UA152063U - Laser sensor for early detection of fires - Google Patents

Laser sensor for early detection of fires Download PDF

Info

Publication number
UA152063U
UA152063U UAU202201923U UAU202201923U UA152063U UA 152063 U UA152063 U UA 152063U UA U202201923 U UAU202201923 U UA U202201923U UA U202201923 U UAU202201923 U UA U202201923U UA 152063 U UA152063 U UA 152063U
Authority
UA
Ukraine
Prior art keywords
output
input
fires
receiving
optical system
Prior art date
Application number
UAU202201923U
Other languages
Ukrainian (uk)
Inventor
Віктор Андрійович Романюк
Сергій Олександрович Стародубцев
Сергій Миколайович Суконько
Григорій Миколайович Доля
Костянтин Олексійович Бондаренко
Original Assignee
Національна Академія Національної Гвардії України
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Національна Академія Національної Гвардії України filed Critical Національна Академія Національної Гвардії України
Priority to UAU202201923U priority Critical patent/UA152063U/en
Publication of UA152063U publication Critical patent/UA152063U/en

Links

Landscapes

  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

The laser sensor for early detection of fires contains a semiconductor laser, the output of which is optically coupled to the input of a collimating optical system for beam expansion, the output of which is optically coupled through a reflector and a matrix of light guides to a receiving optical system, the output of which is coupled to a receiving device, the output of which is connected to the input of an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of an analyzing device. Additionally, the sensor contains an optical aperture, the input of which is optically coupled to a matrix of light guides, and the output of the aperture is coupled to the input of the optical receiving system, and a photodiode is used as a receiving device.

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 пожежний датчик |1|, який містить джерело випромінювання та фотоприймач. Для визначення факту загоряння використовується розсіяне на частках диму світлове випромінювання, що детектується фотоприймачем, і в разі перевищення порогу при підвищеній концентрації димових часток видається сигнал оповіщення про пожежу.A known fire detector |1|, which contains a radiation source and a photodetector. To determine the fact of ignition, light radiation scattered on smoke particles is used, which is detected by a photodetector, and if the threshold is exceeded with an increased concentration of smoke particles, a fire warning signal is issued.

Недоліком відомого пристрою є неможливість раннього виявлення загорянь, тому що потужність розсіяного на частках випромінювання при малій концентрації часток дуже низька.The disadvantage of the known device is the impossibility of early detection of fires, because the power of radiation scattered on particles at a low concentration of particles is very low.

Відомий також аспіраційний димовий пожежний датчик |2)|, 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 порогу при підвищеній концентрації димових часток видається сигнал оповіщення про пожежу.Also known is the aspiration smoke fire detector |2)|, 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. Але недоліком відомого датчика також є неможливість раннього виявлення загоряння, в разі, якщо концентрація димових часток ще не велика, хоча вже присутні теплові збурення повітря зумовлені пожежею |ЗІ.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. But the disadvantage of the known sensor is also the impossibility of early fire detection, if the concentration of smoke particles is not yet high, although there are already thermal disturbances in the air caused by the fire.

Відомим аналогом запропонованої корисної моделі є лазерний пожежний датчик |4|, який 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 well-known analogue of the proposed useful model is a laser fire detector |4|, which contains a semiconductor laser, the output of which is optically connected to the input of a collimating optical system for beam expansion, the output of which is optically connected through a reflector to the input of a receiving device, the output of which is connected to input of the analog-to-digital converter, the output of which, in turn, is connected to the input of the analyzing device.

На ранньому етапі виникнення загорянь з'являються теплові збурення, що призводять до модуляції початково 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 initially 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 даного датчика є мала глибина модуляції інтенсивності пучка на ранніх етапах виявлення загорянь, що виникають за рахунок теплових збурень, і як наслідок - неможливість їх раннього виявлення.The shortcoming of this sensor is the small depth of beam intensity modulation in the early stages of detecting fires that occur due to thermal disturbances, and as a result - the impossibility of their early detection.

Зо Найближчим аналогом запропонованої корисної моделі є лазерний датчик раннього виявлення загорянь |5|, 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, де як свігловідбивач використано дзеркало, після якого додатково введена матриця світловодів, оптично зв'язана з нею приймальна оптична система, вихід якої оптично зв'язаний зі входом приймального пристрою, в ролі якого використаний пристрій з зарядовим зв'язком.The closest analogue of the proposed useful model is a laser sensor for the early detection of fires |5|, 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 beam expansion, the output of which is optically connected through a reflector with the input of the receiving device, the output of 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, where a mirror is used as a light reflector, after which a matrix of light guides is additionally introduced, the receiving optical system is optically connected to it , the output of which is optically connected to the input of the receiving device, in the role of which a device with a charge connection is used.

Недоліком найближчого аналога є невідповідність постійної часу пристрою з зарядовим зв'язком зі спектром флуктуації турбулентності атмосфери. Відомо, що спектр часових флуктуацій неоднорідностей показника заломлення атмосфери є випадковим і займає діапазон від О Гц до 1 кГц. Характерна постійна часу ПЗЗ є не більшою, ніж 50 Гц, тому при "швидких" змінах показника заломлення зміна структури розсіяного випромінювання в площині прийому (Фіг. 1) буде змінюватися настільки швидко, що ці зміни будуть усереднюватися.The disadvantage of the closest analogue is the discrepancy between the time constant of the charge-coupled device and the fluctuation spectrum of atmospheric turbulence. It is known that the spectrum of temporal fluctuations of atmospheric refractive index inhomogeneities is random and ranges from 0 Hz to 1 kHz. The characteristic time constant of the CCD is no more than 50 Hz, therefore, with "fast" changes in the refractive index, the change in the structure of the scattered radiation in the receiving plane (Fig. 1) will change so quickly that these changes will be averaged.

Таким чином, реальна картина зміни розподілу інтенсивності буде викривлена, що призведе до зменшення вірогідності виявлення загорянь.Thus, the real picture of the change in intensity distribution will be distorted, which will lead to a decrease in the probability of detecting fires.

В основу корисної моделі поставлена задача створити лазерний датчик раннього виявлення загорянь як датчик пожежної сигналізації, у якому за рахунок нової сукупності ознак була б забезпечена можливість відповідності спектра коливань неоднорідності атмосфери і постійної часу фотоприймача.The basis of a useful model is the task of creating a laser sensor for early detection of fires as a fire alarm sensor, in which, due to a new set of features, the possibility of matching the spectrum of fluctuations of atmospheric heterogeneity and the time constant of the photodetector would be ensured.

Для вирішення поставленої задачі у лазерному пожежному датчику, який 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, згідно з корисною моделлю, як світловідбивач використано дзеркало, після якого додатково введена матриця світловодів, оптична діафрагма, оптично зв'язана з нею приймальна оптична система, вихід якої оптично зв'язаний зі входом приймального пристрою, як такий використаний фотодіод.To solve the given problem in a laser fire detector, which contains a semiconductor laser, the output of which is optically connected to the input of a collimating optical system for beam expansion, the output of which is optically connected through a reflector to the input of a receiving device, the output of which is connected to the input of an analog-digital converter, the output of which, in turn, is connected to the input of the analyzing device, according to a useful model, a mirror is used as a reflector, after which a matrix of light guides, an optical diaphragm, optically connected to it, a receiving optical system, the output of which is optically connected connected to the input of the receiving device, as such a photodiode is used.

Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями (фіг. 1 - фіг. 3).The essence of the proposed useful model is explained by drawings (Fig. 1 - Fig. 3).

На фіг. 1 наведена структурна схема запропонованого лазерного датчика раннього виявлення загорянь.In fig. 1 shows the structural diagram of the proposed laser sensor for early detection of fires.

На фіг. 2 наведена дифракційна картина в площині прийому.In fig. 2 shows the diffraction pattern in the receiving plane.

На фіг. З наведено часовий спектр струму на виході фотоприймача.In fig. C shows the time spectrum of the current at the output of the photodetector.

Запропонований лазерний датчик раннього виявлення загорянь (див. фіг. 1) містить: напівпровідниковий лазер 1, колімуючу оптичну систему для розширення пучка 2, дзеркало 3, матрицю світловодів 4, оптичну діафрагму 5, приймальну оптичну систему 6, фотодіод 7, аналого-цифровий перетворювач 8, аналізуючий пристрій 9.The proposed laser sensor for the early detection of fires (see Fig. 1) contains: a semiconductor laser 1, a collimating optical system for beam expansion 2, a mirror 3, a matrix of light guides 4, an optical diaphragm 5, a receiving optical system 6, a photodiode 7, an analog-to-digital converter 8, analyzing device 9.

Вихід напівпровідникового лазера 1 оптично зв'язаний із входом колімуючої оптичної системи для розширення пучка 2, вихід якої через дзеркало 3, матрицю світловодів 4, оптичну діафрагму 5, оптично зв'язаний із входом приймальної оптичної системи 6, вихід якої оптично зв'язаний із входом фотодіода 7, вихід якого підключений до входу аналого-дифрового перетворювача 8, вихід якого, в свою чергу, підключений до входу аналізуючого пристрою 9.The output of the semiconductor laser 1 is optically connected to the input of the collimating optical system for beam expansion 2, the output of which through the mirror 3, the matrix of light guides 4, the optical diaphragm 5, is optically connected to the input of the receiving optical system 6, the output of which is optically connected to by the input of the photodiode 7, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter 8, the output of which, in turn, is connected to the input of the analyzing device 9.

Запропонований лазерний датчик раннього виявлення загорянь працює наступним чином.The proposed laser sensor for early fire detection works as follows.

За допомогою колімуючої оптичної системи для розширення пучка 2 випромінювання напівпровідникового лазера 1 подається на дзеркало 3, проходить матрицю світловодів 4, оптичну діафрагму 5, і після проходження процесу дифракції через приймальну оптичну систему 6 в площині прийому формується дифракційна спекл картина, що є сукупністю світлих плям. Випромінювання, що пройшло крізь діафрагму в приймальну оптичну систему 6, детектується фотоприймачем 7. Цей сигнал оцифровується аналого-дифровим перетворювачем (АЦП) 8 і аналізується за допомогою аналізатора 9.With the help of a collimating optical system to expand the beam 2, the radiation of the semiconductor laser 1 is applied to the mirror 3, passes through the matrix of light guides 4, the optical diaphragm 5, and after passing through the diffraction process through the receiving optical system 6, a diffraction speckle pattern is formed in the receiving plane, which is a collection of light spots . The radiation that passed through the diaphragm into the receiving optical system 6 is detected by the photodetector 7. This signal is digitized by the analog-to-digital converter (ADC) 8 and analyzed using the analyzer 9.

При відсутності турбулентних збурень атмосфери за рахунок джерела тепла (пожежа) струм на виході приймача 7 буде мати постійне значення. При появі турбулентності дифракційна картина, фіг. 2, буде хаотично переміщуватися в площині прийому, кожен з елементів буде мати траєкторію, подібну до фіг. 3.In the absence of turbulent atmospheric disturbances due to a heat source (fire), the current at the output of the receiver 7 will have a constant value. When turbulence appears, the diffraction pattern, fig. 2, will randomly move in the receiving plane, each of the elements will have a trajectory similar to fig. 3.

Фотодіод є швидкісним фотоприймачем, тому зміни струму будуть адекватно відповідати характеру руху дифракційної картини без усереднення, як це мало місце в найближчому аналогу.The photodiode is a high-speed photodetector, so current changes will adequately correspond to the nature of the movement of the diffraction pattern without averaging, as was the case in the closest analogue.

Корисна модель дає раннє виявлення загорянь за рахунок введення у пристрій оптичноїA useful model provides early detection of fires due to the introduction of optical into the device

Зо діафрагми, яка забезпечує створення змінного світлового потоку, адекватного змінам турбулентності атмосфери, а також використання замість ПЗЗ швидкісного фотодіода, за рахунок чого забезпечується відповідність спектра коливань турбулентності часовому спектра струму на виході фотоприймача, що підвищить ймовірність раннього виявлення загорянь.From the diaphragm, which ensures the creation of a variable light flow adequate to changes in atmospheric turbulence, as well as the use of a high-speed photodiode instead of a PZZ, due to which the spectrum of turbulence fluctuations is ensured to correspond to the time spectrum of the current at the output of the photodetector, which will increase the probability of early detection of fires.

Джерела інформації: 1 А. с. Мо 593227 (СССР), 5088 17/10. Дьімовой датчик / Ф.И. Шаровар, В.А. Толикин, В.А.Sources of information: 1 A. p. Mo. 593227 (USSR), 5088 17/10. Dymovoy sensor / F.I. Sharovar, V.A. Tolykin, V.A.

Шакиров. - Заяв. 27.07.76; опубл. 15.02.78; Бюл. Мо 6-2 с. 2 Аспирационньій дьммовой пожарньй извещатель ГАБО. Техническое описание О0О "Систем Сенсор Файир Детекторе". - (Електронний ресурс| Режим доступу до ресурсу: пор. 7Лллумм.мазпаот.ги/апісІев/5уи5іетвепвзог 4.ПІт.Shakirov. - Application 27.07.76; published 15.02.78; Bul. Mo 6-2 p. 2 Aspiratsionnyi dmmovoy pozharnyi izveshatel GABO. Technical description of ООО "Sensor Fire Detector System". - (Electronic resource | Mode of access to the resource: see 7Lllumm.mazpaot.gy/apisIev/5ui5ietvepvzog 4.PIt.

З. Шаровар Ф.И. Сравнительная оценка зффективности применения тепловьх максимальньїх, дифференциальньх и дьімовьїх пожарньїх извещателей. // Противопожарньсе и аварийно-спасательньюе средства. - Ме4. - 2006. - (Електронний ресурс|. - Режим доступу до ресурсу: пер://дайу.зес.ги/даїймррізпом/.стт ?гід-баріа-173838роз-4851р-25. 4. Шаровар Ф.И. Методь раннего обнаружения загораний. - М.: Стройиздат. - 1988. - С. 78. 5. Лазерний датчик раннього виявлення загорянь. Патент на корисну модель Мо 124616 від 10.04.2018, Бюл. Мо 7.Z. Sharovar F.I. Comparative evaluation of the effectiveness of the application of thermal maximum, differential and smoke fire detectors. // Fire-fighting and rescue equipment. - Me4. - 2006. - (Electronic resource|. - Mode of access to the resource: per://dayu.zes.gy/daiymrrizpom/.stt ?gid-baria-173838roz-4851r-25. 4. Sharovar F.I. Method of early detection lit up. - M.: Stroyizdat. - 1988. - P. 78. 5. Laser sensor for early detection of fires. Utility model patent Mo 124616 dated 04/10/2018, Bull. Mo 7.

Claims (1)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІUSEFUL MODEL FORMULA Лазерний датчик раннього виявлення загорянь, що містить напівпровідниковий лазер, вихід якого оптично зв'язаний із входом колімуючої оптичної системи для розширення пучка, вихід якої через світловідбивач і матрицю світловодів оптично зв'язаний з приймальною оптичною системою, вихід якої пов'язаний з приймальним пристроєм, вихід якого підключений до входу аналого-цифрового перетворювача, вихід якого підключений до входу аналізуючого пристрою,A laser sensor for the early detection of fires, containing a semiconductor laser, the output of which is optically connected to the input of a collimating optical system for beam expansion, the output of which is optically connected through a reflector and a matrix of light guides to a receiving optical system, the output of which is connected to a receiving device , the output of which is connected to the input of the analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of the analyzing device, який відрізняється тим, що додатково містить оптичну діафрагму, вхід якої оптично зв'язаний з матрицею світловодів, а вихід діафрагми пов'язаний зі входом оптичної приймальної системи, а як приймальний пристрій використовується фотодіод.which differs in that it additionally contains an optical diaphragm, the input of which is optically connected to the matrix of light guides, and the output of the diaphragm is connected to the input of the optical receiving system, and a photodiode is used as a receiving device. Ж я х їх Е й ; дення шини БЕ х : фон 0 Б дднднчнндденнннннннн ння Кк й Ши Мк - х 4 Вон т х геокухххуххих ко отоєтеттннкх Ши ї : ї Й хнодуіані нання - : 5 рек тя х г У 5) ху КІW i x ih E y ; day tires BE x: background 0 B ddndnchnnnddennnnnnnnn nnya Kk y Shi Mk - x 4 Won t x geokuhkhhuhkhikh ko ototeetttnnkh Shi yi : і Y khnoduiani nannya - : 5 rek tyah kh g U 5) hu KI Фіг. 1 КК и КК Ж ОО Б о ДК ЕК я ЕН кн. о о в КИЙ - пк ЖК нн Во КК ще ха Кк ЖК Ак жи КК КВ Кох МФ ЕК поонни мок МКК еко МЕС УОЯ тю дв С о ту З ШК Ко ЗК: о паокхе й кВ й - не: Б Я І КМ я й Б о о ОМ ЗХ ЗК Я їк М Вк Оу їх ЕК У ОК Ма о Ж КК Хе сон ев УК У о БЕ: 0. ха ря еВ с о о . х Ко М МК ОККО У спйннУ я КАК А КЕ З в еВ оо ко. 0 КК МО ее ВУ и Се ПО ОС до о Ж х ва хо Я со, ех еВ Же о че ще : о з. Б Жх еВ о Же,Fig. 1 KK and KK Z OO B o DK EK i EN book. o o v KYY - pk ZHK nn Vo KK still ha Kk ZHK Ak zhi KK KV Koh MF EK poonny mok MKK eko MES UOYA tyu dv S o tu Z ShK Ko ZK: o paokhe y kV y - no: B I I KM i y B o o OM ЗХ ZK Ya ik M Vk Ou ih EK U OK Ma o Zh KK He son ev UK U o BE: 0. kha rya eV s o o . x Ko M MK OKKO U spinnU i KAK A KE Z v eV oo ko. 0 KK MO ee VU i Se PO OS do o Zh kh va ho I so, eh eV Zhe o che sce : o z. B Жх еВ о Же, Фіг. 2 ші А, я нн І, Бе а у мя, ай Ше: З ЩЕ,Fig. 2 shi A, I nn I, Be a u mya, ay She: Z SCHE, Фіг. ЗFig. WITH
UAU202201923U 2022-06-07 2022-06-07 Laser sensor for early detection of fires UA152063U (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU202201923U UA152063U (en) 2022-06-07 2022-06-07 Laser sensor for early detection of fires

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UAU202201923U UA152063U (en) 2022-06-07 2022-06-07 Laser sensor for early detection of fires

Publications (1)

Publication Number Publication Date
UA152063U true UA152063U (en) 2022-10-19

Family

ID=89901946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
UAU202201923U UA152063U (en) 2022-06-07 2022-06-07 Laser sensor for early detection of fires

Country Status (1)

Country Link
UA (1) UA152063U (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108205867B (en) Early fire smoke detection method with interference particle recognition capability
Kaye et al. Simultaneous light scattering and intrinsic fluorescence measurement for the classification of airborne particles
US7053783B2 (en) Pathogen detector system and method
US11340153B2 (en) Particle detector
KR101069042B1 (en) A chamber configuration adapted for a particle detector having an inlet through which fluid is adapted to flow at a first velocity
US3835315A (en) System for determining parameters of a particle by radiant energy scattering techniques
Foremen et al. 8C2-fluid flow measurements with a laser Doppler velocimeter
US3797937A (en) System for making particle measurements
US4984889A (en) Particle size measuring system with coincidence detection
RU177419U1 (en) Lidar for remote measurement of temperature and humidity with minimal dead zone sounding
GB1512245A (en) Detection of backscattered radiation
CN110672479A (en) Aerosol particle size detection method
Zhang et al. Research on the characteristics of fog backscattering signals for frequency modulated continuous wave laser fuze
UA152063U (en) Laser sensor for early detection of fires
ATE211548T1 (en) METHOD FOR DETECTING SMOKE USING A LIDAR SYSTEM
US20110304845A1 (en) Particle measurement systems and methods
CA2017557A1 (en) Apparatus and method for detecting and locating raman signals in an optical fibre
JP5299241B2 (en) Particle counter
UA120588U (en) LASER SENSOR FOR EARLY EXTENSION OF FIRE
UA124616U (en) LASER SENSOR FOR EARLY FLAMMING
Wen-qing et al. Multi-angle scattering characteristic of test fire smoke and typical interference aerosol
RU160748U1 (en) SMOK ALARM
US20210318181A1 (en) High dynamic range distributed temperature sensing (dts) using photon counting detection
Panda Effect of Electronic Shot Noise on Dynamic Measurements Using Optical Techniques: Examples from Rayleigh scattering and Unsteady PSP
Chicea et al. Sizing Particles in Gases by an Advanced Optical Procedure