Устройство для пожарной сигнализации

Устройство для пожарной сигнализации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЖАРНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ, содержащее индикатор и последовательно установленные лазер , поворотные зеркала и фотоприемник , отличающееся тем, что, с целью повьшения чувстйительности и помехоустойчивости, в него введены дифференциальный усилитель, фазовый детектор, генератор опорного сигнала и последовательно установленные между лазером и поворотными зеркалами коллиматор, диафрагма и оптический клин, одна из граней которого выполнена полупрозрачной, а другая - отражающей, при этом фотоприемник содержит два горизонтально размещенных фотоэлемента, расстояние между которыми определяется соотношением / 7i 2§ sin V (n sIn2)7/2 где cL - расстояние между фотоэлементами; Л - длина волны излучения лазера; i - угол падения луча лазера на полупрозрачную грань клина; д - показатель преломления материала клина; if - угол клина, выходы фотоэлементов подключены к входам дифференциального усилителя, выход которого подключен к одному , входу фазового детектора, выход фазового детектора подключен к индикатору , другой вход фазового детектора и управляющий вход источника питания лазера подключены к выходу генератора опорного сигнала. СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

69) Of),63

Заю С 08 В 17 00

OCQДАРСТВЕННЦЙ НОМИТЕТ СССР

ПО фЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

) ЪЪ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ъ соз где с — выходы фотоэлементов подключены к входам дифференциального .усилителя, выход которого подключен к одному, входу фазового детектора, выход фазового детектора подключен к индикатору, другой вход фазового детек. тора и управляющий вход источника питания лазера годключены к выходу генератора опорного сигнала. (21) 3530976/18-24 . (22) 12. 10.82 (46) 07.10 84. Бюп. Ф 37 .(72) В.М.Афанасьев, А.Е.Кущев и А.Д.Ребизов (53) 654.9 (088 ° 8) (56) 1. Патент США Ф 3924252, кл. 340-237, опублик. 1975.

Патент Англии В 1267090, кл. 5 1 А, опублик. 1972 прототип (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЖАРНОЙ

СИГНАЛИЗАЦИИ, содержащее индикатор и последовательно установленные лазер, поворотные зеркала и фотоприемник, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьвпения чувствительности и помехоустойчивости, в него введены дифференциальный усилитель, фазовый детектор, генератор опорного сигнапа и последовательно установленные между лазером и поворотными зеркалами коллиматор, диафрагма и оптический клин, одна из граней которого выполнена. полупрозрачной, а другая - отражающей, при этом фотоприемник содержит два горизонтально ра змещенных фотоэлемента, расстояние между которыми определяется соотношением расстояние между фотоэлементами; длина волны излучения лазера; угол падения луча лазера на полупрозрачную грань клина; показатель преломления материала клина; угол клина, М 11116

Изобретение относится к пожарной сигнализации, а более конкретно к оптическим сигнальным датчикам, и может быть использовано для создания устройства пожарной сигнализации при возгорании в помещении.

Известно устройство для пожарной сигнализации, содержащее лазер с коплииатором, расщепитель пучка лазерного излучения, уголковый отра- 10 жатель, генератор, подключенный к модулятору лазерного излучения, три фотоприемника, подключенных к блоку обработки сигналов с индикатором, и блок контроля мощности излучения лазера.

В этом .устройстве коллимированный и модулированный по амплитуде пучок лазерного излучения отражается от уголкового отражателя, расположенного на противоположной стене, и попадает на первь1й фотоприемник. В случае появления дыма амплитуда сигнала на.выходе этого фотоприемника падает, а на выходе второго фотоприем" ника, регистрирующего излучение, рассеянное средой >- возрастает. Оба сигнала подаются на блок обработки сигналов, который вырабатывает сигнал тревоги. Третий фотоприемник предназначен .дпя контроля мощности из30 лучения лазера (1).

Недостатками устройства являются невысокие чувствительность и помехоустойчивость.

Наиболее близким к изобретению ЗЗ по технической сущности является устройство для пожарной сигнализации, содержащее последовательно установленные лазер, поворотные зеркала, одно из которых прикреплено к пьезо- 40 керамическому вибратору, подкЛюченному к генератору, фотоприемник, подключенный через усилитель и избирательный фильтр, настроенный на частоту доплеровского сдвига часто- 45 ты модулированного излучения, к индикатору .

В известном устройстве лазерное излучение делится на два пучка: первый попадает на фотоприемннк после от- Й ражения от неподвижных зеркал, а второй проходит по охраняемому помещению и попадет на фотоприемник после отражения от зеркала, прикрепленного к пьезокерамическому виб- Я ратору . Вследствие колебаний отражающего зеркала излучение второго пучка имеет доплеровский сдвиг частоты .

2 sin Ч п2-зiп>i) !2 т с — расстояние между фотоэлементами:

h — длина волны излучения лазера, где

73 3:

Избирательный фильтр пропускает сигнал с частотой, соответствующей этому доплеровскому сдвигу.

При возникновении пожара турбулентные потоки воздуха вносят дополнительный сдвиг частоты лазерного излучения . Поэтому амплитуда сигнала на выходе избирательного фильтра уменьшается и вырабатывается сигнал тревоги (21.

Однако известное устройство чувствительно к вибрациям стен помещения, на которых закреппены оптические лементы, и вибрации самих оптических элементов (зеркал). Источниками вибраций могут быть механизмы, станки, работающая вентиляционная система, проезжающие вблизи помеще.ния транспортные средства. Указанные внешние воздействия вносят дополнительную модуляцию излучения и паразитйый сдвиг частоты сигнала с фотоприемника. Это приводит к -снижению помехоустойчивости, уменьшается сигнал íà выходе избирательного фильт-. ра, что приводит к ложной тревоге.

Увеличение ширины пропускания избирательного фильтра, с целью исключения сигналов ложной тревоги, умень- . шает чувствительность устройства к возгоранию.

Цель изобретения " повышение чув- ствительности и помехоустойчивости устройства для пожарной сигнализации.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для пожарной сигнапиза ии, содержащее индикатор и последовательно установленные лазер, поворотные зеркала, и фотоприемник, введены дифференциальный усилитель, фазовый детектор, генератор опорного сигнала и последовательно установленные между лазером и поворотными зеркалами коллнматор,диафрагма и оптический клин, одна из граней которого выполнена полупрозрачной, а другая — отражающей, при этом фотоприемник содержит два горизонтально размещенных фотоэлемента, расстояние между когорыми определяется соотношением

Sin i n> зЫ r n.

Формула получена при рассмотрении интерференции пучков, отраженных от граней клина 4, из условия, что оптическая разность хода лучей, отраженных от первой и второй отражающих граней клина 4, равна 3 .

При реализации устройства угол падения выбирается равным 45, а угол клина 4 (=)О - 30" . Материал клина 4 имеет показатель преломпения w, =1,5. Тогда r " 28, т.е; имеем неравенство м Ч . Это позволяет привести формулу к более простому виду

ACos1

25МЧ(-81п ) 3 )176

i — угол падения луча лазера на полупрозрачную грань клина; и — показатель преломления материала клина, — угол клина, 5 выходы фотоэлементов подключены к входам,дифференциапьного усилителя, выход которого подключен к одному входу фазового детектора, выход фазового детектора подключен к индикатору, другой вход фазового детектора и управляющий вход источника питания лазера подключены к выходу генератора опорного сигнала. 15}

Такое конструктивное выполнение устройства позволяет обнаруживать слабые восходящие потоки теплого воздуха, что резко. повышает его чув" ствительность к возгоранию. Устрой :ство не Реагирует на изменения положе-. ния лазерного лучка, падакнцего на фотоприемник. Поэтому вибрация стен помещения и оптических элементов устройства, а также изменения коэффициента рефракции лазерного излучения в поме1цении не приводят к выработке сигнала ложной тревоги.

На фиг.l изображена оптическая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - функциональная схема фотоприемника и система регистрации.

Устройство содержит последовательно установленные лазер 1, коллиматор 2, диафрагму 3, оптический клин 4, .одна из граней которого выполнена З5 полупрозрачной, а другая отражающей, поворотные зеркала 5, фотоприемник 6, подключенный к блоку 7 регистрации, содержащему индикатор 8, дифференциапьные усилители 9 и 10, 4О фазовые детекторы 11, элемент ИЛИ 12, генератор 13 опорного сигнала, источник 14 питания лазера 1. Фотоприем-. ник 6 содержит два ряда вертикально расположенных фотоэлементов )5 . 45

Устройство работает следующим обр азом.

Пучок излучения лазера 1 при прохождении коллиматора 2 увеличивается в диаметре, его расходимость умень- 50 шается. Диафрагма 3 ограничивает пучок 16 излучения, например.,по уров-.... ню 0,8 от плотности мощности излучения в центре сечения пучка (лазер 1 с гауссовым распределением 55 излучения в сечении пучка). Далее пучок )6 падает на оптический клин 4, первая грань которого выпол

73 4 иена полупрозрачной и имеет коэффициент отражения порядка. 30Х а вторая отражающая поверхность с коэффициентом отражения около )00X.

От клина 4 отражаются два когерентных пучка )6 излучения примерно равной мощности . Интерферирующие пучки 16 отражаются от поворотных зеркал 5 и попадают на фотоприемник 6 . В плоскости. фотоприемника 6 они формируют вертикальные интерференционные полосы, расстоя" ние между которыми определяется формулой I

oL cas1 cos (г-VJcos(-М) и !и фон г+0,Всоси(г-gy)+0,5 cos (Зг-2 Щ где о!, †.ширина интерференционной полосы

/} — длина волны лазерного излучения;

" угол падения лазерного пучка 16 на полупрозрачную грань оптического клина 4; и, - показатель преломпения материала клина 4;, Ч вЂ” угол клина 4; г - угол преломления падающего ца клмн 4 пучка 16, который выяисляется из соотношения где и .- показатель преломпения среды помещения (воздуха ; и - показатель преломления материала кпина 4. 4

Для !} 0,63 мкм и при 1=45, ь. ),5 формула для расчета расстояния между т

1117673 интерференционными полосами примет вид:

34 д1 IO «ц»

В где о - в миллиметрах

У

Ч.— в угловых секундах.

На фотоэлементы 15 попадает оди" наковое количество энергии, а сигналы, на их выходах равны. На выходе дифференциальных усилителей 9 и 10 сигнал отсутствует.

Такие факторы, как вибрация стен, .на которых расположены оптические узлы устройства, и вибрация оптических элементов не приводят к изменению ширины интерференционной поло-. сы, и следовательно сигналы на выхо" дах фотоэлементов 15 остаются равными.

При возгорании появляются восходя- 20 щие потоки нагретого воздуха, которые, воздействуют на пучки 16 как .цилиндрические воздушные линзы и изменяют ширину интерференционных.полос на фотоприемнике 6. Возникает разность сигналов на выходах фотоэлементов

15 и соответственно дифференциальных усилителей 9 . Восходящие потоки теп лого воздуха в соответс гвни с непостоянством пламени огня имеют преры- 3р вистый характер. Это приводит к перераспределению плотности мощности излучения вдоль интерференцнонных полос (по вертикали) и появлению сигналов на выходе дифференциапьных усилителей 10.

Генератор 13 вырабатывает сигнал амплитудной модуляции излучения лазера 1 и опорное переменное напряжение для фазовых детекторов 11. Модуляция излучения лазера 1 осуществляется путем подачи модулирующего сигнала на вход источника 14 питания лазера 1 и модуляции энергии накачки лазера 1.

С выходов диффвренциапьных уси, лителей 9 и 1О сигнапы о возгорании, модулированные по амплитуде с частотой, соответствующей частоте модуляции излучения лазера 1, поступают на входы фазовых детекторов 11. После детектирования сигнапы поступают на элемент ИЛИ 12, так что на индикатор 8 подается напряжение сигнала. тревоги при наличии напряжения на выходе одного из фазовых детекторов 11.

Устройство реагирует только на изме- ° нения в интерференционной картине, что повышает его чувствительность и достоверность сигнала тревоги, при этом обеспечена помехозащищенность ,устройства от внешней засветки фо тоэлементов 15, нестабильности мощности излучения лазера 1, шумов лазера I, фотоэлементов 15 и дифферен:циальных усилителей 9 и 10.

Таким образом, предлагаемое устройство обладает высокой чувствительностью к восходящим теплым потокам воздуха, появляющимся при возгорании, и повышенной защищенностью от воздей1ствия внешних цомех, что позволяет обнаружить возгорание на более. ранней стадии и уменьшить ущерб от Пожара, а также повысить боеспособность пожарных подразделений за счет повышения достоверности сигнала тревоги и сокращения числа ложных тревог, чем и определяется технико-экономический эффект от использования изобретения.

1117б73

Составитель Л .Липецкий

Редактор А.Шишкина Техред Т.Дубинчак. Корректор А.Зимокосов

Заказ 7830 Тираж 568 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4