RU2427922C1 - Способ раннего обнаружения пожара и устройство для его реализации - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области пожарной безопасности и может быть использовано для обнаружения пожара на ранних стадиях тления и возгорания горючих материалов. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа и устройства путем индивидуального оповещения людей с ограниченными возможностями о пожаре и вызова медперсонала. Устройство для раннего обнаружения пожара содержит газовые сенсоры, согласующие усилители, аналого-цифровые преобразователи, микропроцессор, формирователь световых и звуковых сигналов тревоги, световой сигнализатор, звуковой сигнализатор, формирователь модулирующего кода, задающий генератор, фазовый манипулятор, усилитель мощности и передающую антенну. Диспетчерский пункт наблюдения содержит приемную антенну, усилитель высокой частоты, гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты, делитель фазы на два, первый и второй узкополосные фильтры, удвоитель фазы, фазовращатель на 90°, фазовый детектор и блок регистрации. Браслет, надеваемый на человека с ограниченными возможностями, слабослышащего или пациента, которому на ночь выдано снотворное, содержит приемопередающую антенну, дуплексер, усилитель высокой частоты, демодулятор ФМН-сигналов, первый и второй перемножители, узкополосный фильтр, фильтр нижних частот, амплитудный ограничитель снизу, светодиод и вибратор. Пост медсестры содержит m каналов обработки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к приемной антенне усилителя высокой частоты и демодулятора ФМН-сигналов (j=1, 2,…, m). К выходам демодуляторов последовательно подключены блок сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, и табло. 2 н.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относится к области пожарной безопасности и может быть использовано для обнаружения пожара на ранних стадиях тления и возгорания горючих материалов.

Известны способы обнаружения пожара с помощью пожарных извещателей, реагирующих на действие открытого пламени или дыма и вырабатывающих сигнал тревоги (Зуйков Г.М. Инспектору госпожарнадзора о пожарной сигнализации. М.: Стройиздат, 1988). К ним относятся способы: световые, реагирующие на световое или инфракрасное излучение очага пожара; тепловые, реагирующие на повышение температуры при пожаре, и дымовые, реагирующие на повышение концентрации частиц дыма, извещатели.

Однако эти извещатели недостаточно эффективны, так как при их использовании сигнал тревоги формируется сравнительно поздно, когда пожар уже достаточно сильно развит. Кроме того, эти извещатели не исключают возможность ложного срабатывания при повышении температуры или задымлении помещения, не связанных с пожаром.

Известны также способы и устройства раннего обнаружения пожара (авт. свид. СССР №1.472.933; патенты РФ №№2.032.229, 2.078.377, 2110.094, 2.177.179, 2.207.631, 2.210.813, 2.256.228, 2.256.231, 2.340.002; патенты США №№5.049.861, 5.079.422, 6.307.477; патент ЕР №0.940.679; патент WO №9.948.070; Шаровар Ф.И. Устройства и системы пожарной сигнализации. М.: Стройиздат, 1985, с.292-295 и др.).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ раннего обнаружения пожара и устройство для его реализации» (патент РФ №2.340.002, G08B 17/117, 2007), которые и выбраны в качестве базовых объектов.

Указанные технические решения обеспечивают расширение зоны мониторинга объектов пожарной безопасности и своевременную передачу сигналов тревоги с объектов пожарной безопасности в пожарную службу и/или на диспетчерский пункт наблюдения путем использования радиоканала и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Однако хроника последних лет свидетельствует о том, что трагические события при пожаре с гибелью людей чаще всего случаются в больницах, домах престарелых и других объектах с постоянным пребыванием людей с ограниченными возможностями. Это обусловлено тем, что до сих пор во многих социальных учреждениях отсутствуют системы сигнализации и оповещения людей о пожаре.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей способа и устройства путем индивидуального оповещения людей с ограниченными возможностями о пожаре и вызова медперсонала.

Поставленная задача решается тем, что способ раннего обнаружения пожара, основанный, в соответствии с ближайшим аналогом, на том, что измеряют текущее значение концентраций в воздухе газовых компонентов, выбранных из группы, состоящей из водорода, окиси углерода, двуокиси углерода и ароматических углеводородов, выделяющихся при тлении горючих материалов, определяют соотношение измеренных концентраций газовых компонентов, которое сравнивают с заданным его значением, при этом сигнал тревоги формируют при совпадении указанных значений соотношений концентрации газовых компонентов, формируют наряду с сигналом тревоги высокочастотное колебание на частоте w_c и модулирующий код, отображающий идентификационный номер объекта пожарной безопасности и его координаты, манипулируют высокочастотное колебание на частоте w_c по фазе модулирующим кодом, усиливают по мощности сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией, излучают его в эфир на частоте w_c, улавливают на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе, преобразуют по частоте, делят по фазе на два, выделяют гармоническое колебание на частоте w_up/2, удваивают его фазу, выделяют гармоническое колебание на промежуточной частоте w_up, сдвигают его по фазе на 90° и используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования принимаемого сигнала с фазовой манипуляцией на промежуточной частоте w_up, выделяют и регистрируют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, отличается от ближайшего аналога тем, что сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте w_c улавливают на браслет, одеваемый на ночь человеку с ограниченными возможностями, слабослышащему или пациенту, которому на ночь выдают снотворное, усиливают его по напряжению, перемножают с опорным напряжением, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду M(t), перемножают с принимаемым сложным сигналом с фазовой манипуляцией, выделяют гармоническое колебание на частоте w_c и используют его в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования принимаемого сигнала с фазовой манипуляцией на частоте w_c, низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду M(t), ограничивают по амплитуде снизу и используют для светового оповещения и тревожной вибрации, формируют высокочастотное колебание на частоте w₁, которое при нажатой кнопке «Вызов» манипулирует по фазе псевдослучайной последовательностью, отображающей идентификационный номер человека с ограниченными возможностями, слабослышащего или пациента, которому на ночь выдают снотворное, усиливают его по мощности, излучают в эфир на частоте w₁, улавливают на посту медсестры, усиливают по напряжению, демодулируют его, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное псевдослучайной последовательности, сравнивают с кодами, предварительно записанными в блоке памяти и отображающими идентификационные номера пациентов, и в случае совпадения кодов высвечивают на табло идентификационный номер человека с ограниченными возможностями, которому необходима медицинская или другая помощь.

Поставленная задача решается тем, что устройство для раннего обнаружения пожара, содержащее в соответствии с ближайшим аналогом и n датчиков концентрации в воздухе газовых компонентов, выделяющихся при тлении горючих материалов, при этом каждый датчик посредством последовательно соединенных согласующего усилителя и аналого-цифрового преобразователя связан с микропроцессором, подключенным к формирователю сигнала тревоги и предназначенным для сопоставления текущих значений измеренных датчиками концентраций газовых компонентов с одновременным формированием соотношения текущих значений концентрации и сравнения сформированного соотношения с заданным его значением, к второму выходу микропроцессора последовательно подключены задающий генератор, фазовый манипулятор, второй вход которого через формирователь модулирующего кода соединен с вторым выходом микропроцессора, усилитель мощности и передающая антенна, а на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе к выходу приемной антенны последовательно подключены усилитель высокой частоты, смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилитель промежуточной частоты, делитель фазы на два, первый узкополосный фильтр, удвоитель фазы, второй узкополосный фильтр, фазовращатель на 90°, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и блок регистрации, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено браслетом, надеваемым на человека с ограниченными возможностями, слабослышащего или пациента, которому на ночь выдано снотворное, и постом медсестры, причем браслет выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, кнопки «Вызов», фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, в качестве которой может служить корпус браслета, усилителя высокой частоты, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, фильтра нижних частот и амплитудного ограничителя снизу, к выходу которого подключены светодиод и вибратор, пост медсестры выполнен в виде m каналов обработки, каждый из которых подключен к приемной антенне и состоит из последовательно включенных усилителя высокой частоты и демодулятора сложного сигнала с фазовой манипуляцией, к выходам демодуляторов последовательно подключены блок сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, и табло.

Временные зависимости концентраций основных газовых компонентов, выделяющихся при тлении хлопка, изображены на фиг.1. Временные зависимости концентраций основных газовых компонентов, выделяющихся при тлении древесины, изображены на фиг.2. Структурная схема устройства для раннего обнаружения пожара представлена на фиг.3. Структурная схема диспетчерского пункта наблюдения представлена на фиг.4. Структурная схема браслета, надеваемого на человека с ограниченными возможностями, слабослышащего или пациента, которому на ночь выдано снотворное, представлена на фиг.6. Структурная схема поста медсестры представлена на фиг.7. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства, изображены на фиг.5 и 8.

Устройство для раннего обнаружения пожара содержит n каналов, каждый из которых предназначен для измерения концентрации одного газового компонента и содержит датчик в виде, например, газового сенсора 1.i, к которому подключены последовательно соединенные согласующий усилитель 2.i и аналого-цифровой преобразователь 3.i (i=1, 2,…, n). Выход каждого аналого-цифрового преобразователя 3.i подсоединен к соответствующему входу микропроцессора 4, подключенного к формирователю 5 световых и звуковых сигналов тревоги, снабженного световым 6 и звуковым 7 сигнализаторами, при этом выход 8 формирователя 5 соединен с центральным концентратором пожарной охраны (не показан). Количество каналов n зависит от количества газовых компонентов, концентрации которых измеряют одновременно на начальной стадии возгорания. К второму выходу микропроцессора 4 последовательно подключены формирователь 9 модулирующего кода, фазовый манипулятор 11, второй вход которого через задающий генератор 10 соединен с выходом микропроцессора 4, усилитель 12 мощности и передающая антенна 13.

Диспетчерский пункт наблюдения содержит последовательно включенные приемную антенну 14, усилитель 15 высокой частоты, смеситель 17, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 16, усилитель 18 промежуточной частоты, делитель 19 фазы на два, первый узкополосный фильтр 20, удвоитель 21 фазы, второй узкополосный фильтр 22, фазовращатель 23 на 90°, фазовый детектор 24, второй вход которого соединен с выходом усилителя 18 промежуточной частоты, и блок 25 регистрации.

Браслет, надеваемый на человека с ограниченными возможностями, слабослышащего или пациента, которому на ночь выдано снотворное, содержит последовательно включенные задающий генератор 37, кнопку 38 «Вызов», фазовый манипулятор 40, второй вход которого соединен с выходом генератора 39 псевдослучайной последовательности (ПСП), усилитель 41 мощности, дуплексер 27, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 26, усилитель 28 высокой частоты, второй перемножитель 31, второй вход которого соединен с выходом фильтра 33 нижних частот, узкополосный фильтр 32, первый перемножитель 30, второй вход которого соединен с выходом усилителя 28 высокой частоты, фильтр 33 нижних частот и амплитудный ограничитель 34 снизу, к выходу которого подключены светодиод 35 и вибратор 36.

Перемножители 30 и 31, узкополосный фильтр 32 и фильтр 33 нижних частот образуют демодулятор 29 фазоманипулированных (ФМН) сигналов,

Пост медсестры содержит m каналов обработки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к приемной антенне 42 усилителя 43.j высокой частоты и демодулятора 29.j ФМН-сигналов (j=1, 2,…, m). К выходам демодуляторов 29.j последовательно подключены блок 45 сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока 44 памяти, и табло 46.

Устройство для раннего обнаружения пожара может быть реализовано на известных элементах отечественного и зарубежного производства, таких как полупроводниковые сенсоры типа ПГС-1 или сенсоры Model 911 фирмы "Sieger" (Германия), MICS 1110 фирмы "Motorola" (США), микропроцессоры типа Р1С12С509-А фирмы "Motorola", стандартные АЦП типа АД 9202 фирмы "Analog Devices" и индикаторы разных марок.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Установлено, что для начальных стадий тления и возгорания большинства известных горючих материалов характерно выделение газовых компонентов, основными из которых являются водород (Н₂), окись углерода (СО), двуокись углерода (СО₂) и ароматические углеводороды (С_х H_Y), причем концентрации этих газов изменяются во времени.

Экспериментально полученные временные зависимости концентрации в воздухе водорода, окиси углерода, двуокиси углерода и ароматических углеводородов в первые несколько минут после начала тления хлопка и древесины показаны соответственно на фиг.1 и 2, где К - текущее значение концентрации газового компонента в воздухе в %.

Анализ графиков показывает, что в течение первых минут тления идет резкое газовыделение одновременно нескольких газов, а именно водорода, ароматических углеводородов, окиси углерода и двуокиси углерода.

Значения концентраций выделяемых газов для разных горючих материалов могут быть различны, но выделение окиси углерода всегда сопровождается выделением водорода, ароматических углеводородов и двуокиси углерода. При этом значения соотношений концентраций перечисленных газов лежат в определенных пределах.

Установлено, что в первые 2-3 минуты начала процесса тления основных горючих материалов соотношения концентраций в воздухе ароматических углеводородов, водорода, окиси углерода и двуокиси углерода в каждый текущий момент времени составляют:

При этом значения соотношения концентрации, например водорода и окиси углерода, лежат в пределах 1:2,4-5,6 в каждый текущий момент времени.

Указанные выше соотношения концентраций основных газовых компонентов выбирают в качестве заданных соотношений величин, с которыми сравнивают соотношение текущих значений концентраций этих компонентов, и в случае их совпадения формируют сигнал тревоги.

Каждый из полупроводниковых газовых сенсоров 1.1-1.n, чувствительный к воздействию одного из перечисленных газовых компонентов (Н₂, СО, CO₂ и С_х H_Y), изменяет свою проводимость при изменении концентрации этого компонента в воздухе, в результате чего на выходе соответствующего сенсора 1.1-1.n появляется электрический сигнал, величина которого соответствует определенной концентрации этого газового компонента в воздухе. Затем этот сигнал усиливают и преобразуют с помощью соответствующего преобразователя 3.1-3.n в цифровой сигнал.

Микропроцессор 4 непрерывно или с заданной периодичностью, например, через 0,1-1 минуту опрашивает сенсоры 1.1-1.n, сопоставляет между собой поступившие с них текущие значения сигналов (соответствующие текущим значениям концентраций газовых компонентов в воздухе) и полученные соотношения текущих значений сигналов сравнивает с заданными соотношениями значений сигналов, записанными ранее и хранящимися в его памяти. При совпадении соотношений текущих значений сигналов с заданными соотношениями значений на формирователи 5 и 9 поступают сигналы, формирующие на них сигналы тревоги: световой, звуковой, а также сигнал, подаваемый с выхода 8 на центральный концентратор пожарной охраны, и модулирующий код M(t), отображающий идентификационный номер объекта пожарной безопасности, соответственно.

Устройство вырабатывает устойчивый сигнал тревоги на второй-третьей минутах после начала искусственно вызванного тления строительного мусора. выбранного в качестве горючего материала.

Например

На первой минуте тления строительного мусора, состоящего из тряпок с преобладающим содержанием хлопка, соотношение было:

на третьей минуте:

.

Соответственно соотношение водорода и окиси углерода на первой минуте:

,

а на третьей минуте:

.

При тлении строительного мусора с преобладающим составом древесины (стружка, щепа, шпон) на первой минуте соотношение:

.

на третьей минуте:

.

Соотношение

на первой минуте и

на третьей минуте.

При совпадении соотношения текущих значений концентрации основных газовых компонентов с заданными соотношениями в микропроцессоре 4 формируется сигнал, который с его второго выхода поступает на вход задающего генератора 10 и включает его.

Задающий генератор 10 формирует высокочастотное колебание (фиг.5, а):

u_c(t)=U_c·Cos(w_ct+φ_с), 0≤t≤T_c,

где U_c, w_c, φ_с, T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания, которое поступает на второй вход фазового манипулятора 11, на первый вход которого подается модулирующий код М(t) с выхода формирователя 9 (фиг.5, б), отображающий идентификационный номер объекта пожарной безопасности.

На выходе фазового манипулятора 11 образуется сложный ФМН-сигнал (фиг.5, в)

u₁(t)=U_c·Cos[w_ct+φ_к(t)+φ_с], 0≤t≤Т_с,

где φ_к(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М (t) (фиг.5, б), причем φ_к(t)=const при Кτ_э<t<(К+1)τ_э, и может изменяться скачком при t=Кτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2,…, N): τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c (Т_с=τ_э·N),который после усиления в усилителе 12 мощности поступает в антенну 13, излучается в эфир, улавливается приемной антенной 14 и через усилитель 15 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 17, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 16

u_г(t)=U_г·Cos(w_гt+φ_г).

На выходе смесителя 17 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты (фиг.5, г)

u_up(t)=U_пр·Cos[w_upt+φ_к(t)+], 0≤t≤T_c,

где

w_up=w_c-w_г - промежуточная частота

φ_uр=φ_с-φ_г,

которое поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 24.

Необходимым условием синхронного детектирования ФМН-сигнала на промежуточной частоте u_up(t) является наличие опорного напряжения, имеющего ту же промежуточную частоту w_up и постоянную начальную фазу φ_up. В предлагаемом устройстве опорное напряжение выделяется непосредственно из самого ФМН-сигнала. Для этого напряжение u_up(t) с выхода усилителя 18 промежуточной частоты подается на вход делителя 19 фазы на два. На выходе последнего образуется напряжение

u₂(t)=U₂·Cos(w_up/2t+φ_uр/2), 0≤t≤T_c,

которое выделяется узкополосным фильтром 20 и поступает на вход удвоителя 21 фазы. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u₃(t)=U₃·Sin(w_up+φ_uр), 0≤t≤T_c,

которое выделяется узкополосным фильтром 22 и поступает на вход фазовращателя 23 на 90°. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение (фиг.5, е)

u₄(t)=U₃·Sin(w_upt+φ_up+90°)=U₃·Cos(w_upt+φ_up), 0≤t≤T_c,

которое используется в качестве опорного напряжения и подается на второй (опорный) вход фазового детектора 24. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 24 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5, ж)

u_н(t)=U_н·Cos×φ_к, 0≤t≤T_c,

где

, пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.5, б), которое фиксируется блоком 25 регистрации.

В качестве объектов пожарной безопасности могут быть больницы, дома престарелых и другие объекты с постоянным пребыванием людей с ограниченными возможностями. В этом случае указанные медицинские учреждения снабжаются постами медсестры, а световой 6 и звуковой 7 сигнализаторы размещаются в коридоре в непосредственной близости от поста медсестры. Пациенты размещаются в палатах, по 3-4 человека в каждой палате. На ночь каждому пациенту может одеваться браслет, структурная схема которого представлена на фиг.6.

При этом сложный ФМН-сигнал u₁(t) (фиг.5, в и 8, а) на частоте w_c, излучаемый антенной 13, улавливается также приемопередающей антенной 26, в качестве которой используется корпус браслета, одетого на пациента. Данный сигнал через дуплексер 27 и усилитель 28 высокой частоты поступает на вход демодулятора 29, состоящего из перемножителей 30 и 31, узкополосного фильтра 32 и фильтра 33 нижних частот.

Следовательно, принимаемый ФМН-сигнал одновременно поступает на первые входы перемножителей 30 и 31. На второй вход перемножителя 30 подается опорное напряжение (фиг.8, б)

u₀(t)=U₀·Cos(w_ct+φ_c).

На выходе перемножителя 30 образуется следующее напряжение:

u₅(t)=U_н1·Cosφ_к(t)+U_н1·Cos[2w_ct+φ_к(t)+2φ_c],

где

, из которого фильтром 33 нижних частот выделяется низкочастотное напряжение (фиг.8, в)

u_н1(t)=U_н1·Cosφ_к(t), 0≤t≤T_c.

Это напряжение поступает на второй вход второго перемножителя 31. На выходе последнего образуется следующее напряжение

u₀(t)=U₄·Cos(w_ct+φ_c)+U₄·Cos[w_ct+2φ_к(t)+φ_c]=2U₄·Cos(w_ct+φ_c)=U₀·Cos(w_ct+φ_c),

где

; U₀=2U₄, которое выделяется узкополосным фильтром 32, используется в качестве опорного напряжения и поступает на второй вход перемножителя 30.

Следовательно, опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования принимаемого ФМН-сигнала u₁(t) (фиг.8, а), выделяется непосредственно из самого принимаемого ФМН-сигнала. При этом указанная схема демодулятора ФМН-сигнала лишена явления «обратной работы», которое присуще известным демодуляторам (схемы Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Костаса Д.Ф., Травина Г.А).

Низкочастотное напряжение u₁(t) (фиг.8, в) одновременно поступает на вход амплитудного ограничителя 34 снизу, на выходе которого образуются положительные прямоугольные импульсы (фиг.8, г). Эти импульсы поступают на входы светодиода 35 и вибратора 36, заставляя их работать. Световая сигнализация и тревожная вибрация оповещают пациента о пожаре и о необходимости покинуть помещение.

Так работает браслет в режиме сигнализации о пожаре.

Второй режим обеспечивает вызов медперсонала. При ухудшении состояния здоровья или в случае, когда пациент обнаружил опасность, он может самостоятельно нажать кнопку «Вызов» 38 на корпусе браслета и вызвать медперсонал. При этом высокочастотное колебание (фиг.8, д)

u₆(t)=U₆·Cos(w₁t+φ₁), 0≤t≤T₁

с выхода задающего генератора 37 через нажатую кнопку «Вызов» 38 поступает на первый вход фазового манипулятора 40, на второй вход которого подается псевдослучайная последовательность M₁(t) с выхода генератора псевдослучайной последовательности (ПСП) (фиг.8, е), отображающая идентификационный номер пациента.

На выходе фазового манипулятора 40 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН) (фиг.8, ж)

u₇(t)=U₆·Cos[w₁t+φ_к1(t)+φ₁], 0≤t≤T₁,

где φ_к1(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляцией в соответствии с модулирующим кодом М₁(t), который после усиления в усилителе 41 мощности через дуплексер 27 поступает в приемопередающую антенну 26, излучается ею в эфир на частоте w₁, улавливается приемной антенной 42 поста медсестры и через усилитель 43.1 высокой частоты поступает на вход демодулятора 29.1 ФМН-сигнала, принцип работы которого описан выше. При этом опорное напряжение (фиг.8, з)

u₀₁(t)=U₀₁·Cos(w₀₁t+φ₀₁),

необходимое для синхронного детектирования ФМН-сигнала u₇(1) (фиг.8, ж), выделяется непосредственно из принимаемого ФМН-сигнала. Демодулятор 29.1 выделяет низкочастотное напряжение (фиг.8, и)

u_н2(t)=U_н2·Cosφ_к1(t), 0≤t≤T₁, где

:

пропорциональное модулирующему коду M₁(t) (фиг.8, е).

Это напряжение поступает на первый вход блока 45 сравнения кодов, на второй вход которого подаются модулирующие коды M₁(t)-M_e(t) с выхода блока 44 памяти (где е - количество пациентов, находящихся в медицинском учреждении). В результате сравнения кодов на табло 46 поста медсестры высвечивается идентификационный номер пациента, нажавшего кнопку «Вызов» 38. Медперсонал оказывает своевременную помощь пациенту.

При этом пациенты каждой палаты используют индивидуальный идентификационный номер и одну частоту w_j (j=1, 2,…, m, где m - количество палат в медицинском учреждении).

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают не только расширение зоны мониторинга объектов пожарной безопасности и своевременную передачу сигнала тревоги с объектов пожарной безопасности в пожарную службу и/или на диспетчерский пункт наблюдения, но и обеспечивают индивидуальное оповещение людей с ограниченными возможностями, слабослышащих или пациентов, которым на ночь выдают снотворное. Это достигается использованием радиоканалов и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Указанные сигналы позволяют применять структурную селекцию. Это значит, что появляется возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.

Ширина спектра Δf₂ второй гармоники определяется длительностью T_c сигнала

Δf₂=1/T_c,

тогда как ширина спектра Δf_c ФМН-сигнала определяется длительностью τ_э его элементарных посылок

Δf_c=1/τ_э,

т.е. ширина спектра второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра Δf_c входного сигнала

Δf_c/Δf_c=N.

Следовательно, в результате деления фазы на два и удвоения фазы ФМН-сигнала его спектр «сворачивается» в N раз. Это и позволяет обнаружить ФМН-сигнал даже тогда, когда его мощность на входе приемника меньше мощности помех и шумов. Кроме того, за счет узкополосной фильтрации удается отфильтровать значительную часть шумов и помех и тем самым повысить чувствительность приемника.

В широко известной схеме А.А.Пистолькорса, которая также обеспечивает выделение опорного напряжения, необходимого для синхронного детектирования принимаемого ФМН-сигнала, непосредственно из самого сигнала, присутствует явление «обратной работы». Это объясняется тем, что в данной схеме за счет удвоителя частоты фазовая манипуляция устраняется полностью, т.е. сигнал разрушается. Поэтому сформированное опорное напряжение из разрушенного сигнала не имеет жесткой когерентной связи с ФМН-сигналом, отчего и происходит явление «обратной работы», т.е. низкочастотный сигнал на выходе фазового детектора воспринимается в «негативе»: нули вместо единиц и наоборот.

В предлагаемом приемнике ФМН-сигнал поступает на вход делителя фазы, а не на вход удвоителя фазы (частоты). Поэтому ФМН-сигнал не разрушается, а только уменьшается его девиация фазы, в результате чего появляется гармоническое колебание промежуточной частоты, жестко синфазное с ФМН-сигналом. Последнее исключает явление «обратной работы» и повышает достоверность выделения низкочастотного напряжения, пропорционального модулирующему коду M(t).

Одновременное контролирование нескольких газов повышает надежность обнаружения пожара именно на ранних стадиях тления и возгорания. При этом исключается возможность ложных срабатываний измерительного устройства при повышении концентрации одного из газов по любой из причин, не соответствующей процессу возгорания. Последнее возможно, например, в результате утечки газов из баллонов, емкостей или трубопроводов, находящихся внутри или вблизи охраняемых помещений. Это особенно важно, когда объектами пожарной безопасности являются больницы, дома престарелых и другие объекты с постоянным пребыванием людей с ограниченными возможностями. Индивидуальное оповещение о пожаре для указанных пациентов достигается браслетами, которые обеспечивают световую сигнализацию и тревожную вибрацию, а также передачей тревожной информации на пост медсестры. Это достигается использованием также радиоканала и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Для синхронного детектирования указанных сигналов предлагаются демодуляторы, также свободные от явления «обратной работы».

Предлагаемые способ и устройство позволяют повысить надежность оповещения о пожаре и уменьшить вероятность несчастных случаев с гибелью людей.

Тем самым функциональные возможности способа и устройства расширены.

Claims (2)

1. Способ раннего обнаружения пожара, основанный на том, что измеряют текущее значение концентраций в воздухе газовых компонентов, выбранных из группы, состоящей из водорода, окиси углерода, двуокиси углерода и ароматических углеводородов, выделяющихся при тлении горючих материалов, определяют соотношение измеренных концентраций газовых компонентов, которое сравнивают с заданным его значением, при этом сигнал тревоги формируют при совпадении указанных значений соотношений концентраций газовых компонентов, формируют наряду с сигналом тревоги высокочастотное колебание на частоте w_c и модулирующий код, отображающий идентификационный номер объекта пожарной безопасности и его координаты, манипулируют высокочастотное колебание на частоте w_c по фазе модулирующим кодом, усиливают по мощности сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией, излучают его в эфир на частоте w_c, улавливают на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе, преобразуют по частоте, делят по фазе на два, выделяют гармоническое колебание на частоте w_up/2, удваивают его фазу, выделяют гармоническое колебание на промежуточной частоте w_up, сдвигают его по фазе на 90° и используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования принимаемого сигнала с фазовой манипуляцией на промежуточной частоте w_up, выделяют и регистрируют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, отличающийся тем, что сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте w_c улавливают на браслет, надеваемый на ночь человеку с ограниченными возможностями, слабослышащему или пациенту, которому на ночь выдают снотворное, усиливают его по напряжению, перемножают с опорным напряжением, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду M(t), перемножают с принимаемым сложным сигналом с фазовой манипуляцией, выделяют гармоническое колебание на частоте w_c и используют его в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования принимаемого сигнала с фазовой манипуляцией на частоте w_c, низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду M(t), ограничивают по амплитуде снизу и используют для светового оповещения и тревожной вибрации, формируют высокочастотное колебание на частоте w₁, которое при нажатой кнопке «Вызов» манипулируют по фазе псевдослучайной последовательностью, отображающей идентификационный номер человека с ограниченными возможностями, слабослышащего или пациента, которому на ночь выдают снотворное, усиливают его по мощности, излучают в эфир по частоте w₁, улавливают на посту медсестры, усиливают по напряжению, демодулируют его, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное псевдослучайной последовательности, сравнивают с кодами, предварительно записанными в блок памяти и отображающими идентификационные номера пациентов, и в случае совпадения кодов высвечивают на табло идентификационный номер человека с ограниченными возможностями, которому необходима медицинская или другая помощь.

2. Устройство для раннего обнаружения пожара, содержащее n датчиков концентраций в воздухе газовых компонентов, выделяющихся при тлении горючих материалов, при этом каждый датчик посредством последовательно соединенных согласующего усилителя и аналого-цифрового преобразователя связан с микропроцессором, подключенным к формирователю сигнала тревоги и предназначенным для сопоставления текущих значений измеренных датчиками концентраций газовых компонентов с одновременным формированием соотношений текущих значений концентраций и сравнения сформированного соотношения с заданным его значением, к второму выходу микропроцессора последовательно подключены задающий генератор, фазовый манипулятор, второй вход которого через формирователь модулирующего кода соединен с вторым выходом микропроцессора, усилитель мощности и передающая антенна, а на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе к выходу приемной антенны последовательно подключены усилитель высокой частоты, смеситель, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилитель промежуточной частоты, делитель фазы на два, первый узкополосный фильтр, удвоитель фазы, второй узкополосный фильтр, фазовращатель на 90°, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и блок регистрации, отличающееся тем, что оно снабжено браслетом, надеваемым на человека с ограниченными возможностями, слабослышащего или пациента, которому на ночь выдано снотворное, и постом медсестры, причем браслет выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, кнопки «Вызов», фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, в качестве которой может служить корпус браслета, усилителя высокой частоты, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, фильтра нижних частот и амплитудного ограничителя снизу, к выходу которого подключены светодиод и вибратор, пост медсестры выполнен в виде m каналов обработки, каждый из которых подключен к приемной антенне и состоит из последовательно включенных усилителя высокой частоты и демодулятора сложного сигнала с фазовой манипуляцией, к выходам демодуляторов последовательно подключены блок сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, и табло.

Images