RU2847307C1 - Способ обнаружения дымового фактора пожарной опасности и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области противопожарной техники. Технический результат заключается в более точном обнаружении аэрозольных частиц дыма на ранней стадии пожара. Технический результат достигается за счет того, что устройство содержит корпус камеры дымовой и имеет узел для формирования двух коаксиально выполненных пневматических потоков: первый – центральный, состоящий из проб газовоздушной смеси, очищенный от пыли, второй – внешний, состоящий из чистого воздуха, выполнена базовая печатная плата, на которой установлен кронштейн для крепления оптической излучающей системы с УФ-лазером, три фотоприемные устройства, оптические оси фотоприемных устройств направлены встречно друг к другу в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси, где пересекаются с оптической осью третьего фотоприемного устройства, направленной в точку пересечения оптических осей УФ-лазера и двух других фотоприемных устройств, и располагается в одной плоскости с оптической осью УФ-лазера, геометрическая ось узла для формирования коаксиальных пневматических потоков направлена в точку пересечения оптических осей УФ-лазера и фотоприемных устройств. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Заявляемое в качестве изобретения техническое решение относится к области противопожарной техники, конкретно к способу обнаружения дымового фактора пожарной опасности (аэрозольных частиц дыма) на ранней стадии пожара посредством дымовой камеры извещателя пожарного аспирационного, работающего с использованием принципа фиксаций отраженного лазерного луча от аэрозольных частиц дыма с помощью фоточувствительных сенсоров.

Одна из проблем обнаружения дыма, осуществляемого посредством дымовой камеры извещателя пожарного аспирационного, заключается в загрязнении фоточувствительных поверхностей сенсоров и оптики лазерного излучателя.

Из уровня техники известна серия извещателей пожарных аспирационных компании Xtralis (www.xtralis.com) поколения VESDA; подробное обзорное описание и работа извещателей имеется в журнале «Алгоритм безопасности» №6, 2014 г.

В известных извещателях пожарных аспирационных VESDA SMOKE+, VESDA ANALYTICS, VESDA-E VEU пробы газовоздушной смеси из контролируемого пространства доставляются посредством аспиратора в дымовую камеру Flair, при этом пробы проходят через фильтр грубой очистки для задержания твердых частиц размеров, характерных для пыли, и нехарактерных для аэрозольных частиц дыма. Дополнительно из потока, очищенного от пыли, отбирается часть потока, который фильтруется через фильтр тонкой очистки для получения чистого воздуха, из которого формируется чистый поток, отделяющий поток аэрозольных частиц дыма от оптики фоточувствительных поверхностей сенсоров, образующих одно фотоприемное устройство, и от оптики лазера, что предохраняет оптику от быстрого загрязнения.

Используется принцип обнаружения и оценки числа аэрозольных частиц дыма, который основан на подсчете световых импульсов, получаемых при отражении лазерного луча от поверхности частиц аэрозоля, формируемых при помощи фоточувствительных сенсоров. При этом импульс формируется в фоточувствительном сенсоре в результате рассеяния света на аэрозольной частице дыма при ее прохождении через лазерное излучение и отражении луча на фоточувствительное окно сенсора.

В исследуемом потоке аэрозольных частиц дыма осуществляется пересечение оптической оси лазера, работающего в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне, и оптической оси приемного фоточувствительного устройства, причем наблюдение за исследуемым потоком ведется с одной стороны исследуемого потока.

В случае наличия у аэрозольных частиц дыма неправильной геометрической формы, возникает разная степень отражения лазерного луча, зависящая от площади стороны частицы, попавшей под облучение. В случае наличия малой освещаемой площади отраженный луч может быть недостаточно заметным и слабым сигналом для формирования импульса в фоточувствительном устройстве.

Очевидно, чтобы повысить вероятность обнаружения аэрозольных частиц дыма в исследуемом потоке потребуется проведения дополнительного исследования потока проб газовоздушной среды, например путем создания в месте пересечения оптической оси одного УФ-лазера и двух или более оптических осей фотоприемных устройств, расположенных по разные стороны исследуемого потока.

Задача изобретения повышение эффективности обнаружения аэрозольных частиц дыма в исследуемом потоке проб газовоздушной смеси из контролируемого пространства.

Технический результат заявляемого технического решения должен выражаться в более объективной регистрации аэрозольных частиц исследуемого дыма в условиях, исключающих загрязнения оптических поверхностей УФ-лазера и двух или более фотоприемников, конкретно в более точном обнаружении и с более высокой вероятностью обнаружения аэрозольных частиц исследуемого дыма.

Для решения поставленной задачи предлагается способ обнаружения дымового фактора пожарной опасности, заключающийся в обнаружении и подсчете аэрозольных частиц дыма, включающий отбор проб газовоздушной смеси из контролируемого пространства, пропускающий пробы газовоздушной смеси через фильтр грубой очистки для задержания твердых частиц, характерных для пыли, формирующий отдельный поток, представляющий часть очищенного от пыли общего потока, направляющий отдельный поток через фильтр тонкой очистки, формирующий после фильтра тонкой очистки поток чистого воздуха для создания воздушного барьера в дымовой камере, изолирующий посредством воздушного барьера оптические поверхности УФ-лазера и оптической поверхности фотоприемного устройства, направляющий пробы газовоздушной смеси в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси в место пересечения оптических осей УФ-лазера и фотоприемного устройства, фиксирующий рассеянный на аэрозольных частицах дыма дисперсной фазы оптического УФ излучения с помощью фотоприемного устройства, анализирующий и подсчитывающий количество аэрозольных частиц дыма, накапливающий данные, передающий усредненные данные в процессор извещателя для формирования сигналов тревоги и пожарной опасности, выпускающий отработанные после зоны анализа содержания проб газовоздушной смеси потоки из дымовой камеры, согласно изобретению, выполняют три фотоприемные устройства, причем два фотоприемных устройства располагают в зоне анализа содержания проб газовоздушной смеси друг против друга, при этом располагают оптическую ось каждого из двух фотоприемников под углом 90° к оптической оси УФ-лазера, располагают третье фотоприемное устройство в зоне анализа содержания проб газовоздушной смеси, причем оптическую ось третьего фотоприемного устройства располагают в одной плоскости с оптической осью УФ-лазера, формируют очищенный от пыли поток и отдельный поток чистого воздуха в виде двух коаксиально выполненных потоков, направляют оба потока попутно, причем очищенный от пыли поток направляют внутри потока чистого воздуха, который предназначают для создания воздушного барьера между оптическими поверхностями УФ-лазера и трех фотоприемных устройств, предохраняют посредством воздушного барьера от загрязнений оптические поверхности УФ-лазера, трех фотоприемных устройств, анализируют и подсчитывают количество аэрозольных частиц, наблюдают за содержанием проб газовоздушной смеси с трех разных сторон исследуемого потока.

Устройство для осуществления способа обнаружения дымового фактора пожарной опасности, содержащее корпус камеры дымовой для извещателя пожарного аспирационного, содержащее фильтр тонкой очистки, дополнительно очищающий часть потока, ранее очищенного от пыли, содержащее УФ-лазер, направляющий свой луч в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси очищенного от пыли потока, содержащее фотоприемное устройство, направленное своей оптической осью под углом 90° к оптической оси УФ-лазера в зону анализа содержания проб газовоздушно смеси, создающее воздушный барьер в зоне анализа содержания проб газовоздушной смеси между оптическими поверхностями УФ-лазера и фотоприемного устройства для защиты от загрязнений лазера и фотоприемного устройства, содержащее выпускной канал для потоков, прошедших через зону анализа содержания проб газовоздушной смеси, согласно изобретению, создан узел для формирования двух коаксиальных пневматических потоков: первый - центральный, состоящий из проб газовоздушной смеси, очищенный от пыли, второй - внешний, состоящий из чистого воздуха, выполненный из двух трубок, соосно установленных в зоне анализа содержания проб газовоздушной смеси, внутренняя трубка имеет вход в отсек для газовоздушной смеси, очищенной от пыли, и имеет выход в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси, пространство между соосными трубками имеет свободный выход в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси и каналом сообщается с отсеком чистого воздуха, на дне отсека для чистого воздуха выполнен фильтр тонкой очистки, установленный на пути движения отдельного потока, представляющего собой на выходе часть очищенного от пыли общего потока проб газовоздушной смеси, выполнена базовая печатная плата, служащая основой, на которой: установлен кронштейн для крепления оптической излучающей системы, основой которой является УФ-лазер, направляющий излучение в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси; установлены три фотоприемные устройства, каждое из них выполнено на отдельной печатной плате, установлен узел для формирования двух коаксиальных пневматических потоков, причем оптические оси двух фотоприемных устройств направлены встречно друг к другу в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси и пересекаются с оптической осью УФ-лазера под углом 90°, кроме того оптическая ось третьего фотоприемного устройства направлена в точку пересечения оптических осей УФ-лазера и первых двух фотоприемных устройств и располагается в одной плоскости с оптической осью УФ-лазера, при этом геометрическая ось узла для формирования коаксиальных пневматических потоков направлена в точку пересечения оптических осей УФ-лазера и фотоприемных устройств, в верхней части печатной платы третьего фотоприемного устройства выполнено отверстие для пропуска излучения, базовая печатная плата выполнена с возможностью подсчета и анализа аэрозольных частиц дыма, накопления данных, передачи усредненных данных в процессор извещателя пожарного аспирационного, печатная плата каждого фотоприемного устройства выполнена с возможностью установки на ней фоточувствительного сенсора выполненного в виде сборки фотодиодов, кронштейн выполнен с возможностью крепления УФ-лазера, линзы, устройства для фокусировки лазерного модуля.

Конструкция заявляемого технического решения проиллюстрирована чертежами фиг. 1 и фиг. 2.

На фиг. 1 - показан вид сверху на внутреннее содержание дымовой камеры в зоне анализа содержания проб газовоздушной смеси.

На фиг. 2 - вид в ракурсе 3/4 показаны пневматические потоки и направление излучения, где:

1 - корпус камеры дымовой (крышка условно не показана);

2 - узел для формирования двух коаксиальных пневматических потоков;

3 - внутренняя трубка узла;

4 - отсек для газовоздушной смеси, очищенной от пыли;

5 - пространство между трубками узла;

6 - канал для чистого воздуха;

7 - отсек с чистым воздухом;

8 - фильтр тонкой очистки;

9 - базовая печатная плата;

10 - кронштейн для крепления оптической излучающей системы;

11 - УФ-лазер;

12 - печатные платы для фотоприемных устройств;

13 - отверстие для пропуска излучения;

14 - выпускной канал для пневматических потоков.

С опорой иллюстрации фиг.1 и фиг.2 заявляемое устройство для осуществления способа обнаружения дымового фактора пожарной опасности (аэрозольных частиц дыма) содержит корпус камеры дымовой 1 и имеет узел для формирования двух коаксиально выполненных пневматических потоков 2: первый - центральный, состоящий из проб газовоздушной смеси, очищенный от пыли, второй - внешний, состоящий из чистого воздуха, выполненный из двух соосно установленных в зоне анализа содержания проб газовоздушной смеси, очищенной от пыли, трубок, внутренняя трубка 3 имеет вход в отсек 4 для газовоздушной смеси, очищенной от пыли, и выход в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси, пространство между соосными трубками 5 имеет свободный выход в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси, входная часть межтрубного пространства образована каналом для чистого воздуха 6, сообщающегося с отсеком чистого воздуха 7, на дне которого выполнен фильтр тонкой очистки 8, перекрывающий путь отдельного потока, представляющий собой на выходе часть очищенного от пыли общего потока проб газовоздушной смеси, выполнена базовая печатная плата 9, служащая основой, на которой: установлен кронштейн 10 для крепления оптической излучающей системы с УФ-лазером 11, направляющим излучение в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси установлены три фотоприемные устройства на печатных платах 12 установлен узел для формирования двух коаксиально выполненных пневматических потоков; оптические оси фотоприемных устройств направлены встречно друг к другу в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси, где пересекаются с оптической осью УФ-лазера под углом 90°, оптическая ось третьего фотоприемного устройства направлена в точку пересечения оптических осей УФ-лазера и двух других фотоприемных устройств и располагается в одной плоскости с оптической осью УФ-лазера, в верхней части печатной платы третьего фотоприемного устройства выполнено отверстие для пропуска луча УФ-лазера, геометрическая ось узла для формирования коаксиальных пневматических потоков направленого в точку пересечения оптических осей УФ-лазера и фотоприемных устройств, выполнен выпускной канал 14 для пропуска пневматических потоков из зоны анализа содержания проб воздушной смеси.

Подход по повышению эффективности обнаружения аэрозольных частиц дыма в исследуемом потоке проб газовоздушной смеси, осуществленный в заявляемом изобретении, характеризуется наличием многостороннего наблюдения за исследуемым потоком; в известной дымовой камере Flair применен односторонний способ наблюдения, что представляет менее объективный способ исследования по сравнению с предлагаемым способом.

Использование оригинального узла для формирования двух коаксиально выполненных пневматических потоков, обеспечивает в зоне анализа содержания проб газовоздушной смеси защиту от загрязнений оптической части камеры дымовой посредством барьера из чистого воздуха, созданного между исследуемым потоком, содержащим аэрозольные частицы дыма, и оптическими частями излучающего УФ-лазера и тремя фотоприемными устройствами, которые расположены на разных трех направлениях вокруг исследуемого потока.

Claims (2)

1. Способ обнаружения дымового фактора пожарной опасности, заключающийся в обнаружении и подсчете аэрозольных частиц дыма, включающий отбор проб газовоздушной смеси из контролируемого пространства, пропускающий пробы газовоздушной смеси через фильтр грубой очистки для задержания твердых частиц, характерных для пыли, формирующий отдельный поток, представляющий часть очищенного от пыли общего потока, направляющий отдельный поток через фильтр тонкой очистки, формирующий после фильтра тонкой очистки чистый воздух для создания воздушного барьера в дымовой камере, изолирующий посредством воздушного барьера оптические поверхности УФ-лазера и оптической поверхности фотоприемного устройства, направляющий пробы газовоздушной смеси в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси в место пересечения оптических осей УФ-лазера и фотоприемного устройства, фиксирующий рассеянный на аэрозольных частицах дыма дисперсной фазы оптического УФ-излучения с помощью фотоприемного устройства, анализирующий и подсчитывающий количество аэрозольных частиц дыма, накапливающий данные, передающий усредненные данные в процессор извещателя пожарного аспирациоиного для формирования сигналов тревоги и пожарной опасности, выпускающий отработанные после зоны анализа содержания проб газовоздушной смеси потоки из дымовой камеры, отличающийся тем, что располагают три фотоприемных устройства, причем два фотоприемные устройства располагают в зоне анализа содержания проб газовоздушной смеси друг против друга, при этом располагают оптическую ось каждого из двух фотоприемников под углом 90° к оптической оси УФ-лазера, располагают третье фотоприемное устройство в зоне анализа содержания проб газовоздушной смеси, причем оптическую ось третьего фотоприемного устройства располагают в одной плоскости с оптической осью УФ-лазера, формируют очищенный от пыли поток и отдельный поток чистого воздуха в виде двух коаксиально выполненных потоков, направляют оба потока попутно, причем очищенный от пыли поток направляют внутри потока чистого воздуха, который предназначают для создания воздушного барьера между оптическими поверхностями УФ-лазера, трех фотоприемных устройств, предохраняют посредством воздушного барьера от загрязнений оптические поверхности УФ-лазера и трех фотоприемных устройств, анализируют и подсчитывают количество аэрозольных частиц, наблюдают за содержанием проб газовоздушной смеси с трех разных сторон исследуемого потока.

2. Устройство для осуществления способа обнаружения дымового фактора пожарной опасности по п. 1, содержащее корпус камеры дымовой фильтр тонкой очистки, УФ-лазер, направляющий луч в сторону анализа содержания проб газовоздушной смеси, содержащее выпускной канал для потоков, прошедших исследования, отличающееся тем, что имеет узел для формирования двух коаксиально выполненных пневматических потоков: первый -центральный, состоящий из проб газовоздушной смеси, очищенный от пыли, второй - внешний, состоящий из чистого воздуха, выполненный из двух трубок соосно установленных в зоне анализа содержания проб газовоздушной смеси, очищенной от пыли, внутренняя трубка имеет вход в отсек для газовоздушной смеси, очищенной от пыли, и имеет выход в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси, пространство между соосными трубками имеет свободный выход в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси, входная часть межтрубного пространства образована каналом для чистого воздуха, сообщающегося с отсеком чистого воздуха, на дне которого выполнен фильтр тонкой очистки, перекрывающий путь отдельного потока, представляющий собой на выходе часть очищенного от пыли общего потока проб газовоздушной смеси, выполнена базовая печатная плата, служащая основой, на которой: установлен кронштейн для крепления оптической излучающей системы с УФ-лазером, направляющим излучение в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси, установлены три фотоприемные устройства на печатных платах, установлен узел для формирования двух коаксиально выполненных пневматических потоков, оптические оси двух фотоприемных устройств направлены встречно друг к другу в зону анализа содержания проб газовоздушной смеси, и пересекаются с оптической осью УФ-лазера под углом 90°, где пересекаются с оптической осью третьего фотоприемного устройства, направленной в точку пересечения оптических осей УФ-лазера и двух других фотоприемных устройств и располагается в одной плоскости с оптической осью УФ-лазера, геометрическая ось узла для формирования коаксиальных пневматических потоков направлена в точку пересечения оптических осей УФ-лазера и фотоприемных устройств, в верхней части печатной платы третьего фотоприемного устройства выполнено отверстие для пропуска излучения, выполнен выпускной канал для пропуска пневматических потоков из зоны анализа содержания проб воздушной смеси, базовая печатная плата выполнена с возможностью подсчета и анализа аэрозольных частиц дыма, накопления данных, передачи усредненных данных в процессор извещателя пожарного аспирационного, печатная плата каждого фотоприемного устройства выполнена с возможностью установки на ней фоточувствительного сенсора, выполненного в виде сборки фотодиодов, кронштейн выполнен с возможностью крепления УФ-лазера, линзы, устройства для фокусировки лазерного модуля.