RU2398609C2 - Flame detector - Google Patents

Abstract

FIELD: physics, signalling.

SUBSTANCE: invention relates to fire alarms. The device has series connected main radiation receiver and a main amplifier, as well as a signal processing unit. The device also has series-connected additional near-infrared radiation receiver, a low frequency amplifier, an amplitude detector, a regulating element, first, second and third resistors. The first leads of the resistors are connected to the inverting input of the main amplifier, the second lead of the second resistor is connected to the output of the main amplifier, the second lead of the first resistor is directly connected to the common bus and the second lead of the third resistor is connected through the output of the regulating element the control input of which is connected to the output of the amplitude detector.

EFFECT: invention speeds up operation and resistance to false triggering under effect of background radiation.

1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам пожарной сигнализации и предназначено для обнаружения очага возгорания по инфракрасному излучению пламени. Изобретение может быть использовано в автоматических системах пожарной сигнализации.The invention relates to fire alarm devices and is intended to detect a source of ignition by infrared radiation of a flame. The invention can be used in automatic fire alarm systems.

Известны пожарные извещатели, реагирующие на инфракрасное излучение пламени и использующие в качестве приемника фотодиод (1). Недостатком данных пожарных извещателей является слабая защищенность от засветок (солнце, лампы накаливания, люминесцентные лампы, сварка…), приводящая к ложным срабатываниям, поскольку спектральные диапазоны чувствительности фотодиода (1…2 мкм) и излучения засветок (0,4…1 мкм) близки.Known fire detectors that respond to infrared radiation of a flame and use a photodiode as a receiver (1). The disadvantage of these fire detectors is poor protection from exposure to light (the sun, incandescent lamps, fluorescent lamps, welding ...), which leads to false alarms, since the spectral ranges of the sensitivity of the photodiode (1 ... 2 μm) and the emission of light (0.4 ... 1 μm) are close .

Известны пожарные извещатели пламени, использующие фоторезистор в качестве приемника (2). Недостатком данного устройства является также подверженность ложным тревогам в результате засветок и низкая стабильность чувствительности приемника в рабочем диапазоне температур.Known fire flame detectors using a photoresistor as a receiver (2). The disadvantage of this device is also the susceptibility to false alarms as a result of flare and the low stability of the sensitivity of the receiver in the operating temperature range.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является пожарный извещатель, содержащий инфракрасный приемник и усилитель, выход которого соединен с входом блока обработки сигнала (например, посредством счета импульсов или сравнения амплитуд импульсов) (3). Недостатком данного извещателя является слабая защищенность от засветок солнечного света и искусственного света (ламп накаливания, люминесцентных ламп, излучения при сварке…), а также то, что при мощном очаге возгорания (на малом расстоянии от датчика) возможен отказ работы вследствие ограничения сигнала на выходе усилителя и, соответственно, нарушения его частотного спектра (изменение его информативных признаков, соответствующих пламени). Так называемый эффект «ослепления» датчика.The closest in technical essence to the proposed technical solution is a fire detector containing an infrared receiver and amplifier, the output of which is connected to the input of the signal processing unit (for example, by counting pulses or comparing pulse amplitudes) (3). The disadvantage of this detector is its low protection against exposure to sunlight and artificial light (incandescent, fluorescent lamps, radiation during welding ...), as well as the fact that with a powerful source of ignition (at a small distance from the sensor), failure may occur due to limitation of the output signal amplifier and, accordingly, violations of its frequency spectrum (a change in its informative features corresponding to a flame). The so-called "blind" effect of the sensor.

Задача настоящего технического решения - это исключение эффекта «ослепления» датчика и ложных срабатываний при засветках искусственного и естественного происхождения.The objective of this technical solution is to eliminate the effect of “blinding” the sensor and false alarms during exposure to artificial and natural origin.

Поставленная задача решается за счет того, что в извещатель пламени, содержащий последовательно соединенные инфракрасный приемник излучения, основной усилитель и блок обработки сигнала, введены последовательно соединенные приемник ближнего инфракрасного излучения, усилитель низкой частоты, амплитудный детектор, регулирующий элемент, первый, второй и третий резисторы, причем первые выводы резисторов соединены с инвертирующим входом основного усилителя, второй вывод второго резистора соединен с выходом основного усилителя, второй вывод первого резистора соединен с общей шиной непосредственно, а второй вывод третьего резистора - через выход регулирующего элемента, управляющий вход которого соединен с выходом амплитудного детектора.The problem is solved due to the fact that in the flame detector containing a series-connected infrared radiation detector, a main amplifier and a signal processing unit, series-connected near-infrared radiation receiver, a low-frequency amplifier, an amplitude detector, a control element, the first, second and third resistors are introduced moreover, the first terminals of the resistors are connected to the inverting input of the main amplifier, the second terminal of the second resistor is connected to the output of the main amplifier, the second od first resistor is connected directly to the common bus, and the second terminal of the third resistor - through the output regulating member, a control input coupled to an output of the amplitude detector.

Сущность данного технического решения поясняется с помощью функциональной схемы, представленной на чертеже. Устройство содержит: основной приемник ИК-излучения (1), основной усилитель (2) с элементами отрицательной обратной связи (3) и блок обработки сигналов (4), осуществляющий счет импульсов или сравнение амплитуд импульсов, приемник видимого или ближнего инфракрасного излучения (5), усилитель (6), амплитудный детектор (7), регулирующий элемент (8).The essence of this technical solution is illustrated using the functional diagram shown in the drawing. The device comprises: a main infrared radiation receiver (1), a main amplifier (2) with negative feedback elements (3) and a signal processing unit (4), performing pulse counting or comparing pulse amplitudes, a receiver of visible or near infrared radiation (5) , amplifier (6), amplitude detector (7), control element (8).

Извещатель работает следующим образом.The detector operates as follows.

Поток инфракрасного излучения пламени попадает на основной приемник 1, работающий в среднем ИК-диапазоне, преобразуется в приемнике в электрический сигнал, усиливается в усилителе 2 и попадает на блок обработки сигнала. В блоке обработки выделяется сигнал, характерный для излучения открытого пламени по заданному алгоритму, например, счет импульсов за фиксированный интервал времени или сравнение (вычитание) амплитуд импульсов, поступающих с усилителя. Одновременно излучаемый поток попадает на приемник 5, работающий в ближнем ИК-диапазоне, где преобразуется в электрический сигнал, переменная составляющая этого сигнала усиливается усилителем низкой частоты 6, затем детектируется и сглаживается в амплитудном детекторе 7 и поступает на вход регулирующего элемента 8 (например, полевого транзистора), включенного в обратную связь усилителя 2.The flow of infrared radiation from the flame enters the main receiver 1, which operates in the mid-IR range, is converted into an electrical signal in the receiver, amplified in amplifier 2, and gets to the signal processing unit. In the processing unit, a signal is selected that is characteristic of open flame emission according to a predetermined algorithm, for example, counting pulses for a fixed time interval or comparing (subtracting) the amplitudes of pulses from an amplifier. At the same time, the emitted stream arrives at the receiver 5, operating in the near-infrared range, where it is converted into an electrical signal, the variable component of this signal is amplified by a low-frequency amplifier 6, then it is detected and smoothed in an amplitude detector 7 and fed to the input of a control element 8 (for example, field transistor) included in the feedback of the amplifier 2.

В исходном состоянии при отсутствии сигнала с приемника 5 регулирующий элемент открыт, обеспечивая максимальный коэффициент усиления основного канала. При появлении переменного сигнала с приемника 5, сопротивление регулирующего элемента увеличивается, в результате уменьшается коэффициент усиления основного усилителя 2.In the initial state, in the absence of a signal from the receiver 5, the control element is open, providing the maximum gain of the main channel. When an alternating signal from the receiver 5 appears, the resistance of the control element increases, as a result, the gain of the main amplifier 2 decreases.

При появлении пламени сигнал в дополнительном канале практически отсутствует, поскольку максимумы спектров излучения пламени и чувствительности приемника 5 разнесены (1 мкм и 4,3 мкм) и остаточный интегральный поток излучения пламени в спектральном диапазоне чувствительности приемника 5 мал. В результате коэффициент усиления основного усилителя 2 максимальный (равен

), благодаря чему обеспечивается беспрепятственное прохождение сигнала в основном канале.When a flame appears, the signal in the additional channel is practically absent, since the maxima of the flame emission spectra and the sensitivity of receiver 5 are separated (1 μm and 4.3 μm) and the residual integral flame radiation flux in the spectral sensitivity range of receiver 5 is small. As a result, the gain of the main amplifier 2 is maximum (equal to

), which ensures unhindered passage of the signal in the main channel.

В случае очень мощного излучения пламени (пламя близко от извещателя) приемник 5 пропускает часть этого излучения, и коэффициент усиления основного канала падает до величины

(R_эр - сопротивление регулирующего элемента). Благодаря снижению коэффициента усиления в основном усилителе сигнал не ограничивается, соответственно, не искажается и не нарушается условие выделения информативных признаков пламени в блоке обработки сигналов.In the case of very powerful flame radiation (the flame is close to the detector), the receiver 5 passes part of this radiation, and the gain of the main channel drops to

(R _er - resistance of the regulatory element). Due to the reduction of the gain in the main amplifier, the signal is not limited, respectively, the condition for the selection of informative signs of a flame in the signal processing unit is not distorted or violated.

В случае появления в поле зрения приемников 1 и 5 излучения, не связанного с пламенем (солнце, лампы накаливания, люминесцентные лампы, сварка…) приемник 5, максимум чувствительности которого сопряжен с максимумом излучения перечисленных источников искусственного излучения, мгновенно реагирует на это излучение и, соответственно, коэффициент усиления основного усилителя 2 снижается до величины

. Соотношение

выбирается таким, чтобы извещатель не реагировал на переменные модулированные засветки до 15000 лк (по нормам НТБ ВНИИПО для извещателей пламени переменная засветка - до 4000 лк). После окончания воздействия модулированного излучения извещатель восстанавливает свою чувствительность через время, равное постоянной детектирования амплитудного детектора 7.In the case of the appearance in the field of view of receivers 1 and 5 of radiation that is not associated with a flame (sun, incandescent lamps, fluorescent lamps, welding ...), receiver 5, the maximum sensitivity of which is coupled with the maximum radiation of the listed sources of artificial radiation, instantly responds to this radiation and, accordingly, the gain of the main amplifier 2 is reduced to

. Ratio

chosen so that the detector does not respond to variable modulated flashes up to 15,000 lux (according to the standards of NTB VNIIPO for flame detectors variable illumination - up to 4000 lux). After exposure to modulated radiation, the detector restores its sensitivity after a time equal to the detection constant of the amplitude detector 7.

Испытания предложенного извещателя проводились на тестовых очагах ТП-6 и ТП-5 и засветках от ламп накаливания и люминесцентных ламп по ГОСТ Р 50898 в соответствии с требованиями НПП 72-98 «Извещатели пожарные пламени. Общие технические требования». Результаты испытаний - положительные. Извещатель прошел сертификацию и эксплуатируется на промышленных предприятиях (ТЭЦ) и гражданских учреждениях (школы).The proposed detector was tested on test sites TP-6 and TP-5 and under exposure to incandescent and fluorescent lamps in accordance with GOST R 50898 in accordance with the requirements of NPP 72-98 “Fire flame detectors. General technical requirements. " The test results are positive. The detector has been certified and is operated at industrial enterprises (CHP) and civilian institutions (schools).

Источники информацииInformation sources

1. Патент SU 1795894 А3 «Устройство обнаружения возгорания в пневмотранспорте», кл. А62С 37/00, ³/₄ ;1. Patent SU 1795894 A3 "Device for detecting fire in pneumatic transport", cl. A62S 37/00, _^3/4;

2. Авторское свидетельство SU 667984 «Пожарный извещатель», кл. G08В 17/06;2. Copyright certificate SU 667984 "Fire detector", cl. G08B 17/06;

3. Авторское свидетельство SU 1168992 «Сигнализатор наличия пламени», кл. G08В 17/12.3. Copyright certificate SU 1168992 "Flame detector", cl. G08B 17/12.

Claims (1)

Извещатель пламени, содержащий последовательно соединенные приемник инфракрасного излучения, основной усилитель, блок обработки сигнала, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные дополнительный приемник ближнего инфракрасного излучения, усилитель низкой частоты, амплитудный детектор, регулирующий сопротивление элемент, первый, второй и третий резисторы, причем первые выводы резисторов соединены с инвертирующим входом основного усилителя, второй вывод второго резистора соединен с выходом основного усилителя, второй вывод первого резистора соединен с общей шиной непосредственно, а второй вывод третьего резистора через выход регулирующего элемента, управляющий вход которого соединен с выходом амплитудного детектора. A flame detector comprising a series-connected infrared radiation receiver, a main amplifier, a signal processing unit, characterized in that an additional near-infrared radiation receiver, a low-frequency amplifier, an amplitude detector, a resistance adjusting element, first, second and third resistors are inserted in series moreover, the first conclusions of the resistors are connected to the inverting input of the main amplifier, the second output of the second resistor is connected to the output of the main amplifier, the second output of the first resistor is connected directly to the common bus, and the second output of the third resistor is through the output of the regulating element, the control input of which is connected to the output of the amplitude detector.

Images