Способ раннего обнаружения пожара и система для его реализации

Предлагаемые способ и устройство относятся к области пожарной безопасности и могут быть использованы для обнаружения пожара на ранних стадиях тления и возгорания горючих материалов. Технический результат - повышение помехоустойчивости устройства и точности определения идентификационного номера объекта пожарной безопасности и его координат путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит датчики для измерения газовых компонентов, усилители, аналого-цифровые преобразователи, микропроцессор, формирователь сигнала тревоги, световой сигнализатор, звуковой сигнализатор, формирователь модулирующего кода, задающий генератор, фазовый манипулятор, усилитель мощности, передающую антенну, приемную антенну, усилитель высокой частоты, гетеродин, смесители, усилители промежуточной частоты, делитель фазы на два, узкополосные фильтры, удвоитель фазы, фазовращатели на 90°, фазовый детектор, блок регистрации, сумматор, перемножитель, амплитудный детектор и ключ. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

 

Предлагаемые способ и устройство относятся к области пожарной безопасности и могут быть использованы для обнаружения пожара на ранних стадиях тления и возгорания горючих материалов. Известны способы и устройства раннего обнаружения пожара (патенты РФ №№2.207.631, 2.110.094, 2.078.377, 2.177.179, 2.256.228, 2.256.231, 2.340.002; патенты США №№5.049.861, 5.079.422; патент ЕР №0.940.679; патент WO №0.948.070; Шаровар Ф.И. Устройства и системы пожарной сигнализации. - М.: Стройиздат, 1985, с.292-295 и другие).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ раннего обнаружения пожара и устройство для его реализации» (патент РФ №2.340.002, G08B 17/117, 2007), которые и выбраны в качестве прототипов.

Известные технические решения обеспечивают расширение зоны мониторинга объектов пожарной безопасности и своевременную передачу сигналов тревоги с объектов пожарной безопасности в пожарную службу и/или на диспетчерский пункт наблюдения путем использования радиоканала и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. При этом устройство для приема сигналов с фазовой манипуляцией, размещаемое в пожарной службе и/или на диспетчерском пункте наблюдения, построено по супергетеродинной схеме, в которой одно и то же значение промежуточной частоты ωпр может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах ωс и ωз, т.е.

ωпрсг и ωпргз.

Следовательно, если частоту настройки ωс принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота ωз которого отличается от частоты ωс на 2ωпр и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты ωг гетеродина.

Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования Кпр, что и по основному каналу (фиг.6). Поэтому он наиболее существенно влияет на изобретательность и помехоустойчивость устройства.

Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия:

ωпр=|±m·ωki±n·ωг|,

где ωki - частота i-го комбинационного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третий и т.д.), так как чувствительность устройства по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, двум комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

ωk1=2ωгпр и ωk2=2ωгпр,

где 2ωг - вторая гармоника частоты гетеродина.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости устройства и точности определения идентификационного номера объекта пожарной безопасности и его координат.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости устройства и точности определения идентификационного номера объекта пожарной безопасности и его координат путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

Поставленная задача решается тем, что способ раннего обнаружения пожара, основанный в соответствии с ближайшим аналогом на том, что измеряют текущие значения концентрации в воздухе газовых компонентов, выбранных из групп, состоящих из водорода, окиси углерода и ароматических углеводородов, выделяющихся при тлении горючих материалов, определяют соотношение измеренных концентраций газовых компонентов, которое сравнивают с заданным его значением, при этом сигнал тревоги формируют при совпадении указанных значений соотношений концентрации газовых компонентов, формируют наряду с сигналом тревоги высокочастотное колебание и модулирующий код, отображающий идентификационный номер объекта пожарной безопасности и его координаты, манипулируют высокочастотное колебание по фазе модулирующим кодом, усиливают по мощности сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией, излучают его в эфир, улавливают на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе, преобразуют по частоте, делят по фазе на два, выделяют гармоническое колебание на частоте ωпр/2, удваивают его фазу, выделяют гармоническое колебание на промежуточной частоте ωпр, сдвигают его по фазе на 90° и используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования принимаемого сигнала с фазовой манипуляцией на промежуточной частоте, выделяют и регистрируют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, отличается от ближайшего аналога тем, что выделяют первое напряжение промежуточной частоты, сдвигают по фазе на 90° напряжение гетеродина, используют его для преобразования по частоте принимаемого сигнала, выделяют второе напряжение промежуточной частоты, суммируют его с первым напряжением промежуточной частоты, суммарное напряжение промежуточной частоты перемножают с принимаемым сигналом, выделяют гармоническое напряжение на частоте ωг гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки суммарного напряжения промежуточной частоты.

Поставленная задача решается тем, что устройство для раннего обнаружения пожара, содержащее в соответствии с ближайшим аналогом на объекте пожарной безопасности n датчиков концентрации в воздухе газовых компонентов, выделяющихся при тлении горючих материалов, при этом каждый датчик посредством последовательно соединенных согласующего усилителя и аналого-цифрового преобразователя связан с микропроцессором, подключенным к формирователю сигала тревоги и предназначенным для сопоставления текущих значений измеренных датчиками концентраций газовых компонентов с одновременным формированием соотношения текущих значений концентрации и сравнения сформированного соотношения с заданным его значением. К второму выходу микропроцессора последовательно подключены задающий генератор, фазовый манипулятор, второй вход которого через формирователь модулирующего кода соединен со вторым выходом микропроцессора, усилитель мощности и передающая антенна, а на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе к выходу приемной антенны последовательно подключены усилитель высокой частоты, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, и первый усилитель промежуточной частоты, к выходу делителя фазы на два последовательно подключены первый узкополосный фильтр, удвоитель фазы, второй узкополосный фильтр, первый фазовращатель на 90°, фазовый детектор и блок регистрации, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено вторым и третьим фазовращателями на 90°, вторым смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, сумматором, перемножителем, третьим узкополосным фильтром, амплитудным детектором и ключом, причем к второму выходу гетеродина последовательно подключены второй фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, второй усилитель промежуточной частоты, третий фазовращатель на 90°, сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, третий узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к входу делителя фазы на два и к второму входу фазового детектора.

Временные зависимости концентраций основных газовых компонентов, выделяющихся при тлении хлопка, изображены на фиг.1. Временные зависимости концентраций основных газовых компонентов, выделяющихся при тлении древесины, изображены на фиг.2. Структурная схема устройства для раннего обнаружения пожара представлена на рис.3 и 4. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства, показаны на фиг.5. Частотная диаграмма, иллюстрирующая образование дополнительных каналов приема, показана на фиг.6.

Устройство для раннего обнаружения пожара содержит n каналов, каждый из которых в виде, например, газового сенсора 1.i (i=1, 2, …, n), к которому подключены последовательно соединенные согласующий усилитель 2.i и аналого-цифровой преобразователь 3.i. Выход каждого аналого-цифрового преобразователя 3.i подсоединен к соответствующему входу микропроцессора 4, подключенного к формирователю 5 световых и звуковых сигналов тревоги, снабженного световым 6 и звуковым 7 сигнализаторами, при этом выход 8 формирователя 5 соединен с центральным концентратором пожарной охраны (не показан). Количество каналов зависит от количества газовых компонентов, концентрации которых измеряют одновременно на начальной стадии возгорания. Ко второму выходу микропроцессора 4 последовательно подключены формирователь 9 модулирующего кода, фазовый манипулятор 11, второй вход которого через задающий генератор 10 соединен с выходом микропроцессора 4, усилитель 12 мощности и передающая антенна 13.

Устройство для приема сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМн) содержит последовательно включенные приемную антенну 14, усилитель 15 высокой частоты, первый смеситель 17, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина 16, и первый усилитель 18 промежуточной частоты, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина 16 второй фазовращатель 26 на 90°, второй смеситель 27, второй вход которого соединен с выходом усилителя 25 высокой частоты, второй усилитель 28 промежуточной частоты, третий фазовращатель 29 на 90°, сумматор 30, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 18 промежуточной частоты, перемножитель 31, второй вход которого соединен с выходом усилителя 15 высокой частоты, третий узкополосный фильтр 32, амплитудный детектор 33, ключ 34, второй вход которого соединен с выходом сумматора 30, делитель 19 фазы на два, первый узкополосный фильтр 20, удвоитель 21 фазы, второй узкополосный фильтр 22, первый фазовращатель 23 на 90°, фазовый детектор 24, второй вход которого соединен с выходом ключа 34, и блок 25 регистрации.

Устройство для приема сложных ФМн-сигналов устанавливается на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе.

Устройство для раннего обнаружения пожара может быть реализовано на известных элементах отечественного и зарубежного производства, таких как полупроводниковые сенсоры типа ПГС-1 или сенсоры Model 911 фирмы «Sieges (Германия), MICS 1110 фирмы «Motorola» (США), микропроцессоры типа Р1С12С509-А фирмы «Motorola», стандартные АЦП типа АД9202 фирмы «Analog Devices» (каталог 1999 г.) и индикаторы разных марок.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Установлено, что для начальных стадий тления и возгорания большинства известных горючих материалов характерно выделение газовых компонентов, основными из которых являются водород (H2), окись углерода (СО), двуокись углерода (CO2) и ароматические углеводороды (CxHy), причем концентрации этих газов изменяются во времени.

Экспериментально полученные временные зависимости концентраций в воздухе водорода, окиси углерода и ароматических углеводородов, в первые несколько минут после начала тления хлопка и древесины, показаны соответственно на фиг.1 и 2, где К - текущее значение концентрации газового компонента в воздухе в процентах.

Анализ графиков показывает, что в течение первых минут тления идет резкое газовыделение одновременно нескольких газов, а именно водорода, ароматических углеводородов, окиси углерода и двуокиси углерода.

Значения концентраций выделяемых газов для разных горючих материалов могут быть различны, но выделение окиси углерода всегда сопровождается выделением водорода, ароматических углеводородов и двуокиси углерода. При этом значения соотношений концентраций перечисленных газов лежат в определенных пределах.

Установлено, что в первые 2-3 минуты начала процесса тления основных горючих материалов соотношения концентраций в воздухе ароматических углеводородов, водорода, окиси углерода и двуокиси углерода в каждый текущий момент времени составляют:

KCxHy:Кн2:KCO:Ксо2=1:1.5-2.5:6.0-8.5:2.5-4.0

При этом значения соотношения концентраций, например, водорода и окиси углерода лежат в пределах 1:2,4-5,6 в каждый текущий момент времени.

Указанные выше соотношения концентраций основных газовых компонентов выбирают в качестве заданных соотношений величин, с которыми сравнивают соотношение текущих значений концентраций этих компонентов, и в случае их совпадения формируют сигнал тревоги.

Каждый из полупроводниковых газовых сенсоров 1.1-1.n, чувствительный к воздействию одного из перечисленных газовых компонентов (Н2, СО, СО2, и CxHy), изменяет свою проводимость при измерении концентрации этого компонента в воздухе, в результате чего на выходе соответствующего сенсора 1.1-1.n появляется электрический сигнал, величина которого соответствует определенной концентрации этого газового компонента в воздухе. Затем этот сигнал усиливают и преобразуют с помощью соответствующего преобразователя 3.1.-3.n в цифровой сигнал.

Микропроцессор 4 непрерывно или с заданной периодичностью, например, через 0,1-1 минуту опрашивает сенсоры 1.1-1.n, сопоставляет между собой поступившие с них текущие значения сигналов (соответствующие текущим значениям концентраций газовых компонентов в воздухе) и полученные соотношения текущих значений сигналов сравнивает с заданными соотношениями значений сигналов, записанными ранее и хранящимися в его памяти. При совпадении соотношений текущих значений сигналов с заданными соотношениями значений на формирователи 5 и 9 поступают сигналы, формирующие на них сигналы тревоги: световой, звуковой, а также сигнал, подаваемый с выхода 8 на центральный концентратор пожарной охраны, и модулирующий код M(t), отображающий идентификационный номер объекта пожарной безопасности, соответственно.

Устройство вырабатывает устойчивый сигнал тревоги на второй-третьей минутах после начала искусственно вызванного тления строительного мусора, выбранного в качестве горючего материала. Например.

На первой минуте тления строительного мусора, состоящего из тряпок с преобладающим содержанием хлопка, соотношение было:

KCxHy:Кн2:KCO:Ксо2=1:2,6:6:3,7,

на третьей минуте:

KCxHy:Кн2:KCO:Ксо2=1:2,1:5:3.

Соответственно соотношение водорода и окиси углерода на первой минуте:

Кн2:KCO=1:2,3,

а на третьей минуте:

Кн2:KCO=1:2,4.

При тлении строительного мусора с преобладающим составом древесины (стружка, щепа, шпон) на первой минуте соотношение:

KCxHy:Кн2:KCO:Ксо2=1:1,6:8,5:3,

на третьей минуте:

KCxHy:Кн2:KCO:Ксо2=1:2,1:7:2,8.

Соотношение Кн2:KCO=1:2,6 на первой минуте и Кн2:KCO=1:5,3 - на третьей минуте.

При совпадении соотношения текущих значений концентрации основных газовых компонентов с заданными соотношениями в микропроцессоре 4 формируется сигнал, который с его второго выхода поступает на вход задающего генератора 10 и включает его.

Задающий генератор 10 формирует высокочастотное колебание (фиг.5, а)

Uc(t)=Vc·cos(ωc·t+φc), 0≤t≤Tc,

где Vc, ωc, φc, Tc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания, которое поступает на второй вход фазового манипулятора 11, на первый вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода формирователя 9 (фиг.5,б), отображающий идентификационный номер объекта безопасности.

На выходе фазового манипулятора 11 образуется сложный ФМн-сигнал (фиг.5,в)

U1(t)=Vc·cos[ωc·t+φk(t)+φc], 0≤t≤Tc,

где φk(t)={0,π} - манипулирующая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.5, б), причем φk(t)=const при k·τэ<t<(k+1) τэ и может изменяться скачком при t=τэ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, …N);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тс(N·τэ=Tc), который после усиления в усилителе 12 мощности поступает в антенну 13, излучается в эфир, улавливается приемной антенной 14 и через усилитель 15 высокой частоты поступает на первые входы смесителей 17 и 27, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродина 16:

Uг1(t)=Vг·cos(ωг·t+φг),

Uг2(t)=Vг·cos(ωг·t+φг+90°).

На выходах смесителей 17 и 27 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 18 и 28 выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты (фиг.5,г)

Uпр1(t)=Vпр·cos[ωпр·t+φk(t)+φпр],

Uпр2(t)=Vпр·cos[ωпр·t+φk(t)+φпр-90°], 0≤t≤Tc,

где Vпр=1/2Vc·Vг;

ωпрсг - промежуточная (разностная) частота;

φпрсг.

Напряжение Uпр2(t) с выхода усилителя 28 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 29 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

Uпр3(t)=Vпр·cos[ωпр·t+φk(t)+φпр-90°+90°]=Vпр·cos[ωпр·t+φk(t)+φпр], 0≤t≤Tc.

Напряжения Uпр1(t) и Uпр3(t) поступают на два входа сумматора 30, на выходе которого образуется суммарное напряжение

UΣ(t)=VΣ·cos[ωпр·t+φk(t)+φпр], 0≤t≤Tc,

где VΣ=2Vпр.

Это напряжение поступает на первый вход перемножителя 31, на второй вход которого подается принимаемый сигнал U1(t) с выхода усилителя 15 высокой частоты. На выходе перемножителя образуется гармоническое напряжение

U2(t)=V1·cos(ωг·t+φг), 0≤t≤Tc,

где: V1=1/2Vc·VΣ;

которое выделяется узкополосным фильтром 32, детектируется амплитудным детектором 33 и поступает на управляющий вход ключа 34, открывая его. В исходном состоянии ключ 34 всегда закрыт. Частота настройки ωн узкополосного фильтра 32 выбирается равной частоте ωг гетеродина 16 (ωнг).

При этом суммарное напряжение UΣ(t) с выхода сумматора 30 через открытый ключ 34 поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 24 и на вход делителя 19 фазы на два. На выходе последнего образуется напряжение

U3(t)=V3·sin(ωпр/2·t+φпр/2), 0≤t≤Tc,

где V3=0,707V2.

Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 20 и поступает на вход удвоителя 21 фазы, на выходе которого образуется гармоническое напряжение

U4(t)=V4·sin(ωпр·t+φпр), 0≤t≤Tc,

где V4=1/2V32,

которое выделяется узкополосным фильтром 22 и поступает на вход фазовращателя 23 на 90°. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение (фиг 5,е)

U5(t)=V4·sin(ωпр·t+φпр+90°)=V4·cos(ωпр·t+φпр), 0≤t≤Tc,

которое используется в качестве опорного напряжения и подается на второй (опорный) вход фазового детектора 24.

В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 24 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5,ж)

Uн(t)=Vн·cosφk(t), 0≤t≤Tc,

где Vн=1/2VΣ·Vн,

пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.5,б), которое фокусируется блоком 25 регистрации.

Описанная выше работа устройства соответствует случаю приема полезных ФМн-сигналов по основному каналу на частоте ωс (фиг.6).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по зеркальному каналу на частоте ω3

Uз(t)=Vз·cos(ωз·t+φз), 0≤t≤Tз,

то усилителями 18 и 28 промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

Uпр4(t)=Vпр4·cos(ωпр·t+φпр4),

Uпр5(t)=Vпр4·cos(ωпр·t+φпр4+90°), 0≤t≤Tз,

где Vпр=1/2Vз·Vг;

ωпргз - промежуточная частота;

φпр4гз.

Напряжение Uпр5(t) с выхода усилителя 28 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 29 на 90°, на выходе которого образуется следующее напряжение

Uпр6(t)=Vпр4·cos(ωпр·t+φпр+90°+90°)=-Vпр4·cos(ωпр·t+φпр).

Напряжения Uпр4(t) и Uпр6(1), поступающие на два входа сумматора 30, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте ωз, подавляется с помощью «внешнего кольца», состоящего из гетеродина 16, смесителей 17 и 27, фазовращателей 26 и 29 на 90°, усилителей 18 и 28 промежуточной частоты и сумматора 30 и реализующего фазокомпенсационный метод.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте ωк1.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму комбинационному каналу на частоте ωк2

Uк2(t)=Vк2·cos(ωк2·t+φк2), 0≤t≤Tк2,

то усилителями 18 и 28 выделяются следующие напряжения:

Uпр7(t)=Vпр7·cos(ωпр·t+φпр7),

Uпр8(t)=Vпр7·cos(ωпр·t+φпр7-90°), 0≤t≤Tк2,

где Vпр7=1/2Vк2·Vг;

ωпрк2-2ωг - промежуточная частота;

φпр7к2г.

Напряжение с выхода усилителя 28 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 29 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

Uпр9(t)=Vпр7·cos(ωпр·t+φпр7-90°+90°)=Vпр7·cos(ωпр·t+φпр7).

Напряжения Uпр7(t) и Uпр9(t) поступают на два входа сумматора 30, на выходе которого образуется суммарное напряжение

UΣ1(t)=VΣ1·cos(ωпр·t+φпр7), 0≤t≤Tк2,

где VΣ1=2Vпр7,

которое поступает на первый вход перемножителя 31, на второй вход которого подается принимаемый ложный сигнал (помеха) Vк2(t) с выхода усилителя 15 высокой частоты. На выходе перемножителя 31 образуется напряжение

U6(t)=V6·cos(2ωг·t+φг), 0≤t≤Tк2,

где V6=1/2VΣ1·Vг;

которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 32, ключ 34 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте ωк2, подавляется «внутренним кольцом», состоящим из перемножителя 3, узкополосного фильтра 32, амплитудного детектора 33, ключа 34 и реализующим метод узкополосной фильтрации.

Способ и устройство обеспечивают расширение зоны мониторинга объектов пожарной безопасности и своевременную передачу сигнала тревоги с объектов пожарной безопасности в пожарную службу и/или на диспетчерский пункт наблюдения.

Это достигается использованием радиоканала и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Указанные сигналы позволяют применять структурную селекцию. Это значит, что появляется возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.

Ширина спектра Δf2 второй гармоники определяется длительностью Тc сигнала Δf2=1/Тс, тогда как ширина спектра Δfc ФМн-сигнала определяется длительностью τэ, его элементарных посылок Δfс=1/τэ, т.е. ширина спектра второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра Δfс входного сигнала (Δfc/Δf2=N).

Следовательно, в результате деления фазы на два и удвоения фазы ФМн-сигнала его спектр «сворачивается» в N раз. Это и позволяет обнаружить ФМн-сигнал даже тогда, когда его мощность на входе приемника меньше мощности помех и шумов. Кроме того, за счет узкополосной фильтрации удается отфильтровать значительную часть шумов и помех и тем самым повысить чувствительность приемника.

В широко известной схеме А.А.Пистолькорса, которая тоже обеспечивает выделение опорного напряжения, необходимого для синхронного детектирования принимаемого сигнала, непосредственно из самого сигнала, присутствует «обратная работа». Это объясняется тем, что в данной схеме за счет удвоителя частоты фазовая манипуляция стирается полностью, т.е. сигнал разрушается. Поэтому сформированное опорное напряжение из разрушенного сигнала не имеет жесткой когерентности с ФМн-сигналом, отчего и происходит «обратная работа», т.е. сигнал низкочастотный на выходе фазового детектора воспринимается в «негативе»: нули вместо единиц и наоборот.

В предложенном приемнике ФМн-сигнал поступает на делитель фазы, а не на удвоитель частоты. Поэтому ФМн-сигнал не разрушается, а только уменьшается его девиация фазы, в результате чего появляется колебание промежуточной частоты, жестко синфазное с ФМн-сигналом. Последнее и исключает «обратную работу» и повышает достоверность выделения низкочастотного напряжения, пропорционального модуляционному коду M(t).

Одновременное контролирование нескольких газов повышает надежность обнаружения пожара именно на ранних стадиях тления и возгорания. При этом исключается возможность ложных срабатываний измерительного устройства при повышении концентрации одного из газов по любой из причин, не соответствующей процессу возгорания. Последнее возможно, например, в результате утечки газов из баллонов, емкостей или трубопроводов, находящихся внутри или вблизи охраняемых помещений.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами обеспечивают повышение помехоустойчивости и точности определения идентификационного номера объекта пожарной безопасности и его координат.

Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемым по зеркальному и комбинационным каналам.

1. Способ раннего обнаружения пожара, основанный на том, что измеряют текущее значение концентраций в воздухе газовых компонентов, выбранных из группы, состоящей из водорода, окиси углерода, двуокиси углерода и ароматических углеводородов, выделяющихся при тлении горючих материалов, определяют соотношение измеренных концентраций газовых компонентов, которое сравнивают с заданным его значением, при этом сигнал тревоги формируют при совпадении указанных значений соотношений концентрации газовых компонентов, формируют наряду с сигналом тревоги высокочастотное колебание и модулирующий код, отображающий идентификационный номер объекта пожарной безопасности и его координаты, манипулируют высокочастотное колебание по фазе модулирующим кодом, усиливают по мощности сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией, излучают его в эфир, улавливают на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе, преобразуют по частоте, делят по фазе на два, выделяют гармоническое колебание по частоте ωпр/2, удваивают его фазу, выделяют гармоническое колебание на промежуточной частоте ωпр/2, сдвигают его по фазе на 90° и используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования принимаемого сигнала с фазовой манипуляцией на промежуточной частоте, выделяют и регистрируют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, отличающийся тем, что выделяют первое напряжение промежуточной частоты, сдвигают по фазе на 90° напряжение гетеродина, используют его для преобразования по частоте принимаемого сигнала, выделяют второе напряжение промежуточной частоты, суммируют его с первым напряжением промежуточной частоты, суммарное напряжение промежуточной частоты перемножают с принимаемым сигналом, выделяют гармоническое напряжение на частоте ωг гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки суммарного напряжения промежуточной частоты.

2. Устройство для раннего обнаружения пожара, содержащее n датчиков концентраций в воздухе газовых компонентов, выделяющихся при тлении горючих материалов, при этом каждый датчик посредством последовательно соединенных согласующего усилителя и аналого-цифрового преобразователя связан с микропроцессором, подключенным к формирователю сигнала тревоги и предназначенным для сопоставления текущих значений измеренных датчиками концентраций газовых компонентов с одновременным формированием соотношений текущих значений концентраций и сравнения сформированного соотношения с заданным его значением, к второму выходу микропроцессора последовательно подключены задающий генератор, фазовый манипулятор, второй вход которого через формирователь модулирующего кода соединен со вторым выходом микропроцессора, усилитель мощности и передающая антенна, а на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе к выходу приемной антенны последовательно подключены усилитель высокой частоты, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, и первый усилитель промежуточной частоты, к выходу делителя фазы на два последовательно подключены первый узкополосный фильтр, удвоитель фазы, второй узкополосный фильтр, первый фазовращатель на 90°, фазовый детектор и блок регистрации, отличающееся тем, что оно снабжено вторым и третьим фазовращателями на 90°, вторым смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, сумматором, перемножителем, третьим узкополосным фильтром, амплитудным детектором и ключом, причем к второму выходу гетеродина последовательно подключены второй фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, второй усилитель промежуточной частоты, третий фазовращатель на 90°, сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, третий узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к входу делителя фазы на два и к второму входу фазового детектора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике контроля и тревожной сигнализации и предназначено для использования при оперативном контроле и управлении транспортировкой особо важных и опасных грузов.

Изобретение относится к технике сигнализации, контроля, наблюдения и управления подвижными и стационарными объектами. .

Изобретение относится к системам для подачи сигналов тревоги о проникновении злоумышленников или о пожаре с беспроводной передачей информации на центральную станцию.

Изобретение относится к тревожной сигнализации с беспроводной передачей на центральную станцию сигналов, позволяющих определить местоположение объекта, на котором возникли условия, вызвавшие появление сигнала тревоги.

Изобретение относится к технике беспроводной радиосвязи и предназначено для передачи по каналу радиосвязи дискретных информационных сообщений, в частности тревожных сообщений, от объектов охраны, в частности от транспортных средств, на пункт централизованного наблюдения.

Изобретение относится к системам тревожной сигнализации о взломе, о проникновении посторонних лиц или о краже на транспортных средствах и объектах недвижимости. .

Изобретение относится к области сбора и вывоза мусора. .

Изобретение относится к технике сигнализации о несанкционированном проникновении на охраняемый объект, преимущественно автомобиль. .

Изобретение относится к системам охраны с использованием радиосвязи. .

Изобретение относится к охранной технике. .

Изобретение относится к пожарной сигнализации и может быть использовано для обнаружения пожароопасной ситуации на ранней стадии возгорания. .

Изобретение относится к пожарной технике, а именно к технике диагностики и обнаружения предпожарной ситуации в ограниченных объемах и предотвращения возгорания на основе ситуационной информации.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к установочным электроизделиям, и может быть использовано при подключении различных устройств к сети переменного или постоянного тока, предпочтительно в охранной и противопожарной технике, в частности, в охранных приборах и извещателях пожарных.
Изобретение относится к пожарной технике, а именно к технике диагностики и обнаружения предпожарной ситуации посредством контроля значений информативных параметров, характеризующих состояние воздуха на охраняемом объекте, и предотвращения возникновения пожара на основе анализа этой ситуации.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для предупреждения возникновения пожаро-взрывоопасной ситуации в различных емкостях летательных и космических аппаратов в результате утечки газов.

Изобретение относится к области пожарной безопасности и может быть использовано для обнаружения пожара на ранних стадиях тления и возгорания горючих материалов

Изобретения относятся к области пожарной безопасности и могут быть использованы для обнаружения пожара на ранних стадиях тления и возгорания горючих материалов. Технический результат - повышение достоверности раннего обнаружения пожара одновременно на нескольких объектах пожарной безопасности путем передачи сигналов тревоги на разных частотах, поиска. Обнаружения и селекции их в пожарной службе и/или на диспетчерском пункте наблюдения среди других сигналов и помех в заданном диапазоне частот. Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит газовые сенсоры 1.i(i=1,2, …, n), согласующие усилители 2.i, аналого-цифровые преобразователи 3.i, микропроцессор 4, формирователь 5 светового и звукового сигналов тревоги, световой сигнализатор 6, звуковой сигнализатор 7, выход 8 формирователя 5, соединенный с центральным концентратором пожарной охраны, формирователь 9 модулирующего кода, задающий генератор 10, фазовый манипулятор 11, усилитель 12 мощности, передающую антенну 13, приемную антенну 14, усилитель 15 высокой частоты, гетеродин 16, смеситель 17, усилитель 18 промежуточной частоты, делитель 19 фазы на два, узкополосные фильтры 20 и 22, удвоитель фазы 21 и 28, фазовращатель 23 на 90°, фазовый детектор 24, блок 25 регистрации, блок 26 поиска, обнаружитель 27 ФМн-сигнала, измерители 29 и 30 ширины спектра, преобразователь 31 и 32 ширины спектра в амплитуду, блок 33 вычитания, пороговый блок 34, ключ 35 и линию 36 задержки. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Предлагаемые способ и устройство относятся к области пожарной безопасности и могут быть использованы для обнаружения пожара на ранних стадиях тления и возгорания горючих материалов. Техническим результатом изобретения является расширение диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина путем использования зеркального и комбинационных каналов. Система, реализующая предлагаемый способ, содержит газовые сенсоры, согласующие усилители, аналого-цифровые преобразователи, микропроцессор, формирователь световых и звуковых сигналов тревоги, световой сигнализатор, звуковой сигнализатор, выход формирователя, формирователь модулирующего кода, задающий генератор, фазовый манипулятор, усилитель мощности и передающую антенну. Устройство для приема сложных ФМн-сигналов содержит приемную антенну, усилитель высокой частоты, гетеродин, смесители, усилители промежуточной частоты, делитель фазы на два, узкополосные фильтры, удвоитель фазы, фазовращатели на +90°, фазовый детектор, блок регистрации, сумматоры, перемножители, амплитудные детекторы, ключи, блоки обработки. 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

Способ раннего обнаружения пожара и система для его реализации

Наверх