RU2638915C2 - Device for control of concentration of dangerous gases - Google Patents

Device for control of concentration of dangerous gases Download PDF

Info

Publication number
RU2638915C2
RU2638915C2 RU2015118889A RU2015118889A RU2638915C2 RU 2638915 C2 RU2638915 C2 RU 2638915C2 RU 2015118889 A RU2015118889 A RU 2015118889A RU 2015118889 A RU2015118889 A RU 2015118889A RU 2638915 C2 RU2638915 C2 RU 2638915C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
output
input
amplifier
relay
Prior art date
Application number
RU2015118889A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015118889A (en
Inventor
Анатолий Алексеевич Дементьев
Виктор Иванович Дикарев
Лев Капитонович Горшков
Виктор Антонович Рогалёв
Original Assignee
ОО Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы
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 ОО Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы filed Critical ОО Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы
Priority to RU2015118889A priority Critical patent/RU2638915C2/en
Publication of RU2015118889A publication Critical patent/RU2015118889A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2638915C2 publication Critical patent/RU2638915C2/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention is intended for environmental monitoring, in particular for automatic continuous monitoring of the concentration of combustible gases (methane - CH4, oxygen - O2 and carbon monoxide - CO) in residential, communal and industrial buildings in order to detect the excess of permissible concentrations and timely take effective measures to reduce gas pollution. Device for monitoring the concentration of dangerous gases contains methane sensors CH4 1, carbon monoxide CO 2 and oxygen O2 3, amplifier 4 signals, analogue switch 5, analogue-digital converter 6, micro-computer 7, memory element 8, information display 9, alarm device 10, interface device 11 with the personal computer, control device 12, clock 13, power supply unit 14, relay windings 15, 16 and 17, multivibrator 18, multivibrator relay coil 19, transmitter 20, generator 21, modulating code generator 22, phase manipulator 23, telegraph key 24, power amplifier 25, and transmit antenna 26. The remote-control station contains receiving antenna, high frequency amplifier, tuner, heterodyne, mixer, intermediate frequency amplifier, phase shift keying detector, spectrum analyzers, phase doubler, comparator, threshold block, delay line, key, buzzer, phase divider, narrowband filter, phase detector, registration unit, phase stabiliser of the reference voltage, frequency detector, trigger and double balanced switch.
EFFECT: improvement of noise immunity and the reliability of determining the identification number of premises, buildings, where a leakage of dangerous gases occurred, by eliminating the phenomenon of reverse operation of the second type.
3 dwg

Description

Предлагаемое устройство относится к средствам контроля атмосферы и предназначено для мониторинга окружающей среды, в частности для автоматического непрерывного контроля концентрации горючих газов (метана - СН4, кислорода - О2 и угарного газа - СО) в жилых, коммунальных и производственных помещениях с целью обнаружения превышения допустимых концентраций и своевременного принятия эффективных мер, обеспечивающих снижение загазованности.The proposed device relates to atmospheric control and is intended for environmental monitoring, in particular for automatic continuous monitoring of the concentration of combustible gases (methane - CH 4 , oxygen - O 2 and carbon monoxide - CO) in residential, communal and industrial premises in order to detect excess permissible concentrations and timely adoption of effective measures to reduce gas contamination.

Известны устройства для контроля концентрации опасных газов (авт. свид. СССР №№1.500.797, 1.744.625; патенты РФ №№2.013.565, 2.096.776, 2.131.601, 2.161.785, 2.171.468, 2.190.113, 2.209.410, 2.253.108, 2.411.511; патенты СГА №№4.028.057, 4.476.096, 5.798.945, 5.831.146, 6.229.449, 6.600.424, 6.741.174, 6.856.253, 6.856.253, 6.940.410; патенты Германии №4.412.447 и другие).Known devices for controlling the concentration of hazardous gases (ed. Certificate of the USSR No. 1,500.797, 1,744.625; RF patents No. 2,013.565, 2.096.776, 2.131.601, 2.161.785, 2.171.468, 2.190.113 , 2.209.410, 2.253.108, 2.411.511; SGA patents No 4.028.057, 4.476.096, 5.798.945, 5.831.146, 6.229.449, 6.600.424, 6.741.174, 6.856.253, 6.856 .253, 6.940.410; German patents No. 4.412.447 and others).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Устройство для контроля концентрации опасных газов» (патент РФ №2.411.511, G01N 27/12, 2010), которое и выбрано в качестве прототипа.Of the known devices closest to the proposed is a "Device for monitoring the concentration of dangerous gases" (RF patent No. 2.411.511, G01N 27/12, 2010), which is selected as a prototype.

Известное устройство обеспечивает возможность своевременного принятия эффективных мер, обеспечивающих снижение загазованности в жилых, коммунальных и производственных помещениях путем передачи тревожной информации в службу газовой безопасности в случае, если произойдет превышение установленного значения ПДК для метана СН4 и угарного газа СО или снижение содержания предельного значения для кислорода O2.The known device provides the possibility of timely adoption of effective measures to reduce gas contamination in residential, communal and industrial premises by transmitting alarm information to the gas safety service in case there is an excess of the set MPC for methane CH 4 and carbon monoxide CO or a decrease in the content of the limit value for oxygen O 2 .

На дистанционном пункте контроля для выделения модулирующего кода M(t), который является идентификационным номером помещения, здания, где произошла утечка опасных газов, используется фазовый детектор 44, необходимым условием работы которого является наличие опорного напряжения, имеющего постоянную начальную фазу и частоту, равную промежуточной частоте принимаемого ФМн-сигнала.At the remote control point, a phase detector 44 is used to isolate the modulating code M (t), which is the identification number of the room, building, where the hazardous gas leak occurred, the necessary condition for which is the presence of a reference voltage having a constant initial phase and a frequency equal to the intermediate frequency of the received QPSK signal.

В известном устройстве опорное напряжение выделяется непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала промежуточной частоты. Однако данной процедуре присуще явление «обратной работы», которое может быть двух типов.In the known device, the reference voltage is extracted directly from the received PSK signal of intermediate frequency. However, the phenomenon of “reverse work,” which can be of two types, is inherent in this procedure.

Первый тип «обратной работы» обусловлен неопределенностью начальной фазы опорного напряжения, выделяемого непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала промежуточной частоты. При равновероятных значениях переменной составляющей фазы сигнала ϕk(t)={О, π} отсутствует признак, который позволил бы «привязать» начальную фазу ϕпр опорного напряжения к одной из фаз сигнала. Поэтому фаза опорного напряжения всегда имеет два устойчивых состояния (фиг. 3, з) и ϕпр+π (фиг. 3, к). Это легко показать аналитически.The first type of “reverse operation” is due to the uncertainty of the initial phase of the reference voltage, which is extracted directly from the received PSK signal of intermediate frequency. For equally probable values of the variable component of the signal phase ϕ k (t) = {О, π} there is no sign that would allow “linking” the initial phase ϕ pr of the reference voltage to one of the signal phases. Therefore, the phase of the reference voltage always has two stable states (Fig. 3, h) and ϕ pr + π (Fig. 3, k). This is easy to show analytically.

На выходе делителя 42 фазы на два образуется гармоническое напряжениеAt the output of the divider 42 phases into two, a harmonic voltage is formed

Figure 00000001
.
Figure 00000001
.

Если произвести деление, аналогичное предыдущему, но предварительно добавив к аргументу угол 2π, что не изменяет исходного напряжения, то после деления на два получится напряжение, сдвинутое по фазе на π (фиг. 3, к)If division is performed similar to the previous one, but having previously added an angle of 2π to the argument, which does not change the initial voltage, then after division by two, the voltage is shifted in phase by π (Fig. 3, k)

Figure 00000002
.
Figure 00000002
.

Следовательно, двузначность фазы полученного гармонического напряжения вытекает из самого процесса деления. Физически указанная двузначность фазы объясняется неустойчивой работой делителя 42 фазы на два. Таким образом, даже имея в точке приема опорное напряжение u3(t) с постоянной фазой и частотой, равной промежуточной частоте принимаемого ФМн-сигнала, можно выделить аналог либо исходной модулирующей функции M1(t) (фиг. 3, и), либо инверсной (обратной) модулирующей функции M2(t) (фиг. 3, л) в зависимости от того, как будут сфазированы входной ФМн-сигнал (фиг. 3, б) и опорное напряжение (фиг. 3, з, к).Consequently, the ambiguity of the phase of the obtained harmonic voltage follows from the fission process itself. The physically indicated two-valued phase is due to the unstable operation of the phase divider 42 into two. Thus, even having a reference voltage u 3 (t) at the receiving point with a constant phase and frequency equal to the intermediate frequency of the received QPSK signal, one can select an analog of either the initial modulating function M 1 (t) (Fig. 3, i), or inverse (inverse) modulating function M 2 (t) (Fig. 3, l), depending on how the input QPSK signal (Fig. 3, b) and the reference voltage (Fig. 3, h, k) are phased.

Однако, анализируя аналог модулирующей функции M(t) (фиг. 3, а), выделяемой из принимаемого ФМн-сигнала промежуточной частоты (фиг. 3, б) в прямом M1(t) (фиг. 3, и) или обратном M2(t) (фиг. 3, л), коде, можно достоверно определить ее параметры (закон фазовой манипуляции, длительность τэ и количество N элементарных посылок), т.е. идентификационный номер помещения, здания, где произошла утечка опасных газов. При этом не принципиально, в прямом или обратном коде анализируется аналог модулирующей функции. Необходимо, чтобы было обеспечено постоянство фазы опорного напряжения, а следовательно, и аналога модулирующей функции в течение всего времени приема и анализа. Именно такая ситуация возникает в реальных условиях приема, когда отсутствуют априорные сведения о параметрах принимаемого ФМн-сигнала. Поэтому в процессе когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигналов нет необходимости раскрывать неопределенность фазы опорного напряжения, которая является внутренним свойством данных сигналов.However, by analyzing an analog of the modulating function M (t) (Fig. 3, a) extracted from the received PSK signal of intermediate frequency (Fig. 3, b) in the forward M 1 (t) (Fig. 3, and) or the reverse M 2 (t) (Fig. 3, l), code, it is possible to reliably determine its parameters (the law of phase manipulation, duration τ e and the number N of chips), i.e. identification number of the room, building, where the hazardous gas leak occurred. In this case, it is not important, in the direct or reverse code, an analog of the modulating function is analyzed. It is necessary that the constancy of the phase of the reference voltage, and therefore the analog of the modulating function, is ensured during the entire time of reception and analysis. This is precisely the situation that arises in real reception conditions when there is no a priori information about the parameters of the received FMN signal. Therefore, in the process of coherent reception and synchronous detection of PSK signals, there is no need to disclose the uncertainty of the phase of the reference voltage, which is an internal property of these signals.

Таким образом, первый тип «обратной работы» не снижает помехоустойчивости когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигналов промежуточной частоты и не влияет на достоверность определения их параметров.Thus, the first type of “reverse operation” does not reduce the noise immunity of coherent reception and synchronous detection of PSK signals of intermediate frequency and does not affect the reliability of determining their parameters.

Второй тип «обратной работы» обусловлен скачкообразными переходами фазы опорного напряжения из одного состояния ϕпр в другое ϕпр+π под действием помех, кратковременного прекращения приема и других дестабилизирующих факторов. Эти переходы за время приема ФМн-сигнала происходят в случайные моменты времени, например, t1, t2 (фиг. 3,г). При этом на выходе фазового детектора 44 выделяется искаженный аналог модулирующей функции M1'(t) (фиг. 3, д). Данный тип «обратной работы» является весьма вредным в технике когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигналов и делает невозможным достоверное определение вышеуказанных параметров, т.е. идентификационного номера помещения здания, где произошла утечка опасных газов.The second type is a "reverse operation" caused by abrupt transitions of the reference phase voltage from one state to another straight φ φ + π forth under the influence of interference, momentary discontinuation and other destabilizing factors. These transitions during the reception of the QPSK signal occur at random times, for example, t 1 , t 2 (Fig. 3, g). At the same time, at the output of the phase detector 44, a distorted analog of the modulating function M 1 '(t) is highlighted (Fig. 3, e). This type of “reverse operation” is very harmful in the technique of coherent reception and synchronous detection of PSK signals and makes it impossible to reliably determine the above parameters, i.e. the identification number of the premises of the building where the hazardous gas leak occurred.

Следует отметить, что именно из-за этого типа «обратной работы» классическая фазовая манипуляция долгое время не находила широкого применения, несмотря на ряд своих преимуществ.It should be noted that it is precisely because of this type of “reverse work” that classical phase-shift keying has not been widely used for a long time, despite a number of its advantages.

В настоящее время существует несколько методов устранения «обратной работы» второго типа.Currently, there are several methods to eliminate the “reverse work” of the second type.

Можно применять, например, специальные испытательные посылки для подтверждения правильности установки начальной фазы в приемнике (Петрович Н.Т., Размахин М.К. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Сов. радио, 1980); можно также использовать специальные коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки, вызванные «обратной работой» второго типа (Хоменюк Ю.В. Об устранении «обратной работы» в когерентном приемнике сигналов, манипулированных по фазе. Радиоэлектроника, №6, 1966). Однако указанные методы связаны с введением в сигнал некоторой избыточности, снижающей эффективность использования классической фазовой манипуляции.You can apply, for example, special test parcels to confirm the correct installation of the initial phase in the receiver (Petrovich NT, Razmakhin MK Communication systems with noise-like signals. - M .: Sov. Radio, 1980); you can also use special codes that detect and correct errors caused by "reverse work" of the second type (Khomenyuk Yu.V. On eliminating "reverse work" in a coherent receiver of phase-manipulated signals. Radioelectronics, No. 6, 1966). However, these methods are associated with the introduction of a certain redundancy into the signal, which reduces the efficiency of using classical phase manipulation.

«Обратная работа» второго типа была радикальным образом устранена, когда вместо обычной классической манипуляции Петровичем Н.Т. была предложена относительная фазовая манипуляция (ОФМн) (Петрович Н.Т. Передача дискретной информации в каналах с фазовой манипуляцией. - М.: Сов. Радио, 1965). Сущность данного метода заключается в том, что опорным напряжением для каждой элементарной посылки служит предыдущая посылка. Для этого на приемной стороне необходимы априорные сведения о длительности элементарных посылок. Практическая реализация фазовой манипуляции в системах ОФМн, кроме того, усложняет аппаратуру при одновременном снижении помехоустойчивости системы. Переход от ФМн к ОФМн связан с эквивалентным увеличением шумов в канале в два раза. При этом система ОФМн для своей реализации требует априорного знания длительности τэ элементарных посылок и имеет тенденцию к парному группированию ошибок, когда появление одной ошибки влечет за собой появление и второй. Следовательно, общая вероятность ошибок значительно увеличивается. Поэтому разработка методов и устройств, обеспечивающих устранение явления «обратной работы» второго типа в системах фазовой манипуляции, всегда была и остается весьма актуальной.The “reverse work” of the second type was radically eliminated when, instead of the usual classical manipulation by N. Petrovich was proposed relative phase shift keying (OFMn) (Petrovich NT Transmission of discrete information in channels with phase shift keying. - M .: Sov. Radio, 1965). The essence of this method is that the reference voltage for each elementary premise is the previous premise. For this, on the receiving side, a priori information about the duration of elementary premises is necessary. The practical implementation of phase manipulation in OFMn systems, in addition, complicates the equipment while reducing the noise immunity of the system. The transition from the PSK to the PSK is associated with an equivalent double increase in channel noise. In this case, the OFMn system for its implementation requires a priori knowledge of the duration τ of elementary premises and tends to pair errors together when the appearance of one error entails the appearance of the second. Consequently, the overall probability of errors increases significantly. Therefore, the development of methods and devices that ensure the elimination of the phenomenon of “reverse work” of the second type in phase manipulation systems has always been and remains very relevant.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности определения идентификационного номера помещения, здания, где произошла утечка опасных газов, путем устранения явления «обратной работы» второго типа.An object of the invention is to increase the noise immunity and reliability of determining the identification number of the room, building, where there was a leak of dangerous gases, by eliminating the phenomenon of "reverse work" of the second type.

Поставленная задача решается тем, что устройство для контроля концентрации опасных газов, содержащее датчики метана, угарного газа и кислорода, каждый из которых выполнен в виде полупроводникового газового сенсора и посредством последовательно соединенных усилителя сигналов, аналогового коммутатора и аналого-цифрового преобразователя связан с микро-ЭВМ, выходы которой соединены соответственно с входом запоминающего устройства, информационного табло, устройства тревожной сигнализации, интерфейсного устройства с персональным компьютером и устройства управления, выходы которого соединены соответственно с входом аналогового коммутатора и аналого-цифрового преобразователя, блок питания, к выходам которого подключены усилитель сигналов, аналоговый коммутатор, микро-ЭВМ, интерфейсное устройство с персональным компьютером, блок управления и часы, выход которых подключен к микро-ЭВМ, мультивибратор, передатчик, три обмотки реле, подключенные к соответствующим выходам микро-ЭВМ, и дистанционный пункт контроля, причем передатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, телеграфного ключа, усилителя мощности и передающей антенны, передатчик и мультивибратор через замыкающий контакт первого реле подключены к блоку питания, замыкающей контакт второго реле включен последовательно с резистором в одно из плеч мультивибратора, замыкающие контакты третьего реле и реле мультивибратора подключены параллельно телеграфному ключу передатчика, дистанционный пункт контроля выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого через гетеродин соединен с выходом блока перестройки, усилителя промежуточной частоты, удвоителя фазы, второго анализатора спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, ключа, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, фазового детектора и блока регистрации, к выходу удвоителя фазы последовательно подключены делитель фазы на два и узкополосный фильтр, к выходу порогового блока подключены звуковой сигнализатор и блок перестройки, отличается от ближайшего аналога тем, что дистанционный пункт контроля снабжен частотным детектором, триггером и двойным балансным переключателем, причем к выходу узкополосного фильтра последовательно подключены частотный детектор, триггер и двойной балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра, а выход подключен к второму входу фазового детектора.The problem is solved in that a device for monitoring the concentration of hazardous gases, containing methane, carbon monoxide and oxygen sensors, each of which is made in the form of a semiconductor gas sensor and is connected to a microcomputer via a series-connected signal amplifier, analog switch and analog-to-digital converter the outputs of which are connected respectively to the input of the storage device, information board, alarm device, interface device with a personal computer ter and control devices, the outputs of which are connected respectively to the input of the analog switch and analog-to-digital converter, a power supply, to the outputs of which are connected a signal amplifier, an analog switch, a micro-computer, an interface device with a personal computer, a control unit and a clock, the output of which is connected to a microcomputer, a multivibrator, a transmitter, three relay windings connected to the corresponding outputs of the microcomputer, and a remote monitoring station, the transmitter being made in the form of series-connected of the master oscillator, phase manipulator, the second input of which is connected to the output of the modulating code generator, telegraph key, power amplifier and transmitting antenna, the transmitter and the multivibrator are connected through the make contact of the first relay to the power supply unit, which makes the contact of the second relay in series with the resistor in one of the multivibrator arms, the closing contacts of the third relay and the multivibrator relay are connected in parallel with the telegraph key of the transmitter, the remote control point is made in the form of a receiver antenna, a high-frequency amplifier, a mixer, the second input of which is connected through the local oscillator to the output of the tuning unit, the intermediate frequency amplifier, the phase doubler, the second spectrum analyzer, the comparison unit, the second input of which is connected to the output of the intermediate-frequency amplifier through the first spectrum analyzer, a threshold unit, the second input of which is connected through its delay line to its output, a key, the second input of which is connected to the output of the intermediate frequency amplifier, phase detector, and of the registration unit, a phase divider for two and a narrow-band filter are connected in series to the output of the phase doubler, an audible warning device and a tuning unit are connected to the output of the threshold unit, differs from the closest analogue in that the remote monitoring station is equipped with a frequency detector, a trigger and a double balanced switch, and the output of the narrow-band filter is connected in series with a frequency detector, a trigger and a double balanced switch, the second input of which is connected to the output of the narrow-band filter, and the output q is connected to the second input of the phase detector.

Структурная схема устройства для контроля концентрации опасных газов представлена на фиг. 1. Структурная схема дистанционного пункта контроля изображена на фиг. 2. Временные диаграммы, поясняющие работу дистанционного пункта контроля, показаны на фиг. 3.The block diagram of a device for controlling the concentration of hazardous gases is shown in FIG. 1. The block diagram of the remote monitoring station is shown in FIG. 2. Timing diagrams explaining the operation of the remote monitoring station are shown in FIG. 3.

Устройство для контроля концентраций опасных газов содержит датчики метана СН4 1, угарного газа СО 2 и кислорода О2 3, каждый из которых выполнен в виде полупроводникового газового сенсора и посредством последовательно соединенных усилителя 4 сигналов, аналогового коммутатора 5 и аналого-цифрового преобразователя 6 связан с микро-ЭВМ 7, выходы которой соединены соответственно с входом запоминающего устройства 8, информационного табло 9, устройства 10 тревожной сигнализации, интерфейсного устройства 11 с персональным компьютером IBM-PC и устройства 12 управления, выходы которого соединены соответственно с входом аналогового коммутатора 5 и аналого-цифрового преобразователя 6, блок 14 питания, к выходам которого подключены усилитель 4 сигналов, аналоговый коммутатор 5, микро-ЭВМ 7, интерфейсное устройство 11 с персональным компьютером, блок 12 управления и часы 13, выход которых подключен к микро-ЭВМ 7, обмотки реле 15, 16 и 17, подключенные к соответствующим выходам микро-ЭВМ 7, мультивибратор 18 и передатчик 20, который выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора 21, фазового манипулятора 23, второй вход которого соединен с выходом генератора 22 модулирующего кода, телеграфного ключа 24, усилителя 25 мощности и передающей антенны 26. При этом передатчик 20 и мультивибратор 18 через замыкающий контакт 15.1 первого реле подключены к блоку 14 питания, содержащему сетевой адаптер, аккумуляторную батарею резервного питания и зарядное устройство. Замыкающий контакт 16.1 второго реле включен последовательно с резистором 27 в одно из плеч мультивибратора 18. Замыкающие контакты 17.1 и 19.1 третьего реле и реле мультивибратора подключены параллельно телеграфному ключу 24 передатчика 20.The device for monitoring the concentration of hazardous gases contains methane sensors CH 4 1, carbon monoxide CO 2 and oxygen O 2 3, each of which is made in the form of a semiconductor gas sensor and through a series-connected signal amplifier 4, an analog switch 5 and an analog-to-digital converter 6 are connected with a microcomputer 7, the outputs of which are connected respectively to the input of the storage device 8, an information board 9, an alarm device 10, an interface device 11 with an IBM-PC personal computer, and a device control unit 12, the outputs of which are connected respectively to the input of the analog switch 5 and the analog-to-digital converter 6, a power supply unit 14, to the outputs of which an amplifier 4 of signals is connected, an analog switch 5, a microcomputer 7, an interface device 11 with a personal computer, block 12 control and clock 13, the output of which is connected to the microcomputer 7, the relay windings 15, 16 and 17 connected to the corresponding outputs of the microcomputer 7, the multivibrator 18 and the transmitter 20, which is made in the form of series-connected master oscillator 21, phase manipulator 23, the second input of which is connected to the output of the modulating code generator 22, the telegraph key 24, the power amplifier 25 and the transmitting antenna 26. In this case, the transmitter 20 and the multivibrator 18 are connected to the power supply unit 14 containing the mains adapter via the make contact 15.1 of the first relay, backup battery and charger. The make contact 16.1 of the second relay is connected in series with the resistor 27 to one of the arms of the multivibrator 18. The make contacts 17.1 and 19.1 of the third relay and the multivibrator relay are connected in parallel with the telegraph key 24 of the transmitter 20.

Дистанционный пункт контроля расположен в службе газовой безопасности и выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны 27, усилителя 28 высокой частоты, смесителя 31, второй вход которого через гетеродин 30 соединен с выходом блока 29 перестройки, усилителя 32 промежуточной частоты, удвоителя 35 фазы, второго анализатора 36 спектра, блока 37 сравнения, второй вход которого через первый анализатор 34 спектра соединен с выходом усилителя 32 промежуточной частоты, порогового блока 38, второй вход которого через линию 39 задержки соединен с его выходом, ключа 40, второй вход которого соединен с выходом усилителя 32 промежуточной частоты, фазового детектора 44 и блока 45 регистрации, последовательно подключенных к выходу удвоителя 35 фазы делителя 42 фазы на два, узкополосного фильтра 43, частотного детектора 47, триггера 48 и двойного балансного переключателя 49, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 43, а выход подключен к второму входу фазового детектора 44. Управляющий вход блока 29 перестройки и вход звукового сигнализатора 41 соединены с выходом порогового блока 38.The remote control point is located in the gas safety service and is made in the form of a series-connected receiving antenna 27, a high-frequency amplifier 28, a mixer 31, the second input of which is connected through the local oscillator 30 to the output of the tuning block 29, an intermediate frequency amplifier 32, a phase doubler 35, and a second analyzer 36 of the spectrum, comparison unit 37, the second input of which is connected through the first spectrum analyzer 34 to the output of the intermediate frequency amplifier 32, of the threshold unit 38, whose second input, through the delay line 39, is connected to its output, a key 40, the second input of which is connected to the output of an intermediate frequency amplifier 32, a phase detector 44 and a recording unit 45, connected in series to the output of the phase doubler 35 of the phase divider 42, two-way filter 43, frequency detector 47, trigger 48 and double balance switch 49, the second input of which is connected to the output of the narrow-band filter 43, and the output is connected to the second input of the phase detector 44. The control input of the tuning unit 29 and the input of the sound signaling device 41 are connected to the output of the threshold block ka 38.

Анализаторы 34 и 36 спектра, удвоитель 35 фазы, блок 37 сравнения, пороговый блок 38 и линия 39 задержки образуют обнаружитель (селектор) 33 сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМн).Spectrum analyzers 34 and 36, a phase doubler 35, a comparison unit 37, a threshold unit 38, and a delay line 39 form a detector (selector) 33 of complex phase shift keyed signals (QPSK).

Частотный детектор 47, триггер 48 и двойной балансный переключатель 49 образуют стабилизатор 46 фазы опорного напряжения.A frequency detector 47, a trigger 48, and a dual balance switch 49 form a voltage phase stabilizer 46.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

После включения напряжения питания производится запуск микро-ЭВМ 7. Через устройство 12 управления микро-ЭВМ 7 по введенной в нее программе последовательно включает циклы измерения с трех датчиков 1, 2 и 3. Измерительная информация с выходов датчиков метана СН4 1, угарного газа СО 2 и кислорода O2 3 через усилитель 4 сигналов и аналоговый коммутатор 5 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 6. Полученный цифровой код поступает в микро-ЭВМ 7, где сравнивается с предельно допустимым кодом. При включенном режиме протоколирования через определенные отрезки времени, измеренные значения с временной отметкой от часов 13, записываются в запоминающее устройство 8. Применение запоминающего устройства 8 и часов 13 реального времени позволяют протоколировать через заданные промежутки времени значения измеренных параметров, что обеспечивает детальный анализ причин аварии.After turning on the supply voltage, the micro-computer 7 is started. Via the micro-computer control device 12, according to the program introduced into it, it sequentially starts the measurement cycles from three sensors 1, 2 and 3. Measuring information from the outputs of the methane sensors CH 4 1, carbon monoxide CO 2 and oxygen O 2 3 through the amplifier 4 of the signals and the analog switch 5 is fed to the input of the analog-to-digital converter 6. The resulting digital code is sent to the microcomputer 7, where it is compared with the maximum permissible code. When the logging mode is activated, at certain time intervals, the measured values with a time stamp of 13 hours are recorded in the storage device 8. The use of the storage device 8 and the real-time clock 13 allows you to record the values of the measured parameters at specified intervals, which provides a detailed analysis of the causes of the accident.

В устройстве применены полупроводниковые детекторы газов, измеряющие в широком диапазоне концентрации газов, что позволяет использовать устройство не только в качестве устройства пороговой сигнализации, но и получать в любой момент времени значения измеренных параметров на информационном табло 9 или пересылать измерительную информацию в интерфейсное устройство 11 с персональным компьютером (ПК). Применение полупроводниковых газовых сенсоров позволяет производить измерения в широком диапазоне температур и влажности окружающей среды с одинаковой погрешностью, что не требует температурной компенсации блока физических датчиков и усилителей. Возможность измерения параметров концентрации метана и кислорода позволяет анализировать соотношение их концентраций и предупреждать об образовании взрывоопасных смесей метана и кислорода в концентрациях, близких к соотношению 1:2 (СН42). Применение микро-ЭВМ 7 позволяет производить обработку измерительной информации, переходить в режим постоянных измерений и выводить информацию в аналоговый коммутатор 5, производить фиксацию результатов измерений в запоминающем устройстве 8 по заданным в микро-ЭВМ 7 программам, а также в случае аварийной ситуации.The device employs semiconductor gas detectors that measure in a wide range of gas concentrations, which allows the device to be used not only as a threshold alarm device, but also to receive measured values at any time on the information board 9 or to send measurement information to the interface device 11 with a personal computer (PC). The use of semiconductor gas sensors allows measurements to be made in a wide range of ambient temperatures and humidity with the same error, which does not require temperature compensation of a block of physical sensors and amplifiers. The ability to measure the concentration parameters of methane and oxygen allows us to analyze the ratio of their concentrations and warn of the formation of explosive mixtures of methane and oxygen in concentrations close to the ratio 1: 2 (CH 4 : O 2 ). The use of microcomputer 7 allows the processing of measurement information, switch to continuous measurement mode and output information to the analog switch 5, to record the measurement results in memory 8 according to the programs specified in the microcomputer 7, as well as in case of emergency.

Устройство содержит блок 10 тревожной сигнализации, срабатывание которого происходит в случаях:The device contains an alarm block 10, the operation of which occurs in the following cases:

- превышения предельно допустимых концентраций (ПДК) по СН4 и O2 в контролируемом помещении;- excess of maximum permissible concentrations (MPC) for CH 4 and O 2 in a controlled room;

- снижения ниже установленного предела концентрации O2.- reduction below the established limit of the concentration of O 2 .

После срабатывания тревожной сигнализации устройство производит постоянный контроль всех контролируемых параметров и переходит в режим постоянной передачи информации в ПК. В случае, если произойдет превышение установленного значения ПДК для метана СН4, микро-ЭВМ 7 включает тревожную сигнализацию и переходит в режим протоколирования и прямой передачи информации в интерфейсное устройство 11 с ПК. Запрос протокола измерений возможен из персонального компьютера ПК в любой момент времени.After the alarm is triggered, the device constantly monitors all monitored parameters and switches to the mode of constant information transfer to the PC. In case there is an excess of the set MPC for methane CH 4 , the microcomputer 7 includes an alarm and switches to the logging mode and direct transmission of information to the interface device 11 from the PC. Request for the measurement protocol is possible from the PC personal computer at any time.

Одновременно постоянное напряжение с соответствующего выхода микро-ЭВМ 7 поступает на первое реле 15. Последнее срабатывает и замыкает контакт 15.1, через который питание от блока 14 питания подается на мультивибратор 18 и передатчик 20.At the same time, a constant voltage from the corresponding output of the microcomputer 7 is supplied to the first relay 15. The latter is activated and closes contact 15.1, through which power from the power supply unit 14 is supplied to the multivibrator 18 and the transmitter 20.

После включения передатчика 20 задающим генератором 21 формируется высокочастотное колебаниеAfter the transmitter 20 is turned on by the master oscillator 21, a high-frequency oscillation is generated

Figure 00000003
Figure 00000003

где Uc, wc, ϕс, Тс - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания,where U c , w c , ϕ s , T s - amplitude, carrier frequency, initial phase and duration of high-frequency oscillations,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 23. На второй вход последнего подается модулирующий код M(t) с выхода генератора 22 модулирующего кода, который является идентификационным номером помещения, здания, где произошла утечка опасных газов. В результате фазовой манипуляции на выходе фазового манипулятора 23 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн):which is fed to the first input of the phase manipulator 23. The second input of the last is supplied with a modulating code M (t) from the output of the modulating code generator 22, which is the identification number of the building and building where the hazardous gas leak has occurred. As a result of phase manipulation, the output of the phase manipulator 23 produces a complex signal with phase manipulation (PSK):

Figure 00000004
Figure 00000004

где ϕk(t)={О, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем ϕk(t)=const при Kτэ<t<(K+1)τэ и может изменяться скачком при t=Kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (K=1, 2, … N-1); τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тссэ⋅N).where ϕ k (t) = {О, π} is the manipulated component of the phase that displays the law of phase manipulation in accordance with the modulating code M (t), and ϕ k (t) = const for Kτ e <t <(K + 1) τ e and can change abruptly at t = Kτ e , i.e. at the borders between elementary premises (K = 1, 2, ... N-1); τ e , N is the duration and number of chips that make up a signal of duration T s (T s = τ e ⋅ N).

Сформированный ФМн-сигнал u1(t) через телеграфный ключ 24 и усилитель 25 мощности поступает в антенну 26, излучается ею в эфир, улавливается приемной антенной 27 пункта контроля и через усилитель 28 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 31, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 30 линейно изменяющейся частотыThe generated PSK signal u 1 (t) through the telegraph key 24 and the power amplifier 25 enters the antenna 26, is radiated by it, is picked up by the receiving antenna 27 of the control point, and through the high-frequency amplifier 28 is fed to the first input of the mixer 31, to the second input of which the voltage of the local oscillator 30 of a ramp frequency is applied

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
- скорость изменения частоты гетеродина 30.Where
Figure 00000006
- the rate of change of the frequency of the local oscillator 30.

Следует отметить, что поиск ФМн-сигналов в заданном диапазоне частот Df осуществляется с помощью блока 29 перестройки, который периодически с периодом Тп по линейному закону изменяет частоту wг гетеродина 30. В качестве блока 29 перестройки может быть использован генератор пилообразного напряжения.It should be noted that the search for PSK signals in a given frequency range Df is performed using the tuning block 29, which periodically with a period T p linearly changes the frequency w g of the local oscillator 30. A sawtooth generator can be used as the tuning block 29.

На выходе смесителя 31 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 32 выделяется напряжение промежуточной частотыAt the output of the mixer 31, voltages of combination frequencies are generated. The amplifier 32 is allocated an intermediate frequency voltage

Figure 00000007
Figure 00000007

где

Figure 00000008
;Where
Figure 00000008
;

wпр=wc-wг - промежуточная частота;w CR = w c -w g - intermediate frequency;

ϕпрсг,ϕ ol = ϕ withg ,

которое представляет собой сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и линейной частотной модуляцией (ФМн-ЛЧМ) на промежуточной частоте wпр и поступает на вход обнаружителя (селектора) ФМн-сигнала, состоящего из удвоителя 35 фазы, анализаторов 34 и 36 спектра, блока 37 сравнения, порогового блока 38 и линии 39 задержки.which is a complex signal with combined phase shift keying and linear frequency modulation (QPSK-LFM) at an intermediate frequency w pr and fed to the input of the detector (selector) of the QPSK signal, consisting of a phase doubler 35, spectrum analyzers 34 and 36, comparison unit 37 threshold block 38 and delay line 39.

На выходе удвоителя 35 фазы образуется гармоническое напряжениеA harmonic voltage is generated at the output of the phase doubler 35

Figure 00000009
Figure 00000009

где

Figure 00000010
.Where
Figure 00000010
.

В качестве удвоителя 35 фазы может быть использован перемножитель, на два входа которого подается один и тот же сигнал uпр(t).As a phase doubler 35, a multiplier can be used, on the two inputs of which the same signal u pr (t) is supplied.

Так как 2ϕк(t)={О, 2π}, то в указанном напряжении манипуляция фазы уже отсутствует.Since 2ϕ k (t) = {0, 2π}, phase manipulation is already absent in the indicated voltage.

Ширина спектра Δf2 второй гармоники определяется длительностью Тс сигналаThe width of the spectrum Δf 2 of the second harmonic is determined by the duration T of the signal

Figure 00000011
,
Figure 00000011
,

тогда как ширина спектра Δfc входного ФМн-сигнала определяется длительностью τэ его элементарных посылокwhereas the width of the spectrum Δf c of the input QPSK signal is determined by the duration τ e of its elementary premises

Figure 00000012
,
Figure 00000012
,

т.е. ширина спектра Δf2 второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра Δfc входного ФМн-сигналаthose. spectrum width Δf 2 of the second harmonic of the signal is N times smaller than the spectrum width Δf c of the input FMN signal

Δfc/Δf2=N.Δf c / Δf 2 = N.

Следовательно, при удвоении фазы ФМн-сигнала его спектр «сворачивается» в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить и отселектировать ФМн-сигнал среди других сигналов (помех) и шумов даже тогда, когда его мощность на входе приемника меньше мощности шумов и помех.Therefore, when the phase of the QPSK signal is doubled, its spectrum “folds” N times. This circumstance makes it possible to detect and select the QPSK signal among other signals (interference) and noise even when its power at the receiver input is less than the power of noise and interference.

Ширина спектра Δfc входного ФМн-сигнала измеряется с помощью анализатора 34 спектра, а ширина спектра Δf2 второй гармоники сигнала измеряется с помощью анализатора 36 спектра. Напряжения UI и UII, пропорциональные Δfc и Δf2 соответственно, с выходов анализаторов 34 и 36 спектра поступают на два входа блока 37 сравнения. Так как UI>>UII, то на выходе блока 37 сравнения образуется положительное напряжение, которое превышает пороговое напряжение Uпор в пороговом блоке 38. Пороговое напряжение Uпор выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи и шумы. При превышении порогового уровня Uпор в пороговом блоке 38 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 40, открывая его, на вход линии 39 задержки, на управляющий вход блока 29 перестройки, выключая его, и на вход звукового сигнализатора 41. Ключ 40 в исходном состоянии всегда закрыт.The width of the spectrum Δf c of the input QPSK signal is measured using a spectrum analyzer 34, and the spectrum width Δf 2 of the second harmonic of the signal is measured using a spectrum analyzer 36. Voltages U I and U II , proportional to Δf c and Δf 2, respectively, from the outputs of the spectrum analyzers 34 and 36 are fed to the two inputs of the comparison unit 37. Since U I >> U II , a positive voltage is generated at the output of the comparison unit 37, which exceeds the threshold voltage U then in the threshold block 38. The threshold voltage U then is selected so that it does not exceed random noise and noise. When the threshold level U pores is exceeded, a constant voltage is generated in the threshold block 38, which is supplied to the control input of the key 40, opening it, to the input of the delay line 39, to the control input of the tuning unit 29, turning it off, and to the input of the buzzer 41. Key 40 in the initial state is always closed.

При прекращении перестройки гетеродина 30 усилителем 32 промежуточной частоты выделяется следующее напряжение (фиг. 3, б)Upon termination of the tuning of the local oscillator 30 by the intermediate frequency amplifier 32, the following voltage is released (Fig. 3, b)

Figure 00000013
Figure 00000013

которое через открытый ключ 40 поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 44.which through the public key 40 enters the first (information) input of the phase detector 44.

На выходе удвоителя 35 фазы в этом случае образуется гармоническое напряжение (фиг. 3, в)At the output of the phase doubler 35 in this case, a harmonic voltage is generated (Fig. 3, c)

Figure 00000014
Figure 00000014

которое поступает на вход делителя 42 фазы на два. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение (фиг. 3, з)which is fed to the input of the divider 42 phases into two. At the output of the latter a harmonic voltage is generated (Fig. 3, h)

Figure 00000015
Figure 00000015

которое выделяется узкополосным фильтром 43, используется в качестве опорного напряжения и через двойной балансный переключатель 49 подается на второй (опорный) вход фазового детектора 44. При этом двойной балансный переключатель 49 находится в первом положении, при котором опорное напряжение u3(t) поступает на второй (опорный) вход фазового детектора 44 без изменения. Это соответствует случаю отсутствия явления «обратной работы» второго типа. На выходе частотного детектора 47 в этом случае напряжение отсутствует.which is allocated by the narrow-band filter 43, is used as a reference voltage and is supplied through the double balance switch 49 to the second (reference) input of the phase detector 44. In this case, the double balance switch 49 is in the first position at which the reference voltage u 3 (t) is applied to the second (reference) input of the phase detector 44 without change. This corresponds to the absence of the “reverse work” phenomenon of the second type. At the output of the frequency detector 47, in this case, there is no voltage.

Если под действием помех, кратковременного прекращения приема и других дестабилизирующих факторов возникает явление «обратной работы» второго типа, то опорное напряжение u3 ʺ(t) (фиг. 3, г), искаженное явлением «обратной работы», подается на вход частотного детектора 47, который предназначен для обнаружения момента возникновения «обратной работы» второго типа. При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения на +180°, например в момент t1 (фиг. 3, г) на выходе частотного детектора 47 появляется короткий положительный импульс, а при скачке фазы на (-180°) в момент времени t2 (возвращение фазы опорного напряжения в первоначальное состояние) - отрицательный короткий импульс (фиг. 3, е). Знакочередующиеся импульсы с выхода частотного детектора 47 управляют работой триггера 48, выходное напряжение которого (фиг. 3, ж), в свою очередь, управляет работой двойного балансного переключателя 49. В устойчивом состоянии, когда фаза опорного напряжения совпадает, например, с нулевой фазой принимаемого ФМн-сигнала, на выходе триггера 48 образуется отрицательное напряжение (фиг. 3, ж), и балансный переключатель 49 находится в своем первоначальном (первом) положении, при котором опорное напряжение поступает с выхода узкополосного фильтра 43 на второй (опорный) вход фазового детектора 44 через двойной балансный переключатель 49 без изменения.If under the influence of interference, short termination of reception and other destabilizing factors the phenomenon of “reverse operation” of the second type occurs, then the reference voltage u 3 ʺ (t) (Fig. 3d), distorted by the phenomenon of “reverse operation”, is fed to the input of the frequency detector 47, which is designed to detect the occurrence of "reverse work" of the second type. When the phase of the reference voltage jumps by 180 °, for example, at time t 1 (Fig. 3, d), a short positive pulse appears at the output of frequency detector 47, and when the phase jumps by (-180 °) at time t 2 (return phase of the reference voltage in the initial state) is a negative short pulse (Fig. 3, e). Alternating pulses from the output of the frequency detector 47 control the operation of the trigger 48, the output voltage of which (Fig. 3, g), in turn, controls the operation of the double balanced switch 49. In a steady state, when the phase of the reference voltage coincides, for example, with the zero phase of the received PSK signal, a negative voltage is generated at the output of the trigger 48 (Fig. 3g), and the balance switch 49 is in its initial (first) position, in which the reference voltage comes from the output of the narrow-band filter 43 n the second (reference) input of phase detector 44 via a double balanced switch 49 without change.

При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения (+180°), обусловленном, например, неустойчивой работой делителя 42 фазы на два под действием помех, триггер 48 положительным коротким импульсом с выхода частотного детектора переводится в другое (второе) устойчивое состояние. При этом выходное напряжение триггера 48 в момент времени t1 становится и остается положительным до очередного скачка фазы в момент времени t2 (фиг. 3, ж), который возвращает фазу опорного напряжения в первоначальное состояние. Положительное выходное напряжение триггера 48 переводит балансный переключатель 49 в другое (второе) устойчивое состояние, при котором опорное напряжение с выхода узкополосного фильтра 43 поступает на опорный вход фазового детектора 44 с изменением фазы на (-180°). Это позволяет устранить нестабильность фазы опорного напряжения, вызванную скачкообразным ее изменением под действием помех, и связанную с ней «обратную работу» второго типа. Следовательно, частотный детектор 47 обеспечивает обнаружение момента возникновения «обратной работы» второго типа, а триггер 48 и двойной балансный переключатель 49 устраняют ее. Частотный детектор 47, триггер 48 и двойной балансный переключатель 49 образуют стабилизатор 46 фазы опорного напряжения.When the phase of the reference voltage jumps (+ 180 °), due, for example, to the unstable operation of the phase divider 42 into two under the influence of interference, the trigger 48 is transferred by a positive short pulse from the output of the frequency detector to another (second) stable state. The output voltage of the trigger 48 at time t 1 becomes and remains positive until the next phase jump at time t 2 (Fig. 3, g), which returns the phase of the reference voltage to its original state. The positive output voltage of the trigger 48 transfers the balance switch 49 to another (second) stable state, in which the reference voltage from the output of the narrow-band filter 43 is supplied to the reference input of the phase detector 44 with a phase change of (-180 °). This eliminates the instability of the phase of the reference voltage caused by its abrupt change under the influence of interference, and the associated "reverse work" of the second type. Therefore, the frequency detector 47 provides detection of the moment of occurrence of "reverse operation" of the second type, and the trigger 48 and the double balance switch 49 eliminate it. A frequency detector 47, a trigger 48, and a dual balance switch 49 form a voltage phase stabilizer 46.

Опорное напряжение u3(t) со стабильной фазой (фиг. 3, з) поступает на опорный вход фазового детектора 44, на выходе которого выделяется низкочастотное напряжение (фиг. 3, и)The reference voltage u 3 (t) with a stable phase (Fig. 3, h) is supplied to the reference input of the phase detector 44, the output of which is allocated a low-frequency voltage (Fig. 3, and)

Figure 00000016
Figure 00000016

где

Figure 00000017
,Where
Figure 00000017
,

пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг. 3, а). Это напряжение фиксируется блоком 45 регистрации. Данное напряжение содержит в цифровом виде данные о месте и времени утечки опасных газов.proportional to the modulating code M (t) (Fig. 3, a). This voltage is detected by the registration unit 45. This voltage contains digital data on the place and time of leakage of hazardous gases.

Для повышения достоверности приема и регистрации сложного ФМн-сигнала последний дублируется несколько раз с интервалом, например, в 20 с. Это обеспечивается работой мультивибратора 18 в несимметричном режиме. Контакт 19.1 реле 19 мультивибратора 18 периодически через равные промежутки времени, например, 20 с, замыкает цепь телеграфного ключа 24 передатчика 20, который и посылает в пространство ФМн-сигнал через тот же интервал времени. При этом звуковой сигнализатор 41 подает звуковые сигналы с интервалом в 20 с, что свидетельствует об утечке метана СН4 с грифом «ОПАСНО».To increase the reliability of reception and registration of a complex QPSK signal, the latter is duplicated several times with an interval, for example, of 20 s. This is ensured by the operation of the multivibrator 18 in unbalanced mode. Contact 19.1 of the relay 19 of the multivibrator 18 periodically at regular intervals, for example, 20 s, closes the circuit of the telegraph key 24 of the transmitter 20, which sends the FMK signal to the space at the same time interval. At the same time, the sound signaling device 41 delivers sound signals with an interval of 20 s, which indicates a methane CH 4 leak with the heading “DANGER”.

Время задержки τз линии 39 задержки выбирается таким, чтобы можно было неоднократно принимать и фиксировать ФМн-сигнал на определенной частоте. При этом несущая частота также является идентификационным признаком. Передатчики, установленные в различных помещениях и зданиях, имеют свои несущие частоты в заданном диапазоне частот Df. Периодический просмотр заданного диапазона частот Df обеспечивает обнаружение несущих частот передатчиками, установленными в помещениях, где произошла утечка опасных газов.The delay time τ s of the delay line 39 is selected so that it is possible to repeatedly receive and fix the PSK signal at a certain frequency. In this case, the carrier frequency is also an identification sign. Transmitters installed in various rooms and buildings have their own carrier frequencies in a given frequency range Df. Periodic viewing of a given frequency range Df ensures the detection of carrier frequencies by transmitters installed in rooms where dangerous gases have leaked.

По истечении времени τз напряжение с выхода линии 39 задержки поступает на вход сброса порогового блока 38 и сбрасывает его содержимое на нулевое значение. При этом звуковой сигнализатор 41 прекращает свою работу, ключ 49 закрывается, а блок 29 перестройки включается, т.е. они переводятся в свои исходные состояния. Устройство готово к дальнейшей работе.After the time τ s, the voltage from the output of the delay line 39 is supplied to the reset input of the threshold block 38 and resets its contents to zero. At the same time, the sound signaling device 41 stops its operation, the key 49 is closed, and the tuning unit 29 is turned on, i.e. they are transferred to their original state. The device is ready for further work.

При обнаружении следующего ФМн-сигнала на другой несущей частоте работа устройства осуществляется аналогичным образом.When the next QPSK signal is detected at a different carrier frequency, the device operates in a similar manner.

В случае, если произойдет превышение значения ПДК для метана СН4 и угарного газа СО, то постоянные напряжения поступают на первое 15 и второе 16 реле, которые срабатывают. Контакт 16.1 второго реле 16 замыкается, включает в схему мультивибратора 18 резистор 27 и переводит его работу в симметричный режим. Реле 19 мультивибратора 18 срабатывает через равные интервалы времени, например в 5 с, и его контакт 19.1 замыкает цепь телеграфного ключа 24 передатчика 20 через тот же интервал времени в 5 с. Это соответствует степени утечки газов «ОЧЕНЬ ОПАСНО».In case there is an excess of the MPC value for methane CH 4 and carbon monoxide CO, then constant voltages are applied to the first 15 and second 16 relays that operate. Contact 16.1 of the second relay 16 is closed, includes a resistor 27 in the circuit of the multivibrator 18 and puts its work in symmetrical mode. The relay 19 of the multivibrator 18 is activated at equal time intervals, for example, 5 s, and its contact 19.1 closes the circuit of the telegraph key 24 of the transmitter 20 after the same time interval of 5 s. This corresponds to a VERY DANGEROUS gas leak rate.

В случае, если будут наблюдаться превышение установленного ПДК для метана СН4 и угарного газа СО и снижение содержания ниже предельного для кислорода O2, т.е. когда образуется взрывоопасная смесь метана и кислорода в концентрациях, близких к соотношению 1:2 (СН4:O2), то срабатывают все три реле 15, 16 и 17. Контакт 17.1 третьего реле 17 замыкает цепь телеграфного ключа 24 передатчика 20 накоротко. При этом передатчик 20 посылает в пространство непрерывный ФМн-сигнал значительной длительности, а звуковой сигнализатор воспроизводит непрерывный звуковой сигнал, характеризуя возникшую ситуацию как «ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО».In case the established MPC is exceeded for methane CH 4 and carbon monoxide CO and a decrease in the content is lower than the limit for oxygen O 2 , i.e. when an explosive mixture of methane and oxygen is formed in concentrations close to the ratio 1: 2 (CH 4 : O 2 ), all three relays 15, 16 and 17 are activated. Contact 17.1 of the third relay 17 closes the circuit of the telegraph key 24 of the transmitter 20 short. At the same time, the transmitter 20 sends a continuous QPSK signal of considerable duration into space, and the sound signaling device reproduces a continuous sound signal, characterizing the situation as “EXTREMELY DANGEROUS”.

Устройство может работать в следующих режимах:The device can operate in the following modes:

1. Дежурном, в котором совершаются непрерывное измерение величин контролируемых параметров и сравнение их с пороговыми значениями ПДК.1. The duty officer, in which continuous measurement of the values of the controlled parameters and their comparison with threshold values of the MPC are performed.

2. Режиме протоколирования: через заданные промежутки времени производится запись в энергонезависимую память устройства измеренного значения величин контролируемых параметров.2. Logging mode: at specified intervals, the measured value of the monitored parameters is recorded in the non-volatile memory of the device.

3. Режиме считывания информации: информация передается из запоминающего устройства на интерфейс компьютера.3. Information reading mode: information is transferred from the storage device to the computer interface.

4. Аварийном режиме. В аварийном режиме при превышении ПДК срабатывает тревожная сигнализация, и устройство переходит в режим дистанционной передачи тревожной информации на пункт контроля, размещенный в службе газовой безопасности.4. Emergency mode. In emergency mode, when the MPC is exceeded, an alarm is triggered, and the device enters the remote transmission of alarm information to a control point located in the gas safety service.

Блок питания устройства содержит резервный аккумулятор, что позволяет питать устройство длительное время при отключении внешнего питания. Калибровка прибора осуществляется в контрольной базовой камере.The power supply unit of the device contains a backup battery, which allows you to power the device for a long time when you turn off the external power. Calibration of the device is carried out in the control base camera.

Устройство может быть реализовано промышленным путем на базе известных элементов и блоков, на выпускаемых серийно комплектующих, таких как полупроводниковые газовые сенсоры фирмы ЗАО «Авангард -Микосенсор».The device can be implemented industrially on the basis of well-known elements and blocks, on commercially available components, such as semiconductor gas sensors manufactured by Avangard-Mikosensor CJSC.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения позволяет повысить помехоустойчивость и достоверность определения идентификационного номера помещения, здания, где произошла утечка опасных газов. Это достигается стабилизацией фазы опорного напряжения, выделяемого непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала, и устранения явления «обратной работы» второго типа. Причем частотный детектор обнаруживает момент возникновения явления «обратной работы» второго типа, а триггер и двойной балансный переключатель устраняют его. Все это позволяет своевременно принять эффективные меры, обеспечивающие снижение загазованности в жилых, коммунальных и производственных помещениях, путем достоверной передачи тревожной информации в службу газовой безопасности в случаях, если произойдет превышение установленного значения ПДК для метана СН4 и угарного газа СО или снижение содержания ниже предельного значения кислорода O2.Thus, the proposed device in comparison with the prototype and other technical solutions for a similar purpose can improve the noise immunity and reliability of determining the identification number of the room, building, where there was a leak of dangerous gases. This is achieved by stabilizing the phase of the reference voltage extracted directly from the received PSK signal, and eliminating the phenomenon of “reverse operation” of the second type. Moreover, the frequency detector detects the moment of occurrence of the phenomenon of "reverse work" of the second type, and the trigger and double balanced switch eliminate it. All this allows you to take effective measures in a timely manner to reduce gas contamination in residential, communal and industrial premises by reliably transmitting alarm information to the gas safety service in cases where the set MPC for methane CH 4 and carbon monoxide is exceeded or the content drops below the limit oxygen values of O 2 .

Claims (1)

Устройство для контроля концентрации опасных газов, содержащее датчики метана, угарного газа и кислорода, каждый из которых выполнен в виде полупроводникового газового сенсора и посредством последовательно соединенных усилителя сигналов, аналогового коммутатора и аналого-цифрового преобразователя связан с микро-ЭВМ, выходы которой соединены соответственно с входом запоминающего устройства, информационного табло, устройства тревожной сигнализации, интерфейсного устройства с персональным компьютером и устройства управления, выходы которого соединены соответственно с входом аналогового коммутатора и аналого-цифрового преобразователя, блок питания, к выходам которого подключены усилитель сигналов, аналоговый коммутатор, микро-ЭВМ, интерфейсное устройство с персональным компьютером, блок управления и часы, выход которых подключен к микро-ЭВМ, мультивибратор, передатчик, три обмотки реле, подключенные к соответствующим выходам микро-ЭВМ, и дистанционный пункт контроля, причем передатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, телеграфного ключа, усилителя мощности и передающей антенны, передатчик и мультивибратор через замыкающий контакт первого реле подключены к блоку питания, замыкающий контакт второго реле включен последовательно с резистором в одно из плеч мультивибратора, замыкающие контакты третьего реле и реле мультивибратора подключены параллельно телеграфному ключу передатчика, дистанционный пункт контроля выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого через гетеродин соединен с выходом блока перестройки, усилителя промежуточной частоты, удвоителя фазы, второго анализатора спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, ключа, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, фазового детектора и блока регистрации, к выходу удвоителя фазы последовательно подключены делитель фазы на два и узкополосный фильтр, к выходу порогового блока подключены звуковой сигнализатор и блок перестройки, отличающееся тем, что дистанционный пункт контроля снабжен частотным детектором, триггером и двойным балансным переключателем, причем к выходу узкополосного фильтра последовательно подключены частотный детектор, триггер и двойной балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра, а выход подключен к второму входу фазового детектора.A device for monitoring the concentration of hazardous gases, containing methane, carbon monoxide and oxygen sensors, each of which is made in the form of a semiconductor gas sensor and is connected via a series-connected signal amplifier, analog switch and analog-to-digital converter to a microcomputer, the outputs of which are connected respectively to input of the storage device, information board, alarm device, interface device with a personal computer and control device, outputs which is connected respectively to the input of the analog switch and analog-to-digital converter, a power supply, to the outputs of which are connected a signal amplifier, an analog switch, a microcomputer, an interface device with a personal computer, a control unit and a clock whose output is connected to the microcomputer, a multivibrator , a transmitter, three relay windings connected to the corresponding outputs of the microcomputer, and a remote control point, the transmitter being made in the form of a serially connected master oscillator, phase man a pulser, the second input of which is connected to the output of the modulating code generator, telegraph key, power amplifier and transmitting antenna, the transmitter and the multivibrator are connected to the power supply via the make contact of the first relay, the make contact of the second relay is connected in series with the resistor to one of the multivibrator arms, the make contacts the third relay and the multivibrator relay are connected in parallel with the telegraph key of the transmitter, the remote control point is made in the form of a series-connected receiving ant a high-frequency amplifier, a mixer, the second input of which is connected through the local oscillator to the output of the tuning block, the intermediate frequency amplifier, the phase doubler, the second spectrum analyzer, and the comparison unit, the second input of which is connected through the first spectrum analyzer to the output of the intermediate-frequency amplifier, threshold block, the second input of which through the delay line is connected to its output, a key, the second input of which is connected to the output of the intermediate frequency amplifier, phase detector and registration unit, to the output of the doubler a phase divider into two and a narrow-band filter are connected in series, a buzzer and a tuner are connected to the output of the threshold unit, characterized in that the remote monitoring station is equipped with a frequency detector, a trigger and a double balanced switch, and a frequency detector, a trigger is connected in series to the output of the narrow-band filter and a double balanced switch, the second input of which is connected to the output of the narrow-band filter, and the output is connected to the second input of the phase detector.
RU2015118889A 2015-05-19 2015-05-19 Device for control of concentration of dangerous gases RU2638915C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015118889A RU2638915C2 (en) 2015-05-19 2015-05-19 Device for control of concentration of dangerous gases

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015118889A RU2638915C2 (en) 2015-05-19 2015-05-19 Device for control of concentration of dangerous gases

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015118889A RU2015118889A (en) 2016-12-10
RU2638915C2 true RU2638915C2 (en) 2017-12-18

Family

ID=57759743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015118889A RU2638915C2 (en) 2015-05-19 2015-05-19 Device for control of concentration of dangerous gases

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2638915C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703173C1 (en) * 2018-07-20 2019-10-15 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий" Household gas consumption and leakage monitoring system in apartment buildings
RU2771452C1 (en) * 2021-04-08 2022-05-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) Carbon monoxide detector

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3127431A1 (en) * 1981-07-11 1983-02-03 Werner 4300 Essen Woelke Concentration-monitoring instruments, especially CH4-concentration monitoring instrument
RU2253108C1 (en) * 2004-03-22 2005-05-27 Брянская государственная инженерно-технологическая академия Device for controlling concentrations of dangerous gases
RU62706U1 (en) * 2007-01-09 2007-04-27 Саратовский военный институт радиационной, химической и биологической защиты (СВИРХБЗ) DEVICE FOR CONTROL OF HAZARDOUS GAS CONCENTRATIONS
RU96663U1 (en) * 2010-02-15 2010-08-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Экорос" GAS ANALYZER FOR MEASURING CONCENTRATIONS OF HARMFUL AND POLLUTING SUBSTANCES IN AIR
RU2411511C1 (en) * 2010-02-15 2011-02-10 Открытое акционерное общество "Авангард" Device for monitoring concentration of dangerous gases

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3127431A1 (en) * 1981-07-11 1983-02-03 Werner 4300 Essen Woelke Concentration-monitoring instruments, especially CH4-concentration monitoring instrument
RU2253108C1 (en) * 2004-03-22 2005-05-27 Брянская государственная инженерно-технологическая академия Device for controlling concentrations of dangerous gases
RU62706U1 (en) * 2007-01-09 2007-04-27 Саратовский военный институт радиационной, химической и биологической защиты (СВИРХБЗ) DEVICE FOR CONTROL OF HAZARDOUS GAS CONCENTRATIONS
RU96663U1 (en) * 2010-02-15 2010-08-10 Общество С Ограниченной Ответственностью "Экорос" GAS ANALYZER FOR MEASURING CONCENTRATIONS OF HARMFUL AND POLLUTING SUBSTANCES IN AIR
RU2411511C1 (en) * 2010-02-15 2011-02-10 Открытое акционерное общество "Авангард" Device for monitoring concentration of dangerous gases

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2703173C1 (en) * 2018-07-20 2019-10-15 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский университет Государственной противопожарной службы Министерства Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и ликвидации последствий стихийных бедствий" Household gas consumption and leakage monitoring system in apartment buildings
RU2771452C1 (en) * 2021-04-08 2022-05-04 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Научно-технологический центр уникального приборостроения Российской академии наук (НТЦ УП РАН) Carbon monoxide detector

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015118889A (en) 2016-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2411511C1 (en) Device for monitoring concentration of dangerous gases
US20090201152A1 (en) Anti-tamper cargo container locator system
EP2748566B1 (en) Radar level gauging with detection of moving surface
US20180031617A1 (en) Synchronized phasor measurement in power distribution networks
Pelka et al. Accurate radio distance estimation by phase measurements with multiple frequencies
US20150212205A1 (en) Dual differential doppler motion detection
EP2278346B1 (en) Electricity meter tampering detection
RU2638915C2 (en) Device for control of concentration of dangerous gases
US9148796B2 (en) Resilient antenna disturbance detector
US7460012B2 (en) Method and system for synchronizing geographically distributed RF sensors using a pair of RF triggering devices
US11700531B2 (en) System and method for phase manipulation attack protection and detection in AoA and AoD
US2996613A (en) Detector circuit
Wagner et al. FMCW system aspects for multipath environments
RU2537804C2 (en) Method for early detection of fire and device for its implementation
RU2414003C1 (en) Domestic gas flow and leakage control system in apartment buildings
RU2703173C1 (en) Household gas consumption and leakage monitoring system in apartment buildings
US4777658A (en) Emergency locating transmitter and receiver system
RU2533086C1 (en) Method of early fire detection and device for implementing method
US3118140A (en) Anti-jamming circuit
RU2310895C1 (en) Automated system for ecological and alarm monitoring of regional environment
RU2703366C1 (en) Method for early detection of fire and device for its implementation
RU2167451C1 (en) Device for broadcasting messages on flood or mud flow
RU2623983C2 (en) System for storage of hazardous chemicals
FR2350461A1 (en) Fire-damp remote measuring equipment - has detectors connected to circuit comparing representative frequencies successively with threshold value
RU2235364C1 (en) Device for notification about flash flood or mud flow

Legal Events

Date Code Title Description
HE9A Changing address for correspondence with an applicant
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180118