Оптоелектронний пристрій пожежної телесигналізації

1 Оптоелектронний пристрій пожежної телесигналізації, що містить джерело живлення з позитивною і негативною клемами, реагуючий орган, сигнальний орган, датчики по КІЛЬКОСТІ контрольованих точок, кожен датчик виконаний за схемою аналога лямбда-дюда і містить комплементарну пару польових транзисторів із провідними каналами різного типу провідності, витоки яких з'єднані, між затвором польового транзистора із каналом птипу і стоком польового транзистора р-типу, який є катодом лямбда-дюда і вихідним електродом датчика, включений термочутливий елемент із позитивним температурним коефіцієнтом опору, реа гуючий орган містить конденсатор і трансформатор, первинна обмотка трансформатора утворює із конденсатором паралельний резонансний контур, послідовно включений в коло між клемою джерела живлення і електродами датчиків відповідної полярності, електроди датчиків протилежної полярності приєднані до іншої клеми джерела живлення, до вторинної обмотки трансформатора приєднаний сигнальний орган, який відрізняється тим, що кожен датчик містить по два фоточутливих елементи із негативним коефіцієнтом опору, кожен з яких включений між затвором кожного польового транзистора і його стоком, і додатковий термочутливий елемент із позитивним температурним коефіцієнтом, який включений між затвором польового транзистора із каналом р-типу і стоком польового транзистора із каналом р-типу 2 Пристрій за п , який відрізняється тим, що фоточутливі елементи із негативним коефіцієнтом опору виконані як зворотна ввімкнені фотодюди інфрачервоного випромінювання Пристрій відноситься до області електротехніки і може бути використаний для пожежної телесигналізації Відомий пожежний оповіщувач диференційований ДП-ВЗГ-1Р65, в середині якого розташований фоторезистор [Гочилкина В Г, Айзенштейн Р М Требования к проектам установок пожарной сигнализации - К Будівельник, 1986-С 13-14] Принцип дії оповіщувача заснований на ЗМІНІ опору фоторезистора при опромінюванні його інфрачервоним потоком від джерела загоряння Недоліком відомого пристрою є те, що він реагує тільки на випромінювання і не реагує на температуру контрольованого об'єкту, а тому має невисоку надійність Крім того, пристрій має велике електроспоживання в черговому режимі, що обумовлено великою потужністю споживання фоторезистора і вихідного реле Відомий пожежний оповіщувач комбінований оптоелектронний ДИП-1 [Гочилкина В Г , Айзенштейн Р М Требования к проектам установок пожа рной сигнализации- К Будівельник, 1986-С 1113], який являє собою комбінований термофотоелектричний пристрій, що видає сигнал про пожежу при появі диму або підвищенні температури В корпусі оповіщувача розташована друкована плата з фотоприймачем (фотодюдом) і випромінювачем (світлодюдом) а також елементи електричної схеми, включаючи температурний датчик і електромагнітне реле РЭС-15 Принцип дії оповіщувача заснований на реєстрації фотодюдом розсіяної частинками диму енергії інфрачервоного випромінювання світлодюда При підвищенні температури навколишнього середовища спрацьовує температурний датчик Температурним датчиком в оповіщувачі є два фотодюда Недоліком відомого пристрою є те, що він має велике електроспоживання як в спрацьованому стані (2Вт), так і в черговому режимі (1Вт), що обумовлено великою потужністю споживання світлодюда і вихідного реле Із-за великого електроспоживання відомий пристрій не може використо (О (О (О 61661 вуватись для пожежної телесигналізації в декількох місцях габаритних об'єктів, наприклад складів, приміщень для утримання худоби тощо, а також об'єктів, які живляться від автономних малопотужних джерел, наприклад від акумуляторних або сонячних батарей, і тривалий час залишаються без нагляду (квартири, гаражі, дачі, офіси, торгові приміщення, склади тощо) Відомий також багатофункціональний напівпровідниковий прилад із негативним диференціальним опором, що одержав назву лямбда-дюд через форму своєї вольтамперної характеристики (ВАХ), створений на однім кристалі і являє собою комплементарну пару польових транзисторів, сполучених за схемою витоки обох транзисторів один з одним, стік кожного з них із затвором іншого сполучені алюмінієвою металізацією [Гота Кано, Хитоо Иваза, Хиромицу Такаги, Ивао Терамото Лямбда-диод - многофункциональный прибор с отрицательным сопротивлением Электроника №13, 1975 -С 48-53] Недоліком відомого пристрою є неможливість формування в експлуатаційних умовах необхідної ВАХ, що не дозволяє його використовувати в схемах пожежної телесигналізації Найбільш близьким за технічною сутністю до описаного вибрано пристрій [Патент №49232 А UA, МПК7 G01K7/16 "Пристрій для телеконтролю температури " Бюлетень "Промислова власність "2001 -№10], який містить термочутливий елемент, джерело живлення, конденсатор, резистори, комплементарну пару польових транзисторів, витоки яких з'єднані, стік польового транзистора із каналом р-типу з'єднаний із негативною клемою джерела живлення, між затвором польового транзистора із каналом n-типу і стоком польового транзистора із каналом р-типу кожної комплементарної пари включений термочутливий елемент із позитивним температурним коефіцієнтом, між затвором польового транзистора із каналом n-типу і стоком цього польового транзистора включений регулювальний резистор, між затвором польового транзистора із каналом р-типу і стоками кожного польового транзистора, що утворюють комплементарну пару, включені резистори, стоки польових транзисторів із каналом n-типу кожної комплементарної пари приєднані до першого кінця первинної обмотки трансформатора, яка утворює із конденсатором паралельний резонансний LC-контур, другий кінець первинної обмотки трансформатора приєднаний до позитивної клеми джерела живлення, до вторинної обмотки трансформатора приєднаний сигнальний орган Недолік пристрою-прототипу в тім, що він не реагує на випромінювання і не може використовуватись для надійної пожежної телесигналізації В основу винаходу поставлена технічна задача створення оптоелектронного пристрою пожежної телесигналізації, в якому попарне ввімкнення термочутливих елементів із позитивним температурним коефіцієнтом між затвором кожного польового транзистора і стоком іншого польового транзистора комплементарної пари і фоточутливих елементів із негативним коефіцієнтом опору між затвором кожного польового транзистора і його стоком забезпечує зменшення струму відпливу до мізерної величини в черговому режимі при нормальних умовах і відкриття лямбда-дюда за рахунок зсуву його ВАХ вправо при ЗМІНІ опору чутливих елементів при виникненні пожежі з подачею сигналу в вигляді синусоїдальних коливань на реагуючий і далі на сигнальний орган і за рахунок цього забезпечує використання пристрою для пожежної телесигналізації в декількох місцях габаритних об'єктів, а також об'єктів, які живляться від автономних малопотужних джерел, наприклад від акумуляторних або сонячних батарей, і тривалий час залишаються без нагляду (квартири, гаражі, дачі, офіси, торгові приміщення, склади тощо) Поставлена задача досягається за рахунок того, що оптоелектронний пристрій пожежної телесигналізації, який містить джерело живлення з позитивною і негативною клемами, реагуючий орган, сигнальний орган, датчики по КІЛЬКОСТІ контрольованих точок, кожен датчик виконаний за схемою аналога лямбда-дюда і містить комплементарну пару польових транзисторів із провідними каналами різного типу проводимості, витоки яких з'єднані, між затвором польового транзистора із каналом птипу і стоком польового транзистора р-типу, який є катодом лямбда-дюда і вихідним електродом датчика, ввімкнений термочутливий елемент із позитивним температурним коефіцієнтом опору, реагуючий орган містить конденсатор і трансформатор, первинна обмотка трансформатора утворює із конденсатором паралельний резонансний контур, послідовно ввімкнений в коло між клемою джерела живлення і електродами датчиків відповідної полярності, електроди датчиків протилежної полярності приєднані до іншої клеми джерела живлення, до вторинної обмотки трансформатора приєднаний сигнальний орган, згідно винаходу кожен датчик містить по два фоточутливих елемента із негативним коефіцієнтом опору, кожен з яких ввімкнений між затвором кожного польового транзистора і його стоком, і додатковий термочутливий елемент із позитивним температурним коефіцієнтом, який ввімкнений між затвором польового транзистора із каналом р-типу і стоком польового транзистора із каналом п-типу Також поставлена задача досягається тим, що фоточутливі елементи із негативним коефіцієнтом опору виконані в вигляді обернено ввімкнених фотодюдів інфрачервоного випромінювання Попарне ввімкнення термочутливих елементів із позитивним температурним коефіцієнтом між затвором кожного польового транзистора і стоком іншого польового транзистора комплементарної пари і фоточутливих елементів із негативним коефіцієнтом опору між затвором кожного польового транзистора і його стоком забезпечує зменшення струму відпливу до мізерної величини в черговому режимі при нормальних умовах і відкриття лямбда-дюда за рахунок зсуву його ВАХ вправо при ЗМІНІ опору чутливих елементів при виникненні пожежі з подачею сигналу в вигляді синусоїдальних коливань на реагуючий і далі на сигнальний орган і за рахунок цього забезпечує використання пристрою для пожежної телесигналізації в декількох місцях габаритних об'єктів, які живляться від автономних малопотужних джерел, наприклад від акумуляторних або сонячних батарей, і тривалий 61661 час залишаються без нагляду (квартири, гаражі, дачі, офіси, торгові приміщення, склади тощо) Виконання фоточутливих елементів із негативним коефіцієнтом опору в вигляді обернено ввімкнених фотодюдів інфрачервоного випромінювання підвищує чутливість пристрою за рахунок більш суттєвого зменшення опору запірного шару фотодюда при подачі напруги живлення и ж зворотної полярності, Світлочутливість фотодюда істотно вища, ніж у фото резистора, а отже і чутливість пристрою буде більшою Крім того, темновий опір фотодюдів дуже великий, наприклад, для кремнієвого фотодюда при темповому струмі в 1 мкА темновий опір - 1М0м, тому електроспоживання пристрою в черговому режимі буде мізерне Таким чином, запропонований винахід реагує на виникнення пожежі (підвищення температури або поява полум'я) при мізерному струмі (наноампери) в черговому режимі, що дозволяє використовувати його для телесигналізації в декількох місцях габаритних об'єктів, які живляться від автономних малопотужних джерел, наприклад, від акумуляторних або сонячних батарей і тривалий час залишаються без нагляду Технічна сутність і принцип роботи запропонованого оптоелектронного пристрою пожежної телесигналізації поясняється графічним матеріалом на Фіг 1 подана принципова схема запропонованого оптоелектронного пристрою пожежної телесигналізації з фоторезисторами, на Фіг 2 - схема запропонованого оптоелектронного пристрою пожежної телесигналізації з фотодюдами, на Фіг 3 - вольтамперна характеристика оптоелектронного датчика пожежної телесигналізації Оптоелектронний пристрій пожежної телесигналізації містить джерело живлення 1 з позитивною 2 і негативною 3 клемами, оптоелектронні датчики 4 пожежної телесигналізації, реагуючий орган 5, який містить трансформатор 6 із первинною обмоткою 7 із виводами 8, 9 і вторинною обмоткою 10 із виводами 11,12 До виводів 8, 9 первинної обмотки 7 паралельно приєднаний конденсатор 13, який утворює з нею резонансний LC- контур Датчик 4, виконаний за схемою аналога лямбда-дюда з анодом 14 і катодом 15, які є вихідними електродами датчика 4, і містить комплементарну пару польових транзисторів 16,17, витоки 18,19 яких з'єднані, між затвором 20 польового транзистора 17 із каналом р-типу і стоком 21 польового транзистора 16 із каналом n-типу ввімкнений термочутливий елемент 22 із позитивним температурним коефіцієнтом опору, наприклад позистор, між затвором 20 польового транзистора 17 і його стоком 24 ввімкнений фоточутливий елемент 23 з негативним коефіцієнтом опору, між затвором 25 польового транзистора 16 із каналом ятипу і стоком 24 польового транзистора 17 із каналом р-типу ввімкнений термочутливий елемент 26 із позитивним температурним коефіцієнтом опору (на схемі - позистор), між затвором 25 польового транзистора 16 із каналом n-типу і його стоком 21 ввімкнений фоточутливий елемент 27 із негативним коефіцієнтом опору До виводів 11,12 вторинної обмотки 10 трансформатора 6 приєднаний сигнальний орган 28 В якості фоточутливих еле ментів на Фіг 1 показані фоторезистори, а на Фіг 2 - обернено ввімкнені фотодюди 29, ЗО Пристрій працює за таким принципом ВАХ аналога лямбда-дюда формується комплементарною парою польових транзисторів 16, 17 і добором величини опорів елементів 22, 23, 26, 27 Характеристика ОАВ містить ділянку ОА із позитивним диференціальним опором, властивим звичайному діоду, і ділянку АВ із негативним диференціальним опором, як у тунельного діода Відношення величин опорів елементів 22,23,26,27 повинно задовольняти умові R23/R22 ^ R27/R26 Чим менше це співвідношення, тим ширша основа вольтамперної характеристики 3 ростом прикладеної до лямбда-дюда напруги позитивної полярності (анод 14 позитивний) струм спочатку зростає, в точці А при деякій напрузі ІІд він досягає максимального значення, а потім зменшується При напрузі ub, рівній сумі напруг польових транзисторів 16,17, обидва транзистори 16,17 закриваються і струм лямбда-дюда зменшується до мізерної величини При подальшому збільшенні напруги лямбда-дюд залишається в закритому стані аж до збільшення напруги до величини пробою иПр(иПр>иж) Якщо величину струму обмежити кількома міліамперами, то пробій стане відновлюваним і не пошкодить польових транзисторів 16, 17 Особливістю ВАХ аналога лямбда-дюда є наявність ділянки АВ із негативним диференціальним опором, яка може зміщатися при ЗМІНІ величини опору елементів 22, 23, 26, 27 Послідовне вмикання датчиків 4, виконаних за схемою аналога лямбда-дюда, із паралельним резонансним LC- контуром на елементах 7,13 утворює генератор синусоїдальних гармонійних коливань За нормальних умов опір позисторів 22, 26 невеликий, а темповий опір фоточутливих елементів 23, 27 -великий, тому ВАХ аналога лямбдадюда займає ліве положення (на фіг 2 -суцільна ЛІНІЯ 31) Напруга UB характеристики 31 менша ніж напруга живлення ІІ Ж , лямбда-дюд - закритий, і генерація синусоїдальних коливань відсутня При значному підвищенні температури в будь-якій контрольованій точці опір позисторів 22, 26, які входять до складу ВІДПОВІДНОГО датчика 4, збільшується При появі інфрачервоного випромінювання відкритого полум'я опір фото чутливих елементів 23, 27 навпаки - зменшується Тому ВАХ аналога лямбда-дюда в любому випадку - при підвищенні температури або при появі полум'я зміщається вправо (на фіг 2 - пунктирна ЛІНІЯ 32) На денне світло фоточутливі елементи 23,27 не реагують У діапазоні напруг, обмежених точками А', В', що відповідають напругам UA', UB' ( U B ' > U W ), лямбда дюд відкривається, і в паралельному резонансному LC-контурі, утвореному первинною обмоткою 7 трансформатора 6 і конденсатором 13, виникають синусоїдальні коливання напруги чітко вираженої синусоїдальної форми з частотою f= 1 амплітудою и а =2и 2TIVLC В результаті у вторинній обмотці 10 трансформатора 6 індукується електрорушійна сила, і сигнальний орган 28 спрацьовує, сигналізуючи про 61661 виникнення пожежі Використання в якості фоточутливих елементів оптоелектронних датчиків 4 замість фоторезисторів 23, 27 обернено ввімкнених фотодюдів 29 ЗО інфрачервоного випромінювання підвищує чутливість оптоєлектронного датчика 4 Анод Катод 8 Слід зазначити, що польові транзистори з каналами різного типу проводимості майже симетричні, але звичайно в процесі виробництва намагаються отримати ємності між витоком і затвором менші В результаті використовування стоків 21, 24 в якості вихідних електродів більш бажане Анод Катод! 12 12 Фіг.2 UA U'A Фіг.З Комп'ютерна верстка Н Лисенко Підписне Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119