2. Дымовые оптико-электронные пожарные извещатели

По конфигурации измерительной зоны дымовые оптические ПИ под-

разделяются на точечные и линейные.

Точечные оптико-электронные ПИ

Принцип действия точечных оптико-электронных дымовых ПИ основан на излучении в дымовой камере импульсов света светодиодом (обычно в ИК-диапазона частот) и регистрации отражения фотодиодом (рис.4, а – в камере появляются частицы дыма, б – камера при отсутствии дыма).

Рис. 4. Принцип функционирования оптико-электронного ПИ

Измерительная камера этого устройства содержит ИК-светодиод и фотоприемник, ориентированные относительно друг друга так, чтобы излучение светодиода в нормальных условиях не попадало на фотоприемник. Для исключения возможности случайного попадания излучения (например, отраженного от стенок) на фотоприемник, оно направляется в специально сконструированную оптическую камеру. При появлении в воздухе частичек дыма они попадают в оптическую камеру и на них происходит хаотическое рассеяние излучения диода, вследствие чего часть его начинает попадать на фотоприемник, обеспечивая получение электрического сигнала. Уровень этого сигнала тем выше, чем больше концентрация рассеивающих частиц дыма в воздухе. При превышении сигналом определенного порога принимается решение о наличии возгорания. Для исключения ложных срабатываний необходимо, чтобы в нормальных условиях на фотодиод попадал минимальный сигнал. В идеале он должен приближаться к нулю. Этого можно добиться лишь при использовании дымовой камеры сложной конструкции из матового (неотражающего) пластика, который ослабляет отраженный от стенок дымовой камеры сигнал, и светои фотодиодов с узкими диаграммами и отъюстированными оптическими осями. В процессе эксплуатации на стенках дымовой камеры осаждается пыль, что приводит к увеличению сигнала фотодиода и, при отсутствии технического обслуживания, к повышению чувствительности и к ложным срабатываниям ПИ. Для сохранения чувствительности в современных оптических извещателях используется адаптивный порог: уровень сигнала измеряется при помощи аналого-цифрового преобразователя и его медленные изменения периодически компенсируются корректировкой порога срабатывания, величина которого хранится в энергонезависимой памяти.

В оптико-электронном извещателе, принцип действия которого показан на рис. 5, применяется фототранзистор с полевым эффектом, имеющий высокую чувствительность к изменению освещенности. Световой поток от осветительной лампы Л1 проходит параллельно окну фототранзистора, и при отсутствии дыма ток через фототранзистор не протекает.

Рис.5.

Появление даже слабого дыма вызывает рассеяние света, часть которого попадает в окно фототранзистора. Коллекторный ток под влиянием светового потока возрастает, происходит срабатывание исполнительного реле Р, включающего своими контактами цепь питания устройства, подающего сигнал тревоги.

Для аналогичных целей может быть использован биполярный фототранзистор, являющийся составной частью триггера, собранного по схеме рис. 6

Рис.6.

Управление светом в этом устройстве происходит следующим образом. В ждущем состоянии транзистор Т1 освещен, через него течет ток, через транзистор Т2 и обмотку реле Р1 ток не протекает. Затемнение светового потока уменьшает ток через фототранзистор. Транзистор Тг переходит в режим насыщения, его коллекторный ток вызывает срабатывание реле и замыкание контактов в цепи питания сигнального устройства.

Для точечных дымовых оптических извещателей чувствительность определяется значением удельной оптической плотности среды, которая соответствует задымленности окружающей среды, ослабляющей световой поток:

m₀ =10d^–1lg (Р₀/Р), дБ/м,

где d − оптическая длина пути луча в контролируемой зоне, м;

Р₀ − мощность излучения, прошедшего через не задымленную среду;

Р − мощность излучения, ослабленного задымленной средой.

Значение чувствительности пороговых оптических точечных пожар-ных извещателей по НПБ 65–97 должно находиться в пределах 0,05...0,2дБ/м.

Для получения более высоких параметров в извещателях применяют миниатюрный лазер, который имеет яркость излучения на два порядка выше, чем у светодиода и его фокусировка обеспечивает полное отсутствие отражений от стенок дымовой камеры.

Это обеспечивает обнаружение задымления на уровнях удельной оптической плотности примерно в 100 раз меньших, чем современные светодиодные пороговые ПИ. Оптико-электронные лазерные ПИ применяются для защиты наиболее важных объектов и помещений (вычислительные центры, пульты управления или коммутаторны, помещения электронных узлов связи, крупные музеи, банки и пр., т.е. там, где ущерб и упущенная выгода от потери информации несоизмеримо больше стоимости утраченной мебели и оборудования).

На рисунке 7 показана схема извещателя, в которой используются оптоэлектронная диодная пара и электронный блок обработки сигнала на цифровых логических элементах 2И-НЕ.

Рис.7.

Оптическая пара, состоит из светодиода VD1 и фотодиода VD2. Фотодиод и светодиод расположены на расстоянии около 50 мм друг от друга и направлены так. чтобы между ними была оптическая связь. При освещении светодиода VD2 потоком ИК излучения от светодиода VD1 первый будет иметь небольшое сопротивление, и в точке соединения резисторов R2, R3 и светодиода VD2 значение напряжения будет менее половины напряжения питания На триггере Шмитта (элементы DD1.1, DD1.2) установится уровень логического «О». Генератор импульсов, выполненный на элементах DD1 3, DD1 4 блокирован этим уровнем (на выводе 9 DD1.3). Транзистор VT1 закрыт уровнем логического «О» на выводе 11 элемента DD1.4. При попадании дыма на датчик освещенность светодиода VD2 уменьшается и, как следствие, увеличивается его сопротивление. Напряжение в точке соединения элементов R2, R3, VD2 возрастает, приводит к срабатыванию триггера Шмитта и включению генератора на элементах DD1.3, DD1.4.

С выхода последнего (вывод 11 DD1.4) через резистор R6 положительные импульсы поступают на базу транзистора VT1. Он открывается и замыкает линию связи через резистор R7 на землю. При этом напряжение в точке соединения элементов VD3, R7, R8 уменьшается, а при закрывании транзистора VT1 — увеличивается. Таким образом, при появлении дыма на выходе линии (точка соединения элементов VD3, R7, R8) будут присутствовать импульсы с частотой, задаваемой генератором на элементах DD1.3, DD1.4. Эти импульсы обрабатываются схемой оповещения о пожаре (на рис.5 не показана), и выдается сигнал тревоги.

Один из вариантов выполнения дымового извещателя приведен на рис.8. Cхема состоит из генератора (на элементах микросхемы DD1.1, DD1.2, С1, R1, R2), формирователя коротких импульсов (на DD1.3 и С2, R3), усилителя (VT1) и излучателя (HL1) ИК-импульсов, а также компаратора (DD2) и ключа на транзисторе (VT2). При приеме ИК-импульсов фотодиодом HL2 срабатывает компаратор и своим выходом разряжает конденсатор С4. Как только прохождение импульсов нарушится, конденсатор зарядится через резистор R9 в течение 1 секунды до напряжения питания, и начнет работать элемент D1.4. Он пропускает импульсы генератора на коммутатор тока VT2. Применение светодиода HL3 не является необходимым, но при его наличии удобно контролировать момент срабатывания датчика.

Рис.8.

Конструкция датчика (рис.9) имеет рабочую зону, при попадании в которую дыма ослабляется прохождение ИК-импульсов, а если не смогли пройти несколько импульсов подряд — срабатывает датчик (что обеспечивает помехоустойчивость схемы).

Рис.9.

При этом в соединительной линии появляются импульсы тока, которые и выделяет схема контроля, приведенная на рис.10.

Рис.10.

Датчиков дыма к одному охранному шлейфу можно подключать (параллельно) много. При настройке схемы контроля • резистором R14 устанавливаем транзисторы так, чтобы VT3 и VT4 находились в запертом состоянии (светодиод HL4 не светится). При использовании нескольких датчиков, одновременно установленных в разных местах, схему можно дополнить индикатором номера сработавшего датчика дыма. Для этого нужно, чтобы частоты генераторов (зависит от С1 и R2) отличались друг от друга, а воспользовавшись цифровым индикатором частоты, легко будет определить место возгорания. При этом отпадает необходимость вести охранные шлейфы отдельно до каждого датчика, что значительно упростит разводку проводов и снизит их расход.

Датчик дыма целесообразно устанавливать в помещениях, где хра нятся легко воспламеняющиеся предметы, а размещать в местах, где проходит поток воздуха, например вблизи вентиляционного отверстия, - в этом случае возгорание будет обнаружено раньше.

Фотоэлектрические детекторы относительно невосприимчивы к изменениям внешних условий, хотя и они могут быть введены в заблуждение дымом, который не всегда является продуктом пожара. По сравнению с ионизационными, фотоэлектрические детекторы лучше реагируют на большое задымление.