RU68738U1 - Формирователь тест-сигнала для дистанционного контроля работоспособности инфракрасных датчиков пламени и взрыва - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к устройствам формирования тест-сигналов для оперативного контроля исправности инфракрасных датчиков пожара или пламени и предназначено для применения в системах обеспечения пожаробезопасности объектов. Задача изобретения - усовершенствовать формирователь тест-сигналов, чтобы повысить удобство его использования, снизить трудоемкость контроля и повысить его достоверность и расширить область его применения (универсальность). Поставленные задачи решены тем, что в известный формирователь тест-сигнала для дистанционного контроля работоспособности инфракрасных датчиков пламени и взрыва, содержащий корпус, в котором установлен широкополосный излучатель, соединенный с батареей питания, причем корпус имеет окно, внесены существенные изменения: выбран широкополосный излучатель - лампа типовая накаливания, спектр излучения которого включает все полосы инфракрасного излучения, характерные для всех типов пламени и взрыва, а также - видимое (оптическое) излучение, в окно корпуса вставлен сменный полосовой фильтр, пропускающий инфракрасные полосы спектра, характерные для заданного типа пламени и взрыва, а также - видимое излучение. Фильтр может быть выполнен с возможностью его оперативной замены на другой сменный полосовой фильтр, комбинация инфракрасных полос пропускания спектра которого характерна для другого типа пламени и взрыва. Формирователь снабжен набором сменных полосовых фильтров, инфракрасные полосы спектра которых характерны для каждого типа пламени и взрыва. Полосовые фильтры выполнены интерференционными. Они могут быть сформированы многослойной тонкопленочной структурой на подложке из лейкосапфира, пленко-образующие материалы - пара тугоплавких окислов: диоксид кремния (SiO₂) - диоксид циркония (ZrO₂), пленки образованы испарением исходных веществ электронным лучом в вакууме. Излучатель размещен в фокусе сферического отражателя, расположенного напротив окна корпуса раструбом к окну, при этом в окно может быть вставлена фокусирующая линза. Линза может быть объединена со сменным фильтром. Для возможности контроля датчиков, основанных на частотном и спектральном принципах, широкополосный излучатель соединен с источником питания через электронный прерыватель, срабатывающий 2-10 раз в секунду. Полезная модель реализована в производстве. Испытания полностью подтвердили ожидаемые достоинства заявленного формирователя - в сравнении с аналогами предложенный формирователь более удобен в пользовании, универсален, имеет существенно меньшие размеры, энергоемкость и стоимость. 1 н.п.ф, 12 з.п.ф, библиография - 9, 2 фигуры, 3 Таблицы.

Description

Область техники

Полезная модель относится к устройствам формирования тест-сигналов для оперативного контроля исправности инфракрасных датчиков пожара или пламени и предназначено для применения в системах обеспечения пожаробезопасности объектов.

Уровень техники.

В настоящее время, к сожалению, практически отсутствуют малогабаритные надежные, безопасные и удобные в эксплуатации формирователи тест-сигналов для оперативного дистанционного контроля работоспособности инфракрасных датчиков пожарной сигнализации.

В большинстве случаев после настройки и проверки работоспособности инфракрасных датчиков пламени на специализированных стендах в заводских условиях при их изготовлении, последующая их периодическая поверка на месте использования затруднена. Это объясняется невозможностью использования для контроля естественных типовых источников пламени, поскольку это может привести к возгоранию (взрыву) самого защищаемого объекта. Кроме того, как упоминалось выше, пока нет удобных формирователей тест-сигналов, спектры которых адекватны спектрам пламени и пожара, для обнаружения которых они предназначены.

Формирователи тест-сигналов для дистанционного контроля, естественно, должны иметь средства для наведения тест-сигнала на контролируемый объект, расположенный на расстоянии от него. Желательно, чтобы они были легкими, небольшими, экономичными, высокоэффективными, поскольку они автономно работают от автономных источников.

Нам не известны формирователи тест-сигналов для дистанционного контроля работоспособности инфракрасных датчиков пламени и взрыва, которые одновременно решают все перечисленные выше задачи.

Известно, что конструкции датчиков пламени и взрыва, для контроля работоспособности которых разрабатываются формирователи тест-сигналов, условно разделяют в зависимости от принципов идентификации излучения факта пожара на две группы: использующие принцип частотной селекции и использующие принцип спектральной селекции;

Первая группа датчиков использует тот факт, что интенсивность излучения пламени колеблется с частотой 2-20 Гц. Вторая группа фиксирует пламя и взрыв по наличию инфракрасного излучения в различных частях диапазона от 0,8 мкм до 4,8 мкм.

В зависимости от типа датчика формирователи тест-сигнала для контроля его работоспособности должны имитировать тот идентифицирующий фактор, на который реагирует контролируемый датчик.

В работах [1, 2] показано, что наиболее информативным и надежным методом регистрации пожара является метод спектральной селекции, а наиболее перспективными датчиками пламени являются такие, в которых в полной мере реализован именно этот принцип.

Известно сравнительно мало типов формирователей тест-сигналов, пригодных для практического применения. Обычно они ориентированы только на определенную группу датчиков пламени и изготавливаются производителями этих датчиков. Краткий анализ наиболее характерных технических решений приведен ниже:

В ОАО «НИИ «Гириконд» для контроля работоспособности серии инфракрасных датчиков пламени типа «Набат» разработан формирователь тест-сигнала - тестовый фонарь ТЦАФ. 484544.002 [3]. В нем качестве источника тест-сигнала использован головной аккумуляторный светильник СГВ-2У1.1 ТУ 12.48.201-85 производства ООО «Прокопьевский завод «Светотехника». Формирователь выполнен в форме фонаря, он переносный, аккумуляторный, взрывозащищенный, излучение тест-сигнала происходит через кремниевую пластинку, непрозрачную для видимого света. Пластинка необходима для исключения оптических помех, создаваемых светильником СГВ-2У1.1. Описанный формирователь создает необходимый для контроля инфракрасный спектр. Он удобен для производственного и непосредственного контроля датчиков. Но его применение для дистанционного контроля неудобно, трудоемко и недостаточно достоверно, поскольку сложно точно навести его излучение на контролируемый объект. Излучаемый тест-сигнал не имеет видимого света, а формирователь не имеет средств наведения невидимого инфракрасного излучения на контролируемый объект.

Фирма General Monitors (USA) производит формирователь тест-сигнала типа TL104 для дистанционного контроля работоспособности датчиков пламени, основанных на методе частотной селекции. Он также имеет вид тестового фонаря. Устройство излучает в инфракрасном и в ультрафиолетовом диапазоне. Интенсивность света модулируется на низкой частоте в диапазоне амплитудных колебаний интенсивности колебаний пламени. Формирователь TL104 сконструирован специально для проверки пожарных датчиков серий FL3000/3100 и FL4000 фирмы General Monitors. Описанный формирователь имеет тот же недостаток, что и предыдущий - сложно дистанционно наводить невидимое излучение на контролируемый датчик. Обычно наведение производят предварительно, дополнительным излучателем видимого света, расположенного рядом с тестовым излучателем. Но в этом случае, учитывая частотный принцип работы контролируемых датчиков, вероятны ложные срабатывания на предварительное наведение, что исключает возможность дальнейшего тестирования. Очевидно, формирователи

типа TL104 не могут быть использованы для контроля более совершенных датчиков, использующих принцип спектральной селекции.

Компания «Micropack» предложила формирователь тест-сигнала в виде набора светодиодов, излучающих как в видимом, так и в ИК-диапазоне спектра, сформировав, таким образом, необходимый для проверки датчика пламени спектр тестового излучения. Поскольку в настоящее время спектр выпускаемых светодиодов ограничен диапазоном 450-1500 нанометров, это устройство непригодно для контроля инфракрасных датчиков пламени, срабатывающих от воздействия пламени, излучающего в диапазоне 1,5-4,5 микрон. К тому же, из-за разброса диаграмм направленности пластиковых линз светодиодов, излучения светодиодов эффективно суммируются только в непосредственной близости от излучателей, поэтому максимальное расстояние от устройства создания тест-сигнала до контролируемого датчика слишком мало, оно не превышает 0,3 метра.

Известен формирователь тест-сигнала, в котором формируется широкий спектр тест-излучения - от ближнего ультрафиолета до 10 микрометров (патент США №4864146, Steven Hodges and others. Universal Fire Simulator). Это получено с помощью трех независимых источников излучения: аналога излучателя абсолютно черного тела с температурой 1600 градусов Кельвина, источника ультрафиолетового излучения и импульсной высоковольтной газоразрядной лампы. При этом для формирования спектра изучения, адекватного спектру пламени, внутренний объем излучателя-имитатора абсолютно черного тела - заполнен смесью углекислого газа и паров воды. Для пропускания инфракрасного излучения до 10 микрометров его окно изготовлено из селенида цинка. Управление всеми тремя источниками излучения производится независимо, при этом относительная интенсивность каждого излучения устанавливается в соответствии с характеристиками датчика, срабатывающего от заданного типа пламени. Суммарная интенсивность излучения устройства модулирована низкой частотой для обеспечения срабатывания датчиков пламени, использующих пироэлектрические фотодетекторы. Как видно из описания, заданный спектр тест-сигнала реализован с помощью трех источников - источника ультрафиолетового излучения, видимого и ИК-излучения импульсной лампы и излучения нагретого углекислого газа и паров воды. Это позволяет гибко подстраивать тестовый спектр излучения под определенный тип пламени, однако подобное решение очень сложно. Оно требует изготовления сложных и, соответственно, дорогих источников излучения и может быть использовано только для эксклюзивных защищаемых объектов. Кроме того, такое устройств имеет большое энергопотребление, значительный вес и габариты, при этом у него сохраняется серьезный недостаток, присущий аналогичным вышеописанным устройствам - устройство пригодно только для тестирования датчиков, использующих принцип частотной селекции.

Формирователь тест-сигнала для дистанционного контроля работоспособности инфракрасных датчиков пламени и взрыва модели 3540-03 фирмы Spectrex Inc (USA) использует

принцип спектральной селекции в инфракрасной области спектра. Он предназначен для проверки датчиков пламени серии SharpEye 20/20MI (Mini Triple IR, IR₃), которые используют три раздельных спектральных полосы для анализа факта пожара. Устройство имеет корпус с окном, в корпусе размещены широкополосный неселективный излучатель инфракрасного спектра и источник видимого оптического излучения, установленный рядом с широкополосным излучателем. Оно содержит также коллиматор для дистанционного наведения излучения тест-сигнала на датчик.

Это техническое решение является наиболее совершенным в настоящее время с точки зрения надежности дистанционного контроля датчиков пламени и взрыва. Фирма Spectrex Inc (USA) выпускает серию датчиков пламени, реагирующих на излучение пламени в различных спектральных диапазонах. Для дистанционного контроля этих датчиков фирма разработала адекватную датчикам серию формирователей тест-сигналов, генерирующих излучения в соответствующих спектральных диапазонах. Каждая из моделей формирователей тест-сигналов имеет несколько разновидностей, их более десяти. Очевидно, что соответственно многообразию датчиков пламени фирма выпускает многообразие формирователей тест-сигналов. Для каждого из формирователей тест-сигнала этой фирмы выбран широкополосный неселективный излучатель интегрального инфракрасного излучения, включающего (но не выделяющего!) характерные полосы контролируемого датчика. Рядом с широкополосным инфракрасным излучателем установлен излучатель видимого света с системой наведения - окуляром или лазерным прицелом, поскольку в излучаемом инфракрасном излучения видимой части спектра нет. Серьезным недостатком описанного решения является необходимость периодической проверки точности наведения инфракрасного потока по коллиматору. Кроме того, устройство предназначено для проверки датчиков, реализующих принцип частотной селекции и непригодно для проверки датчиков, использующих спектральный принцип.

Описанный формирователь наиболее близок к заявляемому по основному техническому замыслу и большинству существенных признаков, он выбран прототипом.

Прототип - наиболее свершенный из известных нам формирователей. Тем не менее, ему присущи некоторые недостатки, характерные и для других рассмотренных аналогов.

A) узкая область применения - только для датчиков одного типа пламени. Для контроля каждого типа пламени надо иметь отдельный формирователь, отличающийся спектром инфракрасного тест-сигнала. Это неудобно и дорого.

Б) невысокая достоверность контроля - возбуждающий тест-сигнал содержит, кроме полос спектра, характерных для заданного типа пламени, и другие полосы спектра (нехарактерные для данного типа пламени), от воздействия которых может ложно сработать датчик

B) сложность наведения и сохранения наводки излучения тест-сигнала на испытуемый датчик, связанная с тем, что оптические оси потоков тест-сигнала и видимого света

пространственно разделены. Это увеличивает трудоемкость контроля, а также снижает его достоверность. Применяемые для наведения тестового излучения на контролируемый объект коллиматоры. прицелы или лазерные указатели, недостаточно надежны. Эти системы сами требуют периодической поверки.

Таким образом, известным решениям формирователей тест-сигралов для контроля инфракрасных датчиков, примеры которых рассмотрены выше, присущи недостатков - они дороги, неудобны в эксплуатации и узкоспецифичны (для датчиков разных типов пламени и пожара требуются разные типы генераторов тест-сигналов)

Задача полезной модели.

Задача полезной модели - уменьшить указанные выше недостатки, усовершенствовать формирователь тест-сигналов, чтобы повысить удобство его использования, снизить трудоемкость контроля и повысить его достоверность и расширить область его применения (универсальность).

Решение задачи - сущность полезной модели.

Поставленные задачи решены тем, что в известный формирователь тест-сигнала для дистанционного контроля работоспособности инфракрасных датчиков пламени и взрыва, содержащий корпус, в котором установлен широкополосный излучатель, соединенный с батареей питания, причем корпус имеет окно, внесены существенные изменения, а именно:

- выбран широкополосный излучатель - лампа накаливания (типовая), спектр излучения которого включает все полосы инфракрасного излучения, характерные для всех типов пламени и взрыва, а также - видимое (оптическое) излучение,

- в окно корпуса вставлен сменный полосовой фильтр, пропускающий инфракрасные полосы спектра, характерные для заданного типа пламени и взрыва, а также - видимое излучение,

Для универсальности формирователя он может быть выполнен с возможностью оперативной замены сменного полосового фильтра на другой сменный полосовой фильтр, комбинация инфракрасных полос пропускания спектра которого характерна для другого типа пламени и взрыва,

Для повышения универсальности формирователь может быть снабжен набором сменных полосовых фильтров, инфракрасные полисы спектра которых характерны для каждого типа пламени и взрыва.

При этом:

- полосовой фильтр для контроля датчиков дыма и датчиков горения полимерных материалов имеет две полосы пропускания - в диапазонах 1,8-3,2 мкм и 0,4-0,7 мкм

- полосовой фильтр для контроля датчиков горения легко воспламеняющихся жидкостей без выделения дыма и датчиков горения древесины имеет три полосы пропускания - в диапазонах 2,6-3,2 мкм, 4,2-4,7 мкм и 0,4-0,7 мкм

- полосовой фильтр для контроля датчиков тлеющих очагов пожара имеет две полосы пропускания - в диапазонах 3,2-4,7 мкм и 0,4-0,7 мкм

- полосовой фильтр для контроля датчиков очагов пожара, связанным с горением веществ, содержащих водород, но не содержащих углерод, имеет две полосы пропускания - в диапазонах 2,6-3,2 мкм и 0,4-0,7 мкм,

Полосовые фильтры выполнены интерференционными.

Для оптимизации формирователя полосовой интерференционный фильтр может быть сформирован многослойной тонкопленочной структурой на подложке из лейкосапфира, пленкообразующие материалы - пара тугоплавких окислов: диоксид кремния (SiO₂) - диоксид циркония (ZiO₂), пленки образованы испарением исходных веществ электронным лучом в вакууме.

Для увеличения дальности действия формирователя широкополосный излучатель может быть размещен в фокусе сферического отражателя, расположенного напротив окна корпуса раструбом к окну.

Для дальнейшего увеличения дальнодействия формирователя в окно его корпуса может быть вставлена фокусирующая линза.

Фокусирующая линза может быть конструктивно объединена со сменным фильтром.

Для повышения универсальности формирователя, а именно, - возможности его использования для контроля датчиков, основанных на частотном и спектральном принципах, - широкополосный излучатель соединен с источником питания через электронный прерыватель, срабатывающий 2-10 раз в секунду.

Другими словами, поставленные задачи решены, в основном, за счет того, что:

- различные спектральные рабочие диапазоны излучения формирователя тест-сигнала образованы из одного и того же широкополосного излучения с помощью сменных интерференционных фильтров, имеющих спектральные полосы пропускания, наиболее точно совпадающие с характерными полосами спектров очагов возгораний.

- указанный широкополосный источник излучения содержит также частоты видимого спектра, а все сменные полосовые фильтры пропускают его.

Основную сложность представляла разработка сменных полосовых многослойных интерференционных фильтров. Подложки и тонкопленочные покрытия таких фильтров должны быть прозрачны в видимой области, а спектр полос пропускания инфракрасного интерференционного фильтра рассчитан так, чтобы сохранить пропускание также и видимого света. Применены специальные технологии и материалы. В качестве материала подложки выбран лейкосапфир, а в качестве пленкообразующих материалов использовалась пара тугоплавких окислов: диоксид кремния (SiO₂) - диоксид циркония (ZrO₂). Пленки получены испарением исходных веществ электронным лучом в вакууме, при этом потребовалось использовать 25-30 слоев.

Раскрытие сущности полезной модели

Сущность полезной модели поясняют фиг.1 и 2, где:

Фиг.1 - пример выполнения формирователя тест-сигнала

Фиг.2 - пример структурной схемы введения амплитудной модуляции излучения

Формирователь тест-сигнала для дистанционного контроля по фиг.1 состоит из корпуса 1, имеющего окно 2. В корпус вставлена батарея (аккумулятор) 3, подключенный к широкополосному источнику излучения 4 через включатель 5. Возможно подключение батареи 3 к широкополосному излучателю 4 через амплитудный модулятор 6, вариант которого приведен на фиг.2. Сменный полосовой фильтр 7 установлен на окно 2 корпуса 1 с возможностью оперативной замены (установка - на трении или на резьбе). В качестве широкополосного излучателя 4 применена ксеноновая лампа накаливания, она в этом примере размещена в фокусе параболического отражателя 8. Формирователь работает следующим образом. При включении включателя 5 загорается ксеноновая лампа 4 тип HPR 01 (широкополосный излучатель). Как известно [4], спектр этой лампы охватывает как ближний и средний ИК-диапазоны спектра, так и видимую область. Полученное широкополосное излучение через отверстие 2 корпуса 1 поступает на сменный полосовой фильтр 7. Фильтр 7 пропускает полосы инфракрасного спектра, характерные для контролируемого типа пламени или взрыва, а также - видимый свет. Поскольку инфракрасное и видимое излучения направлены соосно (они образованы одним и тем же источником 4 и сфокусированы одним и тем же отражателем 8) сформированный тест-сигнал просто и точно направляют на контролируемый датчик и контролируют его реакцию на тест-сигнал. Если он не срабатывает - он неисправен...

При переходе к контролю датчиков других типов пламени и пожара - меняют сменный фильтр 7 на пропускающий инфракрасные полосы спектра, характерные для этого типа пламени и пожара. Замена сменного фильтра, очевидно, производится элементарно, поскольку он закреплен на окне 2 корпуса 1 резьбой, или упругим фиксатором или держится на трении.

Для проверки работоспособности датчиков пламени, использующих принцип частотной селекции, в конструкцию осветительного устройства введен амплитудный модулятор 6, переводящий тест-излучение в режим с меняющейся интенсивностью излучения в диапазоне частот от 2 до 20 Гц (мерцающий режим). Модулятор фиг.2 содержит проводник между входом и выходом, в который последовательно вставлен электронный нормально замкнутый ключ 9. При этом вход проводника соединен с активным выводом источника питания 3, а выход - с входом включателя 5. Между входом модулятора и общим проводом (пассивным выводом источника питания 3) через переключатель 10 режима амплитудной модуляции включена цепь питания мультивибратора 11. Выход мультивибратора подключен к запирающему входу электронного ключа 9. Устройство фиг.2 работает следующим образом. В режиме контроля датчиков,

построенных по спектральному принципу, электронный ключ 9 замкнут и работа формирователя происходит полностью аналогично вышеописанной.

При контроле датчиков, построенных на принципе частотной селекции кроме включений включателя 5 формирователя, включают переключатель режима амплитудной модуляции 11. При этом замыкается цепь питания мультивибратора 10, на его выходе появляются управляющие импульсы с частотой от 2 до 20 колебаний в секунду. Эти импульсы поступают на запирающий вход электронного ключа 9, который с той же частотой прерывает цепь питания широкополосного излучателя 4. Излучение широкополосного излучателя будут модулированы по частоте, причем их спектральный состав останется прежним. Наведение излучения на контролируемый датчик производят так же, как и при контроле датчиков, основанных на спектральном принципе, поскольку модулированный тест-сигнал содержит видимый свет. По реакции датчика на тест-сигнал определяют о его работоспособности.

В зависимости от задач, которые решаются с использованием датчиков пламени, последние отличаются спектральными диапазонами чувствительности. Поэтому для каждого типа многодиапазонного пожарного датчика пламени необходим формирователь тест-сигнала, позволяющий имитировать спектральные характеристики очага возгорания, которым адекватен датчик пламени. В этом случае, в зависимости от пожеланий потребителя, либо каждый формирователь снабжается стационарным полосовым фильтром в виде оптической насадки на окно 2 корпуса 1 и тогда для контроля каждого тип датчика используют соответствующий ему формирователь, либо один формирователь снабжается набором сменных полосовых фильтров. Заявленные формирователи реализованы в опытном производстве «НИИ Гириконд». Основные технические характеристики формирователя представлены в таблице 1.

Таблица 1.
Технические характеристики тестового устройства
Корпус		Ударопрочный термопластик, электростатически безопасный
Вес с элементами питания, кг		0,35
Максимальная сила света на расстоянии 5 м, люкс		230
Источник света:
Тип		Ксеноновая лампа накаливания
Рабочее напряжение, В		2,4
Рабочий ток, А		0,7
Излучаемая мощность, лм		15
Источник питания
Тип	R20
Напряжение	2×1,5 В
Продолжительность свечения	До 12 часов

Основные оптические характеристики полосовых фильтров в виде оптических насадок представлены в таблице 2.

Таблица 2.
Оптические характеристики сменных полосовых фильтров
Назначение пожарного датчика, для контроля которого предназначен формирователь	Спектральная полоса пропускания полосового интерференционного формирователя	Коэффициент пропускания полосового интерференционного фильтра формирователя % не менее
Обнаружение очагов пожара типа ТП5 и ТП4	1,8 мкм-3,2 мкм	87
	0,4 мкм-0,7 мкм	92
Обнаружение очагов пожара типа ТП1 и ТП6	2,6 мкм-3,2 мкм	90
	4,2 мкм-4,7 мкм	85
	0,4 мкм-0,7 мкм	92
Обнаружение очагов пожара типа ТП2 и ТП3	3,2 мкм-4,7 мкм	85
	0,4 мкм-0,7 мкм	92

Для обеспечения возможности работать в заданных спектральных диапазонах, в том числе и в видимом, при проектировании и изготовлении интерференционных фильтров требуется применение специальных технологий и материалов. Материалы, традиционно применяемые для изготовления интерференционных фильтров (германий, теллурид свинца, сернистый цинк, кремний), для решения обозначенных выше проблем использоваться не могут по причине поглощения излучения в видимом диапазоне спектра. Поэтому при выборе подложки и пленкообразующих материалов для изготовления интерференционного фильтра следует руководствоваться следующими требованиями: подложка и пленкообразующие материалы должны быть прозрачны как в видимой области, так и в области 1,5-5 мкм, оптическое покрытие должно обладать высокой абразивной стойкостью и влагостойкостью.

При проектировании структуры оптического интерференционного покрытия, удовлетворяющего требуемым спектральным характеристикам, основные трудности возникают с корректной постановкой задачи поиска решения. Наиболее адекватной физической сущности задач синтеза многослойных оптических покрытий является вариационная постановка этих задач, сводящая их решение к задаче или последовательности задач минимизации некоторых функционалов (оценочных функционалов). Причем основные трудности практического решения задач синтеза оптических покрытий в рамках вариационной постановки связаны с многоэкстремальностью подлежащих минимизации функционалов.

Как правило, типовой оптический интерференционный фильтр состоит из многослойного интерференционного покрытия, нанесенного на соответствующую подложку. В соответствии с классическими представлениями задачи синтеза оптических покрытий, интерференционная структура состоит из чередующихся слоев материалов с низким n_н и высоким n_в индексами рефракции. Причем, чем больше величина Δn=n_в/n_н, тем шире область фильтрации излучения и выше контрастность фильтра.

С учетом требований к спектральным и эксплуатационным характеристикам оптического интерференционного фильтра, в качестве материала подложки был выбран лейкосапфир, а в качестве пленкообразующих материалов использовалась пара тугоплавких окислов: диоксид кремния (SiO₂) - диоксид циркония (ZrO₂). Пленки SiO₂, полученные испарением двуокиси кремния электронным лучом, прозрачны в области от 200 нм до 9 мкм, обладают высокой относительной плотностью, хорошей адгезией и очень высокой механической и химической стойкостью. Пленки ZrO₂ также получают испарением в вакууме электронным лучом. Пленки двуокиси циркония легко совместимы с пленками других окислов и обладают прекрасными механическими и химическими свойствами.

Теоретический расчет показывает, что, в зависимости от модификации пожарного извещателя, для реализации требуемых спектральных характеристик при использовании пары SiO₂-ZrO₂ в структуре интерференционного покрытия необходимо использовать от 25 до 30 слоев. Здесь следует отметить, что по сравнению с другими типами оптических фильтров (поглощающими стеклами, жидкостными, желатиновыми, дисперсионными, кристаллическими и др.), интерференционные фильтры имеют неоспоримое преимущество в силу возможной вариативности своих спектральных характеристик.

Напыление оптического покрытия осуществляется на типовой вакуумной установке, имеющей два электронно-лучевых испарителя, при давлении в камере 4·10^-3-6·10^-3 Па при температуре подложки 300°С. Толщина пленки в процессе напыления контролируется «на просвет» с помощью системы фотометрического контроля.

Таким образом, разработанный формирователь тест сигнала для контроля работоспособности инфракрасных датчиков пламени в соответствии с нормами пожарной безопасности Государственной противопожарной службы МЧС позволил создать физические факторы в среде, имитирующие факторы реального пожара, и вызывающие срабатывание датчиков пламени. Достигается это путем формирования спектров излучения, адекватных спектрам излучения различных типов очагов пожара, а также имитацией модулированного излучения пламени за счет введения в конструкцию формирователя сменных полосовых интерференционных фильтров и возможности переводить формирователь в мерцающий режим.

Каждая модификация датчика пламени, реагирующего на определенный тип очага пламени ТП-1 - ТП-6, имеет свои определенные показатели по чувствительности к фоновым засветкам и дальности срабатывания. Поэтому испытания предлагаемого формирователя тест-сигнала проводились на нескольких модификациях датчиков пламени серии «НАБАТ». Результаты испытаний представлены в таблице 3.

Таблица 3
Тип пожарного извещателя	Датчик пламени, оптимизированный на срабатывание по ТП-2 и ТП-3	Датчик пламени, оптимизированный на срабатывание по ГП-4 и ТП-5	Датчик пламени, оптимизированный на срабатывание по ТП-1 и ТП-6	«Базовый вариант»*
Расстояние срабатывания пожарного извещателя	0,7 м	0,8 м	0,9 м	3,1 м
* - «базовый вариант» датчика пламени оптимизирован на срабатывание по всем типам очагов пламени, но обладает более низкой помехозащищенностью.

Промышленная применимость

На предприятии ОАО «НИИ «Гириконд» осуществлена разработка и промышленное производство серии пожарных многодиапазонных датчиков пламени типа «Набат» с годовым объемом производства до 20000 шт. Каждая из модификаций серии предназначена для использования в различных условиях эксплуатации и адаптирована к различным типам очагов пожара.

Идентифицирующим принципом обнаружения пламени для этих типов датчиков является принцип спектральной селекции с использованием в качестве основного функционального элемента многоспектрального фотогальванического приемника излучения. Этот датчик не имеет отечественных и зарубежных аналогов («Инфракрасный многодиапазонный детектор пламени и взрыва» патент РФ №2296370, приоритет 27.05.2005, опубликован 27.03.2007) и в настоящее время пользуется большим спросом на рынке противопожарных средств защиты.

Одним из условий применения пожарного датчика является процедура регулярной периодической проверки их работоспособности. В некоторых случаях для такой проверки использовались реальные очаги пожара - мини тестовые очаги. Естественно, такой способ проверки крайне неудобен, опасен, а на взрывоопасных объектах просто недопустим.

Отмеченная выше специфика датчиков типа «Набат» не позволяет использовать существующие средства контроля их работоспособности, а предлагаемые формирователи позволили просто и надежно реализовать такую проверку. Подготовлено опытное производство для изготовления пробных партий формирователей тест-сигналов - комплект тестовый взрывозащищенный КТ-1. Первая опытная партия испытывалась на Терминале Балтийской транспортной системы, г.Приморск и получила высокую оценку специалистов.

Необходимо отметить, что в конструкцию формирователя введен элемент, позволяющий формировать излучение и с переменной интенсивностью (режим мерцания). Это делает предлагаемое устройство универсальным, пригодным для проверки работоспособности как извещателей, работающих по принципу спектральной селекции, так и для извещателей, для которых главным идентифицирующим признаком является колебания интенсивности излучения пламени. При этом сохраняются главные достоинства предлагаемого формирователя - адекватность излучения устройства излучению различных типов очагов пожара и возможность визуализации контролируемого извещателя. В этом случае, возможно контролировать работоспособность извещателей пламени ИПЗЗО-ГИП НПП «Герда», ИП330-5 ОАО «Сигма», U7698 «Detronics», ИПЭС «Электронстандарт», IR³ 20/201 Spectrex inc., УСПП «Диабаз-БМ» и др.

В таблице 3 приведены сравнительные данные предложенного тестового устройства и его прототипа.

Таблице 3
Технические характеристики	Предлагаемое решение	Модель 3540-03 фирмы Spectrex Inc, USA
Рабочее напряжение питания, В	2,4	8
Рабочий ток, А	0,7	2,4
Потребляемая мощность, Вт	1,68	19,2
Габаритные размеры, мм	220×65×65	292×258×100
Вес, кг	0,35	3,4
Ориентировочная стоимость, $	350	2000
Расстояние срабатывания, м	3,1 («базовый вариант»)	2,2 («базовый вариант»)

Из Таблицы 3 видно, что в сравнении с прототипом-формирователем тест-сигнала модели 3540-03 фирмы Spectrex Inc, USA предложенный формирователь имеет существенно меньше вес, габариты, значительно меньшую потребляемую мощность, стоимость, более удобен в пользовании, что не только способствует их успешной эксплуатации, но позволяет удовлетворить требования как эксклюзивного, так и массового потребителя.

Литература

1. ЭЛЕКТРОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ИЗВЕЩАТЕЛИ ПЛАМЕНИ. ИК-ПРИЕМНИКИ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ. Л.Дийков, Ф.Медведев, Ю.Шелехин и др. (журнал «Электроника №6 2000 г).

2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ОПТОЭЛЕКТОННЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ Н.И.Горбунов, Л.К.Дийков, С.П.Варфоломеев, Ф.К.Медведев. (Журнал «Мир и безопасность» №2 2005 г).

3. ФОНАРЬ ТЕСТОВЫЙ. ТЦАФ.4845544.002РЭ. РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ. ОАО «НИИ «ГИРИКОНД».

4. ОСНОВЫ ИНФРАКРАСНОЙ ТЕХНИКИ. В.В.Кзелкин, И.Ф.Усольцев. М.: «Машиностроение», 1974, - 336 с.

Claims (13)

1. Формирователь тест-сигнала для дистанционного контроля работоспособности инфракрасных датчиков пламени и взрыва, содержащий корпус, в котором установлен широкополосный излучатель, соединенный с батареей питания, причем корпус имеет окно, отличающийся тем, что выбран широкополосный излучатель, спектр излучения которого включает все полосы инфракрасного излучения, характерные для всех типов пламени и взрыва, а также - видимое (оптическое) излучение, в окно корпуса вставлен сменный оптический полосовой фильтр, пропускающий инфракрасные полосы спектра, характерные для заданного типа пламени и взрыва, а также видимое излучение.

2. Формирователь по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью оперативной замены сменного оптического полосового фильтра на сменный полосовой фильтр, комбинация инфракрасных полос пропускания спектра которого характерна для другого типа пламени и взрыва.

3. Формирователь по п.1, отличающийся тем, что он снабжен набором сменных полосовых фильтров, инфракрасные полосы пропускания спектра которых охватывают комбинации спектров, характерных для всех типа пламени и взрыва.

4. Формирователь по п.3, отличающийся тем, что полосовой фильтр для контроля датчиков дыма и датчиков горения полимерных материалов имеет две полосы пропускания - в диапазонах 1,8-3,2 мкм и 0,4-0,7 мкм.

5. Формирователь по п.3, отличающийся тем, что полосовой фильтр для контроля датчиков горения легко воспламеняющихся жидкостей без выделения дыма и датчиков горения древесины имеет три полосы пропускания - в диапазонах 2,6-3,2 мкм, 4,2-4,7 мкм и 0,4-0,7 мкм.

6. Формирователь по п.3, отличающийся тем, что полосовой фильтр для контроля датчиков тлеющих очагов пожара имеет две полосы пропускания - в диапазонах 3,2-4,7 мкм и 0,4-0,7 мкм.

7. Формирователь по п.3, отличающийся тем, что полосовой фильтр для контроля датчиков очагов пожара, связанным с горением веществ, содержащих водород, но не содержащих углерод, имеет две полосы пропускания - в диапазонах 2,6-3,2 мкм и 0,4-0,7 мкм.

8. Формирователь по п.1, отличающийся тем, что оптические полосовые фильтры выполнены интерференционными.

9. Формирователь по п.8, отличающийся тем, что полосовой интерференционный фильтр сформирован многослойной тонкопленочной структурой на подложке из лейкосапфира, пленкообразующие материалы - пара тугоплавких окислов: диоксид кремния (SiO₂) - диоксид циркония (ZrO₂), пленки образованы испарением исходных веществ электронным лучом в вакууме.

10. Формирователь по п.1, отличающийся тем, что широкополосный излучатель размещен в фокусе сферического отражателя, расположенного напротив окна корпуса раструбом к окну.

11. Формирователь по п.1, отличающийся тем, что в окно его корпуса вставлена фокусирующая линза.

12. Формирователь по п.11, отличающийся тем, что фокусирующая линза конструктивно объединена со сменным фильтром.

13. Формирователь по п.1, отличающийся тем, широкополосный излучатель соединен с источником питания через электронный прерыватель, срабатывающий 2-10 раз в секунду.