Патент на изобретение №2273887

(54) ДЫМОВОЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области пожарной сигнализации и может быть использовано в системах пожарной сигнализации для выявления увеличения оптической плотности воздуха по интенсивности рассеяния светового инфракрасного излучения. Технический результат – повышение стабильности и чувствительности извещателя. Предложенное схемное решение обеспечивает независимость чувствительности извещателя от разброса параметров логических элементов, которые могут быть разными в каждом серийном экземпляре извещателя. 1 ил.

Изобретение относится к области пожарной сигнализации и может быть использовано в системах пожарной сигнализации для выявления увеличения оптической плотности воздуха по интенсивности рассеяния инфракрасного излучения.

Известны пожарные извещатели, оптические датчики дыма и устройства регистрации дыма, работающие по принципу периодического излучения импульсов инфракрасного излучения и последующего их приема, усиления и обработки полученного сигнала различными способами, формирующие сигнал о наличии или отсутствии дыма (см. журнал “Системы безопасности связи и телекоммуникации”, 2000, 33, с.65).

Известно устройство регистрации дыма (патент Российской Федерации RU 2221278, 7 G 08 B 17/10, опубл. 2004.01.10), содержащее тактовый генератор, излучатель, связанный через оптическую камеру со светопоглощающими стенками с фотоприемником, схему сброса, формирователь сигнала регистрации дыма. Кроме того, устройство содержит схему синхронного детектирования, схему сравнения и запоминания, которая выполнена в виде первого и второго двоичных счетчиков, причем V-вход и R-вход первого двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания соединены с соответствующими выходами тактового генератора, выход упомянутого первого двоичного счетчика параллельно связан с входом излучателя, V-входом второго двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания и первым входом схемы синхронного детектирования, второй и третий входы которой связаны соответственно с выходами фотоприемника и схемы сброса, а выход – с R-входом второго двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания, выход второго двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания связан с С-входами обоих счетчиков и с входом формирователя сигнала регистрации дыма. Схема синхронного детектирования содержит два логических элемента И-НЕ, диод, RC-цепь, входы первого элемента И-НЕ связаны с выходом фотоприемника, а выход – через диод с RC-цепыо, которая связана с входом второго логического элемента И-НЕ и через конденсатор связана с выходом первого двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания, причем второй вход второго логического элемента И-НЕ связан с выходом схемы сброса, а выход – с R-входом второго двоичного счетчика схемы сравнения и запоминания.

Недостатком известного устройства является низкая стабильность чувствительности от устройства к устройству при их серийном производстве (см. п.5.3.4. НПБ 65-97 Извещатели пожарные оптико-электронные. Общие технические требования. Методы испытаний) из-за значительного разброса параметров синхронного детектора, выполненного на логических элементах И-НЕ, не предназначенных для целей синхронного детектирования. Технологический разброс параметров логических элементов, используемых в синхронном детекторе, значительно превосходит нормированные величины, установленные НПБ 65-97.

Наиболее близким по технической сути к предложенному изобретению является выбранный в качестве прототипа дымовой пожарный извещатель (Извещатель дымовой оптико-электронный ИП212-41 Г, ТУ 4371-005-12215496-00, 4371-005-12215496-01 ПС), содержащий инфракрасный излучатель, подключенный к выходу токового ключа и оптически связанный через камеру со светопоглощающими стенками с фотодиодом, анод и катод которого подключены ко входу усилителя, формирователь сигнала регистрации дыма, первый вывод электропитания которого соединен с выходом элемента односторонней проводимости и шине электропитания и к первому выводу первого конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной и со вторым выводом электропитания формирователя сигнала регистрации дыма, выход которого подключен к индикатору, а вход – к выходу и к первому входу двоичного счетчика, а также ко входу тактового генератора, к выходу которого подключен первый вывод второго конденсатора, вход токового ключа и второй вход двоичного счетчика, третий вход которого подключен к выходу первого триггера Шмитта, первый вход которого соединен с выходом схемы сбрасывания по напряжению питания, а второй вход – через первый резистор с шиной электропитания, причем выход усилителя через последовательно соединенные второй триггер Шмитта и диод подключен ко второму входу первого триггера Шмитта, вход элемента односторонней проводимости соединен с первой клеммой для подключения к шлейфу пожарной сигнализации, а второй вывод первого конденсатора соединен со второй клеммой.

Выводы электропитания тактового генератора, двоичного счетчика, схемы сбрасывания, первого и второго триггеров Шмитта, усилителя и токового ключа соединены соответственно с шиной питания и с общей шиной устройства, а второй вывод второго конденсатора соединен со вторым входом первого триггера Шмитта.

Недостатком известного извещателя также является низкая стабильность чувствительности, которая обнаруживается при серийном производстве таких пожарных извещателей. Низкий уровень стабильности вызван тем, что при переключении второго триггера Шмитта в состояние логической “1” выход этого элемента оказывается подключенным через открытый диод и второй конденсатор к выходу логического элемента тактового генератора, на выходе которого происходит переключение уровня в состояние логического “0”. Возникает конфликт внутренних сопротивлений выходов двух логических элементов, соединенных вместе, которые должны были бы обеспечивать разные логические уровни.

В основу изобретения поставлена задача повысить стабильность чувствительности извещателя путем уменьшения зависимости чувствительности от разброса параметров используемых элементов за счет согласования сопротивлений нагрузки логических элементов.

Поставленная задача решается тем, что дымовой пожарный извещатель, содержащий инфракрасный излучатель, подключенный к выходу токового ключа и оптически связанный через камеру со светопоглощающими стенками с фотодиодом, анод и катод которого подключены ко входу усилителя, формирователь сигнала регистрации дыма, первый вывод электропитания которого соединен с выходом элемента односторонней проводимости и входом токоограничительного элемента, выход которого подключен к шине электропитания и к первому выводу первого конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной и со вторым выводом электропитания формирователя сигнала регистрации дыма, выход которого подключен к индикатору, а вход – к выходу и к первому входу двоичного счетчика, а также ко входу тактового генератора, к выходу которого подключен первый вывод второго конденсатора, вход токового ключа и второй вход бинарного счетчика, третий вход которого подключен к выходу первого триггера Шмитта, первый вход которого соединен с выходом схемы сбрасывания по напряжению питания, а второй вход через первый резистор – с шиной электропитания, причем выход усилителя через последовательно соединенные второй триггер Шмитта и диод подключен к второму входу первого триггера Шмитта, вход элемента односторонней проводимости соединен с первой клеммой для подключения к шлейфу пожарной сигнализации, а второй вывод первого конденсатора соединен со второй клеммой, согласно изобретению дополнительно содержит второй резистор, первый вывод которого подключен ко второму выводу второго конденсатора, а второй вывод – ко второму входу первого триггера Шмитта, причем величина сопротивления второго резистора значительно больше внутреннего сопротивления выхода второго триггера Шмитта, но значительно меньше сопротивления первого резистора.

Использование второго резистора с его связями и установленной в предложенных границах величиной сопротивления обеспечивает независимость сигнала на втором входе первого триггера Шмитта от соотношения внутренних сопротивлений выходов второго триггера Шмитта и тактового генератора. В этих условиях чувствительность извещателя не зависит от разброса параметров этих логических элементов, которые могут быть разными в каждом серийном экземпляре извещателя. В результате достигается значительное повышение стабильности чувствительности, а это в условиях серийного производства важно и потому, что требования НПБ 65-97 к этому параметру более жесткие, чем требования европейского стандарта EN-54-7-2003.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема дымового пожарного извещателя.

Дымовой пожарный извещатель содержит индикатор 1, а также клеммы 2 и 3 для подключения к шлейфу пожарной сигнализации. К первой клемме 2 подключен вход элемента 4 односторонней проводимости, выход которого соединен с первым выводом электропитания формирователя 5 сигнала регистрации дыма и входом токоограничительного элемента 6. Выход токоограничительного элемента 6 подключен к шине 7 электропитания и к первому выводу первого конденсатора 8, второй вывод которого соединен с общей шиной 9, второй клеммой 3 и со вторым выводом электропитания формирователя 5 сигнала регистрации дыма. Выход формирователя 5 сигнала регистрации дыма подключен к индикатору 1, а вход – к выходу и к первому входу двоичного счетчика 10, а также и ко входу тактового генератора 11. К выходу тактового генератора 11 подключен первый вывод второго конденсатора 12, вход токового ключа 13 и второй вход двоичного счетчика 10, третий вход которого подключен к выходу первого триггера 14 Шмитта. Первый вход первого триггера 14 Шмитта соединен с выходом схемы 15 сброса по напряжению питания, а второй вход – через первый резистор 16 с шиной электропитания 7. К выходу токового ключа 13 подключен инфракрасный излучатель 17, оптически связанный через камеру 18 со светопоглощающими стенками с фотодиодом 19. Выводы фотодиода 19 подключены к входу усилителя 20, выход которого через последовательно соединенные второй триггер 21 Шмитта и диод 22 соединен со вторым входом первого триггера 14 Шмитта, который через второй резистор 23 соединен со вторым выводом второго конденсатора 12.

Выводы электропитания тактового генератора 11, двоичного счетчика 10, токового ключа 13, усилителя 20, схемы 15 сброса по напряжению питания, первого и второго триггеров Шмитта 14 и 21 соединены соответственно с шиной питания 7 и с общей шиной 9 устройства (на чертеже эти соединения не показаны).

Дымовой пожарный извещатель работает таким образом.

При подаче напряжения питания на входные клеммы 2 и 3 через элемент 4 односторонней проводимости и токоограничительный элемент 6 осуществляется заряд накопительного конденсатора 8. Элемент 4 односторонней проводимости осуществляет защиту других элементов дымового пожарного извещателя при ошибочном подключении полярности напряжения питания. Пока напряжение на выводах накопительного конденсатора 8 недостаточное для нормальной работы дымового пожарного извещателя на выходе схемы 15 сброса по напряжению электропитания, формируется низкий потенциальный уровень, который через первый триггер 14 Шмитта устанавливает на третьем входе двоичного счетчика 10 высокий потенциальный уровень. В этом случае двоичный счетчик 12 будет находиться в нулевом состоянии независимо от сигналов на его первом и втором входах. Формирователь 5 сигнала регистрации дыма будет закрыт и индикатор 1 будет выключен. В то же время низкий потенциальный уровень, который поступает с выхода счетчика 10 на вход тактового генератора 11, разрешает работу этого генератора 11. На выходе тактового генератора 11 формируются короткие, продолжительностью несколько десятков микросекунд, импульсы с периодом следования около одной секунды.

Эти импульсы поступают на вход токового ключа 13, второй вход двоичного счетчика 10 и через последовательно соединенные второй конденсатор 12 и второй резистор 23 на второй вход первого триггера 14 Шмитта. Токовый ключ 13 обеспечивает разряд накопительного конденсатора 8 заданной величиной тока через свой выход на излучающий инфракрасный диод 17. Величина, на которую будет разряжаться накопительный конденсатор 8, будет зависеть от продолжительности и периода импульсов, которые появляются на выходе тактового генератора 11, а также отношения тока заряда накопительного конденсатора 8 через токоограничительный элемент 6 к току разряда этого конденсатора 8 через токовый ключ 13 и излучающий инфракрасный диод 17. Рассеянное оптической камерой 18 со светопоглощающими стенками инфракрасное излучение излучающего инфракрасного диода 17 поступает на фотодиод 19. Усиленные усилителем 20 импульсы по своей амплитуде и фазе будут существенно зависеть от оптической плотности воздуха в оптической камере 18. Так, при абсолютной прозрачности воздуха на выходе усилителя 20 будут присутствовать треугольные импульсы малой амплитуды, так как будет иметь место некоторое отражение от стенок оптической камеры 18. Импульс треугольной формы на выходе усилителя 20 будет достигать своего максимума в момент окончания импульса на выходе тактового генератора 11. Если амплитуда этих импульсов не будет достигать порогового значения U⁰ _гр второго триггера 21 Шмитта, то на его выходе будет присутствовать низкий потенциальный уровень, и диод 22 будет закрыт. На первом входе первого триггера 14 Шмитта будут присутствовать импульсы, продифференцированные RC-цепью, выполненной на конденсаторе 14 и последовательно соединенных резисторах 23 и 16. Так как диод 22 закрыт, величина перепада напряжения на втором входе первого триггера 14 Шмитта зависит только от соотношения сопротивлений первого и второго резисторов 17 и 23. При выбранном соотношении, когда сопротивление второго резистора 23 значительно меньше сопротивления первого резистора 17 и в то же время значительно больше внутреннего выходного сопротивления используемых логических элементов, на втором входе первого триггера 14 Шмитта присутствуют импульсы, приводящие к переключению этого триггера 14 Шмитта. По каждому отрицательному перепаду напряжения на выходе тактового генератора 11 на выходе первого триггера 14 Шмитта формируется импульс длительностью около 20 мкс. Таким образом, по каждому положительному перепаду сигнала на своем втором входе двоичный счетчик 10 переключается, производя подсчет только одного импульса и тут же сбрасывается от импульсов, приходящих на его третий вход. В дежурном режиме работы, когда удельная оптическая плотность воздуха ниже установленного уровня, по каждому импульсу на выходе тактового генератора 11 происходит сброс двоичного счетчика 10. На выходе старшего разряда двоичного счетчика 10, к которому подключен вход формирователя 5 сигнала регистрации дыма, остается низкий потенциальный уровень, индикатор 1 не светится. Извещатель остается в дежурном режиме работы, потребляя от шлейфа пожарной сигнализации, который подключен к клеммам 2 и 3, ток, величина которого ограничена токоограничительным элементом 6.

По мере увеличения удельной оптической плотности среды увеличивается амплитуда импульсов на выходе усилителя 20, пока не достигнет значения U⁰ _пор, при котором происходит переключение второго U¹ _пор и U⁰ _пор на выходе второго триггера 22 Шмитта присутствуют импульсы положительной полярности, по длительности перекрывающие импульсы сброса двоичного счетчика 10. Диод 22 открывается, и его малое внутреннее сопротивление вместе с таким же малым внутренним сопротивлением выхода второго триггера 21 Шмитта закорачивает высокое сопротивление первого резистора 16. Так как сопротивление второго резистора 23 значительно превышает суммарное сопротивление диода 22 и внутреннего сопротивления выхода второго триггера 21 Шмитта, то амплитуда импульсов на втором входе первого триггера 14 Шмитта недостаточна для его переключения. На третьем входе двоичного счетчика 10 устанавливается низкий потенциальный уровень, разрешающий счет импульсов.

При достижении задымленности установленного уровня, то есть при повышении удельной оптической плотности воздуха, увеличивается интенсивность рассеянного излучения. В этом случае по каждому импульсу на выходе тактового генератора 11 состояние двоичного счетчика 10 будет увеличиваться на единицу, пока не состоится переключение старшего разряда двоичного счетчика 10, по которому запрещается дальнейший счет импульсов. При наличии высокого потенциального уровня на старшем разряде двоичного счетчика 10 открывается формирователь 5 сигнала регистрации дыма, что обеспечивает заданное потребление тока от шлейфа пожарной сигнализации, к которому подключен дымовой пожарный извещатель своими входными клеммами 2 и 3. Кроме того, этим сигналом запрещается работа тактового генератора 11. Вывести дымовой пожарный извещатель из этого состояния возможно только отключением напряжения питания на время, достаточное для разряда накопительного конденсатора 8 до величины, при которой на выходе схемы 15 сброса по напряжению питания установится низкий потенциальный уровень.

Использование вновь введенного второго резистора 23 с его связями и соотношением сопротивления этого второго резистора к сопротивлению первого резистора, внутреннему сопротивлению выхода логического элемента и внутреннему сопротивлению открытого диода позволило повысить стабильность чувствительности извещателя.

Формула изобретения

Дымовой пожарный извещатель, содержащий инфракрасный излучатель, подключенный к выходу токового ключа и оптически связанный через камеру со светопоглощающими стенками с фотодиодом, анод и катод которого подключены ко входу усилителя, формирователь сигнала регистрации дыма, первый вывод электропитания которого соединен с выходом элемента односторонней проводимости и входом токоограничительного элемента, выход которого подключен к шине электропитания и к первому выводу первого конденсатора, второй вывод которого соединен с общей шиной и со вторым выводом электропитания формирователя сигнала регистрации дыма, выход которого подключен к индикатору, а вход – к выходу и к первому входу двоичного счетчика, а также ко входу тактового генератора, к выходу которого подключены первый вывод второго конденсатора, вход токового ключа и второй вход двоичного счетчика, третий вход которого подключен к выходу первого триггера Шмитта, первый вход которого соединен с выходом схемы сбрасывания по напряжению питания, а второй вход через первый резистор – с шиной электропитания, причем выход усилителя через последовательно соединенные второй триггер Шмитта и диод подключен ко второму входу первого триггера Шмитта, вход элемента односторонней проводимости соединен с первой клеммой для подключения к шлейфу пожарной сигнализации, а второй вывод первого конденсатора соединен со второй клеммой, отличающийся тем, что извещатель дополнительно содержит второй резистор, первый вывод которого подключен ко второму выводу второго конденсатора, а второй вывод – ко второму входу первого триггера Шмитта, причем величина сопротивления второго резистора значительно больше внутреннего сопротивления выхода второго триггера Шмитта, но значительно меньше сопротивления первого резистора.

РИСУНКИ