RU2809333C1 - Specific optical smoke density meter - Google Patents
Specific optical smoke density meter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2809333C1 RU2809333C1 RU2023124340A RU2023124340A RU2809333C1 RU 2809333 C1 RU2809333 C1 RU 2809333C1 RU 2023124340 A RU2023124340 A RU 2023124340A RU 2023124340 A RU2023124340 A RU 2023124340A RU 2809333 C1 RU2809333 C1 RU 2809333C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- smoke
- specific optical
- fire
- optical density
- output
- Prior art date
Links
- 239000000779 smoke Substances 0.000 title claims abstract description 71
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 32
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims abstract description 16
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 9
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 39
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 9
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 7
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000013618 particulate matter Substances 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 229920000742 Cotton Polymers 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 1
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000424 optical density measurement Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
Измеритель удельной оптической плотности дыма относится к противопожарной технике, а именно к устройствам определения удельной оптической плотности среды в аспирационном дымовом пожарном извещателе и предназначено для раннего обнаружения признаков пожарной опасности.The specific optical density of smoke meter belongs to fire-fighting equipment, namely to devices for determining the specific optical density of the medium in an aspiration smoke detector and is intended for early detection of signs of fire danger.
Известны системы обнаружения дыма, которые включают в себя сеть труб с отверстиями для отбора проб из помещения. Пробы воздуха через отверстия для отбора проб проходят по трубам за счет разрежения, создаваемого с помощью аспиратора и поступают в детектор, который формирует сигналы тревоги при заданных уровнях удельной оптической плотности дыма. В качестве детектора используются оптико-электронные детекторы, содержащие светодиод и фотодиод, расположенные под определенным углом, принцип работы которых основан на обнаружении рассеяния света при наличии дыма. Smoke detection systems are known that include a network of pipes with holes for sampling from the room. Air samples through the sampling holes pass through the pipes due to the vacuum created by the aspirator and enter the detector, which generates alarm signals at specified levels of the specific optical density of the smoke. The detector used is optoelectronic detectors containing an LED and a photodiode located at a certain angle, the operating principle of which is based on detecting light scattering in the presence of smoke.
Например, в патенте № US 6 184 537 B1 (6 февраля 2001 г.) https://patents.google.com/patent/US6184537 заявлен детектор дыма, который работает по принципу рассеянного света. Он содержит детекторную камеру, через которую проходит луч света. Для повышения чувствительности, т.е. для обнаружения меньших концентраций дыма, луч света проходит через ряд коллиматорных дисков с постепенно увеличивающимися апертурами, а на противоположной от излучателя стороне устанавливается мишень в форме асимметричного конуса, на которую направляется луч. Таким образом предотвращается попадание бликов в камеру и снижается уровень фоновой засветки, что позволяет обнаружить рассеяние луча света при меньших концентрациях дыма.For example, Patent No. US 6,184,537 B1 (February 6, 2001) https://patents.google.com/patent/US6184537 claims a smoke detector that operates on the scattered light principle. It contains a detector chamber through which a beam of light passes. To increase sensitivity, i.e. to detect smaller concentrations of smoke, a beam of light passes through a series of collimator disks with gradually increasing apertures, and an asymmetrical cone-shaped target is installed on the side opposite the emitter, onto which the beam is directed. This prevents glare from entering the camera and reduces background illumination, allowing light beam scattering to be detected at lower smoke concentrations.
Однако принцип действия оптико-электронных детекторов дыма, работающих по принципу рассеянного света, определяет их наибольшую чувствительность по частицам дыма сравнимых с длиной волны излучателя обычно инфракрасного диапазона, т.е. по дымам с диаметром частиц порядка 1 мкм. Уровень рассеянного сигнала от частиц дыма меньших размеров резко снижается и соответственно падает чувствительность таких детекторов. Они не реагируют на частицы дыма диаметром 0,01-0,1 мкм, невидимые невооруженным глазом, которые образуются при низкотемпературной термоокислительной деструкции материалов и, следовательно, не обеспечивают раннее обнаружение пожароопасной обстановки. Детекторы, работающие по принципу рассеянного света, обнаруживают только крупные частицы дыма, которые образуются уже при высоких температурах очага на следующих этапах развития пожара, при появлении видимого дыма.However, the operating principle of optical-electronic smoke detectors, operating on the principle of scattered light, determines their greatest sensitivity for smoke particles comparable to the wavelength of the emitter, usually in the infrared range, i.e. for smokes with a particle diameter of about 1 micron. The level of scattered signal from smaller smoke particles decreases sharply and the sensitivity of such detectors decreases accordingly. They do not react to smoke particles with a diameter of 0.01-0.1 microns, invisible to the naked eye, which are formed during low-temperature thermal-oxidative destruction of materials and, therefore, do not provide early detection of fire hazardous conditions. Detectors operating on the principle of scattered light detect only large smoke particles, which are formed already at high temperatures of the fire in the next stages of fire development, when visible smoke appears.
В аспирационной системе обнаружения пожара в грузовом отсеке самолета в качестве излучателя используется лазер синего диапазона с длиной волны 420-500 нм (патент CN 103996263A от 20 августа 2014 г. https://patents.google.com/patent/CN103996263A/en?oq=CN+103996263+A). Использование лазера синего диапазона позволяет обнаруживать частицы дыма меньшего размера по сравнению с детекторами инфракрасного диапазона. Максимальная чувствительность данного детектора сдвигается на частицы в два раза меньшего размера, диаметром порядка 0,5 мкм. Однако данное устройство так же не обнаруживает частицы дыма диаметром 0,01-0,1 мкм, которые образуются на ранней стадии развития пожароопасной ситуации, при низкотемпературной термоокислительной деструкции материалов.In the aspiration fire detection system in the cargo compartment of an aircraft, a blue laser with a wavelength of 420-500 nm is used as an emitter (patent CN 103996263A dated August 20, 2014 https://patents.google.com/patent/CN103996263A/en?oq =CN+103996263+A). The use of a blue laser allows the detection of smaller smoke particles compared to infrared detectors. The maximum sensitivity of this detector shifts to particles half the size, with a diameter of about 0.5 microns. However, this device also does not detect smoke particles with a diameter of 0.01-0.1 microns, which are formed at the early stage of the development of a fire hazardous situation, during low-temperature thermal-oxidative destruction of materials.
Известен аспирационный детектор дыма (патент № EP2191253A1 24.02.2009 https://patentimages.storage.googleapis.com/05/76/32/bdf70937feed7b/US7493816.pdf), в состав которого входит проточный канал с генератором акустических волн. Переносимые по воздуху твердые частицы на пути потока реагируют на акустическое поле агломерацией частиц, получающиеся в результате образуются более крупные частицы, которые большей вероятностью могут быть обнаружены оптико-электронным детектором дыма. Однако для обеспечения возможности увеличения размеров частиц дыма в 10 и более раз требуется их высокая концентрация и значительный промежуток времени. При низкой концентрации частиц дыма, что соответствует начальному этапу развития пожароопасной ситуации, вероятность столкновения частиц дыма при воздействии ультразвука близка к нулю и коагуляция практически отсутствует.An aspiration smoke detector is known (patent No. EP2191253A1 02/24/2009 https://patentimages.storage.googleapis.com/05/76/32/bdf70937feed7b/US7493816.pdf), which includes a flow channel with an acoustic wave generator. Airborne particulate matter in the flow path reacts to the acoustic field by agglomerating particles, resulting in larger particles that are more likely to be detected by an optical-electronic smoke detector. However, to ensure the possibility of increasing the size of smoke particles by 10 times or more, their high concentration and a significant period of time are required. At a low concentration of smoke particles, which corresponds to the initial stage of development of a fire hazardous situation, the probability of collision of smoke particles under the influence of ultrasound is close to zero and coagulation is practically absent.
Известен патент CA 1194116 A «Способ и устройство для индикации рабочей характеристики двигателя внутреннего сгорания» 24.09.1985, в котором выхлопные газы выходят из одной или более камер сгорания периодически через воздуховод. Частицы в потоке выхлопных газов электрически заряжены и имеют одинаковую полярность и сгруппированы в пакеты, связанные с периодическим сгоранием в соответствующих камерах. Электропроводящий пассивный электрод, предпочтительно кольцевой формы, расположен так, что большая часть или все выхлопные газы проходят через него, чтобы электростатически воспринимать, в основном за счет индуцированного заряда, прохождение соответствующих пакетов заряженных частиц. Электрод электрически изолирован от воздуховода. Схема с зондом преобразует воспринятый индуцированный заряд в сигнал, содержащий ряд пульсирующих компонентов, соответствующих по времени соответствующим пакетам частиц и количественно соответствующим количеству заряда соответствующих пакетов частиц. Индикаторное устройство реагирует на пульсирующий сигнал и обеспечивает индикацию рабочей характеристики двигателя. В одном случае индикаторное устройство может отображать среднеквадратичное значение пульсирующего сигнала, чтобы обеспечить количественную индикацию уровня твердых частиц в потоке выхлопных газов. В другом случае могут отображаться последовательные пульсации сигнала, что позволяет оценить работу соответствующих камер сгорания и/или форсунок.Known is the patent CA 1194116 A “Method and device for indicating the operating characteristics of an internal combustion engine” dated September 24, 1985, in which exhaust gases exit one or more combustion chambers periodically through an air duct. The particles in the exhaust gas stream are electrically charged and have the same polarity and are grouped into packets associated with periodic combustion in their respective chambers. An electrically conductive passive electrode, preferably annular in shape, is positioned such that most or all of the exhaust gases pass through it to electrostatically sense, primarily by induced charge, the passage of corresponding charged particle packets. The electrode is electrically isolated from the duct. The probe circuit converts the sensed induced charge into a signal containing a number of pulsating components corresponding in time to the corresponding particle packets and quantitatively corresponding to the amount of charge of the corresponding particle packets. The indicator device responds to a pulsating signal and provides an indication of the engine's operating characteristics. In one case, the indicator device may display the RMS value of the pulsating signal to provide a quantitative indication of the level of particulate matter in the exhaust gas stream. Alternatively, successive signal pulsations may be displayed, allowing the performance of the respective combustion chambers and/or injectors to be assessed.
Недостатком данного способа и устройства является необходимость поступления в воздуховод с пассивным электродом заряженных частиц, что ограничивает применение двигателями внутреннего сгорания, где образуются заряженные частицы. Образующиеся при пожаре частицы дыма не имеют заряда и, следовательно, данное устройство не может быть использовано для обнаружения дыма при пожаре.The disadvantage of this method and device is the need for charged particles to enter the air duct with a passive electrode, which limits its use in internal combustion engines, where charged particles are formed. The smoke particles produced during a fire have no charge and, therefore, this device cannot be used to detect smoke during a fire.
Частицы дыма с минимальными размерами обнаруживают электроиндукционные пожарные извещатели. Например, в статье «Электроиндукционный метод контроля параметров аэродисперсной системы и раннего обнаружения термического разложения кабельной продукции и других материалов» (журнал "Пожаровзрывобезопасность" №12 за 2018 г., стр. 37 https://www.fire-smi.ru/jour/issue/viewIssue/114/54#39) описан электроиндукционный пожарный дымовой извещатель ИП 216-М5, выбранный в качестве аналога, состоящий из штуцера забора воздуха, высоковольтной платы, зарядной камеры, измерительной камеры, вентилятора и платы обработки. В зарядной камере извещателя формируется коронный разряд и частицы дыма получают электрический заряд. Далее, заряженные частицы дыма, проходят через электрод измерительной камеры и индицируют на нем заряд, величина которого зависит от размера частиц и их счетной концентрации. Измеренная величина заряда усиливается и подвергается последующей обработке с формированием сигнала «Тревога» при массовой концентрации аэрозоля 0,015 мг/м3 и сигнала «Пожар» при массовой концентрации аэрозоля 0,03 мг/м3.Smoke particles of minimal size are detected by electric induction fire detectors. For example, in the article “Electroinduction method for monitoring the parameters of an airborne system and early detection of thermal decomposition of cable products and other materials” (magazine “Fire and Explosion Safety” No. 12, 2018, p. 37 https://www.fire-smi.ru/jour /issue/viewIssue/114/54#39) describes the electric induction fire smoke detector IP 216-M5, selected as an analogue, consisting of an air intake fitting, a high-voltage board, a charging chamber, a measuring chamber, a fan and a processing board. A corona discharge is formed in the charging chamber of the detector and smoke particles receive an electrical charge. Next, charged smoke particles pass through the electrode of the measuring chamber and indicate a charge on it, the magnitude of which depends on the size of the particles and their countable concentration. The measured charge value is amplified and subjected to subsequent processing to generate an “Alarm” signal at an aerosol mass concentration of 0.015 mg/m 3 and a “Fire” signal at an aerosol mass concentration of 0.03 mg/m 3 .
Недостатком электроиндукционного дымового извещателя ИП 216-М5 является измерение массовой концентрации частиц дыма в мг/м3. В ГОСТ 34698-2020 «Извещатели пожарные» указано допустимое значение порога срабатывания электроиндукционных извещателей весовой концентрации частиц дыма в объеме воздушной среды в пределах от 0,05 до 10 мг/м3. Тогда как аспирационный извещатель должен обеспечивать измерение удельной оптической плотности среды в дБ/м, либо в %/м. В следствии чего данное устройство не может быть применено в качестве измерителя удельной оптической плотности в пожарном дымовом аспирационном извещателе.The disadvantage of the IP 216-M5 electric induction smoke detector is the measurement of the mass concentration of smoke particles in mg/m 3 . GOST 34698-2020 “Fire Detectors” specifies the permissible value of the response threshold of electric induction detectors for the weight concentration of smoke particles in the volume of air in the range from 0.05 to 10 mg/m 3 . Whereas an aspiration detector must provide measurement of the specific optical density of the medium in dB/m, or in %/m. As a result, this device cannot be used as a specific optical density meter in an aspiration fire smoke detector.
Наиболее близким техническим решением является «Электроиндукционный пожарный извещатель», (патент на изобретение RU №2459268, МПК G08B 17/00, опубликован 20.08.2012). Электроиндукционный пожарный извещатель состоит из измерительного усилителя, блока обработки информации, блока питания, высоковольтного импульсного генератора и измерительной линии, содержащей зарядную камеру в виде кольца и иглы, индукционный электрод, побудителя расхода аэрозоля, регулятора напряжения высоковольтного импульсного генератора, резистивной цепочки, состоящей из двух последовательно включенных резисторов между иглой зарядной камеры и общим проводом и включенных параллельно резистору, конденсатора и стабилитрона.The closest technical solution is the “Electro-induction fire detector” (invention patent RU No. 2459268, IPC G08B 17/00, published 08/20/2012). An electric induction fire detector consists of a measuring amplifier, an information processing unit, a power supply, a high-voltage pulse generator and a measuring line containing a charging chamber in the form of a ring and a needle, an induction electrode, an aerosol flow stimulator, a voltage regulator of a high-voltage pulse generator, a resistive chain consisting of two resistors connected in series between the charging chamber needle and the common wire and connected in parallel with a resistor, capacitor and zener diode.
Побудитель расхода аэрозоля обеспечивает поток воздуха, содержащего аэрозоль, через измерительную линию. Проходя через зарядную камеру, в которой осуществляется униполярный импульсный коронный разряд, поток приобретает объемный отрицательный электрический заряд пропорциональный концентрации частиц. Далее, проходя через индукционный электрод, поток наводит на нем положительный заряд, переменная составляющая которого пропорциональна объемному отрицательному электрическому заряду. Измерение осуществляется по напряжению, создаваемому наведенным зарядом на входной емкости измерительного усилителя с последующей обработкой наведенного положительного заряда в блоке обработки информации. Данный электроиндукционный пожарный извещатель обнаруживает частицы дыма диаметром менее 0,1 мкм при концентрации, превышающей порог срабатывания.The aerosol flow driver ensures that air containing the aerosol flows through the meter line. Passing through the charging chamber, in which a unipolar pulsed corona discharge is carried out, the flow acquires a volumetric negative electric charge proportional to the particle concentration. Further, passing through the induction electrode, the flow induces a positive charge on it, the variable component of which is proportional to the volumetric negative electric charge. The measurement is carried out by the voltage created by the induced charge on the input capacitance of the measuring amplifier with subsequent processing of the induced positive charge in the information processing unit. This electrical induction fire detector detects smoke particles with a diameter of less than 0.1 microns at concentrations exceeding the alarm threshold.
Недостатком описанного выше технического решения является измерение заряда, наведенного на индукционном электроде. При этом выходная величина измерительного усилителя пропорциональна концентрации частиц, выраженной в мг/м3, в следствие чего данное устройство не может быть применено в качестве измерителя удельной оптической плотности в пожарном дымовом аспирационном извещателе. Для соответствия нормативным требованиям, определенным в стандартах ГОСТ Р 53325, ГОСТ Р ГОСТ 34698-2020 и СТБ EN 54-20-2009 для аспирационных дымовых пожарных извещателей, результаты измерений и программируемые пороги срабатывания должны быть представлены в виде удельной оптической плотности среды, выраженной в дБ/м, либо в %/м затухания.The disadvantage of the technical solution described above is the measurement of the charge induced on the induction electrode. In this case, the output value of the measuring amplifier is proportional to the particle concentration expressed in mg/m 3 , as a result of which this device cannot be used as a specific optical density meter in a fire aspiration smoke detector. To comply with the regulatory requirements defined in the standards GOST R 53325, GOST R GOST 34698-2020 and STB EN 54-20-2009 for aspirating smoke detectors, measurement results and programmable response thresholds must be presented in the form of specific optical density of the medium, expressed in dB/m, or %/m attenuation.
Другим недостатком известного технического решения является отсутствие непосредственного контроля величины напряжения высоковольтного импульсного генератора, при снижении которого выходного напряжения высоковольтного генератора прекращается образование коронного разряда, отсутствует заряд частиц дыма и обнаружение дыма не происходит. Таким образом, нарушается работоспособность извещателя при отсутствии сигнала неисправности.Another disadvantage of the known technical solution is the lack of direct control of the voltage of the high-voltage pulse generator, when the output voltage of the high-voltage generator decreases, the formation of a corona discharge stops, there is no charge of smoke particles and smoke detection does not occur. Thus, the functionality of the detector is impaired in the absence of a fault signal.
Еще один недостаток известного технического решения - это изменение чувствительности устройства в процессе эксплуатации.Another disadvantage of the known technical solution is the change in the sensitivity of the device during operation.
Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных выше недостатков прототипа, а именно обеспечение измерения удельной оптической плотности среды в дБ/м или в %/м затухания, обеспечение контроля работоспособности и стабильности чувствительности устройства в процессе эксплуатации.The objective of the proposed invention is to eliminate the above-mentioned disadvantages of the prototype, namely, to ensure the measurement of the specific optical density of the medium in dB/m or in %/m attenuation, to ensure monitoring of the performance and stability of the sensitivity of the device during operation.
Поставленная задача достигается тем что измеритель удельной оптической плотности дыма, состоящий из цилиндрической дымовой камеры, содержащей зарядную часть, в виде кольца и иглы, подключенных к высоковольтному импульсному генератору с регулятором напряжения, вентилятора и блока обработки информации, дополнительно содержит положительный электрод, расположенный в дымовой камере, резистор, резистивный делитель напряжения, цепь управления вентилятором и аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с положительный электродом и с резистором, другой вывод которого соединен с положительным полюсом источника питания +U0, выход аналогово-цифрового преобразователя соединен с первым входом блока обработки информации, второй вход которого соединен с выходом резистивного делителя напряжения, вход которого соединен с выходом высоковольтного импульсного генератора и с кольцом зарядной части, блок обработки информации включает и выключает вентилятор по цепи управления, производит периодическую юстировку измерителя, формирует сигнал «Неисправность» при снижении выходного напряжения высоковольтного импульсного генератора и сигналы «Внимание», «Пожар 1» и «Пожар 2» на уровнях удельной оптической плотности среды, причем кольцо зарядной части и положительный электрод выполнены из нержавеющей стали с полированными внутренними поверхностями.This task is achieved by the fact that the meter for the specific optical density of smoke, consisting of a cylindrical smoke chamber containing a charging part in the form of a ring and a needle, connected to a high-voltage pulse generator with a voltage regulator, a fan and an information processing unit, additionally contains a positive electrode located in the smoke camera, a resistor, a resistive voltage divider, a fan control circuit and an analog-to-digital converter, the input of which is connected to the positive electrode and to a resistor, the other output of which is connected to the positive pole of the power source +U 0 , the output of the analog-to-digital converter is connected to the first input of the block information processing, the second input of which is connected to the output of a resistive voltage divider, the input of which is connected to the output of a high-voltage pulse generator and to the ring of the charging part, the information processing unit turns the fan on and off via the control circuit, periodically adjusts the meter, generates a “Fault” signal when decreasing output voltage of a high-voltage pulse generator and signals “Attention”, “Fire 1” and “Fire 2” at the levels of specific optical density of the medium, and the ring of the charging part and the positive electrode are made of stainless steel with polished internal surfaces.
Предлагаемое изобретение иллюстрируется следующими графическими материалами:The present invention is illustrated by the following graphic materials:
На фигуре 1 - Схема измерителя удельной оптической плотности дымаFigure 1 - Diagram of the specific optical density of smoke meter
На фигуре 2 - результаты измерения удельной оптической плотности дыма аспирационным извещателем с заявленным измерителем.Figure 2 shows the results of measuring the specific optical density of smoke with an aspiration detector with the stated meter.
Измеритель удельной оптической плотности дыма содержит цилиндрическую дымовую камеру 1, в которой расположена зарядная часть 2, которая образована кольцом из нержавеющей стали с полированной поверхностью 3 и иглой 4, положительный электрод из нержавеющей стали с полированной поверхностью 5, вентилятор 6, регулятор напряжения 7, высоковольтный импульсный генератор 8, резистор 9, аналогово-цифровой преобразователь 10, блок обработки информации 11 с выходами сигналов «Внимание», «Пожар 1», «Пожар 2» 12 и с выходом сигнала «Неисправность» 13, резистивный делитель напряжения 14 и цепь управления вентилятором 15.The specific optical density of smoke meter contains a cylindrical smoke chamber 1, in which there is a charging part 2, which is formed by a stainless steel ring with a polished surface 3 and a needle 4, a positive electrode made of stainless steel with a polished surface 5, a fan 6, a voltage regulator 7, a high-voltage pulse generator 8, resistor 9, analog-to-digital converter 10, information processing unit 11 with signal outputs “Attention”, “Fire 1”, “Fire 2” 12 and with signal output “Fault” 13, resistive voltage divider 14 and control circuit fan 15.
Кольцо из нержавеющей стали с полированной поверхностью 3 зарядной части 2 соединено с выходом высоковольтного импульсного генератора 8, управляющий вход которого соединен с выходом регулятора напряжения 7, вход которого соединен с иглой 4. Вход аналого-цифрового преобразователя 10 соединен с положительным электродом из нержавеющей стали с полированной поверхностью 5 и с резистором 9, другой вывод которого соединен с положительным полюсом источника питания +U0, выход аналогово-цифрового преобразователя 10 соединен с входом блока обработки 11, который имеет выходы сигналов «Внимание», «Пожар 1», «Пожар 2» 12 и выход сигнала «Неисправность» 13. Вход резистивного делителя напряжения 14 подключен к выходу высоковольтного импульсного генератора напряжения 8, а выход - ко второму входу блока обработки информации 11, пятый выход которого через цепь управления вентилятором 15 соединен с вентилятором 6.A stainless steel ring with a polished surface 3 of the charging part 2 is connected to the output of a high-voltage pulse generator 8, the control input of which is connected to the output of a voltage regulator 7, the input of which is connected to a needle 4. The input of the analog-to-digital converter 10 is connected to a positive stainless steel electrode with polished surface 5 and with a resistor 9, the other output of which is connected to the positive pole of the power source +U 0 , the output of the analog-to-digital converter 10 is connected to the input of the processing unit 11, which has signal outputs “Attention”, “Fire 1”, “Fire 2” " 12 and the signal output "Fault" 13. The input of the resistive voltage divider 14 is connected to the output of the high-voltage pulse voltage generator 8, and the output is to the second input of the information processing unit 11, the fifth output of which is connected to fan 6 through the fan control circuit 15.
Измеритель удельной оптической плотности дыма работает следующим образом: в цилиндрическую дымовую камеру 1 поступают пробы воздушной среды за счет разрежения, создаваемого вентилятором 6. Частицы дыма в потоке воздуха поступают в зарядную часть 2, где формируется коронный разряд за счет разности потенциалов между кольцом из нержавеющей стали с полированной поверхностью 3 и иглой 4 при включении высоковольтного импульсного генератора 8. Положительный электрод из нержавеющей стали с полированной поверхностью 5 при отсутствии частиц дыма имеет потенциал U0, который подается на него и на вход аналогово-цифрового преобразователя 10 через резистор 9. При наличии дыма, в зарядной части 2 частицы дыма получают отрицательный заряд, проходят по дымовой камере 1 и притягиваются к положительному электроду из нержавеющей стали с полированной поверхностью 5. При контакте отрицательно заряженных частиц дыма с положительным электродом из нержавеющей стали с полированной поверхностью 5 происходит их разряд, что вызывает снижение положительного потенциала на нем и на входе аналогово-цифрового преобразователя 10. Величина потенциала положительного электрода из нержавеющей стали с полированной поверхностью 5 после аналогово-цифрового преобразования в цифровом виде поступает на вход блока обработки информации 11, где полученная величина преобразуется в значение удельной оптической плотности среды, выраженное в дБ/м или в %/м затухания, и сравнивается с запрограммированными порогами тревог, при превышении которых на выходах 12 формируются сигналы «Внимание», «Пожар 1», «Пожар 2».The specific optical density of smoke meter operates as follows: air samples enter the cylindrical smoke chamber 1 due to the vacuum created by the fan 6. Smoke particles in the air flow enter the charging part 2, where a corona discharge is formed due to the potential difference between the stainless steel ring with a polished surface 3 and a needle 4 when the high-voltage pulse generator 8 is turned on. A positive electrode made of stainless steel with a polished surface 5 in the absence of smoke particles has a potential U 0 , which is supplied to it and to the input of the analog-to-digital converter 10 through resistor 9. If present smoke, in the charging part 2, smoke particles receive a negative charge, pass through the smoke chamber 1 and are attracted to a positive stainless steel electrode with a polished surface 5. When negatively charged smoke particles come into contact with a positive stainless steel electrode with a polished surface 5, they are discharged, which causes a decrease in the positive potential on it and at the input of the analog-to-digital converter 10. The potential value of the positive electrode made of stainless steel with a polished surface 5 after analog-to-digital conversion in digital form is supplied to the input of the information processing unit 11, where the resulting value is converted into the specific optical density of the medium, expressed in dB/m or %/m attenuation, and is compared with programmed alarm thresholds, when exceeded, signals “Attention”, “Fire 1”, “Fire 2” are generated at outputs 12.
Изготовленное из нержавеющей стали кольцо 3 зарядной части 2 с полированной поверхностью обеспечивает стабильность коронного разряда, положительный электрод 5 из нержавеющей стали с полированной поверхностью обеспечивает хороший электрический контакт с заряженными частицами и отсутствие его загрязнения в процессе эксплуатации.The ring 3 of the charging part 2, made of stainless steel, with a polished surface ensures the stability of the corona discharge; the positive electrode 5, made of stainless steel with a polished surface, ensures good electrical contact with charged particles and the absence of contamination during operation.
Изменение потенциала на положительном электроде из нержавеющей стали с полированной поверхностью 5 и на входе аналогово-цифрового преобразователя 10 пропорционально величине удельной оптической плотности среды. Оцифрованная величина потенциала положительного электрода поступает на первый вход блока обработки информации 11, в котором она, посредством деления на постоянный коэффициент, преобразуется в значение удельной оптической плотности среды, выраженное в %/м затухания. Линейная шкала измерения уровня задымления позволяет программировать пороги тревог «Внимание», «Пожар 1», «Пожар 2 в соответствии с требованиями стандартов ГОСТ Р 53325, ГОСТ Р ГОСТ 34698-2020 и СТБ EN 54-20-2009 для аспирационных дымовых пожарных извещателей.The change in potential at the positive stainless steel electrode with a polished surface 5 and at the input of the analog-to-digital converter 10 is proportional to the specific optical density of the medium. The digitized value of the positive electrode potential is supplied to the first input of the information processing unit 11, in which it, by dividing by a constant coefficient, is converted into the value of the specific optical density of the medium, expressed in %/m attenuation. The linear scale for measuring the smoke level allows you to program the alarm thresholds “Attention”, “Fire 1”, “Fire 2” in accordance with the requirements of GOST R 53325, GOST R GOST 34698-2020 and STB EN 54-20-2009 for aspirating smoke fire detectors.
Резистивный делитель напряжения 14 снижает высокое напряжения на выходе высоковольтного импульсного генератора 8 до уровня входного сигнала блока обработки информации 11. Измерение удельной оптической плотности среды в блоке обработки информации 11 производится синхронно с формированием импульсов высокого напряжения и образованием коронного разряда в зарядной части 2 дымовой камеры 1, за счет чего повышается чувствительность измерителя плотности дыма, т.е. обеспечивается возможность измерения меньшей величины удельной оптической плотности среды и боле раннее формирование сигнала тревоги при возникновении пожароопасной ситуации. Одновременно в блоке обработки информации 11 производится измерение амплитуды импульсов высоковольтного генератора 8 с целью обнаружения нарушения работоспособности устройства, при этом на выходе 13 формируется сигнал «Неисправность».A resistive voltage divider 14 reduces the high voltage at the output of the high-voltage pulse generator 8 to the level of the input signal of the information processing unit 11. The specific optical density of the medium in the information processing unit 11 is measured synchronously with the formation of high voltage pulses and the formation of a corona discharge in the charging part 2 of the smoke chamber 1 , due to which the sensitivity of the smoke density meter increases, i.e. provides the ability to measure a smaller value of the specific optical density of the medium and earlier generation of an alarm signal in the event of a fire hazardous situation. At the same time, in the information processing unit 11, the amplitude of the pulses of the high-voltage generator 8 is measured in order to detect a malfunction of the device, while a “Fault” signal is generated at output 13.
Для обеспечения стабильности характеристик измерителя в процессе эксплуатации периодически производится юстировка нулевого уровня диапазона измерений в автоматическом режиме. Как правило юстировка измерителей удельной оптической плотности производится в условиях оптически чистой среды, что практически невозможно обеспечить в процессе эксплуатации. Отсутствие юстировки снижает точность измерений и может привести либо к формированию ложных тревог, либо к более позднему формированию сигналов тревоги. В реальных условиях даже в относительно чистых помещениях, например, в офисных помещениях, в воздушной среде присутствуют частицы пыли и аэрозоли, что определяет удельную оптическую плотность среды на уровне нескольких тысячных процентов на 1 м затухания. В условиях производства эта величина увеличивается более, чем в 10 раз.To ensure the stability of the meter's characteristics during operation, the zero level of the measurement range is periodically adjusted in automatic mode. As a rule, the adjustment of specific optical density meters is carried out in an optically pure environment, which is practically impossible to ensure during operation. Lack of adjustment reduces the accuracy of measurements and can lead to either false alarms or later alarms. In real conditions, even in relatively clean rooms, for example, in office premises, dust particles and aerosols are present in the air, which determines the specific optical density of the environment at a level of several thousandths of a percent per 1 m of attenuation. Under production conditions, this value increases by more than 10 times.
Для имитации чистой воздушной среды периодически в автоматическом режиме блок обработки информации 11 по цепи управления вентилятором 15 производит выключение вентилятора 6, что обеспечивает блокировку воздушного потока в цилиндрической дымовой камере 1. В результате чего прекращается поступление частиц пыли и аэрозоля в зарядную камеру, соответственно отсутствует перенос заряженных частиц к положительному электроду из нержавеющей стали с полированной поверхностью 5. Полученная в этих условиях величина потенциала на входе аналогового-цифрового преобразователя 10 соответствует нулевому уровню удельной оптической плотности среды и результат практически не отличается от юстировки в оптически чистой среде.To simulate a clean air environment, periodically, in automatic mode, the information processing unit 11, via the fan control circuit 15, turns off the fan 6, which ensures the blocking of the air flow in the cylindrical smoke chamber 1. As a result, the flow of dust and aerosol particles into the charging chamber stops, and, accordingly, there is no transfer charged particles to a positive electrode made of stainless steel with a polished surface 5. The potential value obtained under these conditions at the input of the analog-to-digital converter 10 corresponds to the zero level of the specific optical density of the medium and the result is practically no different from adjustment in an optically pure medium.
Реализованный измеритель удельной оптической плотности дыма обнаруживает задымление начиная с уровня 0,0001 %/м затухания, с формированием сигнала «Внимание» минимально на уровне 0,001 %/м затухания. Обеспечивается обнаружение частиц дыма диаметром менее 0,1 мкм, например, обнаруживается перегрев электрического кабеля до образования видимого дыма.The implemented meter for the specific optical density of smoke detects smoke starting from a level of 0.0001%/m attenuation, with the formation of the “Attention” signal at a minimum level of 0.001%/m attenuation. Detection of smoke particles with a diameter of less than 0.1 microns is ensured, for example, overheating of an electrical cable is detected before visible smoke is formed.
В процессе разработки проводилось измерение удельной оптической плотности дыма при тлении хлопковой нити в дымовом канале аспирационным извещателем с заявленным измерителем (фиг. 2). Наблюдается линейная зависимость изменений удельной оптической плотности в процессе испытаний. Это доказывает, что предложенный измеритель удельной оптической плотности дыма обеспечивает измерение удельной оптической плотности в %/м затухания.During the development process, the specific optical density of smoke was measured during the smoldering of a cotton thread in a smoke channel using an aspiration detector with the stated meter (Fig. 2). A linear dependence of changes in specific optical density during testing is observed. This proves that the proposed smoke specific optical density meter provides specific optical density measurement in %/m attenuation.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2809333C1 true RU2809333C1 (en) | 2023-12-11 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU7638U1 (en) * | 1998-03-11 | 1998-09-16 | Докторович Зиновий Исаакович | DEVICE FOR CLEANING AIR FROM IMPURITIES |
| RU2459268C1 (en) * | 2011-04-05 | 2012-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Electric induction fire annunciator |
| RU2592344C1 (en) * | 2015-02-24 | 2016-07-20 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ОБОРОНЫ МИНИСТЕРСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ" (ФГБУ ВНИИПО МЧС России) | Method of fire safety providing in inhabited tight compartments of long-term orbital stations and interplanetary ships modules intended for operation in lagrange points, and device for its implementation |
| CN103996263B (en) * | 2014-05-11 | 2016-08-17 | 中国科学技术大学 | A kind of air suction type aircraft hold fire detector using aerosol gases to sense |
| RU2596955C1 (en) * | 2015-08-13 | 2016-09-10 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Electric induction fire detector |
| RU2706420C1 (en) * | 2019-01-10 | 2019-11-19 | Акционерное общество "Научные приборы" | Combined device for gravimetric and chemical analysis of aerosols |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU7638U1 (en) * | 1998-03-11 | 1998-09-16 | Докторович Зиновий Исаакович | DEVICE FOR CLEANING AIR FROM IMPURITIES |
| RU2459268C1 (en) * | 2011-04-05 | 2012-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Electric induction fire annunciator |
| CN103996263B (en) * | 2014-05-11 | 2016-08-17 | 中国科学技术大学 | A kind of air suction type aircraft hold fire detector using aerosol gases to sense |
| RU2592344C1 (en) * | 2015-02-24 | 2016-07-20 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ВСЕРОССИЙСКИЙ ОРДЕНА "ЗНАК ПОЧЕТА" НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ ОБОРОНЫ МИНИСТЕРСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ" (ФГБУ ВНИИПО МЧС России) | Method of fire safety providing in inhabited tight compartments of long-term orbital stations and interplanetary ships modules intended for operation in lagrange points, and device for its implementation |
| RU2596955C1 (en) * | 2015-08-13 | 2016-09-10 | Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" | Electric induction fire detector |
| RU2706420C1 (en) * | 2019-01-10 | 2019-11-19 | Акционерное общество "Научные приборы" | Combined device for gravimetric and chemical analysis of aerosols |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101069042B1 (en) | A chamber configuration adapted for a particle detector having an inlet through which fluid is adapted to flow at a first velocity | |
| US7053783B2 (en) | Pathogen detector system and method | |
| JP3138278B2 (en) | Device for measuring light scattering by particles | |
| EP2112639B1 (en) | Improvement(s) related to particle detectors | |
| TW201506375A (en) | Particle detection system and related methods | |
| US5005003A (en) | Method of detecting fire in an early stage | |
| AU2017201651A1 (en) | Fire detection | |
| JPS6325398B2 (en) | ||
| CN1462418A (en) | Self-aspirating fire detection system | |
| GB2397122A (en) | Smoke detector with a low false alarm rate | |
| RU2809333C1 (en) | Specific optical smoke density meter | |
| CN1128352C (en) | Allergen detector system and method | |
| EP0654142A1 (en) | Aerosol discriminator | |
| Litton | Laboratory evaluation of smoke detectors for use in underground mines | |
| TW202104872A (en) | Particle sensor | |
| AU2007203107B2 (en) | Improvement(s) related to particle monitors and method(s) therefor | |
| CN208155795U (en) | Realize the circuit device of smoke from cigarette double check function | |
| Zhang et al. | Forward and Lateral Dual-Angle Optical Particle Counter Data Fusion to Detect Particle Mass Concentration | |
| EA007638B1 (en) | Fire alarm device | |
| SU1642327A1 (en) | Photoelectric detector of suspended particles | |
| Egan | Diesel-discriminating detector response to smoldering fires | |
| CA2598745A1 (en) | Improvement(s) related to particle monitors and method(s) therefor | |
| Litton | Evaluation of Smoke Detectors for Use in Underground Mines | |
| Keller et al. | Photoacoustic Smoke Detector | |
| JPS6258383A (en) | Automatic measuring instrument for floating fine grain |