RU2784708C1 - Method for determining smoke arrival direction - Google Patents

Method for determining smoke arrival direction Download PDF

Info

Publication number
RU2784708C1
RU2784708C1 RU2022126000A RU2022126000A RU2784708C1 RU 2784708 C1 RU2784708 C1 RU 2784708C1 RU 2022126000 A RU2022126000 A RU 2022126000A RU 2022126000 A RU2022126000 A RU 2022126000A RU 2784708 C1 RU2784708 C1 RU 2784708C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
smoke
arrival
measuring channels
measuring
channels
Prior art date
Application number
RU2022126000A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Георгиевич Саутин
Борис Александрович Ларионов
Владимир Андреевич Палько
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "МЕТРОСПЕЦТЕХНИКА"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "МЕТРОСПЕЦТЕХНИКА" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "МЕТРОСПЕЦТЕХНИКА"
Application granted granted Critical
Publication of RU2784708C1 publication Critical patent/RU2784708C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: fire alarm systems.
SUBSTANCE: invention relates to fire alarm systems. The method includes the presence of several measurement channels associated with the reference channel. Measuring channels are located in space at an equal distance from the common center. Initially, the signal amplitudes in the measuring channels are isolated. To establish the direction of the arrival of smoke, a total signal is formed in vector form and, based on the results of determining the angle of orientation of such a vector in space, the localization of the smoke source is established.
EFFECT: invention makes it possible to determine the direction of smoke arrival when a fire is detected.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к приборостроению, а именно к устройствам измерения оптической плотности газовой среды. Более конкретно, изобретение относится к системам пожарной сигнализации и может быть использовано в дымовых и комбинированных аналоговых пожарных извещателях или в других устройствах, где требуется измерение плотности оптической среды.The invention relates to instrumentation, and in particular to devices for measuring the optical density of a gaseous medium. More specifically, the invention relates to fire alarm systems and can be used in smoke and combined analog fire detectors or in other devices where measurement of the density of the optical medium is required.

Из уровня техники известны конструкции оптико-электронных точечных датчиков измерения оптической плотности среды, содержащие несколько оптических каналов, использующих эффект поглощения света этими частицами (см., например, патенты РФ № №162728, 2618476 «Способ измерения оптической плотности среды»). К недостаткам таких датчиков следует отнести отсутствие возможности определения направления прихода дыма, которое можно использовать для локализации места возгорания и построения оптимального маршрута для эвакуации людей.The prior art designs of optical-electronic point sensors for measuring the optical density of a medium, containing several optical channels that use the effect of light absorption by these particles (see, for example, RF patents No. 162728, 2618476 "Method of measuring the optical density of the medium"). The disadvantages of such sensors include the inability to determine the direction of the arrival of smoke, which can be used to localize the place of fire and build the optimal route for evacuating people.

Задача, решаемая при разработке заявленного изобретения, состоит в использовании анализа пространственного распределения оптической плотности среды во времени, с целью кроме установления факта наличии задымленности, дополнительно определять направление прихода дыма. Технический результат, достигнутый при решении такой задачи, состоит в обеспечении возможности определения направления прихода дыма при обнаружении пожара и, как следствие, в повышении возможностей выявления и локализации источника возгорания.The task to be solved in the development of the claimed invention is to use the analysis of the spatial distribution of the optical density of the medium in time, in order to, in addition to establishing the presence of smoke, additionally determine the direction of smoke arrival. The technical result achieved in solving such a problem is to provide the ability to determine the direction of the arrival of smoke when a fire is detected and, as a result, to increase the ability to identify and localize the source of ignition.

Для достижения поставленного результата предлагается способ определения направления прихода дыма при измерении оптической плотности среды, включающий наличие нескольких измерительных каналов, связанных с опорным каналом, при этом измерительные каналы расположены в пространстве на равном расстоянии от общего центра, при котором первоначально выделяют амплитуды сигналов в измерительных каналах, для определения оптической плотности среды сравнивают максимальную из таких амплитуд со значением сигнала в опорном канале и, при превышении порога по результатам сравнения, формируют результаты измерения для установления факта наличия дыма, а для установления направления прихода такого дыма формируют суммарный сигнал в векторной форме и, по результатам определения угла ориентации такого вектора в пространстве, устанавливают локализацию источника дыма.To achieve the stated result, a method is proposed for determining the direction of smoke arrival when measuring the optical density of a medium, including the presence of several measuring channels associated with the reference channel, while the measuring channels are located in space at an equal distance from a common center, at which the signal amplitudes in the measuring channels are initially isolated , to determine the optical density of the medium, the maximum of these amplitudes is compared with the value of the signal in the reference channel and, if the threshold is exceeded according to the results of the comparison, the measurement results are formed to establish the presence of smoke, and to establish the direction of arrival of such smoke, the total signal is formed in vector form and, based on the results of determining the orientation angle of such a vector in space, the localization of the smoke source is established.

Каналы могут состоять из светоизлучающего элемента и фотоприемника, помещенных в закрытую диафрагму и/или быть расположены по окружности, например, под углом 120° друг к другу.The channels may consist of a light emitting element and a photodetector placed in a closed diaphragm and/or arranged in a circle, for example at an angle of 120° to each other.

По существу, заявленный способ основан на выявлении максимума пространственного распределения оптической плотности сред с дымом, и использовании этого фактора при получении направления прихода дыма.Essentially, the claimed method is based on identifying the maximum spatial distribution of the optical density of media with smoke, and using this factor to obtain the direction of smoke arrival.

Идеология заявленного способа основана на учете физических свойств дыма, распространяющегося в восходящих потоках воздуха и поступающих в соответствующий датчик с разных сторон и с разной интенсивностью. Установление прихода дыма, таким образом, позволяет определять направление, указывающее на источник возгорания.The ideology of the claimed method is based on taking into account the physical properties of smoke propagating in ascending air currents and entering the corresponding sensor from different directions and with different intensities. Establishing the arrival of smoke, thus, allows you to determine the direction indicating the source of ignition.

Принцип реализации заявленного способа поясняется на основании условной схемы точечного оптико-электронного дымового датчика (фиг.1), общего вида такого датчика в разрезе (фиг.2), а также векторной диаграммой, поясняющей принцип определения направления прихода дыма (фиг.3).The principle of implementation of the claimed method is explained on the basis of a conventional diagram of a point optoelectronic smoke sensor (figure 1), a general view of such a sensor in section (figure 2), as well as a vector diagram explaining the principle of determining the direction of smoke arrival (figure 3).

Нижеследующее подробное описание содержит обоснование возможности достижения поставленного результата, при этом такой пример ни в коей мере не ограничивает объем притязаний, определенный формулой изобретения, а лишь иллюстрирует возможность применения заявленного способа в системах пожарной сигнализации.The following detailed description contains a justification for the possibility of achieving the set result, while such an example in no way limits the scope of the claims defined by the claims, but only illustrates the possibility of applying the claimed method in fire alarm systems.

Заявленный способ реализуется посредством по меньшей мере одного датчика, установленного в заданной зоне контроля, состоящего из микроконтроллера 1, первый выход которого подключен к первому управляющему входу генератора тока 2, а второй - к интерфейсному устройству 3, с помощью которого через шину подключения 4 осуществляется передача данных измерения на внешнее устройство 5 и производится получение внешнего электропитания. К входу микроконтроллера 1 подключены выходы аналого-цифровых преобразователей 6-1, 6-2, 6-3, входы которых, в свою очередь, соединены с фотоприемниками измерительных каналов 7-1, 7-2, 7-3 через преобразователи ток-напряжение 8-1, 8-2, 8-3. Фотоприемник опорного канала 9 через преобразователь ток-напряжение 10 подключен к инвертирующему входу усилителя сигнала ошибки 11, к неинвертирующему входу которого подключен источник опорного напряжения 12. Выход усилителя сигнала ошибки 11 подключен ко второму управляющему входу генератора тока 2, выход которого соединен с последовательно-соединенными светоизлучающими элементами 13-1, 13-2, 13-3 измерительных каналов и 14 - опорного. Светоизлучающий элемент 14 совместно с фотоприемником опорного канала 9 размещен в светоизолированной камере 15. Светоизлучающие элементы измерительных каналов 13-1, 13-2, 13-3 помещены в закрытую диафрагму 16, фотоприемники измерительных каналов 7-1, 7-2, 7-3 помещены в закрытую диафрагму 17, а между ними размещена открытая диафрагма 18. The claimed method is implemented by at least one sensor installed in a given control zone, consisting of a microcontroller 1, the first output of which is connected to the first control input of the current generator 2, and the second to the interface device 3, through which the transmission is carried out through the connection bus 4 measurement data to the external device 5 and an external power supply is obtained. The outputs of analog-to-digital converters 6-1, 6-2, 6-3 are connected to the input of the microcontroller 1, the inputs of which, in turn, are connected to the photodetectors of the measuring channels 7-1, 7-2, 7-3 through current-voltage converters 8-1, 8-2, 8-3. Reference channel photodetector 9 is connected through current-voltage converter 10 to the inverting input of error signal amplifier 11, to the non-inverting input of which a reference voltage source 12 is connected. The output of error signal amplifier 11 is connected to the second control input of current generator 2, the output of which is connected to light-emitting elements 13-1, 13-2, 13-3 measuring channels and 14 - reference. The light-emitting element 14, together with the photodetector of the reference channel 9, is placed in a light-insulated chamber 15. The light-emitting elements of the measuring channels 13-1, 13-2, 13-3 are placed in a closed diaphragm 16, the photodetectors of the measuring channels 7-1, 7-2, 7-3 placed in a closed diaphragm 17, and between them is placed an open diaphragm 18.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Микроконтроллер 1 с заданной периодичностью дает разрешение на включение генератора тока 2, при этом одновременно включаются светоизлучающие элементы 13-1, 13-2, 13-3 измерительных каналов и светоизлучающий элемент 14 опорного канала. Световой поток от светоизлучающего элемента 14 попадает на фотоприемник опорного канала 9, а генерируемый им при этом ток преобразуется в напряжение вторым преобразователем ток-напряжение 10, с выхода которого напряжение, пропорциональное мощности светового потока, подается на усилитель сигнала ошибки 11, где этот сигнал сравнивается с порогом, поступающим от источника опорного напряжения 12. В зависимости от того, сигнал от фотоприемника больше или меньше опорного напряжения, усилитель сигнала ошибки 11 формирует напряжение управления на изменение генератором тока 2 генерируемого тока на уменьшение или увеличение, соответственно. Таким образом, за счет работы замкнутой петли регулирования, по сигналу фотоприемника 9 происходит стабилизация уровня мощности светового потока от светоизлучающего элемента опорного канала 14, соответствующего уровню порогового напряжения на входе усилителя сигнала ошибки 10.The microcontroller 1 at a predetermined interval gives permission to turn on the current generator 2, while simultaneously turning on the light emitting elements 13-1, 13-2, 13-3 of the measuring channels and the light emitting element 14 of the reference channel. The light flux from the light emitting element 14 enters the photodetector of the reference channel 9, and the current generated by it is converted into voltage by the second current-voltage converter 10, from the output of which a voltage proportional to the power of the light flux is fed to the error signal amplifier 11, where this signal is compared with a threshold coming from the reference voltage source 12. Depending on whether the signal from the photodetector is greater or less than the reference voltage, the error signal amplifier 11 generates a control voltage for changing the generated current by the current generator 2 to decrease or increase, respectively. Thus, due to the operation of a closed control loop, the signal of the photodetector 9 stabilizes the power level of the light flux from the light-emitting element of the reference channel 14, corresponding to the threshold voltage level at the input of the error signal amplifier 10.

Так как ток, протекающий через светоизлучающие элементы измерительных каналов 13-1, 13-2, 13-3, равен току, протекающему через светоизлучающий элемент опорного канала 14 за счет их последовательного соединения, то приведенная к выходу соответствующих фотоприемников мощность излучения в измерительных каналах также стабилизируется. Полученные таким образом стабильные по мощности излучения в измерительных каналах световые потоки, проходя через систему диафрагм 16, 17, 18, где происходит их фильтрация от отраженных лучей, попадают на фотоприемники измерительных каналов 7-1, 7-2, 7-3, с выходов которых сгенерированные фототоки преобразуются в напряжение в преобразователях ток-напряжение 8-1, 8-2. 8-3. Далее сигналы подвергаются оцифровке в аналого-цифровых преобразователях 6-1, 6-2, 6-3 и поступают в микроконтроллер 1 для математической обработки, где плотность оптической среды оценивается математически по величине относительного уменьшения уровня мощности светового потока.Since the current flowing through the light-emitting elements of the measuring channels 13-1, 13-2, 13-3 is equal to the current flowing through the light-emitting element of the reference channel 14 due to their series connection, the radiation power reduced to the output of the corresponding photodetectors in the measuring channels is also stabilizes. The light fluxes thus obtained, stable in terms of radiation power in the measuring channels, passing through the system of diaphragms 16, 17, 18, where they are filtered from the reflected rays, fall on the photodetectors of the measuring channels 7-1, 7-2, 7-3, from the outputs which the generated photocurrents are converted into voltage in the current-voltage converters 8-1, 8-2. 8-3. Next, the signals are digitized in analog-to-digital converters 6-1, 6-2, 6-3 and enter the microcontroller 1 for mathematical processing, where the density of the optical medium is estimated mathematically by the relative decrease in the power level of the light flux.

Оптическая плотность среды, определяемая в каждом из измерительных каналов ρ1, ρ2 … ρN по формуле:The optical density of the medium, determined in each of the measuring channels ρ 1 , ρ 2 ... ρ N by the formula:

ρ1=10/l⋅log(U01 / U1); ρ2=10/l⋅log(U02 / U2) … ρN=10/l⋅log(U0N / UN), дБ/м, где:ρ 1 =10/l⋅log(U 01 / U 1 ); ρ 2 =10/l⋅log(U 02 / U 2 ) … ρ N =10/l⋅log(U 0N / U N ), dB/m, where:

l - оптическая длина измерительного канала, м;l - optical length of the measuring channel, m;

U01, U02 … U0N, соответственно - напряжение, пропорциональное потоку излучения при отсутствии дыма в соответствующем измерительном канале, В;U 01 , U 02 ... U 0N , respectively - voltage proportional to the radiation flux in the absence of smoke in the corresponding measuring channel, V;

U1, U2 … UN, соответственно - напряжение, пропорциональное потоку излучения в задымленной среде в соответствующем измерительном канале, В.U 1 , U 2 ... U N , respectively - voltage proportional to the radiation flux in a smoky environment in the corresponding measuring channel, V.

Для формирования сигнала, содержащего информацию о направлении прихода дыма, формируется суммарный сигнал ρ в векторной форме:To form a signal containing information about the direction of smoke arrival, the total signal ρ is formed in vector form:

Figure 00000001
Figure 00000001

где

Figure 00000002
– векторы по модулю, соответствующие измеренным оптическим плотностям ρ1, ρ2, ρN, имеющие взаимную пространственную ориентацию с одинаковым друг относительно друга углом между ними. Направление прихода дыма определяется как угол ϕ между суммарным вектором ρ и вектором N ориентации установки датчика в соответствующей зоне его контроля (фиг.3).where
Figure 00000002
are the modulo vectors corresponding to the measured optical densities ρ 1 , ρ 2 , ρ N , having a mutual spatial orientation with the same relative to each other angle between them. The direction of the arrival of smoke is defined as the angle ϕ between the total vector ρ and the orientation vector N of the sensor installation in the corresponding zone of its control (figure 3).

В отсутствие возгорания значения ρ1, ρ2, ρN близки к нулю, но при возникновении горения, когда оптическая плотность среды намного меньше порога обнаружения пожара, их величины быстро растут и при превышении некоторого порога формируется сигнал предупреждения о начале пожара и дается разрешение на выдачу результатов измерения направления прихода дыма. Результаты измерения ϕ, ρ1, ρ2, ρN и сигнал предупреждения через интерфейсное устройство 3 через шину подключения 4 передаются на внешнее устройство 5.In the absence of ignition, the values of ρ 1 , ρ 2 , ρ N are close to zero, but when combustion occurs, when the optical density of the medium is much less than the fire detection threshold, their values increase rapidly and, when a certain threshold is exceeded, a warning signal is generated about the start of a fire and permission is given to fire. issuing the results of measuring the direction of smoke arrival. The measurement results ϕ, ρ 1 , ρ 2 , ρ N and the warning signal through the interface device 3 through the connection bus 4 are transmitted to the external device 5.

Подытоживая, заявленный способ определения прихода дыма при использовании нескольких приведенных многоканальных датчиков, разнесенных в пространстве, позволяет системе обнаружения пожара точно локализовать источник возгорания.Summing up, the claimed method for determining the arrival of smoke using several of the above multi-channel sensors spaced apart in space allows the fire detection system to accurately localize the source of ignition.

Claims (3)

1. Способ определения направления прихода дыма при измерении оптической плотности среды, включающий наличие нескольких измерительных каналов, связанных с опорным каналом, при этом измерительные каналы расположены в пространстве на равном расстоянии от общего центра, при котором первоначально выделяют амплитуды сигналов в измерительных каналах, для определения оптической плотности среды сравнивают максимальную из таких амплитуд со значением сигнала в опорном канале и, при превышении порога по результатам сравнения, формируют результаты измерения для установления факта наличия дыма, а для установления направления прихода такого дыма формируют суммарный сигнал в векторной форме и, по результатам определения угла ориентации такого вектора в пространстве, устанавливают локализацию источника дыма.1. A method for determining the direction of smoke arrival when measuring the optical density of a medium, including the presence of several measuring channels associated with the reference channel, while the measuring channels are located in space at an equal distance from the common center, at which the signal amplitudes in the measuring channels are initially isolated to determine of the optical density of the medium, the maximum of these amplitudes is compared with the value of the signal in the reference channel and, if the threshold is exceeded according to the results of the comparison, the measurement results are formed to establish the presence of smoke, and to establish the direction of arrival of such smoke, the total signal is formed in vector form and, based on the results of determining the angle of orientation of such a vector in space, establish the localization of the source of smoke. 2. Способ по п.1, в котором каналы состоят из светоизлучающего элемента и фотоприемника, помещенных в закрытую диафрагму.2. The method according to claim 1, in which the channels consist of a light emitting element and a photodetector placed in a closed diaphragm. 3. Способ по п.1 или 2, в котором измерительные каналы расположены по окружности, например, под углом 120° друг к другу.3. Method according to claim 1 or 2, in which the measuring channels are arranged in a circle, for example at an angle of 120° to each other.
RU2022126000A 2022-10-05 Method for determining smoke arrival direction RU2784708C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2784708C1 true RU2784708C1 (en) 2022-11-29

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1278914A1 (en) * 1985-05-28 1986-12-23 Всесоюзный научно-исследовательский институт противопожарной обороны Smoke detector
WO2008011413A2 (en) * 2006-07-18 2008-01-24 Gentex Corporation Improved optical particle detectors
RU162728U1 (en) * 2016-02-18 2016-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "МЕТРОСПЕЦТЕХНИКА" SPOT OPTICAL ELECTRONIC SMOKE SENSOR
RU2618476C1 (en) * 2016-02-18 2017-05-03 Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "МЕТРОСПЕЦТЕХНИКА" Method of measuring optical medium density

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1278914A1 (en) * 1985-05-28 1986-12-23 Всесоюзный научно-исследовательский институт противопожарной обороны Smoke detector
WO2008011413A2 (en) * 2006-07-18 2008-01-24 Gentex Corporation Improved optical particle detectors
RU162728U1 (en) * 2016-02-18 2016-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "МЕТРОСПЕЦТЕХНИКА" SPOT OPTICAL ELECTRONIC SMOKE SENSOR
RU2618476C1 (en) * 2016-02-18 2017-05-03 Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "МЕТРОСПЕЦТЕХНИКА" Method of measuring optical medium density

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3435140B2 (en) Optical flow sensor and method for measuring velocity of gas flow in a predetermined gas flow direction
CN109596205B (en) Double-pulse optical fiber vibration sensing method based on delay optical fiber
US3994603A (en) Detection system to determine the transmissivity of a medium with respect to radiation, particularly the light transmissivity of smoke-contaminated air, for fire detection
CA1183019A (en) Oil detector
GB2166234A (en) Detecting oil in water
NO920526L (en) DEVICE FOR DETECTING FIRE IN AN EXTENSIVE AREA, SPECIAL FOREST FIRE
DE602004000374D1 (en) GAS DETECTION METHOD AND GAS DETECTOR EQUIPMENT
WO2012145829A1 (en) Method and apparatus for high temperature gas flow velocity sensing
CN108061722A (en) The detection device and detection method of a kind of carbonomonoxide concentration
RU2784708C1 (en) Method for determining smoke arrival direction
US20130068933A1 (en) Flame Detector Using Optical Sensing
JPWO2020100197A1 (en) Fire detection system and fire detection method
JPH0274890A (en) Coupling type scintillator
JPH0836681A (en) Fire detection equipment using optical fiber
GB2141553A (en) Scatter cells for photosensors
CN209961651U (en) Multi-angle particulate matter detects photometer
CN116893153A (en) Infrared gas sensor and anti-interference detection method thereof
RU2618476C1 (en) Method of measuring optical medium density
CN106290099A (en) A kind of smoke prewarning device based on SVM
RU162728U1 (en) SPOT OPTICAL ELECTRONIC SMOKE SENSOR
RU176013U1 (en) ELECTRICAL EQUIPMENT DETECTOR SENSOR
CN107328462B (en) A kind of dual-polarization state optical fiber vibration sensing tim e- domain detection system
RU2654134C1 (en) Method for detecting the electrical equipment failure
RU2318242C1 (en) Pyrometric sensor of combustion focus coordinates
RU160748U1 (en) SMOK ALARM