Багатоканальний детектор задимленості

Реферат: Багатоканальний детектор задимленості складається з випромінювачів та фотоприймачів, які розташовані в різних каналах з різними геометричними розмірами. В нього додатково введений сенсор температури і чутливий елемент зі скла з напиленим шаром золота, а як випромінювач використано лазер, при цьому кут між падаючим та відбитим оптичним випромінюванням відповідає куту плазмонного резонансу при наявності на чутливому елементі молекул оксиду вуглецю. UA 91922 U (12) UA 91922 U UA 91922 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель належить до детекторів задимленості і може бути використана для запобігання пожежі в робочих, складських, готельних та офісних приміщеннях, а також в залізничному та авіаційному транспорті. Відомі оптичні датчики [1, 2], що містять оптичний модуль, який складається з світловипромінювача, світлоприймача та вимірювальної камери. При наявності диму, випромінювання розсіюється на складових частках диму і тому світлоприймач реєструє зменшену інтенсивність випромінювання. Такі датчики є малогабаритними, швидкодіючими, споживають невелику кількість електричної енергії. До недоліків аналогів належить те, що при наявності пилу вони дають хибний сигнал, тому що не розрізняють частки пилу від часток диму. Найбільш близьким технічним рішенням, прийнятим за прототип, є датчик [3], в якому реалізована багатоканальність з різними розмірами встановлення приймачів випромінювання за довжиною кожного каналу. Це дозволяє зменшити імовірність хибних сигналів, але не повністю виключає можливість їх виникнення. Задачею запропонованої корисної моделі є створення детектора задимленості, який може розрізняти складову диму від складової пилу. Поставлена задача вирішується тим, що пропонується багатоканальний детектор задимленості, який складається з випромінювачів та фотоприймачів, які розташовані в різних каналах з різними геометричними розмірами і відрізняється тим, що в нього додатково введений сенсор температури і чутливий елемент зі скла з напиленим шаром золота, а як випромінювач використано лазер, при цьому кут між падаючим та відбитим оптичним випромінюванням відповідає куту плазмонного резонансу при наявності на чутливому елементі молекул оксиду вуглецю. Запропонований датчик схематично зображений на фіг. 1. Датчик складається з напівпровідникових сенсорів температури (1), діодних випромінювачів (2) та лазерного джерела випромінювання (3), фотоприймачів, які вимірюють інтенсивність розсіяння (9) і відбитого випромінювання (7), циліндричної лінзи з напиленим на неї металевим шаром (наношар товщиною 50 нм золота чи алюмінію) (8), блока керування та обробки виміряної інформації (4), блока живлення (5) та сповіщувача (6). Детектор задимленості працює наступним чином. При появі в робочій зоні задимленості, на частинках диму виникає розсіювання світла від випромінювачів (2), що призводить до появи сигналу на виході фотоприймачів (9), які фіксують розсіяне світло під різними кутами до твердих часток диму. Сигнал від фотоприймачів (9) надходить до блока керування та обробки виміряної інформації (4). Для забезпечення унеможливлення хибного спрацювання багатоканального детектора додатково застосований чутливий елемент зі скла з напиленим на нього шаром провідникового матеріалу (8), який, завдяки наявності явища поверхневого плазмонного резонансу, реагує більшою мірою на газоподібні продукти згоряння. При цьому кут падіння випромінювання від джерела (3) та кут відбиття на фотоприймач (7) обрано з попередніх досліджень чутливості плазмонного резонансу до газоподібних продуктів згорання. При потраплянні, наприклад, оксиду вуглецю на шар провідникового матеріалу (8) змінюється інтенсивність відбитого світла з лазера (3), що змінює сигнал на виході фотоприймача (7), котрий надходить до блока керування та обробки виміряної інформації (4). Додатково встановлено напівпровідникові сенсори температури (1), які реагують на підвищення температури в зоні вимірювання, що супроводжує загоряння. Сигнал зміни температури в робочій зоні також надходить до блока керування та обробки виміряної інформації (4). Живлення детектора відбувається за допомогою блока (5). Отримана від трьох фізично розрізнених каналів (перший канал на основі залежності розсіяння світла від твердих часток диму, другий канал на основі виявленої чутливості поверхневого плазмонного резонансу до газоподібних продуктів згоряння (фіг. 2) і третій канал температурний) інформація обробляється у блоці (4), який видаєсигнал пожежної небезпеки на сповіщувач (6). У випадку запилення сигнал прийде тільки з фотоприймачів (9), що буде недостатньою умовою для вмикання системи сигналізації та передачі сигналу про пожежу диспетчеру. Приклад реалізації Реалізацію запропонованого технічного рішення проводили на робочому макеті згідно зі схемою, наведеною на фіг. 1. Макет складався з трьох блоків: блока контролю температури, блока оптичного контролю задимленості та блока контролю задимленості з використанням явища поверхневого плазмонного резонансу (ППР). Блок контролю температури складався з двох високочутливих малогабаритних напівпровідникових давачів температури (1), котрі були розроблені в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України. Оптичний блок 1 UA 91922 U 5 10 15 20 25 30 35 контролю складався з двох світлодіодів АЛ307А (2) розташованих під кутами 45 і 25 градусів та двох фотоприймачів ФД-24К (9), котрі були розташовані під такими ж кутами для вимірювання розсіяного світла на мікрочастках диму. Як блок ППР контролю задимленості був використаний спектрометр "ПЛАЗМОН-6", розроблений також в Інституті фізики напівпровідників ім. В.Є. Лашкарьова НАН України. Як джерело р-поляризованого монохроматичного світла блока задимленості на ППР було використано напівпровідниковий GaAs лазер з довжиною хвилі 650 нм (3). Оптичний сигнал відбитого світла від оптичної лінзи з напиленим на неї металевим шаром (наношар товщиною 50 нм золота чи алюмінію) (8) перетворювався фотоприймачем ФД24К (7) в електричний сигнал. Оптична лінза була виконана з оптичного силікатного скла марки Ф1 з показником заломлення 1,61; на робочу грань лінзи термічним напиленням у вакуумі було нанесено спочатку шар хрому товщиною від 2 до 8 нм, потім на шар хрому нанесено шар золота товщиною 50 нм. Фотоприймач (7) та напівпровідниковий лазер (3) були розташовані під кутом 43 градуси відносно нормалі до робочої поверхні лінзи (8), що відповідало умовам збудження ППР. Блок керування та реєстрації (4) був зібраний на друкованій платі з програмним керуванням та оснащений блоком живлення (5) та блоком звукової та світлової сигналізації (6). Для перевірки роботи макету в спеціально обладнаному приміщенні штучно створювали умови наближені до умов початку пожежі та задимленості. Ці умови моделювалися запаленням сигарет та (або) запаленням бавовни. Задимленість викликала появу сигналу на виходах всіх блоків. Штучне запилення приміщення викликало сигнал лише на виході блоку оптичного контролю задимленості. Таким чином алгоритмом роботи для блока 4 була прийнята умова наявності на його вході хоча б двох сигналів з трьох для включення блока звукової та світлової сигналізації (6). Таким чином досягалось унеможливлення хибного спрацювання детектора задимлення. На фіг. 2. показана кінетика виникнення сигналів на виході блока контролю задимленості на поверхневому плазмовому резонансі. Позитивний ефект запропонованої корисної моделі полягає в тому, що багатоканальний детектор задимлення може розрізняти задимленість від запиленості і тому унеможливлює хибне спрацювання. Новизна запропонованої корисної моделі зумовлена сукупністю відомих та нових ознак, які в сукупності створюють новий корисний ефект. Джерела інформації: 1. Общество с ограниченной ответственностью "Группа компаний "РУБЕЖ", Сигнализатор дыма, патент Российской Федерации № 2258259 опуб. 10.08.2005 г. 2. Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро пожарной автоматики", Сигнализатор дыма, патент Российской Федерации № 2317591, опуб. 20.02.2008 г. 3. Горн В. Ю., Потетюнин С. В. Пожарный дымовой извещатель, патент Российской Федерации № 2417450, опуб. 27.04.2011 г. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 Багатоканальний детектор задимленості, який складається з випромінювачів та фотоприймачів, які розташовані в різних каналах з різними геометричними розмірами, який відрізняється тим, що в нього додатково введений сенсор температури і чутливий елемент зі скла з напиленим шаром золота, а як випромінювач використано лазер, при цьому кут між падаючим та відбитим оптичним випромінюванням відповідає куту плазмонного резонансу при наявності на чутливому елементі молекул оксиду вуглецю. 2 UA 91922 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3