при отсутствии дыма появление любой помехи, вызванной переходными процессами, обуславливающими снижение величины порогового значения, и сравнимой по длительности с длительностью пачки импульсов, возможно формирование ложного сигнала регистрации дыма.

Указанное устройство имеет невысокую помехоустойчивость и при появлении на входных цепях импульсных помех во время прохождения импульсов генератора, вызванных как электрическими наводками, так и импульсной засветкой, например, при включении/выключении люминисцентных ламп, возможно снижение сигнала ниже порогового уровня. При этом формируются импульсы сброса, поступающие на R-вход счетчика, хотя уровень задымленности может превысить пороговое значение, что приводит к пропуску полезного сигнала. Кроме того, включение непосредственно на выход фотодиода дополнительных цепей снижает чувствительность за счет появления дополнительной емкости и помехоустойчивость из-за большой длительности входных цепей.

Задачей изобретения является повышение надежности устройства путем периодического контроля чувствительной области оптической камеры с применением синхронного детектирования для принятых отраженных сигналов, которые сравниваются с пороговым значением, а по результатам сравнения формируется сигнал регистрации дыма, соответствующий изменению плотности окружающей среды, а также усовершенствование известного устройства, снижающего вероятность ложного срабатывания при воздействии световых или электромагнитных помех.

Поставленная задача решается также тем, что в устройстве, содержащем тактовый генератор, излучатель, связанный через оптическую камеру со светопоглощающими стенками с фотоприемником, схему сброса, схему сравнения и запоминания, формирователь сигнала регистрации дыма, дополнительно введена схема синхронного детектирования, а схема сравнения и запоминания выполнена в виде первого и второго двоичных счетчиков, причем V-вход и R-вход первого двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания соединены с соответствующими выходами тактового генератора.

При этом выход упомянутого первого двоичного счетчика параллельно связан с входом излучателя, V-входом второго двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания и первым входом схемы синхронного детектирования, второй и третий входы которой связаны соответственно с выходами фотоприемника и схемы сброса, а выход - R-входом второго двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания, выход второго двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания связан с С-входами обоих счетчиков и с входом формирователя сигнала регистрации дыма.

Кроме того, схема синхронного детектирования содержит два логических элемента И-НЕ, диод, RC-цепь, причем входы первого элемента И-НЕ связаны с выходом фотоприемника, а выход - через диод с RC-цепью, которая связана с входом второго логического элемента И-НЕ и через конденсатор связана с выходом первого двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания, причем другой вход второго логического элемента И-НЕ связан с выходом схемы сброса, а выход - с R-входом второго двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания.

Новым в заявляемом устройстве является введение схемы синхронного детектирования, содержащей два логических элемента И-НЕ, диод, RC-цепь, причем входы первого логического элемента И-НЕ связаны с выходом фотоприемника, а выход - через диод с RC-цепью, которая через конденсатор соединена с выходом первого двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания, и входом второго логического элемента И-НЕ, другой вход которого связан с выходом схемы сброса, а выход - с R-входом второго двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания. Обработка принятых отраженных сигналов методом синхронного детектирования и сравнение результата с пороговым значением позволяет исключить одновременный приход отраженного сигнала и импульсной помехи, а также исключить прохождение импульсных помех, влияющих на формирования сигнала "пожар".

На фиг. 1 представлена блок-схема для реализации заявляемого устройства регистрации дыма, на фиг. 2 показан пример выполнения устройства для регистрации дыма.

Устройство для осуществления заявляемого устройства регистрации дыма (фиг. 1) содержит тактовый генератор 1, излучатель 2, связанный оптической камерой со светопоглощающими стенками (не показано), фотоприемник 3, схему 4 синхронного детектирования, схему 5 сброса, схему 6 сравнения и запоминания, формирователь 7 сигнала регистрации дыма, при этом V-вход и R-вход первого двоичного счетчика схемы 6 сравнения и запоминания соединены соответственно с первым и вторым выходами тактового генератора 1, а первый его выход соединен параллельно с входом излучателя 2, V-входом второго счетчика схемы 6 сравнения и запоминания и первым входом схемы 4 синхронного детектирования, второй и третий входы которой связаны соответственно с выходами фотоприемника 3 и схемой 5 сброса.

R-вход второго двоичного счетчика схемы 6 сравнения и запоминания соединен с выходом схемы 4 синхронного детектирования, а третий его выход связан с С-входами обоих счетчиков схемы 6 сравнения и запоминания и входом формирователя 7 сигнала регистрации дыма.

Новым признаком заявляемого устройства является введение схемы 4 синхронного детектирования, содержащей два логических элемента И-НЕ, диод, RC-цепь, причем входы первого логического элемента И-НЕ связаны с выходом фотоприемника 2, а выход - через диод с RC-цепью, которая через конденсатор соединена с выходом первого двоичного счетчика схемы 6 сравнения и запоминания, и входом второго логического элемента И-НЕ, другой вход которого связан с выходом схемы 5 сброса, а выход - с R-входом второго двоичного счетчика схемы 6 сравнения и запоминания.

Тактовым генератором 1 формируется последовательность прямоугольных импульсов, преобразуемую первым счетчиком схемы 6 сравнения и запоминания в импульсы, определяющие время преобразования электрических сигналов в световые излучателем 2 и формирующие счетные импульсы на V-входе второго счетчика схемы 6 по истечении формирования RC-цепью схемы 4 синхронного детектирования разрешающего сигнала, которым обнуляется второй счетчик схемы 6 при отсутствии приема отраженных сигналов фотоприемником 3.

Так как с фотоприемника 3 поступающие сигналы ниже порогового уровня, то схемой 4 разрешается прохождение импульсов схемы 5 сброса, которые обнуляют второй счетчик схемы 6. При наличии приема отраженных сигналов фотоприемником 3, превышающих пороговое значение, задаваемое резистором и второй логической схемой И-НЕ схемы 4 синхронного детектирования, они синхронно детектируются при этом, блокируется прохождение импульсов схемы 5 сброса и транслируются на R-вход второго счетчика схемы 6, которым регистрируются счетные импульсы, соответствующие установленным сигналам излучателя 2. При достижении определенного количества зарегистрированных импульсов формирователем 7 формируется сигнал регистрации дыма.

При этом прекращается контроль оптической плотности окружающей среды, и сформированный сигнал высокого уровня направляется на выходные ключи, с помощью которых уменьшается внутреннее сопротивление до заданной величины (не более 500 Ом при токе 20 мА), являющийся сигналом срабатывания для приемно-контрольного прибора (не показано). Возврат устройства в дежурный прием производят после его отключения от питания на определенное время (не менее 1,5 с).

Устройство регистрации дыма может быть выполнено, например, как это показано на фиг.2, из известных комплектующих элементов. Тактовый генератор 1, выполненный на двух логических элементах И-НЕ DD1.1, DD1.2, резисторах R1, R2, R3, емкостях C1, C2, причем R3, C1 - цепью формируется временная задержка тактовых импульсов на втором выходе тактового генератора 1 на 45-50 мкс по сравнению с первым выходом.

Излучатель 2, выполненный на транзисторах VT1, VT2, светодиоде VD3, резисторах R5, R6 - образует световые импульсы заданной длительности; фотоприемник 3 с усилителем, охваченный петлей отрицательной обратной связи (R14) по постоянному напряжению для устойчивости к изменению температуры окружающей среды в интервале от -25 до +60^oС, выполнен на VT7, VT8 - транзисторах, УД1 - фотодиоде, многоступенчатом RC фильтре - R7C4, R8R9, C5R11R10C6, R15R16C7, исключающем попадание импульсных помех по питанию.

Схема 4 синхронного детектирования, содержащая два логических элемента И-НЕ DD1.3, DD1.4, ограничительный диод VD2, R17C8 - цепь, причем входы первого элемента И-НЕ DD1.3 связаны с выходом фотоприемника 3, а выход через диод VD2 с цепью R17C8 и первым входом второго логического элемента И-НЕ DD1.4, второй вход которого связан с выходом схемы 5 сброса, выполненной на транзисторе VT9, резисторах R18, R19, R20.

Схема 6 сравнения и запоминания выполнена на двух двоичных счетчиках DD2.1, DD2.2, причем V-вход и R-вход первого двоичного счетчика DD2.2 соединены с соответствующими выходами тактового генератора 1, а первый его выход параллельно связан с входом излучателя 2 (R4), V-входом второго двоичного счетчика DD2.1 и первым входом (С8) схемы 4 синхронного детектирования, выход которой соединен с R-входом второго двоичного счетчика DD2.1, чей третий выход связан с С-входами обоих двоичных счетчиков DD2.1, DD2.2 и входом формирователя 7 сигнала регистрации дыма, выполненного на транзисторах VT3, VT4, резисторах R21, R22, R23, R24 и светодиоде VD4, анод которого связан с источником питания 8, содержащего транзисторы VT5, VT6, резисторы R25, R26 и диод VD5. Контакты 2,2.3,4 обеспечивают подключение устройства в линии приемно-контрольного прибора (не показано).

Устройство работает следующим образом.

Тактовым генератором 1 вырабатываются прямоугольные импульсы с периодом около 1 с. Цепью R3, C1 формируется временная задержка на втором выходе генератора 1 (DD1.2), на котором импульс появляется через 45-50 мкс после его появления на первом выходе (DD1.1). Импульсы с тактового генератора 1 подаются на вход первого двоичного счетчика DD2.2 схемы 6, на выходе которого появляется положительный импульс с длительностью порядка 45 мкс, которым определяется время излучения светового импульса излучателем 2. Усилителем фотоприемника 3 усиливаются импульсы, поступающие с фотодиода VD1, которые затем подаются на схему 4 синхронного детектирования И-НЕ DD1.3.

Одновременно цепью R17C8 формируется импульс длительностью около 25 мкс, которым сбрасывают второй двоичный счетчик DD2.1. При каждом импульсе излучения излучателем 2 второй двоичный счетчик DD2.1 схемы 6 сравнения и запоминания считает до "1" (импульсы с первого выхода первого двоичного счетчика DD2.2 схемы 6 поступают на счетный V-вход второго двоичного счетчика DD2.1) и сбрасывается. Импульсы сброса схемы 5 при отсутствии фотоответа обнуляют второй двоичный счетчик DD2.1 схемы 6.

При появлении в измерительной камере (не показано) дыма отраженный сигнал излучателя 2 усиливается усилителем фотоприемника 3, который поступает затем на первый вход второго логического элемента И-НЕ схемы 4, обеспечивая уровень логической "1", импульсы сброса со схемы 5 не проходят и второй логический счетчик DD2.1 схемы 6 продолжает счет. Импульс сброса схемы 5 появляется после окончания импульса излучения излучателя 2 (фиг.3) и совпадает по времени с фотоответом фотоприемника 3, т.к. последний задерживается из-за инерционности фотодиода VD1.

При появлении дыма счетчик DD2.1 продолжает счет (в течение порядка 4 с) и при появлении четвертого импульса на третьем выходе второго логического счетчика DD2.1 схемы 6 появляется уровень логической единицы, которым блокируется С-вход первого двоичного счетчика DD2.2, включается светодиод VD4 формирователя 7 регистрации дыма и устройство переходит в режим "пожар". При отключении питания на время более 1,5 с схема сброса на VT9 закрывается (при напряжении около 2,4 V), что приводит к появлению логической "1" на выходе схемы И-НЕ DD1.4 схемы 4 и R-входе второго двоичного счетчика DD2.1 схемы 6. Устройство готово к работе при последующем включении источника 8 питания.

Цифровая обработка сигналов, применение ступенчатых фильтров повышает помехоустойчивость, надежность устройства за счет исключения вероятности ложного срабатывания, так как сигналы помех исключаются при формировании сигнала "пожар", а также упрощает его реализацию за счет отказа, например, от фильтра верхних частот в фотоусилителе 3, что позволяет снизить массогабаритные характеристики, стоимость изделий.