RU2022250C1 - Method of pre-fire situation diagnostics and device designed to realize it - Google Patents

Method of pre-fire situation diagnostics and device designed to realize it Download PDF

Info

Publication number
RU2022250C1
RU2022250C1 SU5018650A RU2022250C1 RU 2022250 C1 RU2022250 C1 RU 2022250C1 SU 5018650 A SU5018650 A SU 5018650A RU 2022250 C1 RU2022250 C1 RU 2022250C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
fire
radiation
radicals
absorption
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.Н. Беседин
Ю.А. Афанасьев
Original Assignee
Беседин Сергей Николаевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Беседин Сергей Николаевич filed Critical Беседин Сергей Николаевич
Priority to SU5018650 priority Critical patent/RU2022250C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2022250C1 publication Critical patent/RU2022250C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: prevention of fire. SUBSTANCE: pre-fire situation is determined by infra-red spectroscopy method by the effect of thermal destruction on products within three ranges of wavelengths characterized by the absorption of carbon-containing, chlorine-containing and oxygen-containing radicals and molecules. The device has an optical unit including a radiation source, multiway vessel, gas-and-air medium pumping facility, shadow and mirror modulators, slits, narrow-band filters, measurement result receivers, and single processing circuit with a source data unit. EFFECT: more reliable pre-fire diagnostics. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к предупреждению пожара в помещениях различного назначения и класса, включая обитаемые глубоководные аппараты, судовые помещения, атомные электростанции, угольные шахты, отсеки космических и летательных аппаратов, в зернохранилищах и хранилищах биологических масс, складах и химических производствах, гостиницах, музеях, картинных галереях, банках, ломбардах и т.д. The invention relates to the prevention of fire in premises of various purposes and classes, including inhabited deep-sea vehicles, ship's premises, nuclear power plants, coal mines, space and aircraft compartments, in granaries and storages of biological masses, warehouses and chemical industries, hotels, museums, art galleries , banks, pawnshops, etc.

Известен способ раннего обнаружения пожара [1], основанный на флуоресцентной спектроскопии. A known method for the early detection of fire [1], based on fluorescence spectroscopy.

Цель изобретения - повышение надежности обнаружения предаварийной - предпожарной ситуации путем применения метода инфракрасной спектроскопии. The purpose of the invention is to increase the reliability of detection of pre-emergency - pre-fire situation by applying the method of infrared spectroscopy.

Недостаток известного способа-прототипа состоит в том, что контроль наличия продуктов термодеструкции осуществляется в диапазоне длин волн 0,3-0,5 мкм, в котором поглощает излучения небольшая группа органических материалов (полимеров), что не позволяет осуществлять обнаружение продуктов термодеструкции разнообразных органических материалов. The disadvantage of this prototype method is that the control of the presence of thermal degradation products is carried out in the wavelength range of 0.3-0.5 μm, in which a small group of organic materials (polymers) absorb radiation, which does not allow the detection of thermal degradation products of various organic materials .

Вторым недостатком прототипа является то, что при формировании сигнала при раннем обнаружении пожара не учитывается влияние на него наличия фонового уровня продуктов термодеструкции, образующихся в защищаемых помещениях при нормальных условиях эксплуатации от горячего технологического оборудования, искрения щеток электрических машин постоянного тока и т.д., что существенно снижает показатель сигнал/шум, характеризующий надежность работы способа. The second disadvantage of the prototype is that when the signal is formed during the early detection of a fire, it does not take into account the influence on it of the presence of the background level of thermal degradation products formed in the protected premises under normal operating conditions from hot technological equipment, sparking brushes of electric DC machines, etc., which significantly reduces the signal-to-noise ratio characterizing the reliability of the method.

Третий недостаток заключается в том, что названный способ позволяет контролировать наличие продуктов разложения в локальной области газовоздушной среды помещения, а не во всем его объеме, что существенно увеличивает время обнаружения кризисной ситуации (снижает оперативность). The third disadvantage is that the named method allows you to control the presence of decomposition products in the local area of the gas-air environment of the room, and not in its entire volume, which significantly increases the time of detection of a crisis situation (reduces efficiency).

Экспериментальные исследования показали что продукты термического разложения разнообразных органических материалов, образующихся как под воздействием нештатного источника тепла или перегрузки по току кабельных трасс, так и электрической дуги (искрения в кабельных трассах) состоят из общего для них радикала типа С-Н, который имеет сильную полосу Х, поглощаются в среднем инфракрасном диапазоне спектра в области волновых чисел 3000-2700 см-1. Анализ инфракрасных спектров поглощения показал, что к общим газовым компонентам, выделяющимся при термодеструкции различных органических материалов (горюче-смазочных, лакокрасочных, электроизоляционных материалов и т. д. ), относятся также молекулярные фрагменты вида С-Х, в состав которых входят метильная группа СН3, имеющая асимметричное дважды выраженное колебание связей С-Н с волновым числом 2965 см-1, метиленовая группа СН2 с асимметричным колебанием связей С-Н с волновым числом 2926 см-1 (Свердлов Л. М. и др. Колебательные спектры многоатомных молекул/ М.: Наука, 1970, с. 155-175, 179) и другие разнообразные радикалы этого типа. Колебания названной группы радикалов (связь С-Н) имеют сильную интенсивную полосу поглощения в ИК-спектре (Дж.Грассели. Применение спектроскопии КР в химии. М.: Мир, 1984, с. 52), что позволяет при небольшом количестве молекул одной из газовых компонент обнаружить по спектру поглощения кризисную ситуацию.Experimental studies have shown that the products of thermal decomposition of a variety of organic materials formed both under the influence of an abnormal heat source or overcurrent of cable routes, and an electric arc (sparking in cable routes) consist of a common radical like С-Н, which has a strong band X are absorbed in the mid-infrared range of the spectrum in the region of wave numbers 3000-2700 cm -1 An analysis of infrared absorption spectra showed that the common gas components released during thermal degradation of various organic materials (fuels, lubricants, paints, electrical insulation materials, etc.) also include molecular fragments of the CX type, which include the methyl group CH 3, having a pronounced double asymmetric oscillation of the CH bonds of wave number 2965 cm -1, a methylene group CH 2 with an asymmetric oscillation of the CH bonds with wave number 2926 cm -1 (L. Swerdlow et al. Vibrational spectra of many languid molecules / M .: Nauka, 1970, pp. 155-175, 179), and a variety of other radicals of this type. Oscillations of the aforementioned group of radicals (С-Н bond) have a strong intense absorption band in the IR spectrum (J. Grassel. Application of Raman spectroscopy in chemistry. M: Mir, 1984, p. 52), which allows one of detect gas components by the absorption spectrum of a crisis.

Частой причиной возникновения пожара является снижение сопротивления изоляции, которое сопровождается возникновением искрения с последующим нагревом и потенциальной возможностью образования электрической дуги и воспламенения электроизоляционных материалов. A common cause of a fire is a decrease in insulation resistance, which is accompanied by the occurrence of arcing with subsequent heating and the potential for the formation of an electric arc and ignition of electrical insulation materials.

В результате перегрева, связанного с воздействием электрической дуги, образуются следующие продукты термического разложения: углеводородные радикалы вида С-Н; хлорсодержащие радикалы вида C-Cl; также большое количество компонентов, которые можно охарактеризовать как содержащие перекисную группу (или кислородсодержащие радикалы). As a result of overheating associated with the action of an electric arc, the following thermal decomposition products are formed: hydrocarbon radicals of the form С-Н; chlorine radicals of the form C-Cl; also a large number of components that can be characterized as containing a peroxide group (or oxygen-containing radicals).

В первую группу газовых компонент входят углеводородные радикалы, рассмотренные выше. Во вторую группу входят хлорсодержащие радикалы (связь С-Cl), которые имеют очень сильную интенсивность поглощения в диапазоне волновых чисел 720-760 с-1 и образуются в результате термодеструкции хлорсодержащих органических материалов:
поливинилхлорид (...-CH2CHClCH2CHCl-...)n;
полихлорвинил (-C2Cl4-)n;
резиновые изделия, полученные вулканизацией хлоропренового каучука

Figure 00000001
...
Figure 00000002
CH2CH
Figure 00000003
CH2CH
Figure 00000004
CH2CH
Figure 00000005
...
Figure 00000006
и т.д.The first group of gas components includes hydrocarbon radicals discussed above. The second group includes chlorine-containing radicals (C-Cl bond), which have a very strong absorption intensity in the wave number range 720-760 s -1 and are formed as a result of thermal degradation of chlorine-containing organic materials:
polyvinyl chloride (...- CH 2 CHClCH 2 CHCl -...) n ;
polyvinyl chloride (-C 2 Cl 4 -) n ;
rubber products obtained by vulcanization of chloroprene rubber
Figure 00000001
...
Figure 00000002
CH 2 CH
Figure 00000003
CH 2 CH
Figure 00000004
CH 2 CH
Figure 00000005
...
Figure 00000006
etc.

(см. П.Каррер. Курс органической химии, Л.: 1960, с. 932-933). (see P. Carrer. Course of Organic Chemistry, L .: 1960, p. 932-933).

Идентификация газовых компонентов, образующихся при термодеструкции хлорсодержащих материалов, показывает, что таковыми являются:
метилхлорид (CH3Cl), связь C-Cl, полоса 720-740 см-1;
тетрахлорэтилен (С2Cl4H2), связь C-Cl, полоса 750-760) см-1;
этиленхлорид (C2H4Cl4), связь C-Cl, полоса 725-740 см-1;
винилхлорид (C2H3Cl), связь C-Cl, полоса 720-740 см-1 и т.д.
Identification of gas components formed during thermal decomposition of chlorine-containing materials shows that these are:
methyl chloride (CH 3 Cl), C-Cl bond, lane 720-740 cm -1 ;
tetrachlorethylene (C 2 Cl 4 H 2 ), C-Cl bond, lane 750-760) cm -1 ;
ethylene chloride (C 2 H 4 Cl 4 ), C-Cl bond, lane 725-740 cm -1 ;
vinyl chloride (C 2 H 3 Cl), C-Cl bond, band 720-740 cm -1 , etc.

(см. Гордон А. , Форт Р. Спутник химика. М.: Мир, 1976, с. 191-192; Cases and vapors. HiGH Resolution infrared srectra. Sadtler Research Laboratories, In.C., Subsidiary of Block Engineering, Inc, 1972 (GS77, 75, 69). (see Gordon A., Fort R. Chemist Sputnik. M: Mir, 1976, pp. 191-192; Cases and vapors. HiGH Resolution infrared srectra. Sadtler Research Laboratories, In.C., Subsidiary of Block Engineering, Inc 1972 (GS77, 75, 69).

Углеводородные и хлорсодержащие радикалы образуются в результате термодеструкции органических материалов как под действием источника тепла, так и воздействия электрической дуги. Hydrocarbon and chlorine-containing radicals are formed as a result of thermal degradation of organic materials both under the influence of a heat source and the action of an electric arc.

В третью группу газовых компонент, которая характеризуется как кислородсодержащая, входят кислородсодержащие радикалы, образующиеся в результате искрения и возникновения электрической дуги. Эти радикальные соединения образуются в результате окисления озоном продуктов термодеструкции до кислородсодержащих соединений. В эту группу входят газовые компоненты со следующими частотами поглощения:
озон, О3, связь -О-О-О-, 1103, 1042 см-1;
формальдегид,

Figure 00000007
C
Figure 00000008
, 2843, 1169 см-1;
муравьиная кислота, НСООН, -О-О-, 1105, 1033 см-1;
перекиси, R-O-O-R', 820-890 см-1;
гидроперекиси, R-O-O-OH, 920-800 см-1;
озониды,
Figure 00000009
;
Figure 00000010
1064-1042 см-1 и т.д. (см. Свердлов Л.М. и др. Колебательные спектры многоатомных молекул. М.: Наука, 1970, с. 429, 431, 432, 439); Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. Каррер П. Курс органической химии. Государственное научно-техническое издательство химической литературы. Л., 1960, с. 65-66; Infrared Characteristic Group Freguencies, G.Sockates. JoHN WILEY, 80, p 52).The third group of gas components, which is characterized as oxygen-containing, includes oxygen-containing radicals formed as a result of sparking and the appearance of an electric arc. These radical compounds are formed as a result of ozone oxidation of thermal decomposition products to oxygen-containing compounds. This group includes gas components with the following absorption frequencies:
ozone, O 3 , the bond-O-O-O-, 1103, 1042 cm -1 ;
formaldehyde,
Figure 00000007
C
Figure 00000008
, 2843, 1169 cm -1 ;
formic acid, HCOOH, -O-O-, 1105, 1033 cm -1 ;
peroxide, ROO-R ', 820-890 cm -1 ;
hydroperoxides, ROO-OH, 920-800 cm -1 ;
ozonides
Figure 00000009
;
Figure 00000010
1064-1042 cm -1 , etc. (see Sverdlov L.M. et al. Vibrational spectra of polyatomic molecules. M: Nauka, 1970, p. 429, 431, 432, 439); Bellamy L. Infrared spectra of complex molecules. Carrer P. Course in Organic Chemistry. State scientific and technical publishing house of chemical literature. L., 1960, p. 65-66; Infrared Characteristic Group Freguencies, G. Socksates. JoHN WILEY, 80, p 52).

Таким образом, образующийся в результате электрической дуги озон интенсивно окисляет продукты термодеструкции до перекисных радикалов, которые обнаруживаются по полосе средней интенсивности поглощения в области 800-900 см-1. Анализ результатов показал, что обнаружить предпожарную ситуацию можно на фиксированных частотах в трех диапазонах поглощения.Thus, the ozone generated as a result of the electric arc intensively oxidizes the thermal decomposition products to peroxide radicals, which are found in the band of the average absorption intensity in the region of 800–900 cm –1 . An analysis of the results showed that a pre-fire situation can be detected at fixed frequencies in three absorption ranges.

I диапазон - фиксированное волновое число νС-Н в диапазоне 3000-2700 см-1, в которой поглощают ИК-излучение всевозможные углеводородные радикалы вида С-Н, образующиеся в результате термодеструкции всех существующих органических соединений, включая биомассы, горючесмазочные, электроизоляционные, лакокрасочные и т.д.;
II диапазон - фиксированное волновое число νC-Cl в диапазоне 720-760 см-1, в котором ИК-излучение поглощается всевозможными хлорпроизводными радикалами вида C-Cl, образующимися в результате термодеструкции хлорсодержащих органических материалов. В этом диапазоне при возникновении короткого замыкания возможно некоторое увеличение поглощения за счет образования NO2 (750 см-1);
III диапазон - фиксированное волновое число ν-О-О в диапазоне 800-900 см-1, в котором ИК-излучение поглощают всевозможные кислородсодержащие (перикисносодержащие) вида -О-О- радикалы, которые образуются в результате искрения и воздействия электрической дуги на органические материалы.
I range - a fixed wave number ν С-Н in the range of 3000-2700 cm -1 , in which all kinds of hydrocarbon radicals of the СН type are absorbed by infrared radiation, which are formed as a result of thermal decomposition of all existing organic compounds, including biomass, fuel and lubricant, electrical insulation, paint and varnish etc.;
II range - a fixed wave number ν C-Cl in the range of 720-760 cm -1 , in which IR radiation is absorbed by all kinds of chlorine derivatives of the C-Cl type, resulting from the thermal degradation of chlorine-containing organic materials. In this range, when a short circuit occurs, some increase in absorption due to the formation of NO 2 (750 cm -1 ) is possible;
III range - a fixed wave number ν -О-О in the range of 800-900 cm -1 , in which all kinds of oxygen-containing (perikis-containing) -O-O-radicals, which are formed as a result of sparking and the action of an electric arc on organic matter, absorb infrared radiation materials.

Фиксированные волновые числа νС-Н, νC-Cl, νO-O выбирались из расчета максимальной интенсивности поглощения в каждой из обобщенных групп радикалов.The fixed wave numbers ν С-Н , ν C-Cl , ν OO were selected from the calculation of the maximum absorption intensity in each of the generalized groups of radicals.

Известно устройство для осуществления предлагаемого способа - инфракрасная система обнаружения утечки горючего газа и контроля воздуха (см. Пожарная безопасность на судах. Пер. с англ. Л.: Судостроение, 1985, с. 147-149). A device for implementing the proposed method is an infrared system for detecting a leak of combustible gas and air control (see Fire safety on ships. Transl. From English. L .: Sudostroenie, 1985, p. 147-149).

Недостаток такой системы заключается в том, что она построена на обнаружении какой-то одной газовой компоненты в отличие от обобщенных групп радикалов вида С-Н, C-Cl; -О-О-, характеризующих продукты термодеструкции разнообразных органических материалов. The disadvantage of such a system is that it is built on the discovery of a single gas component, in contrast to the generalized radical groups of the form CH, C-Cl; -O-O-, characterizing the thermal decomposition products of various organic materials.

Кроме того, названное устройство обладает низкой надежностью определения кризисной ситуации, так как скорость прокачки контролируемого газа очень низка, и для оперативного контроля всего объема газовоздушной среды помещения потребуется очень большое время для опроса всей газовоздушной среды защищаемого помещения. Существенным недостатком названной системы является то, что при формировании сигнала не учитывается влияние шума (показатель сигнал/шум), что существенно снижает надежность обнаружения кризисной ситуации. Шум для радикалов по полосе С-Н выше, чем для радикалов в полосе C-Cl, за счет большей летучести и распространенности углеводородов по сравнению с хлорпроизводными. Величина же шума в полосе поглощения -О-О- определяется количеством работающих коллекторных электрических машин, преобразователей постоянного тока и т.д. In addition, the named device has low reliability for determining a crisis situation, since the pumped gas of the controlled gas is very low, and it will take a very long time to monitor the entire gas-air environment of the room to interrogate the entire gas-air environment of the protected room. A significant drawback of this system is that when the signal is formed, the influence of noise (signal-to-noise ratio) is not taken into account, which significantly reduces the reliability of detection of a crisis situation. The noise for radicals in the CH band is higher than for radicals in the C-Cl band, due to the greater volatility and prevalence of hydrocarbons compared to chlorine derivatives. The amount of noise in the absorption band -O-O- is determined by the number of working collector electrical machines, DC / DC converters, etc.

Кроме того, для повышения надежности обнаружения кризисной ситуации предусмотрено увеличение длины оптического пути монохроматического излучения до 5 м с помощью отклоняющей системы зеркал, что существенно увеличивает чувствительность устройства для контролируемых продуктов термодеструкции (закон Бугера-Ламберта D = Doexp-ζd d, где Do, D - интенсивность монохроматического излучения до и после измерительного участка; ζ - молекулярный коэффициент поглощения; d - длина оптического пути).In addition, to increase the reliability of detecting a crisis, it is envisaged to increase the optical path length of monochromatic radiation to 5 m using a deflecting system of mirrors, which significantly increases the sensitivity of the device for controlled thermal degradation products (Bouguer-Lambert law D = D o exp -ζd d, where D o , D is the intensity of monochromatic radiation before and after the measuring section; ζ is the molecular absorption coefficient; d is the optical path length).

Целью изобретения является повышение надежности устройства. The aim of the invention is to increase the reliability of the device.

Цель изобретения достигается тем, что для контроля среды помещения с помощью штатной системы вентиляции через контролируемое пространство прокачивается газовоздушная среда с последующим многократным (одновременным) воздействием инфракрасным монохроматическим излучением на трех фиксированных волновых числах νС-Н, νC-Cl, νО-О с помощью отклоняющей системы зеркал в диапазонах спектра: полоса (3000-2700 см-1), характерная для поглощения углеводородсодержащих радикалов вида С-Н; полоса 760-720 см-1, характерная для поглощения хлорсодержащих радикалов вида С-Cl; полоса 960-800 см-1, характерная для поглощения кислородсодержащих радикалов вида -О-О, поглощения излучения, фиксация его своим приемником излучения, от полученного спектра поглощения вычитается шум на своей частоте, разница через аналого-цифровой преобразователь вводится в микрокомпрессор, в котором происходит определение его максимума поглощения с последующим сравнением с пороговым значением и возможными величинами поглощения, характеризующими различную пожарную опасность энергонасыщенных помещений (эл.оборудования и т.д.) или интенсивность термодеструкции кризисных поверхностей.The purpose of the invention is achieved by the fact that to control the room environment using a standard ventilation system, a gas-air medium is pumped through the controlled space, followed by repeated (simultaneous) exposure to infrared monochromatic radiation at three fixed wave numbers ν С-Н , ν C-Cl , ν О-О using a deflecting system of mirrors in the spectral ranges: band (3000-2700 cm -1 ), characteristic for the absorption of hydrocarbon-containing radicals of the form С-Н; band 760-720 cm -1 , characteristic for the absorption of chlorine radicals of the type C-Cl; a band of 960-800 cm -1 , characteristic of the absorption of oxygen-containing radicals of the -O-O type, absorption of radiation, fixing it by its radiation receiver, the noise at its frequency is subtracted from the obtained absorption spectrum, the difference is introduced through an analog-to-digital converter into a microcompressor, in which its absorption maximum is determined, followed by comparison with a threshold value and possible absorption values characterizing the different fire hazard of energy-saturated rooms (electrical equipment, etc.) or Stability of thermal destruction of crisis surfaces.

Совпадение или превышение результирующего поглощения на одной из фиксированных частот используют в качестве критерия предпожарной ситуации (ППС) с выводом информации на монитор и через цифроаналоговый преобразователь - на блок индикации. The coincidence or excess of the resulting absorption at one of the fixed frequencies is used as a criterion for the pre-fire situation (PPS) with the output of information to the monitor and through a digital-to-analog converter to the display unit.

Предлагаемое устройство отличается от прототипа тем, что для повышения надежности облучение среды в контролируемом пространстве осуществляется одновременно на трех фиксированных волновых числах νС-Н, νC-Cl, νО-О, прокачка газовоздушной среды помещения через контролируемое пространство осуществляется с помощью системы вентиляции, обладающей высоким объемным расходом с последующим многократным воздействием монохроматическим излучением с помощью отклоняющей системы зеркал и т.д.The proposed device differs from the prototype in that in order to increase reliability, the medium in the controlled space is irradiated simultaneously with three fixed wave numbers ν С-Н , ν C-Cl , ν О-О , the gas-air medium of the room is pumped through the controlled space using a ventilation system having a high volumetric flow rate with subsequent repeated exposure to monochromatic radiation using a deflecting system of mirrors, etc.

Такое конструктивное решение имеет ряд существенных преимуществ: повышает надежность обнаружения ППС за счет облучения среды на трех фиксированных волновых числах νС-Н, νC-Cl, ν О-О (см.фиг.1); снижает массогабариты устройства, так как для опроса-контроля газовоздушной среды используются воздухопроводы штатной системы вентиляции; тактико-технические характеристики системы, а именно увеличение объемного расхода газовоздушной среды через контролируемое пространство, значительно ускоряет опрос всей среды помещения. Так, при свободном объеме помещения V = 300 м3 и производительности вентилятора Q = 6700 м3/ч время прокачки всей среды через контролируемое пространство составляет τ = V/Q = 2,68 мин. Многократное воздействие монохроматическим излучением на контролируемое пространство с помощью отклоняющей системы зеркал повышает чувствительность предлагаемого устройства пропорционально оптической длине контролируемого пространства.This constructive solution has a number of significant advantages: it increases the reliability of the detection of PPS due to irradiation of the medium at three fixed wave numbers ν С-Н , ν C-Cl , ν О-О (see figure 1); reduces the weight and size of the device, since air ducts of a standard ventilation system are used for interrogation-control of a gas-air environment; the performance characteristics of the system, namely the increase in the volumetric flow rate of the gas-air medium through the controlled space, significantly speeds up the interrogation of the entire environment of the room. So, with the free volume of the room V = 300 m 3 and the fan capacity Q = 6700 m 3 / h, the pumping time of the whole medium through the controlled space is τ = V / Q = 2.68 min. Multiple exposure to monochromatic radiation on the controlled space using a deflecting system of mirrors increases the sensitivity of the proposed device in proportion to the optical length of the controlled space.

На фиг. 1 и 2 представлены области поглощения продуктов разложения и принципиальная блочная схема устройства, реализующего способ обнаружения предпожарной ситуации. In FIG. Figures 1 and 2 show the absorption regions of decomposition products and the basic block diagram of a device that implements a method for detecting a pre-fire situation.

Устройство содержит вентилятор 1 и трубопроводы для забора воздуха из локальных объемов контролируемого помещения, источник 2 монохроматического излучения в ИК-диапазоне, контролируемое пространство, заключенное в многоходовую газовую кювету 3, модулятор 4 с электродвигателем 5 (с частотой модуляции излучения 12,5 Гц). Зеркальные модуляторы 6,7 (N 1 и N 2) с частотами вращения 12,5 и 25 Гц соответственно, системы отклоняющих зеркал 8, входных щелей N 3, в каждом из трех измерительных каналов 9, интерференционных узкополосных фильтров для работы на фиксированных волновых числах νС-Н, νC-Cl, νО-О соответственно 10, приемников 11 ИК-излучения, усилителей 12, электродвигателя 13, потенциометра 14, блоки данных о шуме на волновых числах νС-Н, νC-Cl, νО-О соответственно 15, трехканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 16, микропроцессор 17, монитор 18, цифроаналоговый преобразователь 19, блок 20 сигнализации.The device contains a fan 1 and pipelines for air intake from local volumes of the controlled room, a monochromatic radiation source 2 in the IR range, a controlled space enclosed in a multi-pass gas cell 3, a modulator 4 with an electric motor 5 (with a radiation modulation frequency of 12.5 Hz). Mirror modulators 6.7 (N 1 and N 2) with rotation frequencies of 12.5 and 25 Hz, respectively, deflecting mirror systems 8, input slots N 3, in each of the three measuring channels 9, interference narrow-band filters for operation on fixed wave numbers ν С-Н , ν C-Cl , ν О-О, respectively 10, IR receivers 11, amplifiers 12, electric motor 13, potentiometer 14, data blocks on noise at wave numbers ν С-Н , ν C-Cl , ν O-O, respectively 15, three-channel analog-to-digital converter (ADC) 16, microprocessor 17, monitor 18, digital-to-analog converter Indicator 19, alarm unit 20.

Частота вращения модуляторов, как "теневого" 4, так и зеркальных 6, 7, выбирается с учетом оптимальных характеристик приемника ИК-излучения и составляет 12,5 Гц для 4 и 6, а для зеркального модулятора 7 - 25 Гц. Величина щели 9 в каждом из трех каналов выбирается с учетом оптимальной работы оптической схемы с контролируемыми продуктами термодеструкции, состоящими из молекулярных радикалов вида С-Н, C-Cl и О-О. The frequency of rotation of the modulators, both "shadow" 4 and mirror 6, 7, is selected taking into account the optimal characteristics of the infrared receiver and is 12.5 Hz for 4 and 6, and for the mirror modulator 7 - 25 Hz. The magnitude of the gap 9 in each of the three channels is selected taking into account the optimal operation of the optical system with controlled thermal decomposition products consisting of molecular radicals of the form С-Н, C-Cl, and О-О.

Интенференционные узкополосные фильтры 10 обеспечивают устойчивую работу оптической схемы в каждом из трех каналов на указанных фиксированных волновых числах. Interferential narrow-band filters 10 provide stable operation of the optical circuit in each of the three channels at the indicated fixed wave numbers.

Устройство работает следующим образом. Устройство прокачки (система вентиляции) забирает воздух помещения из локальных объемов и вентилятором 1 прокачивает его через многоходовую газовую кювету 3. Источник 2 посылает монохроматическое излучение через контролируемое пространство 3, в котором излучение претерпевает многократное отражение от системы зеркал. При появлении в контролируемом пространстве участка 3 одного из типов радикалов С-Н, C-Cl, О-О последние поглощают излучение на своем фиксированном волновом числе νС-Н, νС-Cl, νО-О, ослабляя поток монохроматического излучения.The device operates as follows. The pumping device (ventilation system) takes the room air from local volumes and the fan 1 pumps it through a multi-way gas cell 3. Source 2 sends monochromatic radiation through a controlled space 3, in which the radiation undergoes multiple reflection from the mirror system. When plot 3 of one of the types of radicals С-Н, C-Cl, О-О appears in the controlled space, the latter absorb radiation at their fixed wave number ν С-Н , ν С-Cl , ν О-О , attenuating the flow of monochromatic radiation.

Поток излучения проходит через "теневой" модулятор 4, затем поступает на зеркальный модулятор 6, на котором в первом полупериоде вращения луч отражается от зеркальной поверхности и поступает в канал N 1 (см.фиг.2) для измерения радикалов вида С-Н, во втором полупериоде вращения луч проходит на второй зеркальный модулятор 7, вращающийся с удвоенной по сравнению с первым зеркальным модулятором 6 частотой, который за время прохождения потока через модулятор 6, делает полный оборот, в первый полупериод которого луч излучения отражается от зеркальной поверхности 7 и поступает в канал N 2 измерения радикалов вида C-Cl, а во второй полупериод 7 проходит на фиксированное зеркало 8, отражаясь от которого поступает в канал N 3 для измерения кислородсодержащих радикалов. Таким образом луч излучения одновременно поступает в каждый из трех каналов, в которых он поступает на щель 9, свой узкополосный интерференционный фильтр 10 и приемник 11 ИК-излучения. В приемнике 11 сигнал усиливается и с помощью электродвигателя 13 и потенциометра 14 в виде скорректированного переменного сигнала поступает на аналого-цифровой преобразователь 16 анализатора 21, из которого преобразованный в удобном для ввода виде сигнал поступает в микропроцессор 17, из сигнала, характеризующего спектр поглощения радикалов С-Н, C-Cl и О-О (потенциометр 14), вычитается шум на соответствующей частоте (блок 15 исходных данных). The radiation stream passes through the "shadow" modulator 4, then enters the mirror modulator 6, on which in the first half-cycle of rotation the beam is reflected from the mirror surface and enters the channel N 1 (see Fig. 2) for measuring radicals of the form С-Н, in the second half-cycle of rotation, the beam passes to the second mirror modulator 7, rotating at a frequency doubled compared with the first mirror modulator 6, which during the passage of the flow through the modulator 6 makes a complete revolution, in the first half-cycle of which the radiation beam is reflected from the mirror 7 th surface and enters the channel 2 N radicals measuring type C-Cl, and in the second half 7 is held by the fixed mirror 8 is reflected from which enters the channel 3 N for measuring oxygen-containing radicals. Thus, the radiation beam simultaneously enters into each of the three channels in which it enters the slot 9, its own narrow-band interference filter 10 and the receiver 11 of infrared radiation. In the receiver 11, the signal is amplified and, with the help of an electric motor 13 and a potentiometer 14, in the form of a corrected variable signal is supplied to the analog-to-digital converter 16 of the analyzer 21, from which the signal converted in a convenient form for input is supplied to the microprocessor 17, from a signal characterizing the absorption spectrum of radicals C -N, C-Cl and O-O (potentiometer 14), the noise at the corresponding frequency is subtracted (block 15 of the initial data).

Скорректированный сигнал (разница) в виде переменного сигнала поступает в аналого-цифровой преобразователь 16 анализатора 21, из которого преобразованный в удобном для ввода виде сигнал поступает в микрокомпрессор 17, в котором происходит определение его максимума поглощения и последующее сравнение с пороговым значением и возможными величинами поглощения, характеризующими различную предпожарную опасность в помещениях. The corrected signal (difference) in the form of an alternating signal enters the analog-to-digital converter 16 of the analyzer 21, from which the signal converted in a form convenient for input, enters the microcompressor 17, in which its absorption maximum is determined and then compared with the threshold value and possible absorption values characterizing various pre-fire hazard in the premises.

Совпадения или превышение результирующего поглощения порогового значения для каждой из частот используют в качестве критерия предпожарной - предаварийной ситуации с выводом информации на монитор 18 и через цифроаналоговый преобразователь 19 - на блок 20 индикации. Coincidence or excess of the resulting absorption of the threshold value for each of the frequencies is used as a criterion of the pre-fire - pre-emergency situation with the output of information to the monitor 18 and through the digital-to-analog converter 19 to the display unit 20.

Алгоритм выбора критерия диагностики ППС заключается в том, что обнаружение кризисной ситуации проводят по наличию поглощения углеводородсодержащих (С-Н) и хлорсодержащих (С-Cl) радикалов, а по наличию дополнительного поглощения кислородсодержащих радикалов (полоса -О-О-) судят о возникновении искрения или короткого замыкания в электрокоммутационном оборудовании. The algorithm for choosing the criterion for the diagnosis of PPP is that a crisis situation is detected by the presence of absorption of hydrocarbon-containing (C-H) and chlorine-containing (C-Cl) radicals, and by the presence of additional absorption of oxygen-containing radicals (band-O-O-), the occurrence of sparking or short circuit in electrical switching equipment.

Claims (3)

1. Способ диагностики предпожарной ситуации замкнутых помещений, заключающийся в воздействии монохроматическим излучением на характеристических длинах волн на газовоздушную смесь в помещении и регистрации величины интенсивности излучения, прошедшего через газовоздушную смесь, по которой судят о наличии компонентов, которые характеризуют кризисную ситуацию, отличающийся тем, что на газовоздушную смесь воздействуют многократно импульсным монохроматическим излучением в инфракрасном диапазоне спектра, регистрируют одновременно сигналы, соответствующие интенсивности прошедшего излучения в диапазонах длин волн 3,22 - 3,84 мкм, 12,82 - 14,28 мкм и 10,98 - 12,65 мкм, характерных для поглощения углеводородных, хлорсодержащих и кислородсодержащих радикалов соответственно, из которых вычитают сигналы, соответствующие допустимой концентрации, сравнивают эту разность с пороговым значением, а о возникновении пожароопасной ситуации судят по наличию в газовой смеси углеводородных, хлорсодержащих или кислородсодержащих радикалов выше допустимой концентрации. 1. A method for diagnosing a pre-fire situation in enclosed spaces, which consists in exposing the gas-air mixture in a room to monochromatic radiation at characteristic wavelengths and recording the intensity of radiation transmitted through the gas-air mixture, which determines the presence of components that characterize a crisis situation, characterized in that the gas-air mixture is exposed repeatedly by pulsed monochromatic radiation in the infrared range of the spectrum, a signal is simultaneously recorded The bands corresponding to the intensity of the transmitted radiation in the wavelength ranges of 3.22 - 3.84 μm, 12.82 - 14.28 μm and 10.98 - 12.65 μm, characteristic of the absorption of hydrocarbon, chlorine-containing and oxygen-containing radicals, respectively, of which the signals corresponding to the permissible concentration are subtracted, this difference is compared with the threshold value, and the occurrence of a fire hazard is judged by the presence of hydrocarbon, chlorine-containing or oxygen-containing radicals in the gas mixture above the permissible concentration. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по наличию в газовой смеси кислородсодержащих радикалов выше допустимой концентрации судят о пожароопасности ситуации за счет возможного короткого замыкания в электрокоммутационном оборудовании. 2. The method according to claim 1, characterized in that the presence of oxygen-containing radicals in the gas mixture above the permissible concentration is used to judge the fire hazard of the situation due to a possible short circuit in the electrical switching equipment. 3. Устройство для диагностики предпожарной ситуации, содержащее оптически сопряженные источник и приемник излучения, связанный с первым усилителем, и схему обработки, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит многоходовую оптическую систему, связанную с устройством прокачки газовоздушной смеси, теневой модулятор, расположенный на выходе этой системы, три оптических канала, каждый из которых содержит зеркальный модулятор, щель и интерференционный фильтр на диапазоны 3,22 - 3,84, 12,82 - 14,28 и 10,98 - 12,65 соответственно, а схема обработки дополнительно содержит два приемника излучения, второй и третий усилители, которые вместе с первым усилителем через соответствующие блоки допустимых концентраций пожароопасных компонентов соединены с аналого-цифровым преобразователем, выход которого подсоединен через микропроцессор и цифроаналоговый преобразователь к блоку сигнализации, при этом второй выход микропроцессора подключен к монитору. 3. A device for diagnosing a pre-fire situation, containing an optically coupled radiation source and receiver connected to the first amplifier, and a processing circuit, characterized in that it further comprises a multi-pass optical system associated with a device for pumping a gas-air mixture, a shadow modulator located at the output of this systems, three optical channels, each of which contains a mirror modulator, a slit and an interference filter in the ranges 3.22 - 3.84, 12.82 - 14.28 and 10.98 - 12.65, respectively, and the processing scheme Natively contains two radiation detectors, the second and third amplifiers, which, together with the first amplifier, are connected through the appropriate blocks of permissible concentrations of fire hazardous components to an analog-to-digital converter, the output of which is connected through a microprocessor and a digital-to-analog converter to an alarm unit, while the second microprocessor output is connected to a monitor .
SU5018650 1991-11-25 1991-11-25 Method of pre-fire situation diagnostics and device designed to realize it RU2022250C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5018650 RU2022250C1 (en) 1991-11-25 1991-11-25 Method of pre-fire situation diagnostics and device designed to realize it

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5018650 RU2022250C1 (en) 1991-11-25 1991-11-25 Method of pre-fire situation diagnostics and device designed to realize it

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2022250C1 true RU2022250C1 (en) 1994-10-30

Family

ID=21592615

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5018650 RU2022250C1 (en) 1991-11-25 1991-11-25 Method of pre-fire situation diagnostics and device designed to realize it

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2022250C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2461815C2 (en) * 2005-05-31 2012-09-20 Интегрейтид Оптоэлектроникс АС Method and apparatus for detecting gases, particles and/or liquids
RU2816750C1 (en) * 2023-03-27 2024-04-04 Общество С Ограниченной Ответственностью "Термоэлектрика" Adaptive system for automatic detection of overheating of electrical equipment elements, method of use and testing thereof

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 1277159, кл. G 08B 17/10, 1985. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2461815C2 (en) * 2005-05-31 2012-09-20 Интегрейтид Оптоэлектроникс АС Method and apparatus for detecting gases, particles and/or liquids
RU2816750C1 (en) * 2023-03-27 2024-04-04 Общество С Ограниченной Ответственностью "Термоэлектрика" Adaptive system for automatic detection of overheating of electrical equipment elements, method of use and testing thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4457162A (en) Multi-frequency photo-acoustic detector
US5281816A (en) Method and apparatus for detecting hydrocarbon vapors in a monitored area
US4839527A (en) Optical-fibre smoke detection/analysis system
Winget et al. Photometric observations of GD 358-DB white dwarfs do pulsate
US4622845A (en) Method and apparatus for the detection and measurement of gases
US5797682A (en) Device and method for measuring temperture of vehicle exhaust
US5340986A (en) Diffusion-type gas sample chamber
Dakin et al. A novel optical fibre methane sensor
US5455423A (en) Gas bubble detector
CA2047074A1 (en) Optical long-path gas monitoring apparatus
Center Vibrational relaxation of CO by O atoms
AU703685B2 (en) Method of detecting a flame and flame detector for carrying out the method
US4234258A (en) Stark cell optoacoustic detection of constituent gases in sample
RU2022250C1 (en) Method of pre-fire situation diagnostics and device designed to realize it
US4891518A (en) Apparatus for detecting a plurality of gases
WO2009005848A1 (en) System and method for remote, free-space optical detection of potential threat agent
CA1041317A (en) Optical instrument for measuring concentrations of polluting gases on long and short geometrical paths
US5149983A (en) Method and apparatus for measuring the concentration of at least one material in a fluid medium mixed materials
US5200629A (en) Method and system for changing the concentration of one material in a fluid medium of mixed materials
GB2176889A (en) Detecting the presence of gas
JPH0452891B2 (en)
US5108931A (en) Method for detecting chemical vapors using a lasing dye sensor
CN218271975U (en) Novel fixed reference infrared detector
Dakin et al. A fibre optic methane sensor having improved performance
SU1635082A1 (en) Method of determination of oscillatory temperature and molecule concentration in non-equilibrium media