Техносферная безопасность / Problemi tekhnosfernoy bezopasnosti 2013

АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ МЧС РОССИИ

МАТЕРИАЛЫ

2-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

«ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ – 2013»

9 апреля 2013

Москва 2013

АКАДЕМИЯ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ МЧС РОССИИ

МАТЕРИАЛЫ

2-Й МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ И СПЕЦИАЛИСТОВ

«ПРОБЛЕМЫ ТЕХНОСФЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ – 2013»

9 апреля 2013

Москва 2013

УДК 614.8 (043) ББК 68.9

М 34

Материалы 2-й международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы техносферной безопасности2013». – М.: Академия ГПС МЧС России, 2013. – 352 с.

Материалы 2-й международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов «Проблемы техносферной безопасности – 2013» адресованы молодым ученым и специалистам из вузов, научных институтов, государственных учреждений и промышленности.

Целью конференции является создание площадки для формирования творческих связей и обмена опытом между молодыми учеными и специалистами, обсуждение вопросов развития научных исследований и внедрения инновационных разработок в области техносферной безопасности.

Издано в авторской редакции

УДК 614.8 (043) ББК 68.9

©Академия Государственной противопожарной службы МЧС России, 2013

СЕКЦИЯ 1

ПРОБЛЕМЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

3

ФОТОПРИЕМНИК СИГНАЛИЗАТОРА ПЛАМЕНИ НА ОСНОВЕ СВЕТОДИОДА

Копылова Е.А., Цапков В.И.

Академия Государственной противопожарной службы МЧС России

Для пожарной безопасности особо ответственных объектов в последнее время широко используются сигнализаторы (извещатели) пламени. Согласно ГОСТ Р 53325-2009 извещатель пожарный пламени – это автоматический пожарный извещатель, реагирующий на электромагнитное излучение пламени или тлеющего очага.

Пламя излучает в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном (ИК) спектре. Энергия в спектре у различных горючих веществ распределяется неравномерно – более 80 % ее приходится на инфракрасную часть. Главным элементом каждого извещателя пламени является фотоприемник. От его характеристики будет зависеть обнаружительная способность извещателя, его спектральная чувствительность, конструктивные, эксплуатационные особенности и стоимость изделия. Поэтому при выборе извещателя уделяется особое внимание этому элементу.

Так как ИКизлучение хорошо проникает сквозь дым, пыль, копоть, то на особо ответственных объектах применяются извещатели пламени с ИК-фотоприёмниками. Использование в одном извещателе нескольких фотоприёмников, работающих в разных ИК-диапазонах, решает проблему с мощными оптическими помехами. Обычно в качестве чувствительных элементов фотоприёмников, т.е. датчиков применяются фотодиоды и фоторезисторы, которые реагируют на излучение в довольно широком диапазоне длин волн. Для выделения узких участков спектра применяются интерференционные светофильтры, что приводит к усложнению устройства и снижению его надёжности.

Отличительной особенностью предлагаемого в данной статье фотоприёмника является применение светодиода в качестве датчика, что позволяет отказаться от применения светофильтров, т.к. в этом случае светодиод, работающий в режиме фотодиода, реагирует на излучение в том узком интервале длин волн, в котором он и излучает. В качестве примера в таблице приведены параметры спектральных характеристик некоторых отечественных ИК-светодиодов [1]. Здесь λmax – длина волны, соответствующая максимуму спектральной характеристики; Δλ – ширина спектральной характеристики по уровню 0,5.

4

Таблица 1

Тип светодиода	λmax, мкм	Δλ, мкм
АЛ136А	0,82	0,04
3Л128А	0,86	0,05
АЛ109А	0,94	0,04
АЛ103А	0,95	0,05
АЛ132А	1,26	0,08

Схема одного из каналов фотоприёмника состоит из светодиода, являющегося датчиком излучения, и операционного усилителя (ОУ). Рассмотрим принцип работы устройства. Здесь светодиод работает как генератор тока, а ОУ служит преобразователем этого тока в напряжение. Входное сопротивление ОУ, являющегося нагрузкой светодиода, очень мало (порядка нескольких Ом) [2]. Такая маленькая нагрузка позволяет резко увеличить быстродействие, поскольку в этом случае емкость светодиода и входная ёмкость ОУ оказываются шунтированными малым входным сопротивлением, следовательно, постоянная времени входной цепи будет мала. Проведём соответствующие оценки. Емкость светодиода может достигать 1000 пФ, если добавить сюда входную ёмкость (включающую и ёмкость монтажа), которая не превышает 100 пФ, то результирующая ёмкость Cр = 1100 пФ. При сопротивлении нагрузки, Rн не превышающем 10 Ом постоянная времени τ = Rн·Cр = 1,1·10-8 с.

Следовательно, в данном случае быстродействие будет ограничиваться только собственной инерционностью светодиода. Кроме увеличения быстродействия, уменьшение эквивалентного сопротивления нагрузки светодиода существенно уменьшает чувствительность фотоприёмника к электромагнитным наводкам.

Таким образом, разработанный нами фотоприемник позволяет отказаться от светофильтров, обладает малой чувствительностью к электромагнитным наводкам, имеет малую инерционность, что позволяет обнаруживать взрывы.

Литература

1.Иванов В.И., Аксенов А.И., Юшин А.М. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 448 с.

2.Цапков В.И., Римский Н.Н. Зависимость электросопротивления от введенной энергии и тепловое излучение сплавов на основе вольфрама, молибдена и ниобия в области высоких температур. М.: Изд-во "Компания Спутник +", 2004.

5

МНОГОУРОВНЕВОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ В ТЕХНОЛОГИЯХ МОНИТОРИНГА ПОЖАРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Бурляй И.В.

Академия пожарной безопасности имени Героев Чернобыля МЧС Украины

Существует перечень статистических показателей, которые формируют массив входных данных по результатам ликвидации пожаров подразделениями пожарной охраны и содержат информацию о процессе пожаротушения. Проблемой является недостаточная информативность массивов входных данных, которые формируются на основе существующего перечня характеристик процесса ликвидации пожара.

Методология создания информационных систем многоуровневого мониторинга [1] позволяет создать технологию многоуровневого мониторинга пожарной безопасности [2] и предусматривает преобразование численных характеристик объектов и подразделений пожарной охраны на нескольких уровнях.

При применении этой информационной технологии для решения новых задач оперативного управления процессом пожаротушения было выявлено, что низкая информативность массивов входных данных, которые сформированы на основе нормированного перечня характеристик пожаротушения, недостаточна для синтеза качественных моделей. Выявлено противоречие между потребностью в увеличении информативности массивов входных данных и возможностями их получить, что ограничивается нормированием характеристик, которые оперативно фиксируются в процессе пожаротушения.

В данной работе решается одна из задач, которая поставлена ради устранения данной проблемы – повышение мощности средств синтеза моделей, которые должны обеспечить необходимое качество этих моделей.

Необходимо обеспечить структурно-функциональную идентификацию зависимости:

yi = f (X, C) , i = 1, …, k,

(1)

yi – характеристика процесса пожаротушения, которая моделируется; k – количество характеристик для моделирования;

Х – множество характеристик состояния объекта, где произошел пожар Х = {x1, x2, …, xn}, где n – количество характеристик;

6

С– множество ресурсов, которые необходимы для ликвидации по-

жара C = {c1, c2, …, cm}, где m – количество видов ресурсов.

Для обеспечения необходимого разнообразия средств синтеза моделей, которые отображают функциональные зависимости (1) в условиях недостаточной информативности массива входных данных предложено использовать метод многослойного синтеза моделей [3].

По результатам решения задачи структурно-функциональной идентификации получают многослойную полиномиальную модель, которая содержит в своей структуре другие модели одного объекта, синтезированные за завершенными алгоритмами.

Сцелью определения эффективности использования метода многослойного моделирования был проведен модельный эксперимент. Целью моделирования была идентификация функциональной зависимости времени ликвидации пожара от нормативных показателей пожаротушения.

В табл. 1 представлены результаты испытаний метода многослойного синтеза моделей.

Таблица 1

Относительная ошибка модели в зависимости от ее слоя

	Количество слоев в модели	1	2	3	4
	Относительная ошибка	12,73	12,53	10,53	10,53
	моделирования, , %

Таким образом, проблема синтеза качественных моделей для обеспечения информацией процесса оперативного управления пожаротушением, может быть решена с помощью метода многослойного синтеза этих моделей, который способен обеспечить их адекватность в условиях недостаточной информативности МВД.

Получено экспериментальное подтверждение эффективности использования метода многослойного моделирования. Средняя погрешность моделирования на проверочной последовательности уменьшилась на 17,28 %.

Литература

1.Голуб С.В. Багаторівневе моделювання в технологіях моніторингу оточуючого середовища / С.В. Голуб. – Черкаси: Вид. від. ЧНУ імені Богдана Хмельницького, 2007. – 220 с.

2.Дендаренко В.Ю. Формування горизонтальних зв’язків в структурі інформаційної системи багаторівневого моніторингу пожежної безпеки / В.Ю. Дендаренко // Системи обробки інформації. – 2006. – вип. 9(90). – С.

231-234.

3.Голуб С.В. Підвищення різноманітності структури алгоритмів обробки інформації в агрегатах автоматизованої системи багаторівневого со-

7

ціо–екологічного моніторингу / С.В. Голуб // Вісник НТУУ „КПІ”. Серія приладобудування. – 2007. – Вип. 34. – С. 129-135.

О ВОЗМОЖНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГОРЕНИЯ ДЕРЕВА ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

Жуков А.О., Клыгин А.В.

Академия Государственной противопожарной службы МЧС России

Встатье приведены результаты воздействия лазерного излучения рубинового импульсного оптического квантового генератора (ОКГ) на деревянные мишени. Показана необходимость рассматривать ОКГ, применяемых в лазерных технологиях, как источники пожарной опасности.

Уникальные свойства излучения лазеров обуславливают широкое применение различных лазерных технологий в промышленности, науке, медицине и т.п. В связи с этим возникает необходимость оценки пожарной опасности лазерного излучения при его направленном или случайном воздействии на различные материалы [1, 2].

Вданной работе приводятся результаты воздействия импульсного лазерного излучения с длиной волны λ = 649 нм на образцы древесины (евровагонка А) толщиной h = 5 мм. В качестве ОКГ применялся рубиновый лазер ГОР-100М с энергией излучения в импульсе W = (90 – 100) Дж и длительностью импульса τ = 0,1 мс. Для контроля формы импульса и измерения энергии незначительная часть (8 %) излучения отклонялась с помощью делителя в виде плоскопараллельной стеклянной пластины на фотоприемник [3]. Образцы закреплялись в струбцине, установленной на оптической скамье, и располагались в фокальной области собирающей длиннофокусной (F = 25 см) линзы, позволявшей фокусировать излучение в пятно диаметром до 0,1 мм. Перемещая образец вдоль оптической скамьи, можно было изменять площадь пятна (т.е. освещенность образца).

Врезультате воздействия излучения возникала вспышка (факел) и в образце образовывалось сквозное отверстие диаметром, больше диаметра пятна, с обугленными краями, но горения не наблюдалось. Предполагается, что при импульсном действии излучения тепло распространяется в основном вглубь образца, создавая в нем упругую волну. При этом происходит быстрое испарение влаги, о чем свидетельствуют микротрещины вокруг отверстия, и прогорание древесины по толщине. В боковом направлении от отверстия за время импульса распространяется значительно меньшая доля энергии, которой недостаточно для развития горения. При увеличении толщины образца диаметр отверстия на передней поверхности уве-

8

личивался. При толщине h = 12 мм в образце образовалась лунка, глубиной b = 10,5 мм и диаметром на передней поверхности d = 2,1 мм.

Для исследования воздействия излучения на мишень в виде древесной стружки, она помещалась в прозрачную стеклянную трубку диаметром D = 10 мм. Облучение такой мишени, расположенной в фокальной области, приводило к тлению стружки и началу горения.

Анализ результатов воздействия излучения ОКГ на деревянные мишени показывает, что оно при определенных условиях может вызвать горение. Поэтому при применении лазерных технологий должны соблюдаться не только санитарные нормы, но и нормы пожарной безопасности. Исследование воздействия лазерного излучения на различные конденсированные системы является актуальным для совершенствования нормативных показателей пожарной опасности лазерных технологий.

Литература

1.Вейко В.П., Либенсон М.Н., Червяков Г.Г., Яковлев Е.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. Силовая оптика. Под ред. В.И. Конова, М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008, 312 с.

2.Делоне Н.Б. Взаимодействие лазерного излучения с веществом. М.: Наука, 1989.

3.Ю.А.Поляков, А.В. Клыгин. Измерение тепловых потоков при излучении импульсного ОКГ. Теплофизика высоких температур, № 1, 1974, стр. 152 – 155.

ЛИКВИДАЦИЯ ПОЖАРОВ В ВЫСОТНЫХ ЗДАНИЯХ

Динь Конг Хынг

Московский государственный строительный университет

Пожары в высотных зданиях возникают в разных странах мира и с трудом поддаются ликвидации. Это обусловлено следующими причинами: ограниченным набором используемых средств тушения, трудностью доставки этих средств на высоту. К этим причинам добавляется ещё одна – человеческий фактор: в высотных зданиях одновременно присутствует значительное количество людей и применение многих средств тушения в присутствии людей невозможно.

Все пожары в высотных зданиях ликвидируются с помощью компактных струй воды. При этом по необходимости не учитываются недостатки подобного способа тушения. Бетон относится к числу негорючих строительных материалов и строительные конструкции на его основе об-

9