UA148977U - Лазерний датчик раннього виявлення загорянь - Google Patents

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.

Description

Корисна модель належить до галузі систем охоронної та пожежної сигналізації і може бути використана для раннього виявлення загорянь.

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.

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.

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.

Причому світловідбивач виконаний у вигляді відбиваючої системи з трьома взаємно перпендикулярними гранями, а приймальним пристроєм є фотоприймач на основі фотодіода.

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.

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.

Найближчим аналогом корисної моделі вибраний лазерний датчик раннього виявлення загорянь |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, аналізуючий

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.

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.

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.

Таким чином, недоліком відомого пристрою є низька завадозахищеність за рахунок впливу вібрацій.

В основу корисної моделі поставлено задачу створити лазерний датчик раннього виявлення загорянь, у якому була б забезпечена можливість усунення впливу вібрацій на роботу датчика.

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).

Зсув локального максимуму в дифракційній картині, який створений першим променем, 60 обусловлено двома факторами:

А у - Во жусстху тьу

Перша складова обумовлена впливом неоднорідностей атмосфери, а друга - вібраціями поверхні. Аналогічно можна записати для другого зондуючого променя.

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 -Вху

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) що

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.

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.

Зо Запропонований лазерний датчик раннього виявлення загорянь працює наступним чином:

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.

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.

В аналізаторі 13 програмними засобами сигнали віднімаються, підносяться до другого ступеню і усереднюються. Флуктуацій через вібрації підуть, а через турбулентності - дисперсія збільшиться вдвічі.

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).

Економічний ефект - зменшення ймовірності видачі датчиком хибних тривог і, відповідно, зменшення кількості викликів пожежних команд.

Джерела інформації:

1. Аспирационньій дьмовой пожарньій извещатель (АБО.

Техническое описание 000 "Систем Сенсор Фаир Детекторс". - (Електронний ресурс|Ї. - Режим доступу до ресурсу: пЕрулимли мазпаот.ги/апісіез/5увієтвзепзог 4.піт.

2. Шаровар Ф.И.

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.

3. Шаровар Ф.И.

Методьї раннего обнаружения загораний. - М.: Стройиздат. - 1988. - С. 78- 83.

4. Лазерний датчик раннього виявлення загорянь.

Патент на корисну модель Мо 60240 від 10.06.2011.

5. Доля Г.Н., Катунин А.Н., Кочин А.В., Чудовская Е.С.

О мешающем воздействиий вибраций на работу датчика для обнаружения, источников загораний.

Системи управління, навігації та зв'язку. - 2009 - Вип 2(10) - С.89-91.

6. Доля Г.Н., Чудовская Е.С.

Математическое моделирование влияния вибраций на работу телевизионного датчика тепловьіх атмосферньїх возмущений.

Вестник Херсонского национального университета.

Вьп. 2(35). - Херсон: ХНТУ, 2009. - С. 190-194.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

   Лазерний датчик раннього виявлення загорянь, який містить напівпровідниковий лазер, колімуючу оптичну систему для розширення пучка, решітку світловідбивачів, приймальну оптичну систему, пристрій з зарядовим зв'язком, аналого-дифровий перетворювач, аналізуючий пристрій, при цьому вихід лазера оптично зв'язаний із входом колімуючої оптичної системи для розширення пучка, вихід пристрою з зарядовим зв'язком підключений до входу аналого- цифрового перетворювача, вихід якого, в свою чергу, підключений до входу аналізуючого пристрою, який відрізняється тим, що додатково введені світлоподільник, дзеркало, друга приймальна оптична система, другий пристрій із зарядовим зв'язком, другий аналого-дифровий перетворювач, а вихід колімуючої оптичної системи оптично зв'язаний зі входом світлоподільника, перший вихід якого через решітку світловідбивачів зв'язаний зі входом приймальної оптичної системи, другий вихід світлоподільника через дзеркало, решітку світловідбивачів і другу приймальну оптичну систему оптично зв'язаний зі входом другого пристрою з зарядовим зв'язком, вихід якого зв'язаний зі входом другого аналого-дифрового перетворювача, вихід якого підключений до другого входу аналізатора.

   Н Х З КУ ше ши У Но і ст в : --