RU2679166C1

RU2679166C1 - Smoke detector

Info

Publication number: RU2679166C1
Application number: RU2017130129A
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Макаров
Original assignee: Макарова Надежда Ильинична
Priority date: 2017-08-24
Filing date: 2017-08-24
Publication date: 2019-02-06

Abstract

FIELD: fire safety.SUBSTANCE: invention relates to fire alarms, in particular to smoke detectors. Smoke detector comprises an emitter, a photodetector and a tubular reflector having a through hole with a mirror surface. Photodetector and the radiator are located in the entrance area into the through hole and face into the opening. Shape of the through hole in the longitudinal and transverse directions and the position of the radiator relative to the mirror surface and the photodetector are selected from the condition that the radiation from the radiator is not directed straight and after reflection from the mirror surface into the photodetector, and with the participation of the said mirror surface directed from the through hole to the outer space through the exit from the through hole. Smoke detection zone with a high energy density of radiation is formed, with the participation of a mirror surface, inside the through hole and in the exit zone thereof. Thus, a small-sized smoke detector with high sensitivity has been developed.EFFECT: due to the participation of the mirror surface in the irradiation of the photodetector, the range of the angles for recording the scattered radiation is widened.9 cl, 2 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Изобретение относится к пожарной сигнализации, а именно к датчикам дыма, предназначенным для использования в извещателях пожарных дымовых оптико-электронных точечных (ИПДОТ) для обнаружения загораний, сопровождающихся появлением дыма в закрытых помещениях различных зданий и сооружений, путем регистрации рассеянного частицами дыма оптического излучения.The invention relates to fire alarms, and in particular to smoke detectors intended for use in optical smoke detectors of optical optical electronic detectors (EITI) for detecting fires accompanied by the appearance of smoke in enclosed spaces of various buildings and structures by detecting optical radiation scattered by smoke particles.

Уровень техникиState of the art

Каждый известный ИПДОТ содержит датчик дыма, в который входят оптический излучатель и фотоприемник, оптическая связь между ними устанавливается только при попадании частичек дыма в зону обнаружения дыма. Зона обнаружения дыма представляет собой пространство, пронизанное излучением от оптического излучателя, находящееся в поле зрения фотоприемника. Особенностью зоны обнаружения дыма является то, что при попадании частички дыма в любую точку ее пространства часть рассеянного ею светового излучения попадает в фотоприемник. Датчик дыма размещен в корпусе ИПДОТ, который обеспечивает поступление дыма в зону обнаружения дыма извне, при его наличии в окружающем ИПДОТ пространстве.Each known EITI contains a smoke detector, which includes an optical emitter and a photodetector, the optical connection between them is established only when particles of smoke get into the smoke detection zone. The smoke detection zone is a space penetrated by radiation from an optical emitter, located in the field of view of the photodetector. A feature of the smoke detection zone is that when a smoke particle enters anywhere in its space, part of the light scattered by it enters the photodetector. The smoke sensor is located in the EITI housing, which ensures the flow of smoke into the smoke detection zone from the outside, if it is present in the surrounding EITI.

Известен датчик дыма (авт. св. СССР №1264220, МПК G08B 17/10, опубл. 1986), который содержит корпус с установленными под углом друг к другу фотоприемником и излучателем, обращенным к внутренней поверхности зеркального отражателя, выполненного в виде полого усеченного прямого конуса, при этом фотоприемник обращен к меньшему сечению полого усеченного прямого конуса, ось которого совмещена с осью фотоприемника, а излучатель обращен к большему сечению полого усеченного прямого конуса, причем угол ϕ между осью полого усеченного прямого конуса и осью излучателя равен ϕ.A known smoke sensor (ed. St. USSR No. 1264220, IPC G08B 17/10, publ. 1986), which contains a housing with an angle-mounted photodetector and emitter facing the inner surface of the mirror reflector, made in the form of a hollow truncated straight line cone, while the photodetector is facing a smaller cross section of a hollow truncated straight cone, the axis of which is aligned with the axis of the photodetector, and the emitter is facing a larger section of a hollow truncated straight cone, and the angle ϕ between the axis of the hollow truncated straight cone and the axis ents equals φ.

Наиболее близким к предложенному изобретению является, выбранный в качестве прототипа датчик дыма (патент RU №2037883, МПК G08B 17/10, опубл. 19.06.1995 г.). Датчик содержит корпус, в котором размещены излучатель с установленной перед ним первой фокусирующей линзой, их оптические оси совмещены, фотоприемник, отражатель, выполненный в виде полого усеченного конуса, внутренняя поверхность которого выполнена зеркальной. Плоскость основания конусного отражателя представляет собой эллиптическую поверхность, угол между этой плоскостью и оптической осью излучателя исключает попадание прямого излучения от излучателя в фотоприемник. Геометрическая ось полого усеченного конуса совмещена с оптической осью фотоприемника и расположена под углом к оптической оси излучателя, обеспечивающим более полную регистрацию рассеянного излучения, направленного вперед, при этом в месте малого кругового сечения конусного отражателя перед фотоприемником установлена вторая фокусирующая линза. Датчик снабжен сферическим отражателем, вогнутая сторона которого обращена к отражателю, выполненному конусным, а фокус его находится в центре эллиптического сечения конусного отражателя.Closest to the proposed invention is a smoke detector selected as a prototype (patent RU No. 2037883, IPC G08B 17/10, publ. 06/19/1995). The sensor contains a housing in which the emitter is placed with the first focusing lens installed in front of it, their optical axes are aligned, a photodetector, a reflector made in the form of a hollow truncated cone, the inner surface of which is made mirrored. The base plane of the conical reflector is an elliptical surface, the angle between this plane and the optical axis of the emitter prevents direct radiation from the emitter from entering the photodetector. The geometric axis of the hollow truncated cone is aligned with the optical axis of the photodetector and is located at an angle to the optical axis of the emitter, providing more complete registration of the scattered radiation directed forward, while a second focusing lens is installed in front of the photodetector in the place of a small circular cross section of the cone reflector. The sensor is equipped with a spherical reflector, the concave side of which is directed to the conical reflector, and its focus is in the center of the elliptical section of the conical reflector.

Для размещения, в соответствии с предлагаемой оптической схемой, упомянутых оптических элементов, корпус датчика дыма, следовательно, и корпус ИПДОТ, должны иметь достаточно большие габаритные размеры и сложную конструкцию. Т.е. описанное выше техническое решение не позволяет создать недорогой малогабаритный датчик дыма.To accommodate, in accordance with the proposed optical design, the mentioned optical elements, the smoke detector housing, therefore, and the EITI housing, must have sufficiently large overall dimensions and a complex structure. Those. The technical solution described above does not allow the creation of an inexpensive small-sized smoke detector.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Техническая задача, положенная в основу предлагаемого технического решения, заключается в создании малогабаритного датчика дыма, с высокой чувствительностью обнаружения дыма.The technical problem underlying the proposed technical solution is to create a small-sized smoke sensor, with high sensitivity of smoke detection.

Решение этой задачи достигнуто признаками независимого пункта формулы изобретения.The solution to this problem is achieved by the features of an independent claim.

Это достигается тем, что в датчике дыма, содержащем излучатель, фотоприемник и трубчатый отражатель, имеющий сквозное отверстие с зеркальной поверхностью, фотоприемник и излучатель размещены в зоне входа в сквозное отверстие и обращены внутрь отверстия, форма сквозного отверстия в продольном и поперечном направлениях и положение излучателя относительно зеркальной поверхности и фотоприемника выбраны из условия, что излучение от излучателя не направлено прямо и после отражения от зеркальной поверхности в фотоприемник, а с участием упомянутой зеркальной поверхности направлено из сквозного отверстия во внешнее пространство через выход из сквозного отверстия.This is achieved by the fact that in a smoke detector containing an emitter, a photodetector and a tube reflector having a through hole with a mirror surface, the photodetector and emitter are located in the entrance area of the through hole and face the hole, the shape of the through hole in the longitudinal and transverse directions and the position of the emitter relative to the mirror surface and the photodetector, we selected from the condition that the radiation from the emitter is not directed directly and after reflection from the mirror surface to the photodetector, but with the participation of removed mirror surface is directed from the through hole into the outer space through the exit from the through hole.

В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму цилиндра.In the particular case of the invention, the through hole has the shape of a cylinder.

В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму призмы.In the particular case of the invention, the through hole has the shape of a prism.

В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму усеченного конуса, диаметр отверстия увеличивается от входа в отверстие к выходу из него.In the particular case of the invention, the through hole has the shape of a truncated cone, the diameter of the hole increases from the entrance to the hole to the exit from it.

В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму усеченного конуса, диаметр отверстия уменьшается от входа в отверстие к выходу из него.In the particular case of the invention, the through hole has the shape of a truncated cone, the diameter of the hole decreases from the entrance to the hole to the exit from it.

В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму усеченной пирамиды, размеры поперечного сечения отверстия увеличиваются от входа в отверстие к выходу из него.In the particular case of the invention, the through hole has the shape of a truncated pyramid, the dimensions of the cross section of the hole increase from the entrance to the hole to the exit from it.

В частном случае выполнения изобретения сквозное отверстие имеет форму усеченной пирамиды, размеры поперечного сечения отверстия уменьшаются от входа в отверстие к выходу из него.In the particular case of the invention, the through hole has the shape of a truncated pyramid, the dimensions of the cross section of the hole are reduced from the entrance to the hole to the exit from it.

Выполнение сквозного отверстия в форме цилиндра является предпочтительным. Все остальные предлагаемые формы сквозного отверстия позволяют выбрать наиболее технологичный вариант изготовления трубчатого отражателя.The implementation of a through hole in the form of a cylinder is preferred. All other proposed through hole shapes allow you to choose the most technologically advanced option for manufacturing a tubular reflector.

В частном случае выполнения изобретения в зоне входа в сквозное отверстие в стенке трубчатого отражателя имеется отверстие для размещения излучателя.In the particular case of the invention, in the zone of entry into the through hole in the wall of the tubular reflector there is an opening for accommodating the emitter.

В частном случае выполнения изобретения излучатель оснащен, по меньшей мере, одной диафрагмой.In the particular case of the invention, the emitter is equipped with at least one diaphragm.

Форму сквозного отверстия в продольном и поперечном направлениях выбирают из условия, что каждый оптический луч, кроме лучей, рассеянных частичками дыма, после отражения от зеркальной поверхности находится ближе к выходу из сквозного отверстия, чем плоскость поперечного сечения сквозного отверстия, проходящая через точку отражения этого луча, т.е. излучение от излучателя, с участием зеркальной поверхности, направлено из сквозного отверстия во внешнее пространство через выход из сквозного отверстия.The shape of the through hole in the longitudinal and transverse directions is selected from the condition that each optical beam, except for the rays scattered by smoke particles, after reflection from the mirror surface is closer to the exit from the through hole than the plane of the cross section of the through hole passing through the reflection point of this beam , i.e. radiation from the emitter, with the participation of the mirror surface, is directed from the through hole to the outer space through the exit from the through hole.

Совокупность существенных признаков позволяет сформировать зону обнаружения дыма внутри сквозного отверстия и в зоне выхода из него, в ее формировании участвуют лучи, идущие как непосредственно от излучателя, так и лучи от излучателя, подвергшиеся отражению и последовательному переотражению зеркальной поверхностью. В сформированной таким образом зоне обнаружения дыма получена высокая плотность энергии излучения. Фотоприемник облучается излучением, рассеянным частичками дыма, идущим как непосредственно от частичек дыма, так и излучением, рассеянным частичками дыма, подвергшимся отражению и последовательному переотражению зеркальной поверхностью. За счет участия зеркальной поверхности в облучении фотоприемника расширен диапазон углов регистрации рассеянного излучения.The combination of essential features makes it possible to form a smoke detection zone inside the through hole and in the exit zone from it; in its formation, rays coming both directly from the emitter and rays from the emitter subjected to reflection and successive reflection by the mirror surface. In the smoke detection zone thus formed, a high radiation energy density is obtained. The photodetector is irradiated with radiation scattered by smoke particles coming directly from the smoke particles, and radiation scattered by smoke particles subjected to reflection and successive reflection by a mirror surface. Due to the participation of the mirror surface in the irradiation of the photodetector, the range of angles of registration of scattered radiation is expanded.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 и 2 показаны примеры взаимного расположения оптических элементов в датчиках дыма;The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 and 2 show examples of relative positions of optical elements in smoke detectors;

На фиг. 1 и 2 показан пример образования оптической связи излучателя с фотоприемником при попадании в зону обнаружения дыма частичек дыма. Оптическая связь показана стрелками, обозначающими траектории световых лучей.In FIG. Figures 1 and 2 show an example of the formation of the optical coupling between the emitter and the photodetector when smoke particles enter the smoke detection zone. Optical communication is shown by arrows indicating the trajectories of light rays.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Датчик дыма (фиг. 1 и фиг. 2) содержит излучатель 1, фотоприемник 2 и трубчатый отражатель 3 со сквозным отверстием и обращенной внутрь отверстия зеркальной поверхностью 4, и отверстием 5 (фиг. 2), выполненным в стенке трубчатого отражателя 3. Сквозное отверстие имеет зону входа 6 и выход 7. На фиг. 1 и 2 для пояснения работы датчика дыма условно показаны две частички дыма, обозначенные позициями 8 и 9. Т.к. датчик дыма предназначен для использования в ИПДОТ, он может не иметь корпуса - его оптические элементы крепятся к деталям, входящим в ИПДОТ.The smoke detector (Fig. 1 and Fig. 2) contains an emitter 1, a photodetector 2 and a tube reflector 3 with a through hole and a mirror surface 4 facing the inside of the hole, and a hole 5 (Fig. 2) made in the wall of the tube reflector 3. A through hole has an entry zone 6 and an exit 7. In FIG. 1 and 2, to explain the operation of the smoke detector, two smoke particles are conventionally shown, indicated by positions 8 and 9. Since The smoke detector is designed for use in the EITI, it may not have a housing - its optical elements are attached to the parts included in the EITI.

Излучатель 1 генерирует пучок лучей, который направлен внутрь сквозного отверстия. Часть лучей беспрепятственно покидает внутреннее пространство отверстия через выход 7 из него, а остальные лучи, упав на зеркальную поверхность 4, покидают упомянутое пространство через выход 7 после отражения и последовательного переотражения от этой поверхности.The emitter 1 generates a beam of rays, which is directed inside the through hole. Some of the rays freely leave the inner space of the hole through the exit 7 from it, and the remaining rays, having fallen on the mirror surface 4, leave the mentioned space through the exit 7 after reflection and successive re-reflection from this surface.

В поле зрения фотоприемника 2 находится как внутреннее пространство сквозного отверстия, так и зеркальная поверхность 4, обращенная внутрь отверстия. При отсутствии частичек дыма во внутреннем пространстве сквозного отверстия и в зоне выхода 7 из него, которая так же находится в поле зрения фотоприемника 2 и пронизана лучами от излучателя 1, т.е. в зоне обнаружения дыма, фотоприемник 2 выдает минимальный сигнал фоновой засветки.In the field of view of the photodetector 2, there is both the internal space of the through hole and the mirror surface 4 facing the inside of the hole. In the absence of smoke particles in the inner space of the through hole and in the exit zone 7 from it, which is also in the field of view of the photodetector 2 and is penetrated by rays from the emitter 1, i.e. in the smoke detection zone, photodetector 2 provides a minimum background illumination signal.

Фоновая засветка фотоприемника 2 - облучение фотоприемника 2 отраженными и переотраженными деталями датчика дыма и деталями корпуса ИПДОТ излучением от излучателя 1, и излучением, поступающим из окружающего ИПДОТ пространства. Предлагаемое техническое решение обеспечивает низкий уровень фоновой засветки за счет того, что она возможна только со стороны выхода 7 из сквозного отверстия.The background illumination of the photodetector 2 is the irradiation of the photodetector 2 with the reflected and reflected parts of the smoke sensor and parts of the EITI housing with radiation from the emitter 1, and with radiation coming from the surrounding EITI space. The proposed technical solution provides a low level of background illumination due to the fact that it is possible only from the outlet 7 from the through hole.

При попадании в зону обнаружения дыма частичек дыма 8 и 9 излучение от излучателя 1 частично рассеивается ими во всех направлениях, и при условии, что сквозное отверстие имеет форму цилиндра (частный случай), 50% рассеянного излучения направляется, с участием зеркальной поверхности 4, в сторону фотоприемника 2, размещенного в зоне входа 6 в сквозное отверстие. Часть (от 50%) рассеянного излучения, направленного в сторону фотоприемника 2, падает на чувствительную поверхность фотоприемника 2, причем размер этой части зависит от угла чувствительности фотоприемника 2 и соотношения площади чувствительной поверхности фотоприемника 2 и площади поперечного сечения сквозного отверстия.When smoke particles 8 and 9 fall into the smoke detection zone, radiation from the emitter 1 is partially scattered by them in all directions, and provided that the through hole has the shape of a cylinder (a special case), 50% of the scattered radiation is directed, with the participation of the mirror surface 4, to the side of the photodetector 2, located in the zone of entry 6 into the through hole. A part (from 50%) of the scattered radiation directed towards the photodetector 2 falls on the sensitive surface of the photodetector 2, and the size of this part depends on the sensitivity angle of the photodetector 2 and the ratio of the sensitive surface area of the photodetector 2 and the cross-sectional area of the through hole.

Облучение чувствительной поверхности фотоприемника 2 рассеянным излучением вызывает в фотоприемнике 2 генерацию электрического сигнала. Величина этого сигнала пропорциональна силе облучения фотоприемника 2. При достижении электрическим сигналом определенной величины электрическая схема ИПДОТ вырабатывает сигнал «пожар».Irradiating the sensitive surface of the photodetector 2 with scattered radiation causes the generation of an electrical signal in the photodetector 2. The magnitude of this signal is proportional to the irradiation power of the photodetector 2. When the electric signal reaches a certain value, the EITI electric circuit generates a “fire” signal.

При реализации датчика дыма в качестве излучателя 1 можно применить светодиод LED-3033URC-700 mcd, предлагаемый компанией PHILEDS (красный 625 nm, 400-700 mcd, угол 100°, цилиндр, диаметр 3 мм, высота 6,1 мм, без фланца), надев на его корпус, не закрывая линзу, тонкостенную трубку из непрозрачного материала, которая может выполнять функции диафрагмы.When implementing a smoke sensor as emitter 1, you can use the LED-3033URC-700 mcd, offered by PHILEDS (red 625 nm, 400-700 mcd, angle 100 °, cylinder, diameter 3 mm, height 6.1 mm, without flange) putting on its body, without closing the lens, a thin-walled tube of opaque material, which can perform the functions of a diaphragm.

При реализации датчика дыма в качестве фотоприемника 2 можно использовать фотодиод BPW34, выпускаемый фирмой Silicon Laboratories (430-1100 nm, площадь чувствительной поверхности 7,5 мм², угол половинной чувствительности равен ±65°). Подходит для видимого и ближнего ИК-излучения.When implementing a smoke sensor as a photodetector 2, you can use a BPW34 photodiode manufactured by Silicon Laboratories (430-1100 nm, the sensitive surface area is 7.5 mm ² , the angle of half sensitivity is ± 65 °). Suitable for visible and near infrared radiation.

Изложенное выше техническое решение позволяет создать малогабаритный датчик дыма с высокой чувствительностью обнаружения дыма. Это достигается за счет упрощения его конструкции по отношению к прототипу, высокой плотности энергии излучения в зоне обнаружения дыма и расширения диапазона углов регистрации рассеянного излучения.The above technical solution allows you to create a small-sized smoke sensor with high sensitivity for smoke detection. This is achieved by simplifying its design with respect to the prototype, a high radiation energy density in the smoke detection zone and expanding the range of angles of scattered radiation registration.

Claims

1. A smoke detector comprising a radiator, a photodetector and a tube reflector having a through hole with a mirror surface, characterized in that the photodetector and emitter are located in the entrance area of the through hole and face the hole, the shape of the through hole in the longitudinal and transverse directions and the position of the emitter relative to the mirror surface and the photodetector, we selected from the condition that the radiation from the emitter is not directed directly and after reflection from the mirror surface to the photodetector, but with participation Second mirror surface directed from the through holes to the external space through the outlet of the through hole.

2. The smoke detector according to claim 1, characterized in that the through hole has the shape of a cylinder.

3. The smoke detector according to claim 1, characterized in that the through hole has the shape of a prism.

4. The smoke detector according to claim 1, characterized in that the through hole has the shape of a truncated cone, the diameter of the hole increases from the entrance to the opening to the exit from it.

5. The smoke sensor according to claim 1, characterized in that the through hole has the shape of a truncated cone, the diameter of the hole decreases from the entrance to the hole to the exit from it.

6. The smoke detector according to claim 1, characterized in that the through hole has the shape of a truncated pyramid, the dimensions of the cross section of the hole increase from the entrance to the opening to the exit from it.

7. The smoke detector according to claim 1, characterized in that the through hole has the shape of a truncated pyramid, the dimensions of the cross section of the hole are reduced from the entrance to the opening to the exit from it.

8. The smoke detector according to claim 1, characterized in that in the zone of entry into the through hole in the wall of the tubular reflector there is an opening for accommodating the emitter.

9. The smoke detector according to claim 1, characterized in that the emitter is equipped with at least one diaphragm.