Димовий пожежний сповіщувач

Корисна модель відноситься до галузі пожежної сигналізації й може бути використана в системах пожежної сигналізації для виявлення збільшення оптичної щільності повітря по інтенсивності розсіювання інфрачервоного випромінювання. Відомі пожежні сповіщувачі, оптичні датчики диму й пристрої реєстрації диму, що працюють за принципом періодичного випромінювання імпульсів інфрачервоного випромінювання й наступного прийому, посилення, і обробки отриманого сигналу різними способами, формуючи сигнал про наявність або відсутність диму [див. журнал "Системы безопасности связи и телекоммуникации", 2000, 33, с.65]. Відомий димовий пожежний сповіщувач [Извещатель пожарный дымовой оптико-электронный ИП212-201 "ДЫМ-1" Руководство по эксплуатации ИЦМГ.425231.001 РЭ, ТУ У 31.6-19127306-043:2003], що містить дві клеми для підключення до шлейфа пожежної сигналізації, до першої з яких підключений вхід елемента однобічної провідності, вихід якого з'єднаний з першим виводом електроживлення формувача сигналу реєстрації диму, другий вивід електроживлення якого з'єднаний із загальною шиною та з другою клемою для підключення до шлейфа пожежної сигналізації, а вихід - з індикатором, вихід тактового генератора з'єднаний з рахунковим входом першого регістра здвигу, вихід якого з'єднаний із входом першого інтегратора, інформаційний вхід цього регістра підключений до шини живлення, до якої підключені перші виводи живлення тактового генератора, регістрів здвигу, граничного елемента, логічних елементів: І, АБО, І-НЕ, другі виводи живлення яких з'єднані із загальною шиною, вхід скидання першого регістра здвигу через елемент АБО з'єднаний з виходом старшого розряду другого регістра здвигу й входом формувача сигналу реєстрації диму, вихід першого розряду другого регістра здвигу через перший фільтр високої частоти підключений до першого входу елемента I-НЕ, другий вхід якого підключений до виходу схеми скидання по напрузі живлення, а вихід елемента І-НЕ - до входу скидання другого регістра здвигу, інформаційний вхід якого через граничний елемент підключений до виходу підсилювача, до входів якого підключений фотодіод, оптично зв'язаний через камеру з світлопоглинаючими стінками з інфрачервоним випромінюючим діодом, виводи якого підключені до виходів струмового ключа, перший вивід електроживлення струмового ключа з'єднаний з входом другого інтегратора та з першим виводом конденсатора, другий вивід якого підключений до загальної шини та других виводів електроживлення схеми скидання по напрузі живлення, струмового ключа та підсилювача. Вихід першого регістра здвигу підключений до входу струмового ключа, а вихід першого інтегратора з'єднаний із входом першого граничного елемента, вихід якого з'єднаний з рахунковим входом другого регістра здвигу, а через послідовно з'єднані третій інтегратор і третій граничний елемент з'єднаний із другим входом елемента АБО. Виводи живлення тактового генератора, схеми скидання по напрузі живлення, регістрів здвигу, логічних і граничних елементів підключені до загальної шини й шини живлення, що з'єднана з першим виводом конденсатора. Вихід елемента однобічної провідності з'єднаний з входом струмообмежувального елемента, вихід якого підключений до першого виводу конденсатора. Недоліком відомого сповіщувача є низька температурна стабільність чутливості сповіщувача, тому що живлення здійснюється через струмообмежувальний елемент, величина струму обмеження якого суттєво залежить від температури оточуючого середовища, при чому, збільшення температури приводить до зниження напруги на конденсаторі. Найбільш близьким до пропонованої корисної моделі є обраний як прототип патент України на винахід №78855 "Димовий пожежний сповіщувач", опублікований в бюл. №5, 25.04.2007р. що містить дві клеми для підключення до шлейфа пожежної сигналізації, до першої з яких підключений вхід елемента однобічної провідності, вихід якого з'єднаний з першим виводом електроживлення формувача сигналу реєстрації диму, другий вивід електроживлення якого з'єднаний із загальною шиною та з другою клемою для підключення до шлейфа пожежної сигналізації, а вихід - з індикатором, вихід тактового генератора з'єднаний з рахунковим входом першого регістра здвигу, вихід якого з'єднаний із входом першого інтегратора, інформаційний вхід цього регістра підключений до виходу другого інтегратора та до шини живлення, до якої підключені перші виводи живлення тактового генератора, регістрів здвигу, граничного елемента, логічних елементів: І, АБО, І-НЕ, другі виводи живлення яких з'єднані із загальною шиною, вхід скидання першого регістра здвигу через елемент АБО з'єднаний з виходом старшого розряду другого регістра здвигу й входом формувача сигналу реєстрації диму, вихід першого розряду другого регістра здвигу через перший фільтр високої частоти підключений до першого входу елемента І-НЕ, другий вхід якого підключений до виходу схеми скидання по напрузі живлення, входу тактового генератора та до першого входу логічного елемента І, а вихід елемента І-НЕ - до входу скидання другого регістра здвигу, інформаційний вхід якого через граничний елемент підключений до виходу підсилювача, до входів якого підключений фотодіод, оптично зв'язаний через камеру з світлопоглинаючими стінками з інфрачервоним випромінюючим діодом, виводи якого підключені до виходів струмового ключа, вхід якого через другий фільтр високих частот з'єднаний з виходом логічного елемента І та рахунковим входом другого регістра здвигу, перший вивід електроживлення струмового ключа з'єднаний з входом другого інтегратора та з першим виводом конденсатора, другий вивід якого підключений до загальної шини та других виводів електроживлення схеми скидання по напрузі живлення, струмового ключа та підсилювача, другий вхід логічного елемента І підключений до виходу першого регістра здвигу, а вихід першого інтегратора підключений до другого входу логічного елемента АБО. Перший вхід електроживлення підсилювача з'єднаний з шиною електроживлення, першим входом електроживлення схеми скидання по напрузі живлення та виходом струмообмежувального елемента, вхід якого підключений до виходу елемента однобічної провідності. Недоліком відомого сповіщувача також є низька температурна стабільність чутливості сповіщувача, тому що живлення здійснюється через струмообмежувальний елемент, величина струму обмеження якого суттєво залежить від температури оточуючого середовища, при чому, збільшення температури приводить до зниження напруги на конденсаторі. За рахунок цього зменшується струм через струмовий ключ, що зменшує потужність інфрачервоного випромінювання, а також амплітуду імпульсів на виході підсилювача. В основу корисної моделі поставлене завдання підвищення температурної стабільності сповіщувача. Зазначена мета досягається тим, що димовий пожежний сповіщувач, що містить дві клеми для підключення до шлейфа пожежної сигналізації, до першої з яких підключений вхід елемента однобічної провідності, вихід якого з'єднаний з першим виводом електроживлення формувача сигналу реєстрації диму, другий вивід електроживлення якого з'єднаний із загальною шиною та з другою клемою для підключення до шлейфа пожежної сигналізації, а вихід - з індикатором, вихід тактового генератора з'єднаний з рахунковим входом першого регістра здвигу, вихід якого з'єднаний із входом першого інтегратора, інформаційний вхід цього регістра підключений до виходу другого інтегратора та до шини живлення, до якої підключені перші виводи живлення тактового генератора, регістрів здвигу, граничного елемента, логічних елементів: І, АБО, І-НЕ, другі виводи живлення яких з'єднані із загальною шиною, вхід скидання першого регістра здвигу через елемент АБО з'єднаний з виходом старшого розряду другого регістра здвигу й входом формувача сигналу реєстрації диму, вихід першого розряду другого регістра здвигу через перший фільтр високої частоти підключений до першого входу елемента І-НЕ, другий вхід якого підключений до виходу схеми скидання по напрузі живлення, входу тактового генератора та до першого входу логічного елемента І, а вихід елемента І-НЕ - до входу скидання другого регістра здвигу, інформаційний вхід якого через граничний елемент підключений до виходу підсилювача, до входів якого підключений фотодіод, оптично зв'язаний через камеру з світлопоглинаючими стінками з інфрачервоним випромінюючим діодом, виводи якого підключені до виходів струмового ключа, вхід якого через другий фільтр високих частот з'єднаний з виходом логічного елемента І та рахунковим входом другого регістра здвигу, перший вивід електроживлення струмового ключа з'єднаний з входом другого інтегратора та з першим виводом конденсатора, другий вивід якого підключений до загальної шини та других виводів електроживлення схеми скидання по напрузі живлення, струмового ключа та підсилювача, другий вхід логічного елемента І підключений до виходу першого регістра здвигу, а вихід першого інтегратора підключений до другого входу логічного елемента АБО, який відрізняється тим, що додатково містить третій інтегратор, та обмежувач струму та напруги, перший вивід електроживлення якого з'єднаний з виходом елемента однобічної провідності, другий вивід електроживлення обмежувача струму та напруги підключений до загальної шини, вихід обмежувача струму та напруги з'єднаний з виводом електроживлення схеми скидання по напрузі живлення, а також з входами другого та третього інтеграторів, а вихід третього інтегратора з'єднаний з першим виводом електроживлення підсилювача. За рахунок введення нових елементів: третього інтегратора, та обмежувача струму й напруги, а також їхніми зв'язками з іншими елементами схеми досягається підвищення температурної стабільності сповіщувача. На Фіг. представлена блок-схема димового пожежного сповіщувача. Димовий пожежний сповіщувач (див. Фіг.) містить клеми 1 й 2 для підключення до шлейфа пожежної сигналізації. До першої клеми 1 підключений вхід елемента 3 однобічні провідності, вихід якого з'єднаний з першим виводом електроживлення формувача 4 сигналу реєстрації диму й першим виводом електроживлення обмежувача струму й напруги 5. Вихід обмежувача струму й напруги 5 підключений до першого виводу першого конденсатора 6, другий вивід якого з'єднаний із другою клемою 2, другими виводами електроживлення обмежувача струму й напруги 5 та формувача 4 сигналу реєстрації диму, вихід якого підключений до індикатора 7. Вихід тактового генератора 8 з'єднаний з рахунковим входом першого регістра здвигу 9, вихід якого з'єднаний із входом першого інтегратора 10, інформаційний вхід цього регістра підключений до шини живлення 11. Вхід скидання першого регістра здвигу 9 підключений до виходу елемента 12 АБО, перший вхід якого з'єднаний з виходом старшого розряду другого регістра 13 здвигу та входом формувача 4 сигналу реєстрації диму. Вихід першого розряду другого регістра здвигу 13 через фільтр 14 високих частот підключений до першого входу елемента 15 І-НЕ. Другий вхід елемента 15 1-НЕ підключений до виходу схеми 16 скидання по напрузі живлення, а вихід - до входу скидання другого регістра здвигу 13. Інформаційний вхід другого регістра здвигу 13 через граничний елемент 17 підключений до виходу підсилювача 18. Вхід другого інтегратора 19 з'єднаний з першими виводами електроживлення схеми 16 скидання по напрузі живлення, струмового ключа 20 та виходом обмежувача струму й напруги 5. Вихід другого інтегратора 19 з'єднаний з шиною живлення 11. Другий вивід електроживлення струмового ключа 20 з'єднаний із загальною шиною 21, з другою клемою 2, другими виводами живлення підсилювача 18 та схеми 16 скидання по напрузі живлення. До входів підсилювача 18 підключений фотодіод 22, оптично зв'язаний через камеру 23 з світлопоглинаючими стінками з інфрачервоним випромінюючим діодом 24, виводи якого підключені до виходів струмового ключа 20. Вихід схеми 16 скидання по напрузі живлення підключений до входу тактового генератора 8 і до першого входу елемента 25 І, другий вхід якого з'єднаний з виходом першого регістра здвигу 9. Вихід елемента 25 І 7 підключений до рахункового входу другого регістра здвигу 13, а через другий фільтр 26 високої частоти з'єднаний із входом струмового ключа 20. Вихід першого інтегратора 10 підключений до другого входу логічного елемента 12 АБО. Вихід обмежувача струму й напруги 5 підключений до входу третього інтегратора 27. Перший вивід електроживлення підсилювача з'єднаний з виходом третього інтегратора 27. На Фіг. виводи живлення тактового генератора 8, регістрів здвигу 9 й 13, граничного елемента 17, логічних елементів: 12 АБО, 15 І-НЕ, 25 І умовно не показані. Димовий пожежний сповіщувач працює в такий спосіб. При подачі напруги живлення на вхідні клеми 1 й 2 через елемент 3 однобічної провідності й обмежувач 5 струму й напруги здійснюється заряд накопичувального конденсатора 6. Елемент 3 однобічної провідності здійснює захист інших елементів димового пожежного сповіщувача при помилковому підключенні полярності напруги живлення, що надходить від шлейфа пожежної сигналізації. Поки напруга на виводах накопичувального конденсатора 6 недостатня для нормальної роботи димового пожежного сповіщувача, то падіння напруги на інтеграторі 19 незначне - значно менше падіння напруги між шиною 11 живлення й загальною шиною 21. Це обумовлено низьким споживанням струму логічними елементами у статичному режимі. Ще до досягнення мінімального значення робочої напруги на виході схеми 16 скидання по напрузі живлення формується низький потенційний рівень, що забороняє роботу тактового генератора 8. Але при цих напругах на виходах логічних елементів 12 АБО, 15 І-НЕ, 25 І, а також на виходах регістрів здвигу 9 й 13 будуть присутні потенціали близькі до половини падіння напруги на шині 11 живлення щодо загальної шини 21. Другий фільтр 26 верхніх частот не дозволяє струмовому ключу 20 відкритися. У момент досягнення мінімального значення робочої напруги всі елементи схеми сповіщувача будуть перебувати в статичному режимі. У цьому випадку другий регістр здвигу 13 буде перебувати в нульовому стані незалежно від сигналів на інших його входах. Формувач 4 сигнали реєстрації диму буде закритий й індикатор 7 буде виключений. У той же час низький потенційний рівень, що надходить із виходу старшого розряду другого регістра здвигу 13 через елемент 12 АБО на вхід скидання першого регістра здвигу 9 дозволяє роботу цього регістра здвигу 9. Споживання струму сповіщувачем від шлейфа пожежної сигналізації буде обмежено обмежувачем 5 струму й напруги. Такий стан буде продовжуватись доки падіння напруги на конденсаторі 6 не досягне встановленого обмежувачем 5 струму й напруги значення. Споживання струму тактовим генератором 8 істотно залежить від напруги живлення, тому необхідно, щоб перемикання схеми 16 скидання по напрузі живлення здійснювалося при робочій напрузі близькій до його мінімального значення, але такої, що перевищує його. У момент зміни стану на виході схеми 16 скидання по напрузі живлення запускається тактовий генератор 8, а на вході скидання першого регістра здвигу 9 встановлюється потенційний рівень, що дозволяє зміну станів цього регістра 9 при перепадах напруги на його рахунковому вході. З цього моменту падіння напруги між шиною 11 живлення й загальною шиною 21 стабілізується, а падіння напруги на конденсаторі 6 продовжує зростати. Через час близький до однієї секунди після дозволу роботи на виході першого регістра здвигу 9 з'явиться короткий, тривалістю кілька десятків мікросекунд, імпульс. Тривалість цього імпульсу визначається сталою часу першого інтегратора 10. З такою же тривалістю й періодичністю близько секунди будуть повторюватися імпульси на виході цього регістра 9. Такий стан буде спостерігатися до появи сигналу на вході тактового генератора 8, що забороняє його роботу, або сигналу на вході скидання першого регістра здвигу 9, що забороняє роботу цього регістра здвигу 9. З виходу першого регістра здвигу 9 імпульси надходять через елемент 25 І та другий фільтр 26 високої частоти на вхід струмового ключа 20. Струмовий ключ 20 забезпечує розряд конденсатора 6 заданою величиною струму через свій вихід на інфрачервоний випромінюючий діод 24. Величина, на яку буде розряджатися конденсатор 6, буде залежати від тривалості й періоду імпульсів, які з'являються на виході першого регістра здвигу 9, а також відносин струму заряду конденсатора 6 через обмежувач 5 струму й напруги до струму розряду цього конденсатора 6 через струмовий ключ 20. Таким чином, в сталому режимі роботи падіння напруги на конденсаторі 6 буде перевищувати потенціал шини 11 живлення на величину падіння напруги на інтеграторі 19. За рахунок цієї різниці потенціалів забезпечується стійка робота сповіщувача, тому що короткочасні провали напруги на виводах 6 у моменти його розряду струмовим ключем 20 за рахунок інтегратора 19 не змінять потенціалу шини 11 живлення. Розсіяне оптичною камерою 23 зі світлопоглинаючими стінками інфрачервоне випромінювання інфрачервоного діода 24 надходить на фотодіод 22. Посилені підсилювачем 18 імпульси по своїй амплітуді й фазі будуть істотно залежати від оптичної щільності повітря в оптичній камері 23. Так при абсолютній прозорості повітря на виході підсилювача 18 будуть присутні трикутні імпульси малої амплітуди, тому що буде мати місце деяке відбиття від стінок оптичної камери 23. Імпульс трикутної форми на виході підсилювача 18 буде досягати свого максимуму в момент закінчення імпульсу на виході першого регістра здвигу 9. При малій амплітуді цих імпульсів на виході граничного елемента 17 буде присутній низький потенційний рівень сигналу. Таким чином, по кожному позитивному перепаді сигналу на своєму рахунковому вході другий регістр здвигу 13 буде переносити низький потенційний рівень від першого розряду до старшого. Таким чином на обох його виходах буде присутній низький потенційний рівень. Цей низький потенційний рівень надходить на вхід формувача 4 сигнали реєстрації диму, тому індикатор 7 не буде світитися. Сповіщувач буде залишатися в черговому режимі роботи, споживаючивід шлейфа пожежної сигналізації, що підключений до клем 1 й 2 струм, величина якого буде коливатись, але не перевищувати значення обмеженого обмежувачем 5 струму й напруги. При збільшенні питомої оптичної щільності середовища буде збільшуватися амплітуда імпульсів на виході підсилювача 18, поки не досягне граничного значення, при якому відбудеться перемикання граничного елемента 17. Якщо по кожному позитивному перепаді на рахунковому вході другого регістра здвигу 13 на його інформаційному вході будуть присутні імпульси, то буде відбуватися заповнення цього регістра 13 логічними "1". Після заповнення цього регістра здвигу 13 логічними "1" на виході старшого розряду з'явиться сигнал, що змінює стан формувача 4 сигналу реєстрації диму, індикатора 7, що відповідає стану сповіщувача - "ПОЖЕЖА". Цим же сигналом також скидається в нульовий стан перший регістр здвигу 9. Якщо в процесі заповнення другого регістра здвигу 13 на першому розряді відбудеться перемикання сигналу на низький рівень, то через перший фільтр 14 високої частоти негативний імпульс надійде на вхід елемента 15 І-НЕ. Імпульс із виходу цього елемента скине другий регістр здвигу 13 у нульовий стан, а якщо в моменти перепадів на рахунковому вході другого регістра здвигу 13 будуть присутні імпульси на його інформаційному вході, то заповнення цього регістра почнеться спочатку. При наявності високого потенційного рівня на старшому розряді другого регістра здвигу 13 відкривається формувач 4 сигналу реєстрації диму, що забезпечує задане споживання струму від шлейфа пожежної сигналізації, до якого підключений димовий пожежний сповіщувач своїми клемами 1 та 2. Завдяки струму, що протікає через формувач 4 сигналу реєстрації диму, різко зменшується різниця потенціалів між клемами 1 та 2. Якщо це падіння напруги буде перевищувати мінімальне значення робочої напруги, то сповіщувач буде перебувати в стані "ПОЖЕЖА" нескінченно довго. Вивести сповіщувач із цього стану можливо тільки відключенням напруги живлення шлейфа пожежної сигналізації на час достатній для розряду конденсатора 6 до величини, при якій на виході схеми 16 скидання по напрузі живлення встановиться низький потенційний рівень. За рахунок введення обмежувача 5 струму й напруги в черговому режимі роботи забезпечується стабільне падіння напруги на конденсаторі 6. Причому, величина цієї напруги може перевищувати значення мінімальної робочої напруги логічних елементів в 2-3 рази. Падіння напруги між шинами 11 та 21 буде залишатися на рівні, що незначно перевищує мінімальну робочу напругу. При цьому логічні елементи та тактовий генератор 8 будуть споживати найменше значення струму, що суттєво для пожежного сповіщувача. Підключення підсилювача 18 через окремий інтегратор 27 дозволяє збільшити його напругу живлення до падіння напруги на конденсаторі 6. Для логічних КМОП мікросхем мінімальне значення робочої напруги становить З В. В черговому режимі роботи падіння напруги на конденсаторі 6 може бути (7-8)В, а між шинами 11 та 21 живлення логічних КМОП мікросхем (4-5)В. Для вибраного значення напруги на виході типової схеми обмежувача 5 струму й напруги температурний коефіцієнт напруги має позитивне значення 0,07%/°С. Температурна стабілізація напруги живлення підсилювача 18, струмового ключа 20 та схеми 16 скидання по напрузі живлення забезпечує температурну стабілізацію чутливості сповіщувача відповідно до нормативних вимог стандартів EN 54-7 та НПБ 65-97.