Устройство для тревожной сигнализации

 

Изобретение относится к технике тревожной сигнализации, а именно устройствам охранной и пожарной сигнализации, и может быть использовано для защиты от вторжения нарушителя или возникновения пожара. Техническим результатом изобретения является повышение достоверности функционирования устройства для тревожной сигнализации. Технический результат достигается тем, что в известное устройство для тревожной сигнализации введены второй селектор непрерывности сигнала, формирователь скважности, электронный ключ, второй интегратор и второй пороговый блок. При этом устройство обладает способностью выделять функции обнаружения очага пожара с формированием извещения "Пожар" по отдельной линии связи и включением встроенного светового индикатора. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к технике охранной и пожарной сигнализации.

Известно ультразвуковое устройство для тревожной сигнализации [1], содержащее последовательно соединенные приемопередатчик, интегратор и формирователь сигнала тревоги. Приемопередатчик состоит из излучающего преобразователя, подключенного к генератору, приемного преобразователя, подключенного к усилителю ультразвуковой частоты, выход которого через детектор доплеровского сигнала подключен к усилителю низкой частоты, выход которого является выходом приемопередатчика.

Устройство [1] представляет собой объемный ультразвуковой извещатель для обнаружения движущегося нарушителя или очага пожара. Принцип его действия основан на эффекте Доплера, в соответствии с которым частота ультразвуковых волн, отраженных от движущегося объекта, отличается от частоты излучаемых волн на величину ±Δf_д, прямо пропорциональную радиальной скорости движения объекта (отражателя) по отношению к излучателю V_о, частоте излучения f_и и обратно пропорциональную скорости распространения ультразвука в контролируемой среде C.

Знак "+" соответствует движению отражателя к устройству, знак "-" - движению от него.

Недостатком устройства является низкая помехозащищенность, снижающая достоверность его работы.

Данный недостаток частично устранен в устройстве-прототипе [2], функциональная схема которого изображена на фиг. 1.

Устройство [2] содержит приемопередатчик 1, фазовый селектор импульсов 2, селектор непрерывности сигнала 3, коммутатор 4, сумматор 5, интегратор 6, пороговый блок 7, формирователь сигнала тревоги 8, элемент ИЛИ 9, интегратор 10, пороговый блок 11, приемник ультразвука 12, передатчик ультразвука 13, первый детектор 14, фазовращатель 15, второй детектор 16, первый усилитель 17, второй усилитель 18.

Выходы приемопередатчика 1 подключены к входам фазового селектора импульсов 2, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам коммутатора 4 и к входам селектора непрерывности сигнала 3, выход которого подключен к третьему входу коммутатора 4, выходы которого подключены к входам сумматора 5, выход которого подключен через интегратор 6 и пороговый блок 7 к входу блока формирования сигнала тревоги 8.

В устройстве-прототипе [2] для повышения помехозащищенности используется квадратурная обработка сигнала. На выходах фазового селектора импульсов 2 формируются прямоугольные пачки импульсов сигнала доплеровской частоты. При этом на первом выходе фазового селектора 2 эти импульсы появляются при движении отражателя по направлению от устройства, что соответствует отрицательному знаку доплеровского сдвига частоты (-Δf_д). На втором выходе фазового селектора 2 появляются импульсы сигнала, соответствующие положительному знаку доплеровского сдвига частоты (+Δf_д). Такой сдвиг возникает при движении отражателя к извещателю.

Реальные отражатели формируют доплеровский сигнал, имеющий широкий энергетический спектр (фиг. 2). Однако для движущегося человека он находится преимущественно на одной стороне полуоси доплеровских частот (положительной или отрицательной). Такой сигнал, накапливаясь в интеграторе 6, приводит к изменению за установленный промежуток времени напряжения на его выходе, выходящему за один из двух порогов (положительный или отрицательный) порогового блока 7. Для доплеровского сигнала, возникающего при отражении ультразвуковых волн от турбулентных потоков воздуха (от батарей отопления или сквозняков), движущихся под их действием штор или листьев комнатных растений, характерна практически симметричная форма энергетического спектра. Складываясь в сумматоре 5 с разными знаками (вычитаясь), энергия сигнала в этом случае оказывается недостаточной для изменения напряжения на выходе интегратора 6 до значения напряжения срабатывания порогового блока 7.

Спектр сигнала от очага пожара всегда имеет выраженный положительный сдвиг по оси доплеровских частот (из-за относительного положения устройства и направления движения потоков горячих газов), а также значительную ширину, связанную с пульсацией пламени и интенсивной турбулентностью тепловых потоков. В результате на выходе интегратора 6 напряжение "с трудом" преодолевает верхний (положительный) порог блока 7.

В устройстве-прототипе [2] формируется сигнал тревоги независимо от источника доплеровского сигнала - движущегося нарушителя или очага пожара. Это является существенным недостатком не только устройства [2], но и всех существующих в настоящее время ультразвуковых извещателей [3], поэтому они не могут быть использованы в системах пожарной сигнализации на объектах в то время, когда там присутствуют люди. В этом случае они будут реагировать на движущегося человека и периодически формировать сигналы тревоги, что недопустимо. Вместе с тем существует обязательное требование для систем пожарной сигнализации о круглосуточном контроле пожарной ситуации на объекте [4].

Кроме этого, практическая эксплуатация извещателей с квадратурной обработкой сигнала и, в частности, извещателя, изготовленного с использованием изобретения [2], показала, что у них существенно снижена чувствительность к обнаружению очага пожара и гарантировать обнаружение очага пожара можно лишь в случае специальной установки извещателя (например, на потолке) [5].

Указанные недостатки снижают достоверность функционирования устройства [2].

Задачей заявляемого устройства является повышение достоверности его функционирования, достигаемое за счет выделения функции обнаружения очага пожара.

Поставленная задача решается тем, что в известное устройство [2], содержащее приемопередатчик, выходы которого подключены к входам фазового селектора импульсов, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам коммутатора и к входам первого селектора непрерывности сигнала, выход которого подключен к третьему входу коммутатора, выходы которого подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого через интегратор и первый пороговый блок подключен к первому входу блока формирования извещений, введены второй селектор непрерывности сигнала, формирователь скважности, электронный ключ, второй интегратор и второй пороговый блок. Второй выход фазового селектора импульсов для вывода сигнала с положительным сдвигом доплеровских частот +Δf_д, подключен к входу второго селектора непрерывности сигнала и входу формирователя скважности, выход которого подключен к первому входу электронного ключа. Выход второго селектора непрерывности сигнала подключен ко второму входу электронного ключа, выход которого через последовательно включенные второй интегратор и второй пороговый блок подключен ко второму входу блока формирования извещений. Выход первого селектора импульсов подключен к третьему входу блока формирования тревожных извещений.

Второй селектор непрерывности сигнала содержит последовательно включенные интегратор и пороговый блок, при этом вход интегратора является входом второго селектора непрерывности сигнала, а выход порогового блока - выходом второго селектора непрерывности сигнала.

Блок формирования извещений содержит первый формирователь сигнала "Тревога", второй формирователь сигналов световой индикации, третий формирователь сигнала "Пожар" и три световых индикатора.

Первый вход блока формирования извещений является входом первого формирователя сигнала "Тревога", первый выход которого подключен к первому входу второго формирователя сигналов световой индикации, а второй выход предназначен для передачи тревожного извещения в линию связи. Второй вход блока формирования извещений является входом третьего формирователя сигнала "Пожар", первый выход которого подключен ко второму входу второго формирователя сигналов световой индикации, а второй выход предназначен для передачи извещения о пожаре в линию связи. Третий вход блока формирования извещений является третьим входом второго формирователя сигналов световой индикации, выходы которого подключены к соответствующим световым индикаторам.

В заявляемом устройстве все известные блоки могут быть выполнены идентично устройству-прототипу [2] . Все введенные новые блоки могут быть выполнены по типовым схемам, приведенным в [6, 7].

На фиг. 2 изображена схема заявляемого устройства для тревожной сигнализации.

Устройство содержит приемопередатчик 1, фазовый селектор им пульсов 2, первый селектор непрерывности сигнала 3, второй селектор непрерывности сигнала 4, формирователь скважности 5, коммутатор 6, электронный ключ 7, сумматор 8, первый интегратор 9, второй интегратор 10, первый пороговый блок 11, блок формирования извещений 12, второй пороговый блок 13, интегратор 14, пороговый блок 15, первый формирователь сигнала "Тревога" 16, второй формирователь сигналов световой индикации 17, третий формирователь сигнала "Пожар" 18, световые индикаторы 19, 20, 21.

Выходы приемопередатчика 1 подключены ко входам фазового селектора импульсов 2, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам коммутатора 6 и к входам первого селектора непрерывности сигнала 3, выход которого подключен к третьему входу блока формирования извещений 12 и к третьему входу коммутатора 6, выходы которого подключены к соответствующим входам сумматора 8, выход которого через интегратор 9 и первый пороговый блок 11 подключен к первому входу блока формирования извещений 12. Второй выход фазового селектора импульсов 2 для вывода сигнала с положительным сдвигом доплеровских частот +Δf_д подключен к входу второго селектора непрерывности сигнала 4 и входу формирователя скважности 5, выход которого подключен к первому входу электронного ключа. Выход второго селектора непрерывности сигнала 4 подключен ко второму входу электронного ключа 7, выход которого через последовательно включенные второй интегратор 10 и второй пороговый блок 13 подключен ко второму входу блока формирования извещений 12.

Второй селектор непрерывности сигнала 4 содержит последовательно включенные интегратор 14 и пороговый блок 15, при этом вход интегратора 14 является входом селектора непрерывности сигнала 4, а выход интегратора 14 - выходом селектора непрерывности сигнала 4.

Блок формирования извещений 12 содержит первый формирователь сигнала "Тревога" 16, второй формирователь сигналов световой индикации 17, третий формирователь сигнала "Пожар" 18 и три световых индикатора 19, 20, 21.

Первый вход блока формирования извещений 12 является входом первого формирователя сигнала "Тревога" 16, первый выход которого подключен к первому входу второго формирователя сигналов световой индикации 17, а второй выход предназначен для передачи тревожного извещения в линию связи. Второй вход блока формирования извещений 12 является входом третьего формирователя сигнала "Пожар" 18, первый выход которого подключен ко второму входу второго формирователя сигналов световой индикации 17, а второй выход предназначен для передачи извещения о пожаре в линию связи. Третий вход блока формирования извещений 12 является третьим входом второго формирователя сигналов световой индикации 17, выходы которого подключены к соответствующим световым индикаторам 19-21.

Устройство работает следующим образом.

После включения электропитания приемопередатчик, расположенный в корпусе устройства, начинает излучать в окружающее пространство непрерывный сигнал ультразвуковой частоты. Отраженные от неподвижных объектов ультразвуковые волны возвращаются к приемопередатчику, где они преобразуются в электрические сигналы, усиливаются и детектируются. В отсутствии движущихся отражателей сигнал на выходах приемопередатчика, соответствующий доплеровскому сдвигу частот, отсутствует, поэтому блок формирования извещений 12 формирует извещение "Норма", при котором по линиям связи передается извещение о нормальном состоянии объекта, световые индикаторы 19-21 не светятся.

При появлении в зоне обнаружения движущегося человека отраженные от него ультразвуковые волны будут иметь доплеровской сдвиг частоты. При этом на первом и втором выходах приемопередатчика 1 появляются усиленные низкочастотные колебания с частотой доплеровского сдвига ±Δf_д, имеющие фазовый угол сдвига относительно друг друга ±π/2. Знак фазового сдвига зависит от направления движения человека (отражателя).

Сигналы с выходов приемопередатчика 1 поступают в фазовый селектор импульсов 2, в котором происходит разделение сигналов в зависимости от направления движения отражателя (знака доплеровской частоты Δf_л) по признаку их относительного фазового сдвига и выделение сигналов на соответствующем выходе селектора 2. При движении человека от извещателя (-Δf_д) сигнал появляется на первом выходе селектора 2 и поступает на первый вход коммутатора 6 и первый вход первого селектора непрерывности сигнала 3. При движении отражателя к извещателю (+Δf_д) сигнал появляется на втором выходе селектора 2 и поступает на второй вход коммутатора 6, а также входы второго селектора непрерывности сигнала 4 и формирователь скважности 5.

После появления сигнала на любом из входов первого селектора непрерывности 3 на его выходе появляется постоянное управляющее напряжение, поступающее на третий вход коммутатора 6 и третий вход формирователя 12 извещений. При этом с помощью второго формирователя 17 сигналов световой индикации включается световой индикатор 20 "Шум", а также открывается коммутатор 6 для прохождения сигналов, поступающих на его первый или второй вход. После прохождения сигналов через коммутатор 6 и сумматор 8 они накапливаются в интеграторе 9 с полярностью относительно среднего значения напряжения питания, соответствующей знаку доплеровской частоты. При достижении значения напряжения на выходе интегратора 9 одного из двух симметрично расположенных (относительно середины напряжения питания) порогов порогового блока 11 он срабатывает, и на его выходе появляется сигнал, поступающий на первый вход формирователя 12 извещений. С помощью первого формирователя 16 сигнала "Тревога" в линию связи на пульт централизованного наблюдения или приемно-контрольный прибор передается тревожное извещение. Одновременно сигнал управления с выхода первого формирователя 16 подается на вход второго формирователя 17, который включает световой индикатор "Тревога".

Доплеровский сигнал со второго выхода фазового селектора 2 при движении человека в зоне обнаружения попадает также через формирователь 6 скважности на первый вход нормально закрытого электронного ключа 7. Одновременно доплеровский сигнал со второго выхода селектора 2 поступает на вход интегратора 14 второго селектора 4 непрерывности сигнала. Время накопления интегратора 14 до срабатывания порогового блока 15 значительно больше его разряда. Выход порогового блока 15 подключен ко второму входу электронного ключа 7. При срабатывании порогового блока 15 электронный ключ 7 открывается для прохождения сигнала в интегратор 10. Сигнал при движении человека в зоне обнаружения является прерывистым в течение установленного времени. При уменьшении напряжения на выходе интегратора 14, вызванном нарушением непрерывности сигнала, управляющее напряжение на выходе порогового блока исчезает, что приводит к быстрому (форсированному) разряду интегратора 10. Установленное время накопления интегратора 10 до срабатывания порогового блока 13 определяется отношением максимальной дальности действия устройства к радиальной скорости движения человека в зоне обнаружения, то есть возможным временем присутствия непрерывного сигнала от человека при его движении к устройству. При минимальной обнаруживаемой скорости 0,3 м/с, нормируемой стандартом [8], и реальных значениях максимальной дальности для существующих ультразвуковых извещателей 6-8 м она составляет 20-30 с. Кроме этого, при реальном движении человека нарушение непрерывности сигнала будет вызываться не только его остановками, но и изменением направления движения. Формирователь скважности 5 уменьшает длительность импульсов доплеровского сигнала при снижении его частоты. Это приводит к увеличению скважности импульсов, поступающих в интегратор 10 при медленном движении человека, и, как следствие, к увеличению времени накопления интегратора 10. Это приводит к дополнительному увеличению помехозащищенности канала обнаружения пожара.

При установленных таким образом параметрах интегратора 10 и второго селектора непрерывности сигнала движение человека в зоне обнаружения не может вызвать увеличение напряжения на выходе интегратора до порога срабатывания порогового блока 13. Поэтому извещение "Пожар" не формируется.

При появлении в зоне обнаружения очага пожара на втором выходе фазового селектора 2 появляется непрерывный доплеровский сигнал, вызванный отражением ультразвуковых волн от восходящих тепловых потоков, которые возникают в непосредственной близости от горящего материала. При этом на интенсивность сигнала не влияет наличие или отсутствие дыма из-за малых размеров его частиц по сравнению с длиной волны падающего ультразвука.

Доплеровский сигнал накапливается на интеграторе 14, что вызывает срабатывание порогового блока 15, открывающего электронный ключ 7. Доплеровский сигнал имеет относительно высокую частоту, поэтому он проходит формирователь скважности 5 практически без искажений и попадает через электронный ключ 7 во второй интегратор 10.

Через установленное время задержки напряжение на интеграторе 10 достигает порога срабатывания второго порогового блока 13, на выходе которого появляется сигнал, поступающий на второй вход блока формирования извещений 12 - вход третьего формирователя 18 сигнала "Пожар". В результате с выхода формирователя 18 в линию связи передается извещение о пожаре, и с помощью второго формирователя 17 сигналов световой индикации включается световой индикатор 21.

При появлении очага пожара в зоне обнаружения доплеровский сигнал с выходов фазового селектора 2 поступает также на входы коммутатора 6 и первого селектора непрерывности сигнала 3. Это приводит к появлению на выходе первого селектора 3 управляющего сигнала, который открывает коммутатор 6 и вызывает с помощью второго формирователя 17 включение светового индикатора "Шум". Энергетические составляющие сигналов с положительным и отрицательным доплеровским сдвигом частоты поступают с выходов коммутатора 6 через сумматор 8 в интегратор 9 и вычитаются в нем. Результирующая составляющая энергии вызывает изменение напряжения на интеграторе 9, выходящее за установленный порог порогового блока 11, что приводит к формированию тревожного извещения первым формирователем 16 в линию связи, а также включению светового индикатора 19.

Следовательно, появление очага пожара может привести к формированию не только извещения "Пожар", но и извещения "Тревога", что повышает надежность обнаружения устройством пожара на объекте. Однако, поскольку в интеграторе 9 происходит накопление энергетически ослабленного сигнала в результате вычитания его составляющих, чувствительность канала обнаружения очага пожара выше, чем канала тревоги.

Таким образом, в заявляемом устройстве осуществляются обнаружение очага пожара при его возникновении и формировании отдельного извещения "Пожар" в линию связи, а также включение специального светового индикатора. При использовании такого устройства независимо от режима работы объекта и наличия людей может быть обеспечен контроль пожароопасной ситуации на объекте. Кроме этого, при отсутствии людей на объекте устройство может осуществлять охранные функции и сигнализировать о несанкционированном проникновении нарушителя в зону обнаружения по отдельной линии связи, а также включением специального светового индикатора. При появлении доплеровского сигнала достаточного уровня включается световой индикатор "Шум", который может быть использован при установке и настройке устройства на защищаемом объекте.

В процессе разработки был изготовлен экспериментальный образец извещателя "Эхо-2П", в котором использовано заявляемое устройство для тревожной сигнализации. Он успешно прошел испытания на реальном объекте. В настоящее время идет подготовка комплекта технической документации для передачи на завод-изготовитель.

Источники информации 1. Пат. 3885234 (США), 1975, НКИ 340-258.

2. А.с. 1254917 (СССР), 1984, МКИ G 08 B 13/16.

3. Ткачевская М. Я., Членов А.Н. Ультразвуковые извещатели охранно-пожарной сигнализации: Обзорная информация. - М.: ГИЦ, 1986, - 56 с.

4.СНиП 2.04.09-84 Пожарная автоматика зданий и сооружений.

5. Членов А.Н. Применение ультразвуковых объемных извещателей в системах пожарной сигнализации // Материалы научно-практической конференции "Актуальные проблемы предупреждения и тушения пожаров на объектах и в населенных пунктах". Москва. 1996,- с. 65-67.

6. Степаненко И.П. Основы теории транзисторов и транзисторных схем. - М. : Энергия, 1973. - 608 с.

7. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике, пер. с нем. -М. - Мир, 1991. - 446 с.

8. ГОСТ Р50658-94. Системы тревожной сигнализации. Часть 2. Требования к системам охранной сигнализации. Раздел 4. Ультразвуковые извещатели для закрытых помещений.

Формула изобретения

1. Устройство для тревожной сигнализации, содержащее приемопередатчик, выходы которого подключены к входам фазового селектора импульсов, первый и второй выходы которого подключены к первому и второму входам коммутатора и входам первого селектора непрерывности сигнала, выход которого подключен к третьему входу коммутатора, выходы которого подключены к соответствующим входам сумматора, выход которого через интегратор и первый пороговый блок подключен к первому входу блока формирования извещений, отличающееся тем, что в него введены второй селектор непрерывности сигнала, формирователь скважности, электронный ключ, второй интегратор и второй пороговый блок, второй выход фазового селектора импульсов для вывода сигнала с положительным сдвигом доплеровских частот + Δf_д подключен к входу второго селектора непрерывности сигнала и входу формирователя скважности, выход которого подключен к первому входу электронного ключа, выход второго селектора непрерывности сигнала подключен к второму входу электронного ключа, выход которого через последовательно включенные второй интегратор и второй пороговый блок подключен к второму входу блока формирования извещений, выход первого селектора непрерывности сигнала подключен к третьему входу блока формирования извещений.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй селектор непрерывности сигнала содержит последовательно включенные интегратор и пороговый блок, при этом вход интегратора является входом второго селектора непрерывности сигнала, а выход порогового блока - выходом второго селектора непрерывности сигнала.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок формирования извещений содержит первый формирователь сигнала "Тревога", второй формирователь сигналов световой индикации, третий формирователь сигнала "Пожар" и три световых индикатора, при этом первый вход блока формирования извещений является входом первого формирователя сигнала "Тревога", первый выход которого подключен к первому входу второго формирователя сигналов световой индикации, а второй выход предназначен для передачи тревожного извещения в линию связи, второй вход блока формирования извещений является входом третьего формирователя сигнала "Пожар", первый выход которого подключен к второму входу второго формирователя сигналов световой индикации, а второй выход предназначен для передачи извещения о пожаре в линию связи, третий вход блока формирования извещений является третьим входом второго формирователя сигналов световой индикации, выходы которого подключены к соответствующим световым индикаторам.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3