Устройство обнаружения возгораний в пневмотранспорте

 

Использование: извещение возгораний в пневмотранспорте. С помощью предложенного устройства значительно повышается надежность обнаружения. Сущность изобретения: устройство содержит последовательно расположенные фотодиодный приемник излучения, операционный усилитель с отрицательной обратной связью, пороговый детектор и релейное устройство, в усилитель введено дополнительное устройство отрицательной обратной связи на интегрирующей цепочки в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора с диодом сброса, подключенным параллельно резистору, и истокового повторителя , выход которого через дополнительный резистор соединен с инвертирующим входом усилителя. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s А 62 С 37/00, 3/04

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ИВ@

ыЫЪю

«Гг» f г g»

K ПАТЕНТУ (21) 4955329/12 (22) 24.06.91 (46) 15.02.93..Бюл. М 6 (76) С.А.Вицинский и О.М.Нилов (56) Хоровиц П. и Хилл У. Искусство схемотехники. Перев. с англ. М.: Мир, 1983, т. 1, с. 212. (54) УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ ВОЗГОРАНИЙ В ПНЕВМОТРАНСПОРТЕ (57) Использование: извещение возгораний в пневмотранспорте. С помощью предложенного устройства значительно повышается надежность:. обнаружения. Сущность

Изобретение относится к области оптико-электронных противопожарных средств и может быть использовано для извещения воэгораний в пневмотранспортах.

Для технологического перемещения различного рода волокнистых илй зернистых воспламеняющихся материалов широко используется и весьма удобен закрытый пневмотранспорт. Как показывает практика, при Выполнении подобных операций может произойти случайное воспламенение части, материала, идущего по пневмопроводу. Причиной возгораний могут быть искры, вызванные ударами металлических и абразивных частиц, или тлеющие угли, возникающие в процессе сушки транспортируемого материала. Несвоевременное обнаружение этих источников возгораний. может привести к воспламенению всей массы материала, как перемещаемого по пневмопроводу, так и хранящегося в месте выброса, т.е. к серьезной аварии. Устройство обнаружения возгораний должно иметь высокую чувствительность, достаточную для обнаружения,, Ы„„1795894 АЗ изобретения: устройство содержит последовательно расположейные фотодиодный приемник излучения, операционный усилитель с отрицательной обратной связью, пороговый детектор и релейное устройство, в усилитель введено дополнительное устройство отрицательной обратной связи на интегрирующей цепочки в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора с диодом сброса, подключенным параллельно резистору, и истокового повторителя, выход которого через дополнительный резистор соединен с инвертирующим входом усилителя. 2 ил.

»

3 слабого излучения тлеющей частицы (угля) через массу довольно плотного (до 30 ) материала, перемещаемого вместе с частицей со скоростью от единиц до десятков метров в секунду, т.е. эа время порядка нескольких миллисекунд. ..ь

Известно устройство обнаружения тлеющих частиц, содержащее фоторезистор,,р соединенный последовательно с резистором через источник напряжения, дифференцирующую цейочку, усилитель и исполнительные элементы..Благодаря ис- О пользованию. дифференцирующей цепочки ; Ф устройство не реагирует на изменения со-. противления элемента, вызванные медленно меняющейся фоновой засветкой, старением или температурными колебаниями окружающей среды. Однако,.недостатки фоторезистора, такие как: — большая инерционность, обусловлен- . ная значительным временем жизни неравновесных носителей в полупроводнике; — невысокая, в сравнении с фотодиодами, интегральная чувствительность, особен1795894 но при быстрых изменениях падающих потоков cBBTB, — сильная зависимость чувствительности от температуры окружающей среды, когда электрон может получить энергию за счет тепловых колебаний, соизмеримую с энергией фотонов в длинноволновой области спектра; могут существенно снизить обнаружител ь ную способность устройства в реал ьных условиях эксплуатации. Кроме того, может значительно снизить чувствительность фоторезистора и. внешняя фоновая засветка (например, дневное излучение), обусловленная негерметичностью пневмопровода в зоне обнаружения. При этом оператор не информируется о возникшей неисправности и, соответственно, об ухудшении основной характеристики устройства — чувствительности.

Наиболее близким по решаемой задаче является фотометрическое устройство обнару>кения возгораний, содержащее последовательно расположенные фотодиодный приемник излучения, инвертирующий операционный усилитель и исполнительные элементы — детектор и релейное пороговое устройство.

Широко используемые в фотометрических устроиствах кремниевые фотодиоды выгодно отличаются от фоторезисторов, так как имеют высокую (на порядок большую, чем у фоторезисторов) интегральную чувствительность, малую инерционность, небольшое рабочее напряжение и т.д.

Эксперименты показали, что излучение тлеющей частицы в видимом и ближнем ИК диапазоне спектра может быть зафиксировано фотоприемным устройством со значительным (10 — 10 ) коэффициентом

4 усиления сигнала с фотодиода в диапазоне частот от 5 до 200 Гц. Дополнительным обязательным требованием к устройству является регистрация постоянной внешней фоновой засветки, вызванной, например, негерметичностью пневмопровода, наличие которой приводит к существенному снижению обнаружительной способности устройства из-за насыщения фотодиода.

Известное устройство позволяет регистрировать излучение в широкой области частот, в том числе и постоянную составляющую. Однако, оно не обладает высокой обнаружительной способностью, т,к., в силу неидеальности характеристик операционных усилителей, не позволяет реализовать требуемые (10 — 10 ) коэффициенты уси4 ления. Воздействия на вход реального усилителя хотя и незначительных (единицы милливольт) постоянных паразитных сигна35

40 усилитель введено дополнительное устройство отрицательной обратной связи из интегрирующей цепочки в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора с диодом сброса, подключенным параллельно резистору, и истокового повторителя, выход которого через дополнительный резистор соединен с инвертирующим входом усилителя.

На фиг, 1 приведено схематическое изображение предложенного устройства, ис50

55 пользованного при проектировании системы обнаружения тлеющих частиц в пневмотранспорте цехов по производству древесно-стружечных плит(на примере конкретного выполнения опытного образца)

Устройство содержит последовательно расположенные фотодиодный приемник 1, операционный усилитель с отрицательной обратной связью и одним источником питания 2, пороговый детектор 3 и релейное устройство 4, а также интегрирующую цепочку в виде последовательно соединенных резистора 5 и конденсатора 6 с диодом сброса 7, истоковый повторитель 8, выход которого через резистор 9 соединен с инлов, связанных с наличием входного напря.жения сдвига (входного тока-смещения, входного тока сдвига) и обусловленных технологическими отклонениями при изготовлении и дрейфом характеристик под влиянием температуры и времени, приводит уже при коэффициенте усиления 1000 к постоянному паразитному сигналу на выходе в несколько вольт, что недопустимо.

Таким образом, подобные устройства могут использоваться с коэффициентом усиления не более 500, что вполне хватает для регист, рации постоянной внешней фоновой засветки,, но явно недостаточно для

15 обнаружения сигналов пролетающих искр или тлеющих частиц. При этом введение второго каскада усиления только увеличит постоянной паразитный сигнал на выходе устройства, а использование разделитель20 ного конденсатора между каскадами усиления приведет к потере информации о наличии постоянной внешней фоновой засветки и резкому снижению чувствительности устройства, 25 Целью изобретения является повышение надежности обнаружения при одновременном упрощении устройства, Поставленная цель достигается тем; что в устройстве обнаружения возгораний в

30 пневмотранспорте, включающем последовательно расположенные фотодиодный приемник излучения, операционный усилитель с отрицательной обратной связью, пороговый детектор и релейное устройство, в

1795894

10 прохождение паразитных постоянных сигналов; обусловленных неидеал ьностью операционных усилителей.

Таким образом, при создании надежного устройства обнаружения возгораний по

30

40 щения и сдвига

50 вертирующим входом усилителя 2. В предложенном устройстве операционный усилитель имеет две обратные связи: быстродействующую, при которой коэффициент усиления определяется значениями сопротивлений 10 и 11 — Кув —, и задерR1O

Я11 жанную с коэффициентом усиления

Куэ = — —. Зависимость коэффициента ycuRg

R11 ления операционного усилителя с обратными связями от частоты входного сигналаизображена на фиг. 2.

Предложенное устройство работает следующим образом. В исходном состоя нии, для обеспечения полного размаха выходного.напряжения при питании от одного . источника, на инвертирующем входе усили.теля создают искусственное опорное напряжение относительно земли. При этом на выходе усилителя также появляется постоянный сигнал, примерно равный опорному напряжению. Величина опорного напряже,ния выбирается меньшей порогового в детекторе 3, поэтому сигнал s релейное устройство не проходит.

В случае возникновения пожарной ситуации, например, при пролете тлеющей частицы через поле зрения фотодиода, импульсный сигнал длительностью 50 млсек с фотодиодного приемника 1 усиливается в 2 с коэффициентом усиления К в, так как истоковый повторитель 8 не реагирует на импульсное воздействие, и поступает на вход порогового детектора 3. При превыше= нии порогового значения напряжения в де, текторе 3 сигнал поступает на релейное устройство, которое вырабатывает сигнал тревоги и дает команды исполнительным механизмам. Так как значение Куб устанавливается близким к максимальному для операционного усилителя и равным 10 — 105, то это позволяет надежно фиксировать излучение пролетающих тлеющих частиц и достигать порога срабатывания детектора 3, в 4 пределах пороговой чувствительности фо- . тодиода.

При возникновении постоянной фоновой засветки в пневмопроводе. существенно превышающей интенсивность излучения тлеющей частицы, или воздействии на входную цепь операционного усилителя постоянного паразитного сигнала, связанного с дрейфом напряжения сдвига, протеканием токов смещения и сдвига, благодаря нали- 5 чию на выходе усилителя послЕдовательной цепочки иэ резистора 5 и конденсатора 6 и истокового повторителя 8 усиление происходит с меньшим коэффициентом Ку, который устанавливается равным 200-500 (см, фиг. 2). Это позволяет селектировать импульсные и постоянные информативные и ложные воздействующие сигналы, значительно разнящиеся по интенсивности. В частности, обеспечивать срабатывание порогового детектора при воздействии излучения пролетающей тлеющей частицы и постоянной фоновой засветки и исключать предложенной схеме, реагирующего на иэлучение тлеющей частицы на уровне близком к предельной чувствительности фотодиодов в фотогальваническом режиме, где они имеют наибольшее отношение сигнал-шум, достаточно одного операционного усилителя с однополярным питанием, что значительно упрощает и удешевляет все устройство в целом. Наряду с этим оператор информируется о появлении внешней фоновой засветки, которая может значительно снизить обнаружительную способность устройства, так как наличие большой постоянной составляющей излучения вводит фотодиод в область насыщения.

На нашем предприятии была проведена конструкторская разработка и изготовлена опытная партия предлагаемого устройства обнаружения возгораний, В нем использованы кремниевый фотодиод ФД24К, операционный усилитель КР544УД1А и истоковый повторитель на транзисторе КПЗОЗВ. Наличие двух обратных связей позволило реализовать перепад коэффициентов усиления импульсного излучения тлеющей частицы и постоянного сигнала примерно равный двум порядкам (см. фиг. 2). Устройство реагирует как на воздействие импульсного, так и постоянного излучения и нечувствительно к влиянию напряжения сдвига и токов смеЭкспериментальные испытания опытного образца предложенного устройства на пневмопроводе диаметром 1000 мм, транспортирующем измельченную древесину со скоростью 10-20 м/с при плотности среды материала 15-20, в цехе по производству древесно-стружечных плит подтвердилй его высокую эффективность. Так, в течение месячного цикла испытаний опытного образца было зафиксировано примерно 150 случаев возникновения тлеющих частиц. Пропусков тлеющих частиц, приводящих к возгораниям не наблюдалось. Имитация нарушения светогерметичности пневмопровода надежно регистрировалась устройством. При ана1795894 8

10 логичных испытаниях обьекта-прототипа практически ежедневно наблюдались пропуски тлеющих частиц.

Таким образом, предложенное новое конструктивное решение устройства благодаря расширению функциональных возможностей, повышению чувствительности

Формула изобретения

Устройство обнаружения возгораний в пневмотранспорте, включающее последовательно расположенные фотодиодный приемник излучения, блок усиления из операционного усилителя и устройства обратной связи, включенного между выходом и инвертирующим входом усилителя, порого. вый детектор и релейный блок, отл ича ющ е е с я тем, что, с целью повышения при одновременном упрощении позволило существенно увеличить надежность обнаружения тлеющих частиц, Новая совокупность существенных при5 знаков позволила получить качественно новый эффект. Техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". надежности обнаружения, введено допол15 нительное устройство обратной связи из интегрирующей цепочки в виде последовательно соединенных резистора и конденсатора с диодом сброса, включенным параллельно резистору, и истокового повто20 рителя, выход которого через дополнительно введенный резистор соединен с инвертирующим входом операционного усилителя.

1795894 гов-.

ЖИ2

Составитель С.Вицинский

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Q.Êðàâöoâà

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 438 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5