UA148977U - LASER SENSOR OF EARLY FIRE DETECTION - Google Patents
LASER SENSOR OF EARLY FIRE DETECTION Download PDFInfo
- Publication number
- UA148977U UA148977U UAU202102512U UAU202102512U UA148977U UA 148977 U UA148977 U UA 148977U UA U202102512 U UAU202102512 U UA U202102512U UA U202102512 U UAU202102512 U UA U202102512U UA 148977 U UA148977 U UA 148977U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- output
- input
- optical system
- analog
- digital converter
- Prior art date
Links
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 25
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 6
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 6
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 3
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 3
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Abstract
Лазерний датчик раннього виявлення загорянь містить напівпровідниковий лазер, колімуючу оптичну систему для розширення пучка, решітку світловідбивачів, приймальну оптичну систему, пристрій з зарядовим зв'язком, аналого-цифровий перетворювач, аналізуючий пристрій. Додатково введені світлоподільник, дзеркало, друга приймальна оптична система, другий пристрій з зарядовим зв'язком, другий аналого-цифровий перетворювач.The laser sensor of early detection of fires contains a semiconductor laser, a collimating optical system for beam expansion, a grating of reflectors, a receiving optical system, a device with a charge connection, an analog-to-digital converter, an analyzing device. Additionally introduced a light divider, a mirror, a second receiving optical system, a second device with a charge connection, a second analog-to-digital converter.
Description
Корисна модель належить до галузі систем охоронної та пожежної сигналізації і може бути використана для раннього виявлення загорянь.A useful model belongs to the field of security and fire alarm systems and can be used for early detection of fires.
Відомий аспіраційний димовий пожежний датчик |1|, який містить лазерний діод, оптичний підсилювач та фотодіод. Для визначення факту загоряння також використовується розсіяне на частках диму світлове випромінювання, що детектується фотодіодом, і в разі перевищення порога при підвищеній концентрації димових часток видається сигнал оповіщення про пожежу.A well-known aspiration smoke fire detector |1|, which contains a laser diode, an optical amplifier and a photodiode. Light radiation scattered on smoke particles detected by a photodiode is also used to determine the fact of ignition, and if the threshold is exceeded with an increased concentration of smoke particles, a fire warning signal is issued.
Оптичний підсилювач дозволяє підвищити потужність лазерного випромінювання за рахунок його спрямування на фотодіод, і таким чином підвищити чутливість датчика. Недоліком датчика є низька завадозахищеність і можливість виникнення хибних тривог за рахунок високого рівня шумів оптичного підсилювача.The optical amplifier allows you to increase the power of laser radiation by directing it to the photodiode, and thus increase the sensitivity of the sensor. The disadvantage of the sensor is low immunity and the possibility of false alarms due to the high noise level of the optical amplifier.
Відомий лазерний пожежний датчик (2, З), який реагує на появу теплових збурень та містить напівпровідниковий лазер, вихід якого оптично зв'язаний із входом колімуючої оптичної системи для розширення пучка, вихід якої через світловідбивач оптично зв'язаний із входом приймального пристрою, вихід якого підключений до входу аналого-цифрового перетворювача, вихід якого, в свою чергу, підключений до входу аналізуючого пристрою.A known laser fire detector (2, C), which reacts to the appearance of thermal disturbances and contains a semiconductor laser, the output of which is optically connected to the input of a collimating optical system for expanding the beam, the output of which is optically connected to the input of the receiving device through a reflector, output which is connected to the input of the analog-to-digital converter, the output of which, in turn, is connected to the input of the analyzing device.
Причому світловідбивач виконаний у вигляді відбиваючої системи з трьома взаємно перпендикулярними гранями, а приймальним пристроєм є фотоприймач на основі фотодіода.Moreover, the reflector is made in the form of a reflective system with three mutually perpendicular faces, and the receiving device is a photoreceiver based on a photodiode.
На ранньому етапі виникнення загорянь з'являються теплові збурення, що призводять до модуляції початкового рівномірного розподілу інтенсивності лазерного пучка. Величина змінної складової є мірою виникаючих теплових збурень та використовується для виявлення загорянь.At the early stage of the occurrence of fires, thermal disturbances appear, which lead to modulation of the initial uniform distribution of the intensity of the laser beam. The magnitude of the variable component is a measure of emerging thermal disturbances and is used to detect fires.
Недоліком лазерного пожежного датчика є мала глибина модуляції інтенсивності пучка на ранніх етапах виявлення загорянь, що виникають за рахунок теплових збурень, і як наслідок - низький рівень відношення сигнал/шум при детектуванні і високий рівень хибних тривог, тобто низька завадозахищеність.The disadvantage of a laser fire detector is the small depth of beam intensity modulation in the early stages of fire detection, which occurs due to thermal disturbances, and as a result - a low level of the signal/noise ratio during detection and a high level of false alarms, that is, low immunity.
Найближчим аналогом корисної моделі вибраний лазерний датчик раннього виявлення загорянь |4).The closest analogue of the useful model is the selected laser sensor for early detection of fires |4).
Цей лазерний датчик раннього виявлення загорянь містить напівпровідниковий лазер, колімуючу оптичну систему для розширення пучка, решітку світловідбивачів, приймальну оптичну систему, пристрій з зарядовим зв'язком, аналого-дифровий перетворювач, аналізуючийThis laser sensor for early detection of fires contains a semiconductor laser, a collimating optical system for beam expansion, a reflector array, a receiving optical system, a charge-coupled device, an analog-to-digital converter, analyzing
Зо пристрій. Вихід лазера оптично зв'язаний із входом колімуючої оптичної системи для розширення пучка, вихід якої через решітку світловідбивачів оптично зв'язаний із входом приймальної оптичної системи, вихід якої оптично зв'язаний із входом пристрою з зарядовим зв'язком, вихід якого підключений до входу аналого-дифрового перетворювача, вихід якого, в свою чергу, підключений до входу аналізуючого пристрою.From the device. The output of the laser is optically connected to the input of a collimating optical system for beam expansion, the output of which is optically connected through a reflector array to the input of a receiving optical system, the output of which is optically connected to the input of a charge-coupled device, the output of which is connected to the input analog-to-digital converter, the output of which, in turn, is connected to the input of the analyzing device.
Особливістю роботи даного пристрою є те, що вона заснована на зсувах розсіяного випромінювання в площині прийому за рахунок проходження променя через фазові неоднорідності повітря, обумовлені тепловими збуреннями, які створюються загорянням на його початковій стадії. Чим більше рівень загоряння, тим більше рівень виникаючих фазових неоднорідностей повітря і тим більше амплітуда хаотичних відхилень розсіяного випромінювання, що спостерігається в площині прийому. Дисперсія (СКВ) відхилень порівнюється з порогом і приймається рішення про виникнення загоряння.The peculiarity of the operation of this device is that it is based on shifts of scattered radiation in the receiving plane due to the passage of the beam through the phase inhomogeneities of the air caused by thermal disturbances created by ignition at its initial stage. The greater the level of ignition, the greater the level of emerging air phase inhomogeneities and the greater the amplitude of chaotic deviations of scattered radiation observed in the receiving plane. The dispersion (SCA) of the deviations is compared with the threshold and a decision is made about the occurrence of ignition.
Однак до кутових зсувів дифракційної картини в площині прийому призводять також вібрації об'єкта з нанесеною на нього СВП. Сукупність мікропризм на поверхні, яка нахилена щодо фронту падаючої хвилі можна вважати своєрідним двовимірним ешелоном Майкельсона, закономірності дифракції на якому добре відомі і полягають в тому, що дифракційні порядки відхиляються на величину, рівну подвоєному куту відхилення поверхні від фронту падаючої хвилі. Цей підхід більш детально описаний в (5) і підтверджений результатами математичного моделювання |бЄЇ. Оцінка амплітуди цих коливань показує, що її величина (одиниці кутових хвилин) виявляється порівняною з величиною кутових коливань локального максимуму, обумовлених турбулентністю атмосфери, що ускладнює виявлення і аналіз теплових збурень при наявності вібрацій.However, the vibrations of the object with the SVP applied to it also lead to angular shifts of the diffraction pattern in the receiving plane. A set of microprisms on a surface that is tilted relative to the front of the incident wave can be considered a kind of two-dimensional Michelson echelon, the diffraction patterns on which are well known and consist in the fact that the diffraction orders deviate by an amount equal to twice the angle of deviation of the surface from the front of the incident wave. This approach is described in more detail in (5) and confirmed by the results of mathematical modeling |bЭІ. The estimation of the amplitude of these oscillations shows that its magnitude (units of angular minutes) is comparable to the magnitude of angular oscillations of the local maximum caused by atmospheric turbulence, which complicates the detection and analysis of thermal disturbances in the presence of vibrations.
Таким чином, недоліком відомого пристрою є низька завадозахищеність за рахунок впливу вібрацій.Thus, the disadvantage of the known device is low immunity due to the influence of vibrations.
В основу корисної моделі поставлено задачу створити лазерний датчик раннього виявлення загорянь, у якому була б забезпечена можливість усунення впливу вібрацій на роботу датчика.The basis of a useful model is the task of creating a laser sensor for early detection of fires, in which the possibility of eliminating the influence of vibrations on the operation of the sensor would be ensured.
Флуктуації показника заломлення повітря, створювані осередком займання, випадкові. Вони будуть некорельовані в областях простору, відстань між якими більше радіуса просторової кореляції. Створимо два зондувальних промені і направимо їх на СВП (див. креслення).Fluctuations in the index of refraction of air, created by the source of ignition, are random. They will be uncorrelated in regions of space, the distance between which is greater than the spatial correlation radius. Let's create two probing beams and direct them to the SVP (see drawing).
Зсув локального максимуму в дифракційній картині, який створений першим променем, 60 обусловлено двома факторами:The shift of the local maximum in the diffraction pattern, which is created by the first beam, 60 is due to two factors:
А у - Во жусстху тьуAnd in - Vo zhussthu tyu
Перша складова обумовлена впливом неоднорідностей атмосфери, а друга - вібраціями поверхні. Аналогічно можна записати для другого зондуючого променя.The first component is caused by the influence of atmospheric inhomogeneities, and the second - by surface vibrations. Similarly, it can be written for the second probing beam.
Складові, обумовлені флуктуаціями повітря, різні і статистично незалежні в двох каналах, а складові, обумовлені вібраціями поверхні, будуть однаковими в обох каналах, якщо направити промені на одну точку поверхні. Числові дані про величину відхилення в кожному каналі визначаються з частотою кадрової розгортки. При їх відніманні складова, обумовлена вібраціями, зникає: аку Щ Яку Щі у -ВхуThe components due to air fluctuations are different and statistically independent in the two channels, and the components due to surface vibrations will be the same in both channels if the rays are directed to one point on the surface. Numerical data on the amount of deviation in each channel are determined with the frequency of the frame scan. When they are subtracted, the component caused by vibrations disappears: aku Sh Yaku Shchi u -Vhu
Потім слід піднести до другого ступеня елементи масиву даних, провести усереднення і обчислити дисперсію (СКЕ): (ку іа (Я КМ - (бху у -25, убіху з(бху у ху (ху!) (обхубху) (ху) - (худ) ху (губку) щоThen the elements of the array of data should be raised to the second power, averaged and the variance (SKE) should be calculated: hud) hu (sponge) what
Складова обертається в нуль, тому що випадкові відхилення в каналах незалежні, знакозмінні і мають середнє значення рівне нулю. Таким чином, результат обчислень характеризує тільки рівень флуктуацій показника заломлення за рахунок прогрівання повітря осередком займання і не схильний до впливу перешкоджаючих вібрацій поверхні.The component turns to zero, because the random deviations in the channels are independent, sign-changing and have an average value equal to zero. Thus, the result of the calculations characterizes only the level of fluctuations of the refractive index due to the heating of the air by the ignition source and is not subject to the influence of the interfering vibrations of the surface.
Лазерний датчик раннього виявлення загорянь, який містить лазер 1, вихід якого оптично зв'язаний із входом світлоподільника 2, перший вихід якого оптично зв'язаний із входом першої колімуючої оптичної системи 4, вихід якої зв'язаний зі входом решітки світловідбивачів 5, а вихід зв'язаний зі входом першої оптичної приймальної системи 6, вихід якої зв'язаний з першим приймальним пристроєм з зарядовим зв'язком 7, вихід якого підключений до входу першого аналого-цифрового перетворювача 8, вихід якого підключений до входу аналізуючого пристрою 13, другий вихід світлоподільника 2 оптично зв'язаний із входом дзеркала 3, вихід якого оптично зв'язаний із входом другої колімуючої оптичної системи для розширення пучка 9, вихід якої зв'язаний зі входом решітки світловідбивачів 5, а вихід зв'язаний зі входом другої оптичної приймальної системи 10, вихід якої зв'язаний з другим приймальним пристроєм з зарядовим зв'язком 11, вихід якого підключений до входу другого аналого-дифрового перетворювача 12, вихід якого підключений до входу аналізуючого пристрою 13.A laser sensor for the early detection of fires, which contains a laser 1, the output of which is optically connected to the input of the light splitter 2, the first output of which is optically connected to the input of the first collimating optical system 4, the output of which is connected to the input of the reflector grid 5, and the output connected to the input of the first optical receiving system 6, the output of which is connected to the first receiving device with charge coupling 7, the output of which is connected to the input of the first analog-to-digital converter 8, the output of which is connected to the input of the analyzing device 13, the second output light splitter 2 is optically connected to the input of the mirror 3, the output of which is optically connected to the input of the second collimating optical system for beam expansion 9, the output of which is connected to the input of the reflector grid 5, and the output is connected to the input of the second optical receiving system 10, the output of which is connected to the second receiving device with a charging connection 11, the output of which is connected to the input of the second analog-to-digital converter 12, the output of which is connected to the input of the analyzing device 13.
Зо Запропонований лазерний датчик раннього виявлення загорянь працює наступним чином:The proposed laser sensor for early fire detection works as follows:
Світловий потік, що створюється лазером 1, за допомогою світлоподільника 2 поділяється на два промені, які рознесені в просторі, перший промінь за допомогою першої колімуючої оптичної системи 4 фокусується на поверхні решітки світловідбивачів 5. За рахунок дифракції на сукупності світловідбивачів в площині прийому формується дифракційна спекл картина, що є сукупністю світлих плям. Частина випромінювання проходить крізь першу оптичну приймальну систему 6 і детектується першим приймальним пристроєм з зарядовим зв'язком 7. Цей сигнал оцифровується аналого-дифровим перетворювачем (АЦП) 8 і аналізується за допомогою аналізатора 13.The light stream created by the laser 1 is split into two beams that are separated in space by means of a beam splitter 2, the first beam is focused on the surface of the grid of reflectors 5 by means of the first collimating optical system 4. Due to diffraction on the set of reflectors in the receiving plane, a diffraction speckle is formed a picture that is a collection of light spots. Part of the radiation passes through the first optical receiving system 6 and is detected by the first receiving device with charge coupling 7. This signal is digitized by the analog-to-digital converter (ADC) 8 and analyzed using the analyzer 13.
Другий промінь за допомогою другої колімуючої системи 9 фокусується на поверхні решітки світловідбивачів 5. За рахунок дифракції на сукупності світловідбивачів в площині прийому формується дифракційна спекл картина, що є сукупністю світлих плям. Частина випромінювання проходить крізь другу приймальну оптичну систему 10 ї детектується фотоприймачем 11. Цей сигнал оцифровується аналого-дифровим перетворювачем (АЦП) 12 і аналізується за допомогою аналізатора 13.The second beam with the help of the second collimating system 9 is focused on the surface of the grid of reflectors 5. Due to diffraction on the set of reflectors in the receiving plane, a diffraction speckle pattern is formed, which is a set of light spots. Part of the radiation passes through the second receiving optical system 10 and is detected by the photodetector 11. This signal is digitized by the analog-to-digital converter (ADC) 12 and analyzed using the analyzer 13.
В аналізаторі 13 програмними засобами сигнали віднімаються, підносяться до другого ступеню і усереднюються. Флуктуацій через вібрації підуть, а через турбулентності - дисперсія збільшиться вдвічі.In the analyzer 13, the signals are subtracted, raised to the second degree and averaged by means of software. Fluctuations will disappear due to vibrations, and dispersion will double due to turbulence.
Технічний результат, що може бути отриманий при використанні розробленого лазерного датчика раннього виявлення загорянь, полягає у тому, що вводиться додатковий, територіально рознесений відносно основного каналу, приймальний канал, при цьому за рахунок нової сукупності ознак буде забезпечена можливість усунення впливу вібрацій на роботу датчика (креслення).The technical result that can be obtained when using the developed laser sensor for the early detection of fires is that an additional receiving channel is introduced, which is territorially dispersed relative to the main channel, and at the same time, due to a new set of features, the possibility of eliminating the influence of vibrations on the operation of the sensor will be ensured ( drawing).
Економічний ефект - зменшення ймовірності видачі датчиком хибних тривог і, відповідно, зменшення кількості викликів пожежних команд.The economic effect is a reduction in the probability of false alarms being issued by the sensor and, accordingly, a reduction in the number of calls to fire brigades.
Джерела інформації:Sources:
1. Аспирационньій дьмовой пожарньій извещатель (АБО.1. Aspiration demon fire alarm (OR.
Техническое описание 000 "Систем Сенсор Фаир Детекторс". - (Електронний ресурс|Ї. - Режим доступу до ресурсу: пЕрулимли мазпаот.ги/апісіез/5увієтвзепзог 4.піт.Technical description 000 "System Sensor Fire Detectors". - (Electronic resource. - Mode of access to the resource: pErulimly mazpaot.gy/apisiez/5uvietvzepsog 4.pit.
2. Шаровар Ф.И.2. Sharovar F.I.
Сравнительная оценка зффективности применения тепловьмх максимальньїх, дифференциальньх и дьімовьїх пожарньїх извещателей. // Противопожарньєе и аварийно-спасательньюе средства. - Мо 4. - 2006. - (Електронний ресурс). - Режим доступу до ресурсу: НЕр://дайу.зес.ги/дайуррівНпом.стт ?гіа-беріа-173836роз-4в81р-а25.Comparative evaluation of the effectiveness of the application of thermal maximum, differential and smoke fire detectors. // Fire-fighting and rescue equipment. - May 4. - 2006. - (Electronic resource). - Mode of access to the resource: NEr://dayu.zes.gy/daiurrivNpom.stt?gia-beria-173836roz-4v81r-a25.
3. Шаровар Ф.И.3. Sharovar F.I.
Методьї раннего обнаружения загораний. - М.: Стройиздат. - 1988. - С. 78- 83.Methods of early detection of a sunburned person. - M.: Stroyizdat. - 1988. - P. 78-83.
4. Лазерний датчик раннього виявлення загорянь.4. Laser sensor for early detection of fires.
Патент на корисну модель Мо 60240 від 10.06.2011.Utility model patent No. 60240 dated 06/10/2011.
5. Доля Г.Н., Катунин А.Н., Кочин А.В., Чудовская Е.С.5. Dolya G.N., Katunin A.N., Kochyn A.V., Chudovskaya E.S.
О мешающем воздействиий вибраций на работу датчика для обнаружения, источников загораний.About the interfering effect of vibrations on the operation of the sensor for detecting lit sources.
Системи управління, навігації та зв'язку. - 2009 - Вип 2(10) - С.89-91.Management, navigation and communication systems. - 2009 - Issue 2(10) - P.89-91.
6. Доля Г.Н., Чудовская Е.С.6. Dolya G.N., Chudovskaya E.S.
Математическое моделирование влияния вибраций на работу телевизионного датчика тепловьіх атмосферньїх возмущений.Mathematical modeling of the influence of vibrations on the operation of a television sensor of thermal atmospheric disturbances.
Вестник Херсонского национального университета.Bulletin of the Kherson National University.
Вьп. 2(35). - Херсон: ХНТУ, 2009. - С. 190-194.Ex. 2(35). - Kherson: KhNTU, 2009. - P. 190-194.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAU202102512U UA148977U (en) | 2021-05-13 | 2021-05-13 | LASER SENSOR OF EARLY FIRE DETECTION |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
UAU202102512U UA148977U (en) | 2021-05-13 | 2021-05-13 | LASER SENSOR OF EARLY FIRE DETECTION |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
UA148977U true UA148977U (en) | 2021-10-05 |
Family
ID=78078908
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
UAU202102512U UA148977U (en) | 2021-05-13 | 2021-05-13 | LASER SENSOR OF EARLY FIRE DETECTION |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
UA (1) | UA148977U (en) |
-
2021
- 2021-05-13 UA UAU202102512U patent/UA148977U/en unknown
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
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 | |
US7668411B2 (en) | Distributed vibration sensing system using multimode fiber | |
US6016195A (en) | Fiber optic device for detecting the scattered light or fluorescent light from a suspension | |
US3809477A (en) | Measuring apparatus for spatially modulated reflected beams | |
Lu et al. | Evaluating phase errors in phase-sensitive optical time-domain reflectometry based on I/Q demodulation | |
US20060139653A1 (en) | Sensor for optically sensing air borne acoustic waves | |
RU2530244C2 (en) | Distributed coherent reflectometric system with phase demodulation (versions) | |
US6933845B2 (en) | Photon intrusion detector | |
WO2020026589A1 (en) | Receiver, fire detection system, and fire detection method | |
US3924252A (en) | Laser smoke detection | |
UA148977U (en) | LASER SENSOR OF EARLY FIRE DETECTION | |
US3723746A (en) | Fire detecting apparatus sensitive to refraction | |
EP1132879A2 (en) | Optical intrusion detection system using mode coupling | |
JP2740262B2 (en) | Particle size measurement smoke detector | |
US4719343A (en) | Phase retarding laser radiation detection system | |
CN114323243A (en) | High-sensitivity perimeter safety monitoring method based on distributed quantum interferometer | |
UA124616U (en) | LASER SENSOR FOR EARLY FLAMMING | |
Záviška et al. | Comparison of image edge detection methods for intruder detection in a phase-sensitive OTDR system | |
RU160748U1 (en) | SMOK ALARM | |
Wen-qing et al. | Multi-angle scattering characteristic of test fire smoke and typical interference aerosol | |
SU1550555A1 (en) | Method and apparatus for checking presence of smoke in medium under check | |
UA152063U (en) | Laser sensor for early detection of fires | |
US20230206741A1 (en) | Apparatus and method for detecting smoke based on polarization | |
Li et al. | Dual Mach–Zehnder interferometers with hierarchical clustering analysis method applied for positioning the intrusion | |
Hayashida et al. | Sound Detection Limit in Optical Wave Microphone System with Long Laser Beam Transmission and Improvement of Signal to Noise Ratio |