устройство аварийной пожарной сигнализации

Формула изобретения

1. Устройство аварийной пожарной сигнализации, содержащее термочувствительный элемент, состоящий из закрытой термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом (сплавом), образующим акустическую линию связи между выходом передающего пьезоакустического преобразователя, подключенного к первому концу термочувствительного элемента, и входом приемного пьезоакустического преобразователя, формирователь ультразвуковых колебаний, вход которого соединен с первым выходом блока обработки и управления, а выход подключен к входу передающего пьезоакустического преобразователя, усилитель, вход которого соединен с выходом приемного пьезоакустического преобразователя, выход усилителя соединен с входом блока обработки и управления, отличающееся тем, что приемный пьезоакустический преобразователь подключен к первому концу термочувствительного элемента, N вторых выходов блока обработки и управления соединены с соответствующими N вторыми входами сигнального средства, содержащего N+1 элементов индикации, подключенных своими входами к соответствующим N+1 входам сигнального средства, где N - целое число больше единицы, при этом первый выход блока обработки и управления соединен с первым входом сигнального средства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок обработки и управления включает в себя N+1 полосовых фильтров, вход каждого из которых соединен с входом блока обработки и управления, а выход подключен к соответствующему выходу блока обработки и управления через последовательно соединенные амплитудный детектор, интегратор и пороговое устройство.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам аварийной пожарной сигнализации, приводимым в действие тепловым воздействием очага возгорания, и может быть использовано в системах распределенного контроля протяженных пожароопасных объектов, например топливных магистралей, кабелей электроснабжения, газопроводов, резервуаров с горючими веществами, а также различных агрегатов.

Известен сигнализатор возгорания (Ильин О. Сигнализатор возгорания. - Радио, 2009, № 4, с.36, 37), содержащий генератор импульсов ультразвуковой частоты, передающий и приемный пьезоакустические преобразователи, чувствительный элемент, представляющий собой гибкий провод из термостойкого металла, служащий ультразвуковым волноводом между пьезоакустическими преобразователями, расположенными с его противоположных концов, а также усилитель, детектор, интегратор, узел сравнения и узел индикации возгорания. В этом устройстве при возникновении возгорания и воздействии пламени на чувствительный элемент в зоне воздействия образуется участок с повышенной температурой. Следствие этого - изменение скорости распространения ультразвуковых волн в чувствительном элементе и рассеивание их энергии на образовавшейся акустической неоднородности, в результате чего изменяется волновая картина на входе приемного устройства. Амплитудные изменения этой картины анализируются в приемном устройстве. При достижении ими порогового значения вырабатывается сигнал оповещения о наличии возгорания, воспроизводимый узлом индикации.

Недостатками этого аналога являются низкая точность локализации очага возгорания по длине чувствительного элемента, низкая точность задания температуры срабатывания сигнализатора, а также необходимость подключения передающего и приемного пьезоакустических преобразователей к противоположным концам чувствительного элемента, что затрудняет монтаж и эксплуатацию аналога на контролируемом объекте.

Также известен сигнализатор возгорания (Ильин О. Сигнализатор возгорания. - Радиомир, 2009, № 3, с.14-16), содержащий усилитель мощности, подключенный к входу излучающего пьезоакустического преобразователя, чувствительный элемент, выполненный в виде протяженной термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом (сплавом), приемный пьезоакустический преобразователь, подключенный к входу предварительного усилителя, выход которого соединен через цепь обратной связи с входом усилителя мощности, а также последовательно включенные детектор, интегратор, узел сравнения и узел индикации возгорания. Усилитель мощности, чувствительный элемент, пьезоакустические преобразователи, предварительный усилитель и цепь обратной связи образуют ультразвуковой генератор с самовозбуждением. При нагревании пламенем легкоплавкий материал (сплав) чувствительного элемента на участке, подвергнутом воздействию высокой температуры, плавится, в результате чего акустическая связь между передающим и приемным пьезоакустическими преобразователями существенно ослабляется, при этом генерируемые колебания срываются, что является основанием для формирования сигнала оповещения о наличии возгорания.

Недостатками второго аналога являются низкая точность локализации очага возгорания по длине чувствительного элемента, а также необходимость подключения передающего и приемного пьезоакустических преобразователей к его противоположным концам.

Также известно устройство аварийной пожарной сигнализации (патент РФ № 2438183 от 27.08.2010, опубл. в Бюл. № 36, 2011, МПК G08B 17/00, G08B 17/06, Н01Н 85/00), содержащее термочувствительный элемент, состоящий из термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом (сплавом), образующим линию акустической связи между передающим и приемным пьезоакустическими преобразователями, подключенными к противоположным концам термочувствительного элемента, формирователь ультразвуковых колебаний, выход которого соединен с входом передающего пьезоакустического преобразователя, усилитель, вход которого подключен к выходу приемного пьезоакустического преобразователя, а выход соединен с входом блока обработки и управления, выход которого подключен к входу сигнального средства, вторую линию акустической связи между пьезоакустическими преобразователями и блок модуляции акустического сопротивления термочувствительного элемента, при этом вторая линия акустической связи образована второй термостойкой трубкой, внутри которой расположен продольно термочувствительный элемент, вход блока модуляции акустического сопротивления термочувствительного элемента соединен с выходом усилителя, а выход этого блока посредством тепловой связи сопряжен с термочувствительным элементом на участке, расположенным между передающим пьезоакустическим преобразователем и рабочей зоной термочувствительного элемента.

В этом аналоге определение факта наличия возгорания, а также контроль исправности акустического канала связи осуществляются путем анализа сигналов, поступающих в блок обработки и управления в процессе амплитудной модуляции акустического сопротивления легкоплавкого материала (сплава) термочувствительного элемента, которая производится блоком модуляции акустического сопротивления термочувствительного элемента за счет периодического плавления и отвердевания легкоплавкого материала (сплава) на участке, расположенном между передающим пьезоакустическим преобразователем и рабочей зоной термочувствительного элемента.

Недостатками третьего аналога являются низкая точность локализации очага возгорания по длине термочувствительного элемента, а также необходимость подключения передающего и приемного пьезоакустических преобразователей к его противоположным концам.

В качестве прототипа выбрано устройство аварийной пожарной сигнализации (патент РФ № 2315362 от 22.05.2006, опубл. в Бюл. № 2, 2008, МПК G08B 17/06), содержащее источник электропитания, термочувствительный элемент, сигнальное средство, формирователь ультразвуковых импульсов, излучающий и приемный пьезоакустические преобразователи, усилитель, блок обработки и управления, один выход которого подключен к входу формирователя ультразвуковых импульсов, а другой - ко входу сигнального средства, при этом один вход блока обработки и управления соединен с выходом источника питания, а другой - с выходом усилителя, выход формирователя ультразвуковых колебаний подключен ко входу излучающего пьезоакустического преобразователя, выход которого соединен с одним концом термочувствительного элемента, выполняющего роль акустической линии связи, параметры которой зависят от температуры, а другой конец его - со входом приемного пьезоакустического преобразователя, выход которого соединен со входом усилителя, при этом термочувствительный элемент представляет собой шнуроподобную конструкцию и выполнен в виде термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом (сплавом), температура плавления которого задается рецептурой состава материала (сплава).

В случае возникновения возгорания легкоплавкий материал (сплав) внутри термочувствительного элемента на участке, подвергнутом воздействию высокой температуры, плавится и переходит в жидкое состояние, вследствие чего уровень акустической связи между передающим и приемным пьезоакустическими преобразователями через термочувствительный элемент резко падает, при этом блок обработки и управления формирует сигнал включения средства сигнализации о наличии возгорания.

Недостатками прототипа являются низкая точность локализации очага возгорания по длине термочувствительного элемента, а также необходимость подключения передающего и приемного пьезоакустических преобразователей к его противоположным концам.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности локализации очага возгорания.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в устройстве аварийной пожарной сигнализации, содержащем термочувствительный элемент, состоящий из закрытой термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом (сплавом), образующим акустическую линию связи между выходом передающего пьезоакустического преобразователя, подключенного к первому концу термочувствительного элемента, и входом приемного пьезоакустического преобразователя, формирователь ультразвуковых колебаний, вход которого соединен с первым выходом блока обработки и управления, а выход подключен к входу передающего пьезоакустического преобразователя, усилитель, вход которого соединен с выходом приемного пьезоакустического преобразователя, выход усилителя соединен с входом блока обработки и управления, предусмотрены следующие отличия: приемный пьезоакустический преобразователь подключен к первому концу термочувствительного элемента, N вторых выходов блока обработки и управления соединены с соответствующими N вторыми входами сигнального средства, содержащего N+1 элементов индикации, подключенных своими входами к соответствующим N+1 входам сигнального средства, где N - целое число больше единицы, при этом первый выход блока обработки и управления соединен с первым входом сигнального средства.

Кроме того, предложенное устройство аварийной пожарной сигнализации отличается тем, что блок обработки и управления включает в себя N+1 полосовых фильтров, вход каждого из которых соединен с входом блока обработки и управления, а выход подключен к соответствующему выходу блока обработки и управления через последовательно соединенные амплитудный детектор, интегратор и пороговое устройство.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, а именно: по сравнению с прототипом повышается точность локализации очага возгорания.

Изобретение поясняется чертежом.

Устройство аварийной пожарной сигнализации содержит: термочувствительный элемент 1, состоящий из закрытой термостойкой трубки 2, заполненной легкоплавким материалом (сплавом) 3; передающий 4 и приемный 5 пьезоакустические преобразователи; формирователь ультразвуковых колебаний 6; усилитель 7; блок обработки и управления 8; сигнальное средство 9.

Легкоплавкий материал (сплав) 3 образует акустическую линию связи между выходом передающего 4 и входом приемного 5 пьезоакустических преобразователей, подключенных к первому концу термочувствительного элемента 1. Выход приемного пьезоакустического преобразователя 5 подключен к входу усилителя 7, выход которого соединен с входом 15 блока обработки и управления 8. Вход формирователя ультразвуковых колебаний 6 соединен с первым выходом 16 блока обработки и управления 8 и первым входом 17 сигнального средства 9. N вторых 18 выходов блока обработки и управления 8 подключены соответственно к N вторым 19 входам сигнального средства 9.

Сигнальное средство 9 содержит N+1 элементов индикации 14, подключенных своими входами соответственно к первому 17 и N вторым 19 входам сигнального средства 9.

Блок обработки и управления 8 включает в себя N+1 полосовых фильтров 10, вход каждого из которых соединен с входом 15 блока обработки и управления 8, а выход подключен к соответствующему выходу блока обработки и управления 8 через последовательно соединенные амплитудный детектор 11, интегратор 12 и пороговое устройство 13.

Температура плавления материала (сплава) 3 задается рецептурой его состава. Термостойкая трубка 2 исключает вытекание материала (сплава) 3 в жидком состоянии из термочувствительного элемента 1 и выполнена из материала, поглощающего ультразвуковые колебания, что уменьшает влияние на работу устройства внешних акустических воздействий, например вибраций контролируемого объекта. Рабочая зона термочувствительного элемента 1 расположена по всей его длине за исключением участка, непосредственно примыкающего к передающему 4 и приемному 5 пьезоакустическим преобразователям.

Устройство аварийной пожарной сигнализации работает следующим образом.

При включении устройства электрический сигнал частотой Fo с выхода формирователя ультразвуковых колебаний 6 поступает на вход передающего пьезоакустического преобразователя 4, преобразующего этот сигнал в механические колебания ультразвуковой частоты, которые в виде продольных акустических волн распространяются по легкоплавкому материалу (сплаву) 3 к противоположному концу термочувствительного элемента 1, а затем, отразившись от него, распространяются в противоположном направлении, в результате чего в термочувствительном элементе 1 устанавливается режим стоячих акустических волн.

Частота F₀ выходного сигнала формирователя ультразвуковых колебаний 6 выбрана таким образом, что ее значение совпадает со значением собственной частоты продольных механических колебаний стержня длиной L₀ , образованного легкоплавким материалом (сплавом) 3, заключенным в термостойкую трубку 2. В результате резонанса этого стержня амплитуда механических колебаний, воздействующих через легкоплавкий материал (сплав) 3 на вход приемного пьезоакустического преобразователя 5, на частоте F₀ принимает максимальное значение.

Приемный пьезоакустический преобразователь 5 преобразует механические колебания, поступающие на его вход, в электрический сигнал, который усиливается по амплитуде усилителем 7 и с его выхода подается на вход 15 блока обработки и управления 8, а затем - на вход каждого из полосовых фильтров 10.

Частота F₀ лежит в полосе пропускания полосового фильтра 10, выход которого через соответствующие амплитудный детектор 11, интегратор 12 и пороговое устройство 13 подключен к первому выходу 16 блока обработки и управления 8. Амплитудный детектор 11, подключенный к выходу этого полосового фильтра 10, а также соответствующий интегратор 12 преобразуют сигнал частотой F ₀ в постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде этого сигнала. При превышении постоянным напряжением порогового уровня на выходе порогового устройства 13, подключенного к первому выходу 16 блока обработки и управления 8, появляется напряжение высокого уровня, которое, воздействуя на первый вход 17 сигнального средства 9, активизирует элемент индикации 14, подключенный к его первому входу 17, что сигнализирует об отсутствии возгорания.

При возникновении возгорания термочувствительный элемент 1 на участке, подвергнутом воздействию высокой температуры, нагревается и при достижении температуры плавления легкоплавкий материал (сплав) 3 на этом участке переходит в жидкое состояние (на чертеже жидкий материал 3 (сплав) выделен уплотненной наклонной штриховкой), что приводит к уменьшению длины стержня, образованного твердым участком легкоплавкого материала (сплава) 3, примыкающим к первому концу термочувствительного элемента 1, до величины L_X и изменению резонансной частоты продольных колебаний этого стержня до значения F_X, где Х - натуральное число. В результате этого частота электрического сигнала на выходе приемного пьезоакустического преобразователя 5 и на выходе усилителя 7 также принимает значение F_X.

Частота F_X лежит вне полосы пропускания полосового фильтра 10, выход которого через соответствующие амплитудный детектор 11, интегратор 12 и пороговое устройство 13 подключен к первому выходу 16 блока обработки и управления 8. В результате этого постоянное напряжение на входе порогового устройства 13, подключенного к первому выходу 16 блока обработки и управления 8, становится ниже порогового уровня, вследствие чего на выходе этого порогового устройства 13 появляется напряжение низкого уровня, которое поступает на первый вход 17 сигнального средства 9 и дезактивизирует элемент индикации 14, подключенный к его первому входу 17, что сигнализирует о наличии возгорания.

С первого выхода 16 блока обработки и управления 8 напряжение низкого уровня поступает на вход формирователя ультразвуковых колебаний 6, в результате чего частота его выходного сигнала начинает периодически непрерывно изменяться в интервале частот от F₀ до F_{X max}, где F_{X max} - максимальная возможная частота собственных продольных колебаний стержня, образованного твердым участком легкоплавкого материала (сплава) 3, примыкающим к первому концу термочувствительного элемента 1, соответствующая минимально возможной длине L _X стержня, достигаемой в результате его укорачивания вследствие плавления. В случае совпадения частоты выходного сигнала формирователя ультразвуковых колебаний 6 с частотой F_X происходит резонансное увеличение амплитуды продольных колебаний стержня образованного твердым участком легкоплавкого материала (сплава) 3, примыкающим к первому концу термочувствительного элемента 1, вследствие чего на частоте F_X происходит возрастание амплитуды электрического сигнала на выходе приемного пьезоакустического преобразователя 5 и на выходе усилителя 7.

Каждый из N полосовых фильтров 10, подключенных выходом через последовательно соединенные амплитудный детектор 11, интегратор 12 и пороговое устройство 13 к соответствующему N-му выходу 18 блока обработки и управления 8 имеет свою резонансную частоту F_N, на которой его коэффициент передачи максимален, при этом значение частоты F_N лежит в интервале возможных изменений частоты F_X. При совпадении частот F_X и F_N на соответствующем N-м выходе 18 блока обработки и управления 8 появляется напряжение высокого уровня, которое активизирует соответствующий N-й элемент индикации 14 сигнального средства 9.

Элементы индикации 14 сигнального средства 9, например светоизлучающие диоды, расположены относительно друг друга в линию, подобную протяженному термочувствительному элементу 1. Поскольку значение частоты F_X содержит информацию о длине L_X стержня, образованного твердым участком легкоплавкого материала (сплава) 3, примыкающим к первому концу термочувствительного элемента 1, то по расположению N-го активизированного элемента индикации 14 сигнального средства 9 относительно его других элементов индикации 14 можно оценить расстояние от первого конца термочувствительного элемента 1 до границы участка, на котором легкоплавкий материал (сплав) 3 находится в жидком состоянии, то есть определить место теплового воздействия пламени на термочувствительный элемент 1 и тем самым локализовать очаг возгорания по его длине.

После устранения возгорания и перехода легкоплавкого материала (сплава) 3 термочувствительного элемента 1 в твердое состояние устройство аварийной пожарной сигнализации вновь готово к работе.

Таким образом, вышеописанное устройство аварийной пожарной сигнализации выгодно отличается от прототипа тем, что формирует не только сигнал оповещения о наличии возгорания, но и сигнал, содержащий информацию о месте теплового воздействия пламени на термочувствительный элемент 1, что позволяет более точно локализовать очаг возгорания по длине этого элемента, кроме того, поскольку в предложенном устройстве передающий 4 и приемный 5 пьезоакустические преобразователи подключены к одному концу термочувствительного элемента 1, то облегчается монтаж и эксплуатация описанного устройства на контролируемом объекте.

Применение предложенного устройства в системах распределенного контроля протяженных пожароопасных объектов позволит повысить их эффективность работы за счет более точного определения местонахождения очага возгорания.