модуляционный датчик инфракрасного излучения

Формула изобретения

Модуляционный датчик инфракрасного излучения, включающий корпус, фотоэлектрический узел со светофильтром, пропускающим ИК-излучение, фоторезистором и электромеханическим модулятором, аналоговую часть с усилителем-фильтром аналогового сигнала, цифровую часть с аналого-цифровым преобразователем, приемопередатчиком последовательного порта и преобразователями напряжения, отличающийся тем, что фотоэлектрический узел выполнен с возможностью формирования и передачи сигнала через усилитель-фильтр на цифровую часть, вход аналого-цифрового преобразователя которой предназначен для поступления сигнала с усилителя-фильтра, цифровая часть оснащена сторожевым таймером, связанным с микроконтроллером, при этом формируемый микроконтроллером сигнал предназначен для поступления на электромеханический модулятор фотоэлектрического узла, а преобразованный аналого-цифровым преобразователем сигнал предназначен для попадания через оптроны на микроконтроллер, который предназначен для выдачи результатов измерений на приемопередатчик последовательного порта на выход соединительного устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам пожарной сигнализации и предназначено для обнаружения очага возгорания по инфракрасному излучению источника повышенной температуры. Изобретение может быть использовано в автоматических системах пожарной сигнализации и пожаротушения для обеспечения взрывобезопасности и пожаробезопасности в производственных помещениях и на промышленных площадках.

Известен пирометрический датчик пожарной сигнализации, содержащий инфракрасные фотодетекторы, светофильтры с разными спектрами пропускания и усилители, выходы которых соединены с входом исполнительной схемы, при этом в него введены блок термостабилизации темновых токов фотодетекторов, разделитель светового потока и оптическая система для фокусировки потока на чувствительных окнах фотодетекторов, а исполнительная схема содержит соединенные последовательно блок вычисления отношения двух значений напряжения, блок усреднения и пороговый детектор, при этом последовательно установленные оптическая система для фокусировки потока на чувствительных окнах фотодетекторов и разделитель светового потока оптически связаны с фотодетекторами, которые подключены к неинвертирующим входам усилителей, а выходы блока термостабилизации подключены к инвертирующим входам усилителей, вход блока вычисления отношения двух значений напряжения является входом исполнительной схемы.

(RU патент №2109345, 20.04.1998).

Известное решение конструктивно сложно и не достаточно надежно, ограниченно применимо в экстремальных условиях при высоких температуре и запыленности, наличии вибрации.

Наиболее близким к заявляемому является модуляционный датчик пламени, содержащий герметичный корпус, внутри которого установлены светофильтр, пропускающий ИК-излучение, детектор ИК-излучения, усилитель сигнала, питающий генератор, электронный ключ, включающий автоматическую систему пожаротушения, при этом введены маятниковый модулятор, микролампа тестирования, формирователь прямоугольных импульсов и счетчик импульсов, маятниковый детектор ИК-излучения, усилитель сигнала, формирователь прямоугольных импульсов, счетчик импульсов и электронный ключ соединены последовательно, микролампа тестирования смещена относительно продольной оси корпуса таким образом, что световой сигнал от микролампы, отражаясь от светофильтра, попадает к детектору ИК-излучения через маятниковый модулятор, причем питающий генератор подает напряжение на маятниковый модулятор, усилитель сигнала, формирователь прямоугольных импульсов, счетчик импульсов, электронный ключ и на микролампу тестирования.

(RU Патент №2179743).

Известное решение излишне инерционно и не достаточно надежно, ограниченно применимо в экстремальных условиях при высоких температуре и запыленности, наличии вибрации.

Задачей изобретения является повышение быстродействия, надежности и безошибочности срабатывания систем пожаротушения и сигнализации. Задача решается тем, что в модуляционном датчике инфракрасного излучения, включающем корпус, фотоэлектрический узел со светофильтром, пропускающим ИК-излучение, фоторезистором и электромеханическим модулятором, аналоговую часть с усилителем-фильтром аналогового сигнала, цифровую часть с аналогоцифровым преобразователем, приемопередатчиком последовательного порта, и преобразователями напряжения, согласно решению фотоэлектрический узел выполнен с возможностью формирования и передачи сигнала через усилитель-фильтр на цифровой блок, оснащенный сторожевым таймером и микроконтроллером, при этом последний соединен с фотоэлектрическим узлом, усилитель-фильтр связан с цифровым блоком посредством оптронов, а микроконтроллер цифрового блока связан со сторожевым таймером, при этом цифровой блок выполнен с возможностью соединения с последовательным портом станции пожаротушения.

Отличительными от прототипа являются следующие признаки:

- фотоэлектрический узел выполнен с возможностью формирования и передачи сигнала через усилитель - фильтр на цифровую часть, вход аналого-цифрового преобразователя которой предназначен для поступления сигнала с усилителя-фильтра, (что позволяет получить величины сигнала ИК-излучения в цифровом коде и обеспечивает повышение скорости получения и обработки сигнала, снижение инерционности датчика);

- цифровая часть оснащена сторожевым таймером, связанным с микроконтроллером, при этом формируемый микроконтроллером сигнал предназначен для поступления на электромеханический модулятор фотоэлектрического узла, (что позволяет повысить и помехозащищенность);

- преобразованный аналого-цифровым преобразователем сигнал предназначен для попадания через оптроны на микроконтроллер, который предназначен для выдачи результатов измерений на приемопередатчик последовательного порта на выход соединительного устройства, (что обеспечивает возможность автоматической передачи значения ИК-излучения в цифровом виде посредством стандартных протоколов, повышает помехозащищенность, надежность и быстродействие);

Таким образом, заявляемое решение соответствует критерию "новизна". Сравнение заявляемого решения с известными аналогами не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень"

Изобретение поясняется чертежом, где представлена схема модуляционного датчика.

Модуляционный датчик инфракрасного излучения содержит корпус 1, фотоэлектрический узел 2 со светофильтром 3, аналоговую часть 4 с усилителем - фильтром 5 аналогового сигнала, цифровую часть 6 с аналого-цифровым преобразователем 7, приемопередатчик последовательного порта 8, преобразователи напряжения 9, сторожевой таймер 10, микроконтроллер 11, оптроны 12, соединительное устройство 13, электромеханический модулятор 14, фоторезистор 15.

Устройство работает следующим образом. Формируемый микроконтроллером 11 сигнал частотой 8 Гц поступает на электромеханический модулятор 14 (ФЭУ 2), при этом фоторезистор 15 фотоэлектрического узла 2 (ФЭУ) включен в обратную связь операционного усилителя - фильтра 5 аналогового сигнала (УФС). На положительный вход (УФС) подается опорное напряжение 1,5 В. На выходе усилителя 5 (УФС) создается напряжение около 2-2,5 В. Таким образом, через фоторезистор 15 задается стабильный ток, а напряжение на выходе операционного усилителя 5 (УФС) будет зависеть от изменения сопротивления фоторезистора 15. При модуляции потока инфракрасного излучения, на выходе операционного усилителя 5 (УФС) формируется сигнал удвоенной частоты (16 Гц), амплитуда которого зависит от интенсивности потока инфракрасного излучения. На выходе УФС сигнал имеет форму, близкую к синусоидальной форме.

Синусоидальный сигнал частотой 16 Гц поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 7. Для сокращения времени измерения амплитуды сигнала (необходимость измерения быстроизменяющихся процессов) используется квадратурный способ измерений. Датчик за период измеряемого сигнала формирует четыре выборки. Суммарное время одного преобразования и технологическая пауза, после которой можно считывать результат преобразования не превышает 2,5 мкс. Операция преобразования и формирование частоты модуляции выполняется в прерывании микроконтроллера 11, приоритет которого наивысший. В этом же прерывании выполняется сброс на сторожевой таймер 10. В прерывании с более низким приоритетом выполняется обмен со станцией (станция пожаротушения на чертеже не показана) через приемопередатчик последовательного порта 8. Остальные операции выполняются в свободное от прерываний время работы микроконтроллера 11. К ним относятся считывание результата преобразования из буфера данных аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП) в последовательном коде, математические операции, необходимые для вычисления амплитуды измеренного сигнала. Результаты измерений и последующих вычислений хранятся в ячейке данных и выдаются в приемопередатчик последовательного порта 8, при поступлении адресного запроса от управляющей станции.

Устройство позволяет вести измерение величины инфракрасного излучения (фона) не менее 10 раз в секунду и передавать эту информацию в оцифрованном виде по интерфейсу RS-485 при получении запроса от управляющей станции (пожаротушения), что обеспечивает быстродействие и надежность работы системы. Устройство позволяет программно настраивать допустимые пределы величин фоновой освещенности, т.к. каждый датчик имеет свой адрес, который настраивается на цифровом блоке 6, вести мониторинг пожарной опасности и обнаруживать предаварийные ситуации (опасный перегрев подшипников, транспортерных лент и другого оборудования) раннего обнаружения очагов тления, пожаров и взрывов как технологических помещений, так и на открытых площадках, постоянное автоматическое тестирование работоспособности, что обеспечивает безошибочность инициируемой информации. Датчик является технологическим устройством и работает постоянно в одном режиме вне зависимости от обнаруживаемой информации.