RU2289850C2

RU2289850C2 - Announcing sensor of infrared radiation

Info

Publication number: RU2289850C2
Application number: RU2004105359/09A
Authority: RU
Inventors: Георгий Яковлевич Шайдуров (RU); Георгий Яковлевич Шайдуров; Виктор Викторович Гондарев (RU); Виктор Викторович Гондарев; нчиков Валерий Николаевич Лукь (RU); Валерий Николаевич Лукьянчиков; Сергей Петрович Амельчугов (RU); Сергей Петрович Амельчугов; Роман Владимирович Горностаев (RU); Роман Владимирович Горностаев; Сергей Александрович Васильев (RU); Сергей Александрович Васильев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Научно-технический центр "Системы пожарной безопасности"; Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственная фирма "Фаза"
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2006-12-20
Also published as: RU2004105359A

Abstract

FIELD: fire alarm devices, possible use for detecting combustion focus on basis of infrared radiation of increased temperature source, possible use for provision of explosion safety and fire safety in industrial premises and working areas.

SUBSTANCE: sensor contains body, photo-sensitive element with light filter, letting infrared radiation through, connected to subtracting device, connected to analog-digital converter by output through amplifier, microcontroller with memory block meant for controlling receipt from analog-digital converter by means of serial port transmitter-receiver of signal being measured and also receipt of signal from communication line about value of natural background, and also for controlling generation of signal for compensation of natural background value in memory block and transmission thereof through digital-analog converter onto second input of subtracting device for generation of parametric check connection.

EFFECT: increased speed of operation, increased reliability and infallibility of activation of fire-fighting and fire alarm systems.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам пожарной сигнализации и предназначено для обнаружения очага возгорания по инфракрасному излучению источника повышенной температуры, может быть использовано в автоматических системах пожарной сигнализации и пожаротушения для обеспечения взрывобезопасности и пожаробезопасности в производственных помещениях и на промышленных площадках.The invention relates to fire alarm devices and is intended to detect a source of ignition by infrared radiation of a source of elevated temperature, can be used in automatic fire alarm and fire extinguishing systems to ensure explosion safety and fire safety in industrial premises and on industrial sites.

Известно оптико-электронное устройство охранной пожарной сигнализации, содержащее фотоприемник, подключенный к входу усилителя, ключевой транзистор, коллектор которого подключен к одному выводу излучающего диода, оптически соединенного с фотоприемником, другой вывод излучающего диода подключен к одному выводу накопительного конденсатора, другой вывод которого соединен с одним полюсом источника питания, исполнительный элемент, один вывод которого соединен с другим полюсом источника питания, импульсный генератор, при этом импульсный генератор выполнен управляемым, синхронизирующий вход импульсного генератора соединен с одним выводом конденсатора, выход импульсного генератора подключен к входу усилителя, выход которого соединен с базой ключевого транзистора, эмиттер которого подключен к к одному полюсу источника питания, другой вывод исполнительного элемента соединен с другим выводом излучающего диода / SU патент №1417662, 2000.06.20/.An optical-electronic fire alarm device is known, comprising a photodetector connected to an amplifier input, a key transistor, the collector of which is connected to one output of the emitting diode optically connected to the photodetector, the other output of the emitting diode is connected to one output of the storage capacitor, the other output of which is connected to one pole of the power source, an actuator, one output of which is connected to the other pole of the power source, a pulse generator, while a pulse the generator is controlled, the clock input of the pulse generator is connected to one output of the capacitor, the output of the pulse generator is connected to the input of the amplifier, the output of which is connected to the base of the key transistor, the emitter of which is connected to one pole of the power source, the other output of the actuator is connected to the other output of the emitting diode / SU patent No. 1417662, 2000.06.20 /.

Известное решение не достаточно надежно, ограниченно применимо в экстремальных условиях при высоких температуре и запыленности, наличии вибрации.The known solution is not reliable enough, it is limitedly applicable in extreme conditions at high temperature and dust, the presence of vibration.

Известен пирометрический датчик пожарной сигнализации, содержащий инфракрасные фотодетекторы, светофильтры с разными спектрами пропускания и усилители, выходы которых соединены с входом исполнительной схемы, при этом в него введены блок термостабилизации темновых токов фотодетекторов, разделитель светового потока и оптическая система для фокусировки потока на чувствительных окнах фотодетекторов, а исполнительная схема содержит соединенные последовательно блок вычисления отношения двух значений напряжения, блок усреднения и пороговый детектор, при этом последовательно установленные оптическая система для фокусировки потока на чувствительных окнах фотодетекторов и разделитель светового потока оптически связаны с фотодетекторами, которые подключены к неинвертирующим входам усилителей, а выходы блока термостабилизации подключены к инвертирующим входам усилителей, вход блока вычисления отношения двух значений напряжения является входом исполнительной схемы / RU патент №2109345, 1998.04.20/.A pyrometric fire alarm sensor is known, which contains infrared photodetectors, light filters with different transmission spectra and amplifiers, the outputs of which are connected to the input of the actuating circuit, and a thermal stabilization unit for dark currents of photodetectors, a light flux splitter and an optical system for focusing the flux on sensitive windows of photodetectors are introduced into it , and the executive circuit contains a series-connected unit for calculating the ratio of two voltage values, an averaging unit, and a por a new detector, while a sequentially installed optical system for focusing the flow on the sensitive windows of the photodetectors and a light splitter are optically connected to photodetectors that are connected to the non-inverting inputs of the amplifiers, and the outputs of the thermal stabilization unit are connected to the inverting inputs of the amplifiers, the input of the unit for calculating the ratio of two voltage values is the input of the Executive circuit / RU patent No. 2109345, 1998.04.20 /.

Известное решение конструктивно сложно и недостаточно надежно, ограниченно применимо в экстремальных условиях при высоких температуре и запыленности, наличии вибрации.The known solution is structurally complex and insufficiently reliable, limitedly applicable in extreme conditions at high temperatures and dust, the presence of vibration.

Наиболее близким к заявляемому является модуляционный датчик пламени, содержащий герметичный корпус, внутри которого установлены светофильтр, пропускающий ИК- излучение, детектор ИК-излучения, усилитель сигнала, питающий генератор, электронный ключ, включающий автоматическую систему пожаротушения, при этом введены маятниковый модулятор, микролампа тестирования, формирователь прямоугольных импульсов и счетчик импульсов, маятниковый детектор ИК-излучения, усилитель сигнала, формирователь прямоугольных импульсов, счетчик импульсов и электронный ключ соединены последовательно, микролампа тестирования смещена относительно продольной оси корпуса таким образом, что световой сигнал от микролампы, отражаясь от светофильтра, попадает к детектору ИК-излучения через маятниковый модулятор, причем питающий генератор подает напряжение на маятниковый модулятор, усилитель сигнала, формирователь прямоугольных импульсов, счетчик импульсов, электронный ключ и на микролампу тестирования /RU Патент №2179743/.Closest to the claimed one is a modulation flame sensor containing a sealed enclosure, inside which a filter is installed that transmits infrared radiation, an infrared radiation detector, a signal amplifier, a power generator, an electronic key that includes an automatic fire extinguishing system, while a pendulum modulator, a microlamp are introduced , a rectangular pulse shaper and a pulse counter, a pendulum detector of infrared radiation, a signal amplifier, a rectangular pulse shaper, a pulse counter and the electronic key is connected in series, the microlamp is shifted relative to the longitudinal axis of the housing so that the light signal from the microlamp, reflected from the filter, enters the infrared detector through the pendulum modulator, and the supply generator supplies voltage to the pendulum modulator, signal amplifier, rectangular pulse shaper , pulse counter, electronic key and microlamp testing / RU Patent No. 2179743 /.

Известное решение излишне инерционно и недостаточно надежно, ограниченно применимо в экстремальных условиях при высоких температуре и запыленности, наличии вибрации.The known solution is unnecessarily inertial and insufficiently reliable, limitedly applicable in extreme conditions at high temperature and dust, the presence of vibration.

Задачей изобретения является повышение быстродействия, надежности, помехоустойчивости и безошибочности срабатывания систем пожаротушения и сигнализации.The objective of the invention is to increase the speed, reliability, noise immunity and error-free response of fire extinguishing systems and alarm systems.

Задача решается тем, что в датчике-извещателе инфракрасного излучения, включающем корпус, фоточувствительный элемент со светофильтром, пропускающим ИК-излучение, аналоговую часть с усилителем, вычитающим устройством, цифровую часть с аналого-цифровым преобразователем (АЦП), микроконтроллером, имеющим элементы памяти, приемопередатчиком последовательного порта, согласно изобретению микроконтроллер цифровой части своим выходом соединен с цифроаналоговым преобразователем (ЦАП), а выход ЦАП подсоединен ко входу вычитающего устройства аналоговой части, при этом АЦП имеет многоканальные входы с возможностью связи с дополнительными датчиками, а микроконтроллер совместно с АЦП, ЦАП, вычитающим устройством и усилителем образуют параметрическую обратную связь, при этом микроконтроллер соединен через АЦП с дополнительными датчиками.The problem is solved in that in the infrared detector, which includes a housing, a photosensitive element with a light filter that transmits infrared radiation, an analog part with an amplifier, a subtractor, a digital part with an analog-to-digital converter (ADC), and a microcontroller with memory elements, according to the invention, the microcontroller of the digital part is connected by its output to a digital-to-analog converter (DAC), and the output of the DAC is connected to the input of the subtractor a tax part, while the ADC has multi-channel inputs with the ability to communicate with additional sensors, and the microcontroller together with the ADC, DAC, subtractor, and amplifier form a parametric feedback, while the microcontroller is connected through the ADC with additional sensors.

Отличительными от прототипа являются следующие признаки:Distinctive from the prototype are the following features:

- микроконтроллер цифровой части своим выходом соединен с цифроаналоговым преобразователем (ЦАП), а выход ЦАП подсоединен ко входу вычитающего устройства аналоговой части, (что позволяет исключить влияние мешающих факторов, например тепловой фон, снизить вероятность ложных срабатываний);- the microcontroller of the digital part with its output is connected to a digital-to-analog converter (DAC), and the output of the DAC is connected to the input of the subtracting device of the analog part (which eliminates the influence of interfering factors, such as thermal background, to reduce the likelihood of false positives);

- АЦП имеет многоканальные входы с возможностью связи с дополнительными датчиками, (что позволяет повысить надежность, расширяет информативность датчика, что в свою очередь способствует повышению чувствительности и помехозащищенности, в том числе защиту от ложных срабатываний);- The ADC has multi-channel inputs with the ability to communicate with additional sensors (which improves reliability, extends the information content of the sensor, which in turn helps to increase sensitivity and noise immunity, including protection against false alarms);

- микроконтроллер совместно с АЦП, ЦАП, вычитающим устройством и усилителем образуют параметрическую обратную связь, (что повышает помехозащищенность и надежность и обеспечивает возможность интеграции в системы контроля);- the microcontroller together with the ADC, DAC, subtractor and amplifier form a parametric feedback (which increases noise immunity and reliability and provides the ability to integrate into control systems);

- датчик снабжен дополнительными входами для подключения дополнительных датчиков, (что повышает надежность системы контроля и улучшает защиту от ложных срабатываний).- the sensor is equipped with additional inputs for connecting additional sensors (which increases the reliability of the monitoring system and improves protection against false alarms).

Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию «новизна».Thus, the claimed solution meets the criterion of "novelty."

Сравнение заявляемого решения с известными аналогами не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень»Comparison of the proposed solutions with known analogues did not allow to identify in them the features that distinguish the claimed solution from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "inventive step"

Изобретение поясняется чертежом, где представлена схема датчика-извещателя.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of the detector detector.

Датчик-извещатель инфракрасного излучения содержит фоточувствительный элемент 1, дифференциальный усилитель 2, вычитающее устройство 3, усилитель 4, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, микроконтроллер 6, приемопередатчик последовательного порта 7, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 8, входы для подключения дополнительных датчиков 9.The infrared radiation detector contains a photosensitive element 1, a differential amplifier 2, a subtractor 3, an amplifier 4, an analog-to-digital converter (ADC) 5, a microcontroller 6, a serial port 7 transceiver, a digital-to-analog converter (DAC) 8, and inputs for connecting additional sensors 9.

Устройство работает следующим образом. Сигнал с выхода фоточувствительного элемента 1 поступает на вход дифференциального усилителя 2, осуществляющего предварительное усиление и преобразование дифференциального сигнала в униполярный сигнал. С выхода дифференциального усилителя униполярный сигнал поступает на вход вычитающего устройства 3, на другой вход которого поступает сигнал обратной связи с выхода цифроаналогового преобразователя. С выхода вычитающего устройства 3 разностный сигнал поступает на вход оконечного усилителя 4 и далее преобразуется аналого-цифровым преобразователем 5 (АЦП) в двоичный код. АЦП имеет несколько входов 9 для подключения дополнительных датчиков, сигналы от которых также преобразуются в цифровую форму.The device operates as follows. The signal from the output of the photosensitive element 1 is fed to the input of a differential amplifier 2, which pre-amplifies and converts the differential signal into a unipolar signal. From the output of the differential amplifier, the unipolar signal is fed to the input of the subtractor 3, the other input of which receives a feedback signal from the output of the digital-to-analog converter. From the output of the subtractor 3, the difference signal is fed to the input of the terminal amplifier 4 and then converted by an analog-to-digital converter 5 (ADC) into a binary code. The ADC has several inputs 9 for connecting additional sensors, the signals from which are also converted to digital form.

Микроконтроллер 6 получает преобразованный с помощью АЦП в цифровую форму основной сигнал и при наличии дополнительных датчиков сигналы от них. С помощью приемопередатчика последовательного порта 7 микроконтроллер получает информацию из линии связи. На основе полученной информации микроконтроллером с помощью цифроаналогового преобразователя 8 (ЦАП) формируется сигнал параметрической обратной связи, позволяющей исключить из измеряемого сигнала мешающее влияние естественного (технологического) фона и других мешающих факторов, информацию о воздействии которых микроконтроллер 6 получает от дополнительных датчиков и по линии связи с помощью приемопередатчика последовательного порта.The microcontroller 6 receives the main signal converted by means of the ADC into digital form and, if there are additional sensors, signals from them. Using the serial port 7 transceiver, the microcontroller receives information from the communication line. Based on the information received by the microcontroller using a digital-to-analog converter 8 (DAC), a parametric feedback signal is generated that allows to exclude from the measured signal the interfering effect of the natural (technological) background and other interfering factors, the information about the effect of which the microcontroller 6 receives from additional sensors and via the communication line using the serial port transceiver.

Датчик-извещатель позволяет производить измерение величины инфракрасного излучения (фона) до 100 раз в секунду и передавать эту информацию в оцифрованном виде по интерфейсу RS-485 при получении запроса от управляющей станции (пожаротушения), что обеспечивает быстродействие и надежность работы системы. Устройство позволяет программно настраивать допустимые пределы величин фоновой освещенности на каждый конкретно датчик-извещатель, т.к. каждый датчик имеет свой адрес, который устанавливается программным способом с помощью микроконтроллера; вести мониторинг пожарной опасности и обнаруживать предаварийные ситуации (опасный перегрев подшипников, транспортерных лент и другого оборудования) раннего обнаружения очагов тления, пожаров и взрывов как технологических помещений, так и на открытых площадках, автоматическое тестирование работоспособности, что обеспечивает постоянный контроль состояния датчика и выдаваемой им информации. Датчик является технологическим устройством и работает постоянно в одном режиме вне зависимости от обнаруживаемой информации.The detector detector allows measuring the value of infrared radiation (background) up to 100 times per second and transmitting this information in digitized form via the RS-485 interface upon receipt of a request from the control station (fire fighting), which ensures speed and reliability of the system. The device allows you to programmatically adjust the permissible limits of the values of background illumination for each specific detector detector, because each sensor has its own address, which is set programmatically using a microcontroller; conduct fire hazard monitoring and detect pre-emergency situations (dangerous overheating of bearings, conveyor belts and other equipment) of early detection of smoldering foci, fires and explosions both in technological rooms and in open areas, automatic testing of operability, which provides constant monitoring of the state of the sensor and its output information. The sensor is a technological device and works continuously in one mode, regardless of the detected information.

Датчик-извещатель позволяет повысить быстродействие надежность и помехоустойчивость, снизить вероятность ложных срабатываний.The detector detector can improve the speed of reliability and noise immunity, reduce the likelihood of false alarms.

Claims

An infrared detector, including a housing, a photosensitive element with a light filter that transmits infrared radiation, connected to a subtractor, output through an amplifier connected to an ADC, a microcontroller with a memory unit, designed to control the reception of the measured signal serial port from the ADC by the transceiver and obtaining from the communication line a signal about the magnitude of the natural background, as well as controlling the formation in the memory unit of the signal compensation natural magnitude and soap has it through a DAC to the second input of the subtractor to produce parametric feedback.