RU196442U1 - GENERAL MILITARY ALARM CONTROL OF AIR POLLUTION BY AEROSOLS - Google Patents
GENERAL MILITARY ALARM CONTROL OF AIR POLLUTION BY AEROSOLS Download PDFInfo
- Publication number
- RU196442U1 RU196442U1 RU2018137330U RU2018137330U RU196442U1 RU 196442 U1 RU196442 U1 RU 196442U1 RU 2018137330 U RU2018137330 U RU 2018137330U RU 2018137330 U RU2018137330 U RU 2018137330U RU 196442 U1 RU196442 U1 RU 196442U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microns
- aerosols
- photoresistor
- less
- air
- Prior art date
Links
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 238000003915 air pollution Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 4
- 239000002245 particle Substances 0.000 abstract description 19
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 20
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000004204 optical analysis method Methods 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000000241 respiratory effect Effects 0.000 description 2
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 206010020400 Hostility Diseases 0.000 description 1
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000003517 fume Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000002906 microbiologic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 1
- 230000005658 nuclear physics Effects 0.000 description 1
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 1
- 210000002345 respiratory system Anatomy 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/27—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands using photo-electric detection ; circuits for computing concentration
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
- G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
- G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
- G01N21/3504—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing gases, e.g. multi-gas analysis
- G01N21/3518—Devices using gas filter correlation techniques; Devices using gas pressure modulation techniques
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
- G08B17/10—Actuation by presence of smoke or gases, e.g. automatic alarm devices for analysing flowing fluid materials by the use of optical means
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
- G08B21/02—Alarms for ensuring the safety of persons
- G08B21/12—Alarms for ensuring the safety of persons responsive to undesired emission of substances, e.g. pollution alarms
Abstract
Полезная модель относится к средству контроля загрязнений воздуха, применение которого возможно в ходе анализа воздуха в местах расположения общевойсковых подразделений уровня взвод-рота на наличие аэрозолей фракций менее 10 мкм, обнаружение которых в настоящее время должно осуществляться экипажами бронеобъектов визуально. Сигнализатор содержит последовательно установленные циклон, импактор, соединенные с электровентиляторами и проточную оптико-электронную камеру, подключенную к компьютеру. Работа сигнализатора основана на просасывании анализируемого воздуха, очищенного от частиц размером более 10 мкм, через проточную оптико-электронную камеру, в которой измеряется освещенность фоторезистора. Результат измерения через микроконтроллер передается на компьютер, в программном обеспечении которого на языке С# осуществляется сравнение с введенным при включении фоновым значением освещенности фоторезистора. Устройство регистрирует приращение аэрозолей фракции менее 10 мкм на 30 % и более, в полевых условиях, выдает световую и звуковую сигнализацию и кодовый (цифровой) сигнал об аэрозольной опасности, является эффективным средством коллективной и индивидуальной защиты.The utility model relates to a means of controlling air pollution, the use of which is possible during the analysis of air at the locations of combined-arms units of the platoon-company level for the presence of aerosols of fractions less than 10 microns, the detection of which should now be carried out visually by crews of armored objects. The signaling device contains a cyclically mounted cyclone, an impactor connected to electric fans and a flowing optical-electronic camera connected to a computer. The operation of the detector is based on the suction of the analyzed air, purified from particles larger than 10 microns, through a flowing optical-electronic camera, in which the illumination of the photoresistor is measured. The measurement result is transmitted via a microcontroller to a computer, in the software of which, in C # language, a comparison is made with the background value of the photoresistor illumination entered when the background value is turned on. The device registers the increment of aerosols of a fraction of less than 10 microns by 30% or more, in the field, gives light and sound alarms and a code (digital) signal of aerosol hazard, is an effective means of collective and individual protection.
Description
Полезная модель относится к техническим средствам (ТС), относящимся к области контроля загрязнений воздуха аэрозолями фракциями менее 10 мкм. Частицы данных фракций характерны для некоторых дымов, биологических аэрозолей [1, 2]. Защитой от таких аэрозолей являются средства индивидуальной защиты органов дыхания и коллективной защиты, например, бронеобъектов [3]. Влияние на органы дыхания человека аэрозолей диаметром менее 10 мкм настолько существенно, что для предупреждения поражения от них требуется быстрое использование средств защиты. Однако в настоящее время общевойсковых ТС, сигнализирующих о наличии в воздухе таких аэрозолей, на снабжении войск нет.The utility model relates to technical means (TS) related to the control of air pollution by aerosols with fractions of less than 10 microns. Particles of these fractions are characteristic of some fumes and biological aerosols [1, 2]. Protection against such aerosols are personal respiratory protection and collective protection, for example, armored objects [3]. The effect on the respiratory system of a person with aerosols with a diameter of less than 10 microns is so significant that to prevent damage from them requires the rapid use of protective equipment. However, at present, combined-arms vehicles signaling the presence of such aerosols in the air are not in the supply of troops.
Полезная модель может быть отнесена к техническому решению, применение которого возможно в ходе ведения боевых действий подразделений уровня взвод-рота.The utility model can be attributed to a technical solution, the use of which is possible in the course of the conduct of hostilities of units of a platoon-company level.
Целью создания полезной модели является обеспечение своевременного предупреждения в боевой обстановке общевойсковых подразделений уровня взвод-рота о наличии в воздухе аэрозолей фракций менее 10 мкм.The purpose of creating a utility model is to provide timely warning in a combat situation of combined arms units of a platoon-company level about the presence of fractions of less than 10 microns in the air.
Устройство предназначено для анализа окружающего воздуха с целью обнаружения в нем наличия аэрозоля фракций менее 10 мкм, при превышении естественного фона атмосферы на 30% и более, и выдачи соответствующего сигнала.The device is designed to analyze ambient air in order to detect in it the presence of an aerosol fraction less than 10 microns, when the natural background of the atmosphere is exceeded by 30% or more, and to issue a corresponding signal.
Для сохранения боеспособности личного состава мотострелковых (танковых, артиллерийских) подразделений Сухопутных войск ВС РФ, подвергшегося воздействию аэрозолей фракций менее 10 мкм, требуется наличие в подразделениях уровня взвод-рота быстродействующих (до 10 секунд) ТС их обнаружения.To maintain the combat effectiveness of the personnel of motorized rifle (tank, artillery) units of the Ground Forces of the Armed Forces of the Russian Federation, exposed to aerosols of fractions of less than 10 microns, it is necessary to have high-speed vehicles (up to 10 seconds) in the units to detect them.
Для сигнализации наличия в воздухе биологических аэрозолей в ФГУП «ГосНИИБП» к началу второго десятилетия XXI века был создан общевойсковой сигнализатор аэрозолей спецпримесей - прибор биологической разведки ПБР-1 (Фиг. 1). Принцип действия данного прибора - оптико-электронный, основанный на проточно-оптическом методе анализа (ПОМ), обеспечивающий распознавание биологических аэрозолей от других, искусственных и природных, образующихся при горении, взрывах, диспергировании, жизнедеятельности и т.п., размером частиц менее 10 мкм [1, 2].To signal the presence of biological aerosols in the air at FSUE “GosNIIBP”, by the beginning of the second decade of the 21st century, a general-purpose aerosol signaling device of special impurities — a biological reconnaissance device PBR-1 (Fig. 1) was created. The principle of operation of this device is optoelectronic, based on a flow-through optical analysis method (POM), which recognizes biological aerosols from other, artificial and natural aerosols generated by combustion, explosions, dispersion, life activity, etc., with a particle size of less than 10 microns [1, 2].
Анализ литературных данных показывает, что в сконструированных в РФ и за рубежом приборах, основанных на ПОМ, создаются условия для взаимодействия излучения с индивидуальными частицами аэрозоля, в том числе биологического, в струе пробы [4, 5]. Преимущество варианта ПОМ, реализованного в ПБР-1, заключается в высокой его специфичности (избирательности) при распознавании биологических аэрозолей. Однако быстродействие таких приборов, в том числе ПБР-1, может составлять от 15 секунд до 2 минут при малых концентрациях аэрозоля [4]. По этой причине, а также в связи со срабатыванием в присутствии мешающих примесей, общевойсковой прибор ПБР-1 на снабжение войск не принят. Других приборов, регистрирующих наличие в воздухе аэрозолей фракции менее 10 мкм (в том числе и биологических аэрозолей), на снабжении войск нет и поэтому, скорее всего, личный состав при вдыхании такого аэрозоля получит поражение.An analysis of the literature data shows that in POM-based devices developed in the Russian Federation and abroad, conditions are created for the interaction of radiation with individual aerosol particles, including biological particles, in the sample stream [4, 5]. The advantage of the POM version implemented in FGP-1 is its high specificity (selectivity) in recognizing biological aerosols. However, the speed of such devices, including PBR-1, can be from 15 seconds to 2 minutes at low aerosol concentrations [4]. For this reason, as well as in connection with the operation in the presence of interfering impurities, the PBR-1 combined-arms device was not accepted for supplying troops. There are no other instruments registering the presence of fractions of less than 10 microns in the air (including biological aerosols) in the supply of troops and therefore, most likely, the personnel will be defeated if such an aerosol is inhaled.
Для достижения быстродействия сигнализатора менее 10 секунд, следует использовать другие условия проточно-оптического метода анализа, которые реализованы, например, в извещателях пожарных аспирационных (ИПА) (Фиг. 2).To achieve a detector performance of less than 10 seconds, other conditions of the flow-through optical analysis method should be used, which are implemented, for example, in fire detectors, aspiration (IPA) (Fig. 2).
Однако такие приборы срабатывают не только на наличие в воздухе аэрозоля фракции менее 10 мкм, но и на наличие грубодисперсного аэрозоля (более 10 мкм), и даже от грунтовой пыли. Кроме того, количество ложных срабатываний ИПА в ходе боевой деятельности войск, скорее всего, будет очень частым из-за наличия в воздухе аэрозолей, которые называют фоновыми.However, such devices are triggered not only by the presence in the air of an aerosol fraction less than 10 microns, but also by the presence of coarse aerosol (more than 10 microns), and even from ground dust. In addition, the number of IPA false positives during the course of combat operations of the troops is likely to be very frequent due to the presence of aerosols in the air, which are called background.
Для уменьшения количества срабатываний общевойскового сигнализатора на наличие в воздухе фонового аэрозоля необходимо, чтобы прибор выдавал сигнал «Аэрозольная опасность» при превышении концентрации аэрозоля во фракции менее 10 мкм на 30% и более от фонового значения. Данное значение приращения концентрации аэрозоля обосновано в ходе анализа литературного источника [6]. Согласно [6], концентрация аэрозоля во фракции менее 10 мкм в чистой атмосфере (фон) может достигать до 8,0⋅10-5, в загрязненной - до 3,75⋅10-4 мг/л (средние годовые измерения концентраций взвешенных частиц до 10 мкм в г. Новосибирске и его пригородах). Регион выбран по следующим соображениям: из-за географического положения, типа климата - континентального, наиболее распространенного типа растительности - пересечение лесной и лесостепной природных зон, наличия возможных источников выбросов содержащих аэрозоли из таких объектов, как Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» (пос. Кольцово), Сибирское отделение Российской академии сельскохозяйственных наук, Институт ядерной физики Сибирского отделения РАН).To reduce the number of operations of the combined-arms detector for the presence of a background aerosol in the air, it is necessary that the device gives an “Aerosol hazard” signal when the aerosol concentration in the fraction is less than 10 microns higher by 30% or more of the background value. This value of the increment in aerosol concentration is justified in the analysis of the literary source [6]. According to [6], the concentration of aerosol in the fraction smaller than 10 microns in a clean atmosphere (background) may reach up 8,0⋅10 -5, in contaminated - to 3,75⋅10 -4 mg / l (mean annual measuring suspended particle concentrations up to 10 microns in the city of Novosibirsk and its suburbs). The region was chosen for the following reasons: because of the geographical location, the type of climate - continental, the most common type of vegetation - the intersection of forest and forest-steppe natural zones, the presence of possible sources of emissions containing aerosols from objects such as the State Scientific Center for Virology and Biotechnology "Vector" ( Koltsovo settlement), Siberian Branch of the Russian Academy of Agricultural Sciences, Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences).
Такую и даже меньшую концентрацию аэрозолей фракций менее 10 мкм способны зарегистрировать ИПА, а при программном обеспечении - зафиксировать превышение концентрации относительно фонового значения.IPA can detect such and even lower concentration of fraction aerosols of fractions less than 10 microns, and with software, they can record the excess of concentration relative to the background value.
Согласно [6], варьирование концентрации аэрозоля фракции менее 10 мкм в течение суток в различное время года не превышает 30%. Поэтому, такую разницу между концентрациями фонового значения аэрозоля фракции менее 10 мкм, создаваемого при горении некоторых материалов и при распространении аэрозолей, имеет смысл зафиксировать с помощью быстродействующего, но малоспецифичного прибора и выдать сигнал о вероятной аэрозольной опасности с целью своевременного оповещения личного состава и использования им средств защиты органов дыхания.According to [6], the variation in the concentration of the aerosol fraction of less than 10 μm during the day at different times of the year does not exceed 30%. Therefore, it makes sense to fix such a difference between the concentrations of the background value of the fraction aerosol of fractions less than 10 microns generated during the combustion of some materials and during the propagation of aerosols with a high-speed but low-specific device and give a signal of a probable aerosol hazard in order to timely notify personnel and use them respiratory protection.
Прототипом предлагаемого сигнализатора является извещатель пожарный аспирационный ИПА v3 с быстродействием (инерционностью срабатывания) до 5 с (Фиг. 2). Принцип действия извещателя ИПА v3 - оптико-электронный, с измерением освещенности фотоприемного устройства [7].The prototype of the proposed signaling device is a fire aspiration detector IPA v3 with a speed (response inertia) of up to 5 s (Fig. 2). The operating principle of the IPA v3 detector is optoelectronic, with measurement of the illumination of a photodetector [7].
Для исключения срабатывания сигнализатора на наличие в воздухе почвенной пыли и грубодисперсного аэрозоля в его конструкцию включены циклон и импактор, описание функционирования которых дано далее.To prevent the alarm from triggering the presence of soil dust and coarse aerosol in the air, a cyclone and impactor are included in its design, the operation of which is described below.
Используя конструктивные особенности циклона прибора радиационной, химической разведки ПРХР (Фиг. 3) и пробоотборника, разработанного в Военной академии РХБ защиты (Фиг. 4), была разработана конструкция общевойскового сигнализатора контроля загрязнений воздуха аэрозолями фракциями менее 10 мкм, обеспечивающая исключение попадания частиц более 10 мкм в блок фотодиодов, где осуществляется измерение освещенности фоторезистора. Деталировка конструкции общевойскового сигнализатора контроля загрязнений воздуха аэрозолями фракциями менее 10 мкм представлена на Фиг. 5.Using the design features of the cyclone of the radiation and chemical reconnaissance reconnaissance reconnaissance apparatus (Fig. 3) and the sampler developed at the Military Academy of Chemical Defense of the Russian Federation (Fig. 4), the design of a general-purpose signaling device for controlling air pollution with aerosols with fractions of less than 10 μm was developed, which ensures the exclusion of particles exceeding 10 microns in the block of photodiodes, where the illumination of the photoresistor is measured. A detailed design of the combined-arms signaling device for monitoring air pollution with aerosols with fractions of less than 10 microns is shown in FIG. 5.
Очистку просасываемого воздуха от почвенной пыли (размером более 50 мкм), присутствие которой в атмосфере обусловливается движением боевой и специальной техники, взрывами, ветром осуществляет циклон (Фиг. 5, поз. 1), конструкция и габариты которого соответствуют циклону ПРХР (Фиг. 3, поз. 1).Purification of the exhaust air from soil dust (larger than 50 microns), the presence of which in the atmosphere is determined by the movement of military and special equipment, explosions, and the wind is carried out by a cyclone (Fig. 5, item 1), the design and dimensions of which correspond to a PRXR cyclone (Fig. 3 , item 1).
Очистку воздуха от грубодисперсного аэрозоля (от 10 до 50 мкм) в общевойсковом сигнализаторе обеспечивает импактор (Фиг. 5, поз. 2-4). Импактор функционирует следующим образом: воздух, содержащий аэрозольные частицы размером менее 50 мкм, поступают в импактор после очистки в циклоне. В импакторе формируется поток с заданной линейной скоростью. Попадая внутрь импактора, частицы аэрозоля движутся вместе с воздушным потоком с линейной скоростью, задаваемой размерами и количеством отверстий на пластине (Фиг. 5, поз. 3). Резкое изменение направления движения потока, после прохождения отверстий пластины, приводит к тому, что в силу инерции более массивные частицы не успевают изменить направление своего движения и осаждаются на коллекторной пластине (Фиг. 5, поз. 4). Остальные частицы уносятся воздушным потоком через отверстия, расположенные на периферии коллекторной пластины, в воздухозаборную трубку (Фиг. 5, поз. 5).Purification of air from coarse aerosol (from 10 to 50 microns) in the combined-arms detector provides impactor (Fig. 5, pos. 2-4). The impactor operates as follows: air containing aerosol particles less than 50 microns in size enters the impactor after cleaning in a cyclone. A flow is formed in the impactor with a given linear velocity. Once inside the impactor, the aerosol particles move together with the air flow at a linear speed, defined by the size and number of holes on the plate (Fig. 5, item 3). A sharp change in the direction of flow, after passing through the holes of the plate, leads to the fact that, due to inertia, more massive particles do not have time to change the direction of their movement and are deposited on the collector plate (Fig. 5, item 4). The remaining particles are carried away by air flow through openings located on the periphery of the collector plate into the air intake pipe (Fig. 5, item 5).
Наличие пластины с отверстиями (Фиг. 5, поз. 3) и коллекторной пластины (Фиг. 5, поз. 4), позволяет при установленном расходе воздуха в 50 л/мин разделить в поступающем потоке воздуха аэрозольные частицы размером более 10 мкм от частиц, размером менее 10 мкм. Расчет параметров импактора - радиус отверстий при выбранном их количестве и расстоянии от среза отверстий на выходе потока аэрозоля до подложки (коллекторной пластины), обеспечивающий задержку частиц размером более 10 мкм, был проведен в соответствии с методикой, изложенной в [2].The presence of a plate with holes (Fig. 5, pos. 3) and a collector plate (Fig. 5, pos. 4) allows, at a set air flow rate of 50 l / min, to separate aerosol particles larger than 10 microns from the particles in the incoming air flow, size less than 10 microns. Calculation of impactor parameters — the radius of the holes at their selected number and distance from the cut of the holes at the exit of the aerosol stream to the substrate (collector plate), which provides a delay of particles larger than 10 μm, was carried out in accordance with the procedure described in [2].
Коробка распределения потоков предназначена для создания двухпоточной системы с расходами около 50 л/мин и около 3 л/мин. Первый расход необходим для корректного функционирования циклона, второй - для надежного определения освещенности фоторезистора в блоке фотодиодов (Фиг. 5, поз. 6). Во внутреннем объеме блока фотодиодов находятся: держатель фоторезистора (Фиг. 5, поз. 7), корпус фоторезистора (Фиг. 5, поз. 8).The flow distribution box is designed to create a dual-flow system with flow rates of about 50 l / min and about 3 l / min. The first flow rate is necessary for the correct functioning of the cyclone, the second - for reliable determination of the illumination of the photoresistor in the block of photodiodes (Fig. 5, pos. 6). In the internal volume of the photodiode block are: the holder of the photoresistor (Fig. 5, pos. 7), the body of the photoresistor (Fig. 5, pos. 8).
Функционирование сигнализатора осуществляется следующим образом. Аэрозольные частицы более 50 мкм, осаждаются в циклоне, частицы размером от 10 до 50 мкм - в импакторе. Частицы фракции менее 10 мкм поступают через заборную трубку (Фиг. 5, поз. 5) в блок фотодиодов (Фиг. 5, поз. 6), с воздушным потоком из коробки (Фиг. 5, поз. 9), за счет потока, создаваемого нагнетателем марки Deepcool XFAN 70. Нагнетатель крепится к корпусу фоторезисторов (Фиг. 5, поз. 8) посредством переходника для крепления (Фиг. 5, поз. 10). Попадая в блок фотодиодов, частицы аэрозолей фракций менее 10 мкм изменяют освещенность фоторезистора, тем самым создавая условия для срабатывания электронной схемы сигнализатора, установленной в блоке (Фиг. 5, поз. 11). Выдаваемый электронной схемой код, вводится в компьютер посредством USB порта и анализируется специальной программой на языке С#. Силовой каркас прибора составляют шпильки (Фиг. 5, поз. 12).The operation of the alarm is as follows. Aerosol particles larger than 50 microns are deposited in a cyclone, particles from 10 to 50 microns in size - in the impactor. Particles of a fraction of less than 10 μm enter through the intake tube (Fig. 5, pos. 5) into the photodiode block (Fig. 5, pos. 6), with the air flow from the box (Fig. 5, pos. 9), due to the flow, created by a Supercool XFAN 70 brand supercharger. The supercharger is attached to the housing of the photoresistors (Fig. 5, pos. 8) by means of an adapter for fastening (Fig. 5, pos. 10). Once in the photodiode block, particles of aerosol fractions of less than 10 μm change the illumination of the photoresistor, thereby creating conditions for the triggering of the electronic circuit of the signaling device installed in the block (Fig. 5, item 11). The code issued by the electronic circuit is entered into the computer via the USB port and analyzed by a special program in C #. The power frame of the device consists of studs (Fig. 5, item 12).
Блок-схема электронной ячейки сигнализатора контроля загрязнений воздуха аэрозолями фракциями менее 10 мкм представлена на Фиг. 6. Составные части схемы и их функциональное назначение: микроконтроллер - основной блок выполняющий роль управляющего элемента; источник питания - снабжает схему необходимым током соответствующего напряжения; кулер - управляемый блок, с его помощью осуществляется прокачивание частиц через корпус фоторезистора; источники света - 6 светодиодов типа АЛ307БМ мощностью 3 Вт; фотоприемник - фоторезистор VT90N1 мощностью 3 Вт.) - собирает информацию об освещенности и отправляет ее на микроконтроллер; устройство сигнализации - информирует о наличии в прокачиваемом воздухе приращения аэрозоля фракции менее 10 мкм; устройство управления - часть схемы, осуществляющая внешнее управление ячейкой.The block diagram of the electronic cell of the signaling device for monitoring air pollution with aerosols with fractions of less than 10 microns is shown in FIG. 6. The components of the circuit and their functional purpose: microcontroller - the main unit acting as a control element; power source - supplies the circuit with the necessary current of the corresponding voltage; cooler - a controlled unit; with its help, particles are pumped through the case of the photoresistor; light sources - 6 LEDs type AL307BM with a power of 3 W; photodetector - VT90N1 photoresistor with a power of 3 W.) - collects information about the illumination and sends it to the microcontroller; alarm device - informs about the presence in the pumped air of an increment of aerosol fraction less than 10 microns; control device - part of the circuit that performs external control of the cell.
Структурная схема электронной ячейки послужила основой для построения схемы электрической принципиальной. Принципиальная электрическая схема сигнализатора контроля загрязнений воздуха аэрозолями фракциями менее 10 мкм представлена на Фиг. 7.The structural diagram of the electronic cell served as the basis for constructing the electrical circuit diagram. A circuit diagram of a signaling device for monitoring air pollution with aerosols with fractions of less than 10 microns is shown in FIG. 7.
Основным элементом схемы является микроконтроллер Arduino Leonardo. Он осуществляет управление всей схемой. Для работы электронная ячейка использует напряжение питания 6В, передаваемое через USB порт персонального компьютера. Данного напряжения достаточно для надежной и бесперебойной работы микроконтроллера. Он, в свою очередь, осуществляет управление светодиодами (VD1-VD3) через полевые транзисторы (VT1-VT3) путем подачи высокого уровня напряжения на их затворы. Данное функциональное решение позволяет в дальнейшем осуществлять манипуляции над светодиодами с помощью компьютера без внешнего вмешательства. Для работы нагнетателей (M1 «SUNON PF80381B1-000U-А99», М2 «Deepcool XFAN 70») используется отдельный источник питания напряжением 12В. Его управление осуществляется через полевой транзистор для защиты микроконтроллера от высокого уровня напряжения. В качестве датчика электронная ячейка использует фоторезистор (R7), подключенный к делителю напряжения. При наличии аэрозолей фракций менее 10 мкм в прокачиваемом воздухе микроконтроллер считывает падение напряжения на фоторезисторе. Полученные числовые значения отправляются на компьютер по USB кабелю, где сравниваются с введенным при запуске сигнализатора фоновым значением.The main element of the circuit is the Arduino Leonardo microcontroller. He manages the entire circuit. For operation, the electronic cell uses a 6V power supply, transmitted via the USB port of a personal computer. This voltage is sufficient for reliable and uninterrupted operation of the microcontroller. He, in turn, controls the LEDs (VD1-VD3) through field effect transistors (VT1-VT3) by applying a high voltage level to their gates. This functional solution allows you to further manipulate the LEDs using a computer without external intervention. For the operation of the superchargers (M1 “SUNON PF80381B1-000U-A99”, M2 “Deepcool XFAN 70”), a separate 12V power supply is used. Its control is carried out through a field effect transistor to protect the microcontroller from a high voltage level. As a sensor, the electronic cell uses a photoresistor (R7) connected to a voltage divider. In the presence of aerosols of fractions less than 10 microns in the pumped air, the microcontroller reads the voltage drop across the photoresistor. The obtained numerical values are sent to the computer via a USB cable, where they are compared with the background value entered when the detector was started.
Поток данных анализируется в программе написанной на языке С#, позволяющей удобно описывать простые приложения, анализирующие потоки данных. На первом этапе программа выполняет выборку из поступающего потока, определяет математическое ожидание и записывает данное значение как фоновое. После этого программа осуществляет сравнение последующих значений, и, в том случае, если фоновое значение изменится на 30% или более, программа выдает сигнал об аэрозольной опасности.The data stream is analyzed in a program written in C #, which allows you to conveniently describe simple applications that analyze data streams. At the first stage, the program selects from the incoming stream, determines the mathematical expectation, and writes this value as a background. After that, the program compares subsequent values, and if the background value changes by 30% or more, the program gives an aerosol hazard signal.
Предложенное устройство отличается от аналогов (например, ИПА) тем, что:The proposed device differs from analogues (for example, IPA) in that:
- имеет два каскада очистки воздуха от почвенной пыли и грубодисперсного аэрозоля;- has two cascades of air purification from soil dust and coarse aerosol;
- вместо оптопары светодиод - фотодиод, используется оптопара светодиод - фоторезистор;- instead of the optocoupler, the LED is a photodiode; the optocoupler is a LED - photoresistor;
- электронная схема сигнализатора - оригинальна и имеет модульный принцип построения, что позволяет легко заменять ее отдельные части в случае поломки;- the electronic circuit of the signaling device is original and has a modular construction principle, which makes it easy to replace its individual parts in the event of a breakdown;
- в электронной схеме используется контроллер, позволяющий осуществлять обновление прошивки и подключать дополнительные устройства, обеспечивающий возможность расширения функциональных возможностей устройства;- the controller is used in the electronic circuit, which allows updating the firmware and connecting additional devices, providing the possibility of expanding the functionality of the device;
- сигнализатор функционирует под управлением программного обеспечения на языке С#.- the signaling device operates under the control of software in the C # language.
Масса устройства, изготовленного методом 3D печати, составляет не более 800 г. В ходе экспериментов в стендовых условиях при параллельном измерении концентрации аэрозоля измерителем концентрации взвешенных частиц (ИКВЧ) была подтверждена заявленная возможность регистрации приращения аэрозоля фракции менее 10 мкм на 30% и более.The mass of the device made by 3D printing is not more than 800 g. During experiments in bench conditions, while the aerosol concentration was measured by a particulate matter concentration meter (UHF), the declared possibility of registering the aerosol fraction increment of less than 10 μm by 30% or more was confirmed.
Предложенное устройство позволяет:The proposed device allows you to:
- регистрировать приращение аэрозолей фракции менее 10 мкм на 30% и более, в полевых условиях;- register the increment of aerosols of a fraction of less than 10 microns by 30% or more, in the field;
- выдавать световую и звуковую сигнализацию о приращении аэрозолей фракции менее 10 мкм;- give out light and sound alarms about the increment of the aerosol fraction less than 10 microns;
- увеличить эффективность использования средств коллективной и индивидуальной защиты;- increase the efficiency of the use of collective and individual protective equipment;
- выдавать кодовый (цифровой) сигнал об аэрозольной опасности.- issue a code (digital) signal about aerosol hazard.
Полезная модель может найти применение в области охраны окружающей среды при гигиенических исследованиях воздуха на предприятиях добывающей, химической, микробиологической, медицинской, пищевой и других отраслях промышленности, при аварии на которых возможны выбросы аэрозолей фракции менее 10 мкм.The utility model can be applied in the field of environmental protection during hygienic studies of air in enterprises of the mining, chemical, microbiological, medical, food and other industries, in the event of an accident where aerosols of a fraction of less than 10 microns are possible.
ЛитератураLiterature
1 Грин X., Лейн В. Аэрозоли - пыли, дымы и туманы [Текст]: /Пер с англ. Ленинград, Химия, 1969.1 Green X., Lane V. Aerosols - dust, fumes and mists [Text]: / Transl. From English. Leningrad, Chemistry, 1969.
2 Райст, П. Аэрозоли [пер. англ] [Текст]: / под ред. Б.Ф. Садовского. - Москва, 1987. - 280 с.2 Raist, P. Aerosols [trans. English] [Text]: / ed. B.F. Sadovsky. - Moscow, 1987 .-- 280 s.
3 Средства индивидуальной и коллективной защиты [Текст]: Учебник под ред. К. Николаева. Москва: ВАХЗ, 1977.3 Means of individual and collective defense [Text]: Textbook, ed. K. Nikolaev. Moscow: VAHZ, 1977.
4 Богатырев, А.А. Технические средства биологической разведки и контроля. Перспективные методы и средства индикации биологических поражающих агентов, основанных на физических принципах / Богатырев А.А., Храмов Е.Н., Ковтун А.Л., и др. // Учебное пособие. - Кострома ВА РХБЗ, 2016 - 182 с.4 Bogatyrev, A.A. Technical means of biological reconnaissance and control. Promising methods and means of indicating biological damaging agents based on physical principles / Bogatyrev A.A., Hramov E.N., Kovtun A.L., etc. // Textbook. - Kostroma VA RHBZ, 2016 - 182 s.
5 Мосягин Г.М., Немтинов В.Б., Лебедев Е.Н. Теория оптико-электронных систем [Текст]: Москва: Машиностроение, 2000. - 432 с.5 Mosyagin G.M., Nemtinov V.B., Lebedev E.N. Theory of Optoelectronic Systems [Text]: Moscow: Mechanical Engineering, 2000. - 432 p.
6 Куценогий, К.П. Влияние концентрации аэрозолей на качество атмосферы в г. Новосибирске / Куценогий К.П., Молородов Ю.И., Селегей Т.С./ [Электронный ресурс]: www.pandia.ru/text/.6 Kutsenogiy, K.P. The effect of aerosol concentration on the quality of the atmosphere in the city of Novosibirsk / Kutsenogiy KP, Molorodov Yu.I., Selegey TS / [Electronic resource]: www.pandia.ru/text/.
7 Извещатель пожарный аспирационный. ИПА Руководство по эксплуатации ДАЭ 100.359.100-01 РЭ. ЗАО «ПО Спецавтоматиика». Бийск, 2011. - 20 с.7 Suction fire detector. IPA Operation manual for DAE 100.359.100-01 RE. ZAO "Special Automation". Biysk, 2011 .-- 20 p.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018137330U RU196442U1 (en) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | GENERAL MILITARY ALARM CONTROL OF AIR POLLUTION BY AEROSOLS |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018137330U RU196442U1 (en) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | GENERAL MILITARY ALARM CONTROL OF AIR POLLUTION BY AEROSOLS |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU196442U1 true RU196442U1 (en) | 2020-02-28 |
Family
ID=69768559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018137330U RU196442U1 (en) | 2018-10-22 | 2018-10-22 | GENERAL MILITARY ALARM CONTROL OF AIR POLLUTION BY AEROSOLS |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU196442U1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3980997A (en) * | 1974-07-17 | 1976-09-14 | General Signal Corporation | Smoke detector |
| SU991463A1 (en) * | 1981-06-22 | 1983-01-23 | Предприятие П/Я Г-4984 | Smoke indicator |
| RU1800316C (en) * | 1989-12-26 | 1993-03-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт прикладной микробиологии | Method for determination of concentration of aerosol disperse phase and device for its realization |
| US5719557A (en) * | 1994-05-19 | 1998-02-17 | Digital Security Controls Ltd. | Photoelectric smoke detector |
| CN2516967Y (en) * | 2001-12-21 | 2002-10-16 | 中国科学技术大学 | Three-wavelength full scattering laser smoke identification fire detection device |
| CN101356431A (en) * | 2005-12-14 | 2009-01-28 | 沙特阿拉伯石油公司 | Gas alarm system with wind direction indicator |
| CN101609593A (en) * | 2009-07-21 | 2009-12-23 | 中国科学技术大学 | Toxic and harmful gas alarm circuit system with automatic regulatory function |
-
2018
- 2018-10-22 RU RU2018137330U patent/RU196442U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3980997A (en) * | 1974-07-17 | 1976-09-14 | General Signal Corporation | Smoke detector |
| SU991463A1 (en) * | 1981-06-22 | 1983-01-23 | Предприятие П/Я Г-4984 | Smoke indicator |
| RU1800316C (en) * | 1989-12-26 | 1993-03-07 | Всесоюзный научно-исследовательский институт прикладной микробиологии | Method for determination of concentration of aerosol disperse phase and device for its realization |
| US5719557A (en) * | 1994-05-19 | 1998-02-17 | Digital Security Controls Ltd. | Photoelectric smoke detector |
| CN2516967Y (en) * | 2001-12-21 | 2002-10-16 | 中国科学技术大学 | Three-wavelength full scattering laser smoke identification fire detection device |
| CN101356431A (en) * | 2005-12-14 | 2009-01-28 | 沙特阿拉伯石油公司 | Gas alarm system with wind direction indicator |
| CN101609593A (en) * | 2009-07-21 | 2009-12-23 | 中国科学技术大学 | Toxic and harmful gas alarm circuit system with automatic regulatory function |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100454349C (en) | Improvements relating to smoke detectors particularly ducted smoke detectors | |
| CN102257543B (en) | Method and device for the early detection of fires | |
| CN1726387A (en) | Airborne pathogen detector system and method | |
| Di Giovanni et al. | Two realistic scenarios of intentional release of radionuclides (Cs-137, Sr-90)-the use of the HotSpot code to forecast contamination extent | |
| RU196118U1 (en) | DEVICE FOR ANALYSIS OF THE CONTENT OF AEROSOLS AND GASES IN ATMOSPHERIC AIR | |
| RU196442U1 (en) | GENERAL MILITARY ALARM CONTROL OF AIR POLLUTION BY AEROSOLS | |
| US20180329108A1 (en) | Mobile multi-modality passive sensing platform for passive detection of radiological and chemical/biological materials | |
| RU190221U1 (en) | DEVICE FOR SAMPLING BIOLOGICAL AEROSOLS FOR SMALL-DIMENSIONAL ANIMAL AIRCRAFT OF COPPER-TYPE | |
| Cho et al. | Relationship between particulate matter measured by optical particle counter and mortality in Seoul, Korea, during 2001 | |
| US7997300B1 (en) | Aerosol inlet flow modulator | |
| Priyadarshini et al. | A real time portable embedded system design for particulate matter monitoring | |
| Li et al. | Direct Determination of Ultra-trace Plutonium Nanoparticles in Downstream of a Six-Stage HEPA Filter by Inductively-Coupled-Plasma Mass Spectrometry: A Field Application | |
| Soldo et al. | M-DUST: An innovative low-cost smart PM sensor | |
| Patts et al. | Comparison of coarse coal dust sampling techniques in a laboratory-simulated longwall section | |
| Ouimette et al. | Fundamentals of low-cost aerosol sensor design and operation | |
| Zuck et al. | Detection of hazardous vapours in a dusty environment–development of a protective module for chemical sensor using a laboratory setup for systematically simulating realistic conditions | |
| Sarkar et al. | Impact of bursting fireworks during Diwali in Durgapur suburb, India: A case study | |
| Suda | Instrumentation for the size determination of submicron particulates systems by sideway light scattering method | |
| Faulkner et al. | Large particle penetration during PM10 sampling | |
| CN106198333A (en) | A kind of soot emissions continuous monitor system | |
| Surib et al. | Shinyei based sensor with added roof enhanced detection of indoor particulate matter | |
| Cheng et al. | Evaluation of respirator filters for asbestos fibers | |
| CN215812283U (en) | Aerosol monitoring device | |
| Van Kessel et al. | A low maintenance particle pollution sensing system using the Minimum Airflow Particle Counter (MAPC) | |
| Metkar et al. | Web Enabled Remote Toxic Gas Monitoring and Controlling System |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20201023 |