способ регистрации дыма и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ регистрации дыма, заключающийся в формировании периодических пачек световых импульсов, излучаемых в оптическую камеру со светопоглощающими стенками, последующем приеме отраженных сигналов, поступающих под углом, отличным от оптической оси излучения, сравнении их с пороговым значением и запоминании с последующим формированием сигнала регистрации дыма при условии приема всей пачки световых импульсов, отличающийся тем, что синхронно осуществляют прием сигналов как в моменты излучения световых импульсов, так и в промежутках между излучением световых импульсов пачки, когда достоверна информация об отсутствии полезного сигнала, с последующим формированием сигнала наличия помехи и корректировкой сигнала регистрации дыма.

2. Устройство для осуществления способа регистрации дыма, содержащее схему тактового генератора, схему сброса, схему управления и запоминания, оптическую камеру со светопоглощающими стенками, фотоприемник, излучатель, схему сравнения и выходную ключевую схему, отличающееся тем, что оно дополнительно имеет схему определения помех, содержащую триггер, логический элемент И, логический элемент И - НЕ, причем вход сброса триггера соединен с заземляющей шиной питания, вход установки триггера соединен со схемой сброса, вход данных триггера соединен с выходом схемы сравнения, а синхронизирующий вход триггера соединен с выходом элемента И, вход которого соединен со схемой управления и запоминания, неинверсный выход триггера соединен с входом логического элемента И - НЕ, на второй вход которого поступает сигнал со схемы управления и запоминания.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области пожарной сигнализации, а именно к способам регистрации дыма, предназначенным для обнаружения возгораний, сопровождающихся появлением дыма в закрытых помещениях, и устройствам для осуществления таких способов.

Известны датчики дыма, пожарные извещатели и детекторы, работающие по принципу периодического излучения световых импульсов и последующего их приема, причем излучаемые и принимаемые импульсы модулируются, сравниваются и обрабатываются различными способами, и в результате выдается сигнал о наличии или отсутствии дыма (см. ФРГ з. N 2361403, РФ з. N 93021357/09, РФ з, N 2037883).

Прототипом заявляемого технического решения послужил способ регистрации дыма, реализованный в серийно изготавливаемом пожарном оптико-электронном извещателе ИП-212-26 (см, БДВК. 425232.001 ТУ).

Способ регистрации дыма, взятый за прототип, состоит в следующем:

- с помощью схемы тактового генератора, схемы управления и запоминания, излучателя формируют периодические пачки световых импульсов, излучаемых в оптическую камеру со светопоглощающими стенками;

- принимают отраженные сигналы фотоприемником под углом, отличным от оптической оси излучателя:

- формируют сигнал регистрации дыма при условии приема всей пачки излученных световых импульсов.

Формирование сигнала регистрации дыма является результатом выполнения операций сравнения и запоминания. При отсутствии дыма в чувствительной области оптической камеры сигнал фотоприемника находится ниже порогового значения, задаваемого схемой сравнения. Результат сравнения сигнала фотоприемника с пороговым значением в виде логического сигнала высокого уровня поступает на схему управления и запоминания и разрешает прохождение сигнала обнуления счетчика. При появлении дыма в чувствительной области оптической камеры световые импульсы, отражаясь от частиц дыма, попадают на фотоприемник, сигнал с которого теперь уже превышает пороговое значение и со схемы сравнения в виде логического нуля поступает на схему управления и запоминания. Этот сигнал блокирует прохождение сигнала обнуления счетчика, который при повторении такой ситуации четыре раза подряд, то есть при условии приема всей пачки световых импульсов, регистрирует режим "пожар", после чего контроль плотности окружающей среды прекращается.

К недостатку прототипа можно отнести низкий уровень помехозащищенности при воздействии световой или электромагнитной помехи, проходящей через фотоприемник, схему сравнения и поступающей на схему управления и запоминания в момент опроса оптического канала.

Задачей настоящего изобретения является повышение помехозащищенности способа путем периодического контроля чувствительной области оптической камеры с применением дополнительных приемов определения помехи и усовершенствование известного устройства, снижающее вероятность его ложного срабатывания.

Поставленная задача решается способом регистрации дыма, заключающимся в формировании периодических пачек световых импульсов, излучаемых в оптическую камеру со светопоглощающими стенками, последующим приеме отраженных сигналов, поступающих под углом, отличным от оптической оси излучения, сравнением их с пороговым значением и запоминанием с последующим формированием сигнала регистрации дыма при условии приема всей пачки световых импульсов, причем синхронно осуществляют прием сигналов как в моменты излучения световых импульсов, так и в промежутках между излучением световых импульсов пачки, когда достоверна информация об отсутствии полезного сигнала, с последующим формированием сигнала наличия помехи и корректировкой сигнала регистрации дыма. Поставленная задача решается также тем, что в устройстве, содержащем схему тактового генератора, схему сброса, схему управления и запоминания, оптическую камеру со светопоглощающими стенками, фотоприемник, излучатель, схему сравнения и выходную ключевую схему, согласно изобретению дополнительно имеется схема определения помех, содержащая триггер, логический элемент И, логический элемент И-НЕ, причем вход сброса триггера соединен с заземляющей шиной питания, вход установки триггера соединен со схемой сброса, вход данных триггера соединен с выходом схемы сравнения, а синхронизирующий вход триггера соединен с выходом элемента И, вход которого соединен со схемой управления и запоминания, неинверсный выход триггера соединен с входом логического элемента И-НЕ, на второй вход которого поступает сигнал со схемы управления и запоминания.

Сравнение предложенного способа с прототипом показывает, что, при наличии общих с прототипом признаков, он отличается от прототипа тем, что синхронно осуществляют прием сигналов как в моменты излучения, так и в промежутках между излучениями световых импульсов пачки, когда достоверно известно, что полезный сигнал отсутствует, что позволяет определять помехи и корректировать в соответствии с этим сигнал регистрации дыма; то есть частота опроса оптической системы увеличилась по сравнению с прототипом.

Реализуется предлагаемый способ в устройстве, новым признаком которого, по сравнению с прототипом, является наличие схемы определения помех, конструктивно состоящей из триггера, логического элемента И, логического элемента И-НЕ, на вход которой поступают все сигналы со схемы сравнения, а на выходе в результате получают сигнал разрешения или запрещения счета.

Таким образом, заявляемые способ и устройство соответствуют критерию "новизна". Предлагаемая совокупность операций и приемов, характеризующих способ, позволяет повысить помехозащищенность способа и снижает вероятность ложного срабатывания устройства. Если сигнал попадает на схему сравнения в момент времени опроса оптической системы, то есть в момент излучения светового импульса пачки, то в схеме управления и запоминания разрешается счет первого импульса пачки, но так как схема управления и запоминания выдает сигнал срабатывания на выходной ключ только после приема и счета всей пачки излученных импульсов (в нашем случае четырех), а любая помеха, прошедшая на вход схемы сравнения в промежуток времени между приемом отдельных излученных световых импульсов пачки и превышающая порог срабатывания, создает логический сигнал низкого уровня, который поступает на схему определения помехи, а затем на схему управления и запоминания, обнуляя счетчик схемы и запрещая счет импульсов, то сигнал помехи не считается, следовательно, не происходит ложного срабатывания устройства. Таким образом, сигнал помехи препятствует срабатыванию устройства.

Конструктивно этот способ осуществляется путем сравнения логических уровней сигналов поступающих на схему определения помех со схемы сравнения, а именно на вход данных триггера, синхронизация которого осуществляется с помощью элемента И в промежутки времени между излучением световых импульсов и с неинверсного выхода триггера на первый вход логического элемента И-НЕ поступает сигнал, который в зависимости от наличия помехи принимает различные логические уровни, а на второй вход логического элемента И-НЕ поступает сигнал со схемы управления и запоминания, принимающий различные логические уровни в зависимости от наличия полезного сигнала или помехи в моменты времени излучения световых импульсов; на выходе элемента И-НЕ формируется сигнал разрешения или запрещения счета.

Таким образом, достигаемый технический результат обеспечивается благодаря вышеуказанной совокупности признаков, характеризующих способ и устройство. Такое исполнение в технике не известно, непосредственно из существующего уровня техники не вытекает, и не было очевидным для специалистов. Это дает основание считать данные технические решения, обладающими изобретательским уровнем.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства регистрации дыма. На фиг. 2 показан пример выполнения устройства.

Устройство регистрации дыма (фиг.1) содержит тактовый генератор 1 параллельно соединенный со схемой сброса 2 и схемой управления и запоминания 3, вход установки которой и вход установки схемы определения помех 8 параллельно соединены с выходом схемы сброса 2, управляющий выход схемы управления и запоминания 3 подключен к излучателю 4, последовательно соединенному с оптической камерой 5, фотоприемником 6, схемой сравнения 7, выход которой параллельно подключен к входам данных схемы определения помех 8 и схемы управления и запоминания 3, на вход разрешения счета которой подключен выход схемы определения помех 8. Выход разрешения счета схемы управления и запоминания 3 соединен с входом умножения схемы определения помех 8, а регистрирующий выход подключен к выходной ключевой схеме 9.

Способ регистрации дыма осуществляется следующим образом. С помощью схемы сброса 2 устанавливают схему управления и запоминания 3 и схему определения помех 8 в режим приема сигналов, тактовый генератор 1 вырабатывает импульсы, поступающие на схему управления и запоминания 3. Со схемы управления и запоминания 3 пачки импульсов поступают на излучатель 4, который преобразует электрические импульсы в световые. При наличии дыма в чувствительной области оптической камеры 5 световые импульсы, отражаясь от частиц дыма, попадают на фотоприемник 6, выходной сигнал которого превышает заданный схемой сравнения 7 порог и со схемы сравнения 7 логический сигнал определенного, например, низкого уровня поступает на вход данных схемы определения помех 8 и схемы управления и запоминания 3. При отсутствии помехи схема определения помех 8 разрешает счет импульсов схеме управления и запоминания 3, которая после счета в нашем случае четырех импульсов выдает регистрирующий сигнал на выходную ключевую схему 9. При присутствии помехи, поступающей на вход данных схемы определения помех 8 в промежуток времени между излучениями световых импульсов, схема определения помех 8 обнуляет счетчик в схеме управления и запоминания 3, тем самым запрещая счет сигнала помехи, приходящей на вход данных схемы управления и запоминания 3 со схемы сравнения 7.

Устройство регистрации дыма может быть выполнено, например, как это показано на фиг. 2, из покупных комплектующих, имеющихся в продаже.

Тактовый генератор 1 выполнен на транзисторах VT1, VT2, резисторе R1, R2, конденсаторе C1, схема сброса 2 на логическом элементе И D1.1, резисторе R3, конденсаторе C2, схема управления и запоминания 3 на двоичном счетчике D4, триггере D5.1, логическом элементе И D1.4, логическом элементе И-НЕ D2.2, D2.4, резисторе R14, конденсаторе C6, излучатель 4 на светодиоде VD4, фотоприемник 6 на операционном усилителе D3, фотодиоде VD1, схема сравнения 7 на транзисторе VT4, выходная ключевая схема 9 на транзисторах VT7, VT8, светодиоде HL1. Дополнительная схема определения помех 8 на триггере D5.2, логическом элементе И D1.3, логическом элементе И-НЕ D2.3.

Устройство работает следующим образом. В начальный момент включения напряжения питания, при возрастании напряжения на резисторе R1, тактовый генератор заторможен и на обоих входах элемента D1.1 присутствует уровень логической единицы, что вызывает уровень логической единицы на входах 8 и 9 триггеров D5.1 и D5.2, уровень логической единицы на входе 8 и уровень логического нуля на входе 9 элемента D2.3, что приводит к обнулению счетчика D4.2.

В дальнейшем тактовый генератор вырабатывает импульсы большой скважности с периодом T_ген, на интегрирующей цепи R3, C2 образуется сигнал логического нуля, что снимает уровень логической единицы с входов 8 и 9 триггеров D5.1, D5.2 и устройство переходит в дежурный режим.

Период импульсов устанавливается резистором R1, длительность импульсов определяется резистором R2 и конденсатором C1.

С выхода тактового генератора сигнал поступает на вход 1 элемента D4.1. На входе 2 элемента D4.1 присутствует сигнал логической единицы, следовательно, обеспечивается счет импульсов по переднему фронту. Дифференцирующая цепь C6, R14 имеет постоянную времени Т < T_ген. С выхода 5 счетчика D4.1 через дифференцирующую цепь C6, R14 периодический сигнал с периодом Т > T_ген подается на вход 13 элемента D1.4, где перемножается с сигналом тактового генератора. В результате на входе излучателя присутствует периодический сигнал с периодом Т и длительностью импульса заданной тактовым генератором.

Периодический сигнал с дифференцирующей цепи C6, R14 умножается с сигналом тактового генератора и инвертируется на элементе D2.2, с выхода которого поступает на синхронизирующий вход 3 триггера D5.1, чем обеспечивается синхронизация сигнала, поступающего на вход излучателя, и сигнала, поступающего с ключевого элемента VT4.

При возникновении двоичных чисел 0110 и 1110 на выходе счетчика D4.1, с выходов 4 и 5 счетчика D4.1 импульсы поступают на элемент D1.3, с выхода 10 элемента D1.3 - на синхронизирующий вход 11 триггера D5.2. Формируемый элементом D1.3 передний фронт импульса совпадает с моментом времени, когда светодиод VD4 выключен. Таким образом, регистрируется сигнал фотоприемника после принятия сигнала с излучателя.

При наличии дыма в оптической области извещателя излучение светодиода VD4, отражаясь от частиц дыма, поступает на фотодиод VD1, импульсный сигнал с которого усиливается с помощью VT3 и поступает через операционный усилитель D3, разделительный конденсатор C5, токоограничивающий резистор R16 на ключевой элемент VT4. При увеличении сигнала до порогового значения транзистор VT4 открывается и импульсы нулевого логического уровня, синхронные с импульсами излучения светодиода, поступают на вход 5 триггера D5.1. Импульсы, поступающие на вход 9 триггера D5.2, не фиксируются данным элементом в момент излучения светодиодом.

Поэтому на входе 8 и 9 элемента D2.3 присутствует сигнал логической единицы и разрешается счет импульсов элементу D4.2 с вывода 5 элемента D4.1. При поступлении последовательности, состоящей из четырех последовательных импульсов, на выходе 13 счетчика D4.2 выдается сигнал логической единицы, который инвертируется элементом D2.4 и поступает на вход 2 счетчика D4.1, В результате запрещается счет импульсов элементом D4.1. На выходе 11 элемента D2.4 устанавливается сигнал логического нуля, отключаются схема включения светодиода, схема входного усилителя и схема сравнения.

С выхода 13 счетчика D4.2 сигнал логической единицы поступает на схему выходного ключа, что вызывает открытие транзисторов VT7, VT8 и протекание тока через индикаторный элемент HL1. Внутреннее сопротивление устройства дискретно уменьшается. Устройство регистрирует режим "пожар" и запоминает это состояние.

При наличии световой засветки или электромагнитной помехи, превышающей допустимые значения, с ключевого элемента VT4 сигнал нулевого логического уровня поступает на входы 5 и 9 триггеров D5.1 и D5.2, что вызывает во время излучения светодиода присутствие логической единицы на входе 8 элемента D2.3. Триггер D5.2 также регистрирует сигнал помехи до и после излучения светодиода VD4 и на выходе 13 триггера D5.2 устанавливается сигнал логического нуля. На выходе элемента D2.3 формируется сигнал логической единицы, что запрещает счет элементу D4.2 и не вызывает срабатывание извещателя и перехода его в режим "пожар".

При отсутствии дыма и помехи, на коллекторе VT4, устанавливается высокий логический уровень, на выходе 2 триггера D5.1 присутствует низкий логический уровень, что запрещает работу счетчика D4.2 и препятствует формированию сигнала "пожар" устройством для регистрации дыма.

Экспериментальные исследования заявляемого устройства и способа показали, что по сравнению с прототипом и реализованным в нем способом повышается помехозащищенность способа и снижается вероятность ложного срабатывания, так как сигнал помехи (световая засветка, электромагнитная помеха) не учитывается при счете излученных импульсов. Таким образом, заявляемый способ и устройство соответствуют критерию "промышленная применимость".