Спосіб підвищення швидкодії максимального теплового пожежного сповіщувача

Реферат: Винахід належить до систем пожежної сигналізації. Спосіб підвищення швидкодії максимального теплового пожежного сповіщувача полягає в тому, що вихідний сигнал теплового датчика піддають динамічній корекції за допомогою інерційно-форсуючої ланки, статичний коефіцієнт передаточної функції якої вибирають рівним одиниці. Постійну часу форсуючої частини ланки вибирають рівною постійній часу максимального теплового пожежного сповіщувача. Постійну часу інерційної частини ланки змінюють у часі на інтервалі визначення температури. Технічним результатом є зменшення дисперсії флуктуацій вихідного сигналу в умовах випадкових варіацій температури навколишнього середовища. UA 114365 C2 (12) UA 114365 C2 UA 114365 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить до галузі пожежної техніки і може бути використаний у галузі пожежної сигналізації (максимальному тепловому пожежному сповіщувачі) для раннього виявлення загоряння у складних умовах спостереження температури середовища на підприємствах металургійного, нафтового та газового комплексу. Відомий спосіб підвищення швидкодії максимального теплового пожежного сповіщувача, який полягає в тому, що вихідний сигнал теплового датчика пожежного сповіщувача на інтервалі t 0 , tk  визначення температури, де t 0 та tk моменти часу відповідно початку та кінця часового інтервалу, піддають динамічній корекції з передаточною функцією ланки, що диференціює, та вимірюють цей сигнал [1]. Недоліком цього способу є те, що підвищення швидкодії максимального теплового пожежного сповіщувача в умовах флуктуацій температури середовища при пожежі пов'язане з невід'ємним відповідним зростанням флуктуацій вихідного сигналу ланки, що диференціює, та неспроможністю визначати величну температури середовища при пожежі. Найбільш близьким до способу, що заявляється, та вибраний нами за прототип, є спосіб підвищення швидкодії максимального теплового пожежного сповіщувача, який полягає в тому, що вихідний сигнал теплового датчика пожежного сповіщувача на інтервалі t 0 , tk  визначення температури піддають динамічній корекції з передаточною функцією інерційно-форсованої ланки, статичний коефіцієнт передачі K 2 якої вибирають рівним одиниці, постійну часу T1 частини ланки, що форсує, вибирають рівною постійній часу Т с теплового сповіщувача, а постійну часу T2 інерційної частини ланки вибирають фіксованою на інтервалі t 0 , tk  та меншою за постійну часу Тс теплового сповіщувача, та вимірюють цей сигнал [2]. Недоліком такого способу є те, що при флуктуаціях температури середовища, що мають місце при реальних пожежах, підвищення швидкодії максимального теплового пожежного сповіщувача супроводжується невід'ємним відповідним зростанням флуктуацій вихідного сигналу інерційнофорсованої ланки, які приводять до зниження точності визначення температури та збільшення кількості помилкових спрацьовувань максимального теплового пожежного сповіщувача. В основу винаходу поставлено задачу створення способу з покращеними характеристиками, здатного в умовах дії температурних флуктуацій середовища при пожежі на інтервалі визначення температури забезпечувати більше підвищення швидкодії максимального теплового пожежного сповіщувача та одночасне зменшення флуктуацій вихідного сигналу інерційно-форсованої ланки. Для вирішення поставленої задачі у відомому способі підвищення швидкодії максимального теплового пожежного сповіщувача на інтервалі визначення температури вихідний сигнал теплового датчика піддають динамічній корекції з передаточною функцією інерційно-форсованої ланки, статичний коефіцієнт K 2 якої вибирають рівним одиниці, постійну часу T1 частини ланки, що форсує, вибирають рівною постійній часу Т с теплового датчика, постійну часу інерційної частини ланки на інтервалі t 0 , tk  визначення температури змінюють за часом t за довільним правилом T2 ( t ) від величини Tmin на початку інтервалу до величини Tmax на його кінці, при цьому величину Tmin вибирають значно меншою за постійну 40 часу Тс, а величину Tmax вибирають значно більшою за постійну часу Т с. При цьому постійну часу T2 ( t ) інерційної частини ланки змінюють за часом на інтервалі визначення температури за правилами: Tmin, t 0  t  t a a , T2 t    Tmax , t a  t  t k (1) Tmin  bt, Tmin  bt  Tmax b , T2 t    Tmax , Tmin  bt  Tmax (2)  45  c T2 t   Tmin  Tmax  Tmin  1  e c t  t 0  . (3) Згідно з правилами (1), довільний момент часу t a вибирають в межах часового інтервалу t0, tk  . Відповідно до правил (2) і (3), константи b та c вибираютьтакими, щоб забезпечити задану якість перехідного процесу сигналу на виході інерційно-форсованої лапки корекції. Технічним результатом винаходу, що заявляється, одержання способу з покращеними характеристиками, який в умовах дії випадкових температурних флуктуацій дозволяє забезпечувати в інтервалі t 0 , tk  визначення температури підвищення швидкодії максимального теплового пожежного сповіщувача з одночасним зменшенням флуктуацій сигналу на виході інерційно-форсованої ланки корекції, виключно за рахунок динамічної корекції 1 UA 114365 C2 вихідного сигналу теплового датчика з передаточною функцією інерційно-форсованої ланки, постійну часу T2 ( t ) інерційної частини якої змінюють за часом на інтервалі t 0 , tk  . Проілюструємо суть запропонованого способу. Нехай на вході теплового датчика максимального теплового пожежного сповіщувача в довільний момент часу t  t 0 , tk  5 температура навколишнього середовища визначається Tср t   Tu t   nt  , де Tu t  визначає температуру середовища при пожежі, що вимірюється, a nt  - випадкові температурні флуктуації, які характеризуються середнім значенням M t   0 та кореляційною функцією n 10 15 R  0,5N0 ,   t 2  t1 , t 2  t1 , де N0 - спектральна щільність температурних спотворень, a t1 та t 2 довільні моменти часу на інтервалі t 0 , tk  . Будемо вважати, що передаточна функція теплового датчика максимального теплового пожежного сповіщувача визначається kд , де k д - статичний коефіцієнт передачі теплового датчика, що W1p  Тд р  1 використовується [1]. При цьому передаточна функція інерційно-форсованої ланки, згідно з відомим способом, буде визначатися W2 p   K 2 T1 p  1 , а результуюча передаточна функція Т2 р  1 теплового датчика з інерційно-форсованою ланкою прийме вигляд: k д K 2 T1 p  1 kд .(4) W p  W1pW2 p   Т д р  1 Т2 р  1 Т2 р  1 В часовій області виразу (4) відповідає еквівалентне диференціальне рівняння для сигналу y(t ) на виході інерційно-форсованої ланки виду: 1 ,  yt   ay t   at k дТ ср t  при yt 0   y 0 та a  (5) T2 де y 0 - значення вихідного сигналу у момент часу t 0 . Розглянемо характерний приклад, коли 20 Tcp ( t )  Tu  n( t ) , де Tu - визначає постійну вимірювану температуру середовища при пожежі (апріорі невідому). У цьому випадку на виході інерційно-форсованої ланки, згідно з (5), для відомого способу у вільний момент t інтервалу визначення температури математичне очікування сигналу t t0      (6) t   e  Tu 1  e T2  ,     де m1 (t 0 ) - математичне очікування сигналу на виході інерційно-форсованої ланки в момент y m1 y  m1 t 0 y  tt0 T2  часу t 0 . Швидкодія, яку забезпечує відомий спосіб, згідно з (6), визначається величною T2 1 . Дисперсія флуктуацій D1 (t ) вихідного сигналу в цьому випадку, згідно з (5), буде визначатися y 2( t  t 0 )      T2 (7) 1  e ,     де D1 (t 0 ) - дисперсія флуктуацій сигналу на виході інерційно-форсованої ланки в момент y часу t 0 . Виходячи з (6) та (7), для інтервалу t 0 , tk  визначення температури, який значно перевищує величину постійної часу T2 , у кінці інтервалу будемо мати відповідно: D1 ( t )  D1 ( t 0 )e y y 25  2( t  t 0 ) T2 N  0 42 N0 . (9) 4T2 Виходячи з (8) та (9), відомий спосіб підвищення швидкодії максимального теплового пожежного сповіщувача в умовах випадкових температурних флуктуацій пов'язаний зі невід'ємним збільшенням дисперсії флуктуацій (9) сигналу на виході інерційно-форсованої ланки. При цьому підвищення швидкодії, що пов'язане зі зменшенням постійної часу T2 , невід'ємно веде до збільшення дисперсії флуктуацій вихідного сигналу ланки корекції. m1 (tk )  Tu , (8) та D1 ( t k )  y y 30 2 UA 114365 C2 Тепер розглянемо спосіб, що заявляється, в якому величину постійної часу T2 на інтервалі t0, tk  змінюють у часі за правилом T2 (t) , наприклад, згідно з (1). У часовій області щодо 5 a передаточної функції (4), постійну часу якої змінюють за часом, згідно з правилами T2 ( t )  T2 ( t ) , справедливе еквівалентне нестаціонарне диференціальне рівняння для вихідного сигналу y(t ) виду:  y(t )  a( t )y( t )  a( t )k дТ ср (t ) при y(t 0 )  y0 , (10) 1 . T2 ( t ) Математичне очікування і дисперсія флуктуацій вихідного сигналу y(t ) інерційнофорсованої ланки, в момент часу t a на інтервалі t 0 , tk  будуть визначатися відповідно: a( t )  t t   a 0    (11)  Tu 1  e Tmin  ,     2( t  t ) 2( t  t )   a 0  a 0  N0  Tmin Tmin  , 1 D y ( t )  D y ( t 0 )e  1  e  (12) 4Tmin     Згідно з (11), швидкодія, яку забезпечує спосіб, що заявляється, визначається величною m y ( t a )  m1 ( t 0 )e y 10  1  Tmin , яка більше, ніж швидкодія T2 1 , оскільки відповідно до способу, Tmin вибирається меншою за T2 . З урахуванням (11), (12) і правила (1) у кінцевий момент tk часу інтервалу t 0 , tk  математичне очікування і дисперсія флуктуацій вихідного сигналу y(t ) інерційно-форсованої ланки, згідно зі способом, що пропонується, будуть визначатися t t   k a    (13) m y t k   m y t a e  Tu 1  e Tmax  ,     2t k  t a  2t  t     k a  N0  Tmax Tmax  . D y t k   D y t a e  1  e  (14) 4Tmax     Для інтервалу t a , tk  , що перевищує величину постійній часу Tmax ,математичне очікування і дисперсія флуктуацій вихідного сигналу y(t ) інерційно-форсованої ланки, в момент tk відповідно до способу, що пропонується, будуть визначатися N0 . m y t k   Tu , (15) та Dy tk   (16) 4Tmax Порівнюючи (8) з (15), видно, що математичне очікування вихідного сигналу y(t ) в кінці інтервалу визначення температури ігри випадкових температурних флуктуаціях середовища при пожежі відповідно до відомого та пропонованого способів збігаються і дорівнюють величині температури середовища Tu . При цьому швидкодія, що забезпечується запропонованим способом, стає більшою, ніж у відомому способі. Згідно з відомим способом, підвищення швидкодії пожежного сповіщувача, здійснюють при фіксованій на інтервалі t 0 , tk  постійної часу T2 і тільки за рахунок її зменшення, яке супроводжується відповідним невід'ємним  15 20 25 30 ta t0 Tmin tk ta Tmax зростанням дисперсії флуктуацій (9) вихідного сигналу y(t ) . Згідно зі способом, що заявляється, підвищення швидкодії пожежного сповіщувача здійснюють при змінній за часом на інтервалі t0, tk  постійної часу T2 (t) . При цьому змінювання постійної часу за правилом T2 (t) дозволяє на початку інтервалу більше підвищувати швидкодію максимального теплового пожежного сповіщувача, а у кінці інтервалу - зменшувати флуктуації (16) сигналу y(t ) на виході інерційнофорсованої ланки корекції. Саме це дозволяє в умовах дії температурних флуктуацій середовища на початку інтервалу визначення температури збільшити підвищення швидкодії максимального теплового пожежного сповіщувача, а на кінці інтервалу за рахунок зміни в часі 3 UA 114365 C2 5 10 15 20 постійної часу зменшити флуктуації вихідного сигналу інерційно-форсованої ланки, а відомий спосіб не дозволяє це зробити взагалі. Для здійснення способу, що пропонується, вихідний сигнал теплового датчика піддають динамічній корекції з передаточною функцією інерційно-форсованої ланки, статичний коефіцієнт передачі K 2 якої встановлюють рівним одиниці, постійну часу T1 частини ланки, що форсує, встановлюють рівною постійній часу T2 теплового датчика, а постійну часу інерційної частини ланки змінюють за часом за правилом T2 (t ) на інтервалі t 0 , tk  , та вимірюють цей сигнал. Можливість технічного здійснення способу підтверджується тим, що всі дії над вихідним сигналом теплового датчика, що пропонуються, можуть бути реалізовані із залученням простіших відомих електронних компонентів у вигляді резисторів, конденсаторів, транзисторів, операційних підсилювачів та інших. Наприклад, спосіб може бути здійсненний відповідно електронній схемі по виходу U1(t ) в режимі визначення температури, наведеної у [2]. Для здійснення зміни за часом постійної часу інерційної частини ланки в схемі [2] можна, наприклад, постійний резистор R 2 замінити на відповідний керований резистор сигналом, згідно з правилами T2 (t ) , який може бути реалізований на польовому транзисторі з p-n переходом, що керується у часі сигналом, відповідним T2 (t ) , або на польовому транзисторі з ізольованим затвором (Щербаков В.И., Грездов Г.И. Электронные схемы на операционных усилителях: Справочник. -К.: Техніка, 1983. -213 с., cтop. 44-45). Джерела інформації: 1. Абрамов Ю.А., Бортничук П.Μ., Деревянко А.А., Карлаш С.П., Христич В.В. Методы и средства обнаружения пожаров. -X.: ХИПB, 1995. - 92 с. 2. Пат. 81975 Україна, MI IK G08B17/06. Максимально-диференційний тепловий пожежний сповіщувач /Абрамов Ю.Α., Садковий В.П.; власник Академія цивільного захисту України. - № 200603837; заяв. 7.04.2006; опубл. 17.07.2006, Бюл. № 4. 25 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 1. Спосіб підвищення швидкодії максимального теплового пожежного сповіщувача, який полягає в тому, що вихідний сигнал теплового датчика піддають динамічній корекції за допомогою інерційно-форсуючої ланки, статичний коефіцієнт передаточної функції якої вибирають рівним одиниці, при цьому постійну часу форсуючої частини ланки Т 1 вибирають рівною постійній часу максимального теплового пожежного сповіщувача та вимірюють цей динамічно скорегований сигнал, який відрізняється тим, що при зазначеній динамічній корекції на інтервалі визначення температури t 0 , t k  , де t0 та tk - моменти часу, відповідно, початку і кінця інтервалу, постійну часу інерційної частини ланки Т 2 змінюють у часі від величини Tmin. на початку інтервалу до величини Tmаx. в кінці інтервалу, при цьому T min. вибирають на порядок, меншою за постійну часу максимального теплового пожежного сповіщувача, а T max. на порядок, більшою за постійну часу максимального теплового пожежного сповіщувача. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що постійну часу інерційної частини ланки Т 2 змінюють у часі на інтервалі визначення температури t 0 , t k  згідно з правилами: Tmin , t 0  t  t a T2 t    , Tmax , t a  t  t k де t a - довільний момент часу на інтервалі визначення температури t 0 , t k  . 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що постійну часу інерційної частини ланки Т 2 змінюють у часі на інтервалі визначення температури t 0 , t k  згідно з правилами: 45 Tmin  bt, Tmin  bt  Tmax T2 t    , Tmax , Tmin  bt  Tmax де b - константа, що визначає якість перехідного процесу на виході ланки. 4. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що постійну часу інерційної частини ланки Т 2 змінюють у часі на інтервалі визначення температури t 0 , t k  згідно з правилами:  50  T2 t   Tmin  Tmax  Tmin 1  ect  t 0  , де c - константа, що визначає якість перехідного процесу на виході ланки. 4 UA 114365 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5