Способ раннего обнаружения пожара и устройство для его реализации



Способ раннего обнаружения пожара и устройство для его реализации
Способ раннего обнаружения пожара и устройство для его реализации
Способ раннего обнаружения пожара и устройство для его реализации
Способ раннего обнаружения пожара и устройство для его реализации
Способ раннего обнаружения пожара и устройство для его реализации

 


Владельцы патента RU 2623988:

ОО Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы (RU)

Изобретение относится к области пожарной безопасности. 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 и сравнивают с заданным его значением, при совпадении указанных значений формируют сигнал тревоги. Наряду с сигналом тревоги формируют 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. Усиливают по напряжению, преобразуют по частоте с использованием напряжения гетеродина. Выделяют напряжение промежуточной частоты и осуществляют поиск сигналов в заданном диапазоне частот путем периодической перестройки частоты гетеродина, а затем удваивают фазу напряжения промежуточной частоты, измеряют ширину спектра принимаемого сигнала на промежуточной частоте и его второй гармонике. Преобразуют значение ширины спектра в соответствующие амплитуды, определяют разность указанных амплитуд, сравнивают ее с пороговым уровнем и в случае его превышения принимают решение об обнаружении сложного сигнала с фазовой манипуляцией, прекращении перестройки частоты гетеродина на время τз, необходимое для синхронного детектирования обнаруженного сложного сигнала с фазовой манипуляцией, разрешении его дальнейшей обработки, в ходе которой делят его по фазе на два, выделяют гармоническое колебание на частоте ωпр/2, удваивают фазу, выделяют колебание на промежуточной частоте ωпр, сдвигают 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, по истечении времени τз продолжают перестройку частоты гетеродина и поиск сигналов в заданном диапазоне частот. В процессе преобразования частоты принимаемого сигнала выделяют напряжение суммарной частоты, детектируют его и используют продетектированное напряжение для разрешения обработки принимаемого сигнала по селекции и обнаружению сложного сигнала с фазовой манипуляцией, выделяют ложный сигнал (помеху), принимаемый по каналу прямого прохождения на промежуточной частоте ωпр, инвертируют его по фазе на 180°, суммируют с принимаемым ложным сигналом (помехой) и компенсируют его. Для реализации способа используют устройство для раннего обнаружения пожара. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости и достоверности приема сигналов тревоги. 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 устройство обнаружения пожара (патенты РФ №№2.032.229, 2.078.377, 2.177.179, 2.207.631, 2.210.813, 2.256.228, 2.256.231, 2.340.002, 2.531.883; патенты США №№5.049.861, 5.079.422, 6.307.477; патент ЕР №0.940.679; патент WO №9.948.070; 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 №2.531.883, G08B 17/117, 2007), которые и выбраны в качестве базовых объектов.

Известные технические решения обеспечивают повышение достоверности раннего обнаружения пожара одновременно на нескольких объектах пожарной безопасности. Это достигается передачей сигналов тревоги на разных частотах одновременно от нескольких объектов пожарной безопасности

При этом на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе осуществляют поиск, обнаружение и селекцию сложных ФМн-сигналов среди других сигналов и помех в заданном диапазоне частот.

Диспетчерский пункт наблюдения построен по схеме панорамного супергетеродинного приемника, в котором одно и то же значение промежуточной частоты ωпр может быть получено в результате приема сигналов на частотах ωс и ωз, т.е.

ωпрсг и ωпргз,

Следовательно, если частоту настройки ωс принять за основной канал приема, то наряду с ним имеет место и зеркальный канал приема, частота ωз которого отличается от частоты ωс на 2ωпр и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты ωг гетеродина (фиг. 6). Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования Кпр, что и по основному каналу приема. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехоустойчивость приемника.

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

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, третьей), так как чувствительность этих каналов близка к чувствительности основного канала приема. Так, двум комбинационным каналам приема при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

ωk1гпр и ωk2=2ωгпр.

Если частота ωп помехи равна промежуточной частоте ωпрппр), то образуется канал прямого прохождения.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения, зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и достоверности приема сигналов тревоги на диспетчерском пункте наблюдения.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности приема сигналов тревоги на диспетчерском пункте наблюдения путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Поставленная задача решается тем, что способ раннего обнаружения пожара, основанный, в соответствии с ближайшим аналогом, 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 концентраций 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, усиливают по напряжению, преобразуют по частоте с использованием напряжения гетеродина, выделяют напряжение промежуточной частоты и осуществляют поиск сигналов в заданном диапазоне частот путем периодической перестройки частоты гетеродина, а затем удваивают фазу напряжения промежуточной частоты, измеряют ширину спектра принимаемого сигнала на промежуточной частоте и его второй гармонике, преобразуют значения ширины спектра в соответствующие амплитуды, определяют разность указанных амплитуд, сравнивают ее с пороговым уровнем и в случае его превышения принимают решение об обнаружении сложного сигнала с фазовой манипуляции, прекращение перестройки частоты гетеродина на время τз, необходимое для синхронного детектирования обнаруженного сложного сигнала с фазовой манипуляцией, и разрешении его дальнейшей обработки, в ходе которой делят его по фазе на два, выделяют гармоническое колебание на частоте ωпр/2, удваивают фазу, выделяют колебание на промежуточной частоте ωпр, сдвигают 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, по истечении времени τз продолжают перестройку частоты гетеродина и поиск сигналов в заданном диапазоне частот, отличается от ближайшего аналога тем, что в процессе преобразования частоты принимаемого сигнала выделяют напряжение суммарной частоты, детектируют его и используют продетектированное напряжение для разрешения обработки принимаемого сигнала по селекции и обнаружении сложного сигнала с фазовой манипуляцией, выделят ложный сигнал (помеху), принимаемый по каналу прямого прохождения на промежуточной частоте ωпр, инвертируют его по фазе на 180°, суммируют с принимаемым ложным сигналом (помехой) и компенсируют его.

Поставленная задача решается тем, что устройство для раннего обнаружения пожара, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, 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 с вторым выходом микропроцессора, усилитель мощности и передающая антенна, а диспетчерский пункт наблюдения и/или пожарная служба содержит последовательно включенные приемную антенну и усилитель высокой частоты, последовательно включенные блок поиска, вход которого соединен с выходом порогового блока, гетеродин, смеситель и усилитель промежуточной частоты, последовательно включенные второй удвоитель фазы, второй измеритель ширины спектра, второй преобразователь ширины спектра в амплитуду, блок вычитания, второй вход которого через первый преобразователь ширины спектра в амплитуду соединен с выходом первого измерителя ширины спектра, пороговый блок, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, первый ключ, делитель фазы на два, первый узкополосный фильтр, первый удвоитель фазы, второй узкополосный фильтр, фазовращатель на 90°, фазовый детектор и блок регистрации, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено третьим узкополосным фильтром, фазоинвертором, сумматором, усилителем суммарной частоты, амплитудным детектором и вторым ключом, причем к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены третий узкополосный фильтр, фазоинвертор и сумматор, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, а выход подключен к второму входу смесителя, к выходу которого последовательно подключены усилитель суммарной частоты, амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к входам второго удвоителя фазы и первого измерителя ширины спектра и к вторым входам фазового детектора и первого ключа.

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 фиг. 3. Структурная схема устройства для приема сложного сигнала с фазовой манипуляцией, содержащего сведения об объектах, где возникает пожар, представлена на фиг. 4. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройств, показаны на фиг. 5.

Устройство для раннего обнаружения пожара содержит n каналов, каждый из которых предназначен для измерения концентрации одного газового компонента и содержит датчик в виде, например, газового сенсора 1.i (i=1, 2, …, n), к которому подключены последовательно соединенные согласующий усилитель 2.i и аналого-цифровой преобразователь 3i. Выход каждого аналого-цифрового преобразователя 3i подключен к соответствующему входу микропроцессора 4, подключенного к формирователю 5 светового и звукового 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. К 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, сумматор 39, смеситель 17, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 16, усилитель 18 промежуточной частоты, второй ключ 42, первый измеритель 29 ширины спектра, первый преобразователь 31 ширины спектра в амплитуду, блок 33 вычитания, пороговый блок 34, второй вход которого через линию задержки 36 соединен с его выходом, первый ключ 35, второй вход которого соединен с выходом второго ключа 42, делитель 19 фазы на два, первый узкополосный фильтр 20, первый удвоитель 21 фазы, второй узкополосный фильтр 22, фазовращатель 23 на 90°, фазовый детектор 24, второй вход которого соединен с выходом второго ключа 42, и блок 25 регистрации. К выходу второго ключа 42 последовательно подключены второй удвоитель 28 фазы, второй измеритель 30 ширины спектра и второй преобразователь 32 ширины спектра в амплитуду, выход которого соединен с вторым входом блока 33 вычитания. Управляющий вход гетеродина 16 через блок 26 поиска соединен с выходом порогового блока 34.

К выходу усилителя 15 последовательно подключены третий узкополосный фильтр 37 и фазоинвертор 38, выход которого соединен с вторым входом сумматора 39. К выходу смесителя 17 последовательно подключены усилитель 40 суммарной частоты и амплитудный детектор 41, выход которого соединен с вторым входом второго ключа 42.

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 «Sieger» (Германия), MICS 1110 фирмы «Motorola» (США), микропроцессоры типа P1C 12С509-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 (Н2), окись углерода (СО), двуокись углерода (СО2) и ароматические углеводороды (СхНу), причем концентрации этих газов изменяются во времени.

Экспериментально полученные временные зависимости концентраций в воздухе водорода, окиси углерода, двуокиси 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 %.

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

КСхНуН2: КСОСО2=1:1,5-2,5:6,0-8.5:4.0.

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

Указанные выше соотношения концентрации основных газовых компонентов выбирают в качестве заданных соотношений величин, с которыми сравнивают соотношение текущих значений концентрации 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, CO2 и CxHy), изменяет свою проводимость при изменении 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 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:

КСхНуН2СО:KCO2=1:2,6:6:3,7,

на третьей минуте:

КСхНуН2СОСО2=1:2,1:5:3.

Соответственно соотношение водорода и окиси углерода на первой минуте:

КН2СО=1:2,3,

а на третьей минуте:

КН2СО=1:2,4

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

КСхНуН2СОСО2=1:1,6:8:3,

на третьей минуте:

КСхНуН2СОСО2=1:2,1:7:2,8.

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)=Uc⋅Cos(ωct+ϕс), 0≤t≤Тс,

где Uc, ωс ϕс, Тс - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания,

которое поступает на второй вход фазового манипулятора, на первый вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода формирователя 9 (фиг. 5, б), отображающий идентификационный номер объекта пожарной безопасности. На выходе фазового манипулятора 11 образуется сложный ФМн-сигнал (фиг. 5, в)

u1(t)=Uc⋅Cos[ωct+ϕk(t)+ϕc], 0≤t≤Тс,

где ϕk(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) 9 фиг. 5, б), причем ϕk(t)=const при Кτэ<t<(К+1) τэ и может изменяться скачком при t=Кτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2, …, N); τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тс(Tc=N⋅τэ),

который после усиления в усилителе 12 мощности поступает в антенну 13 и излучается ею в эфир.

Следовательно, сигнал тревоги каждого объекта пожарной безопасности характеризуется несущей частотой и модулирующим кодом, отображающим его идентификационный номер.

На диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе поиск ФМн-сигналов осуществляется путем перестройки частоты гетеродина 16 в заданном диапазоне частот Df.

Принимаемый ФМн-сигнал u1(t) (фиг. 5, в) с выхода приемной антенны 14 через усилитель 15 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 17, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 16 линейно-изменяющейся частоты

uг(t)=Uг⋅Cos(ωгt+πγt2г), 0≤t≤Tп,

где - скорость перестройки частоты гетеродина в заданном диапазоне частоты Df; Тп - период перестройки.

Поиск сложных ФМн-сигналов в заданном диапазоне частот Df осуществляется путем периодической перестройки частоты гетеродина 16 с помощью блока 26 поиска, в качестве которого может быть использован генератор пилообразного напряжения.

На выходе смесителя 17 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18 и 40 выделяются напряжения промежуточной (разностной) и суммарной частот:

uпр(t)=Uпр⋅Cos[ωпрt+ϕк(t)-πγt2пр],

uΣ(t)=Uпр⋅Cos[ωΣt+ϕк(t)+πγt2Σ], 0≤t≤Tc,

где ; ωпрсг - промежуточная частота;

ωΣсг; ωΣгс - суммарная частота;

ϕпрсг; ϕΣгс.

Напряжение uΣ(t) с выхода усилителя 40 суммарной частоты поступает на вход амплитудного детектора 41, который выделяет его огибающую. Последняя поступает на управляющий вход ключа 42, открывая его. В исходном состоянии ключ 42 всегда закрыт. При этом напряжение uΣ(t) с выхода усилителя 18 промежуточной частоты через открытый ключ 42 поступает на входы первого измерителя 29 ширины спектра и второго удвоителя 28 фазы. На выходе последнего образуется следующее напряжение

u2(t)=U2⋅Cos(2ωпрt+2πγt2+2ϕпр),

где , в котором фазовая манипуляция уже отсутствует, так как 2ϕk(t)={0,2π}. Это напряжение поступает на вход второго измерителя 30 ширины спектра.

Ширина спектра Δfc сложного ФМн-сигнала определяется длительностью τэ его элементарных посылок

тогда как ширина спектра его второй гармоники определяется длительностью Tc сигнала

т.е. ширина спектра второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра входного сигнала

Следовательно, в результате удвоения фазы сложного ФМн-сигнала его ширина спектра «сворачивается» в N раз.

Ширина спектра Δfc сложного ФМн-сигнала и его второй гармоники Δf2 измеряются с помощью измерителей 29 и 30 ширины спектра. Измеренные значения ширины спектра Δfc и Δf2 поступают на входы преобразователей 31 и 32 ширины спектра, в амплитуду. На выходе последних образуются напряжения, амплитуды которых UI и UII пропорциональны ширине спектра Δfc и Δf2, соответственно (UI=Δfc, UII=Δf2). Так как Δfc>>Δf2, то и UI>>UII. Амплитуды UI и UII поступают на два входа блока 33 вычитания, на выходе которого образуется разность

ΔUI-UII,

которая сравнивается с пороговым уровнем Vпор в пороговом блоке 34. Пороговое напряжение Vпор выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи, шумы и другие ложные сигналы.

При превышении порогового уровня Uпор (ΔU>Uпор) в пороговом блоке 34 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 35, открывая его, на управляющий вход блока 26 поиска, выключая его, и на вход линии 36 задержки, время задержки τз которой выбирается таким, чтобы можно было обработать и зафиксировать обнаруженный ФМн-сигнал. В исходном состоянии ключ 35 всегда закрыт.

При ложных сигналах (помехах) ΔU≈0 и ключ 35 не открывается.

Следовательно, второй удвоитель 28 фазы, измерители 29 и 30 ширины спектра, преобразователи 31 и 32 ширины спектра в амплитуду, блок 33 вычитания, пороговый блок 34, ключ 35 и линия 36 задержки образуют обнаружитель 27 ФМн-сигналов и обеспечивают их селекцию среди других сигналов и помех в заданном диапазоне частот Df.

При прекращении перестройки частоты ωг гетеродина 16 усилителями 18 и 40 выделяются следующие напряжения:

uпр1(t)=Uпр⋅Cos[ωпрt+ϕк(t)+ϕпр],

uΣ(t)=Uпр⋅Cos[ωΣt+ϕк(t)+ϕΣ], 0≤t≤Tc.

Напряжение uпр1(t) с выхода усилителя 18 промежуточной частоты через открытый ключ 35 поступает на вход делителя 19 фазы на два, на выходе которого образуется гармоническое напряжение (фиг. 5, д)

uз(t)=U3⋅Sin[ωпр/2t+ϕпр/2], 0≤t≤Тс,

где u3=0,707 U2.

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

u4(t)=U4⋅Sin(ωпрt+ϕпр), 0≤t≤Тс,

где ,

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

u5(t)=U4⋅Sin(ωпрt+ϕпр+90°)=U4⋅Cos(ωпрt+ϕпр), 0≤t≤Тс,

которое используется в качестве опорного напряжения и подается на опорный вход фазового детектора 24, на информационный вход которого поступает ФМн-сигнал на промежуточной частоте Uпр(t) (фиг. 5, г) с выхода усилителя 18 промежуточной частоты.

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

uн(t)=Uн⋅Cos ϕк(t), 0≤t≤Tc,

где ,

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

По истечении времени τз напряжение с выхода линии 36 задержки поступает на второй (управляющий) вход порогового блока 34 и сбрасывает его содержимое на нулевое значение. При этом ключ 35 закрывается, а блок 26 поиска отключается, т.е. они возвращаются в свои исходные состояния.

При обнаружении следующего сложного ФМн-сигнала, принадлежащего другому объекту пожарной безопасности и имеющего другую несущую частоту, работа устройства происходит аналогичным образом.

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

Если ложный сигнал (помеха) поступает на вход диспетчерского пункта наблюдения по каналу прямого прохождения на промежуточной частоте ωпр

uп(t)=Uп⋅Cos(ωпрt+ϕп), 0≤t≤Тс,

То он поступает на первый вход сумматора 39, выделяется узкополосным фильтром 37, частота настройки ωн1 которого выбирается равной промежуточной частоте ωпрн1пр), и поступает на вход фазоинвертора 38. На выходе последнего образуется напряжение

uп1(t)=Uп⋅Cos(ωпрt+ϕп), 0≤t≤Тс,

которое подается на второй вход сумматора 39. Напряжение uп(t) и uп1(t), поступающие на два входа сумматора 39, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по каналу прямого прохождения на промежуточной частоте ωпр, подавляется фильтром-пробкой, состоящим из узкополосного фильтра 37, фазоинвертора 38, сумматора 39 и реализующим фазокомпенсационный метод.

При приеме сигналов на других частотах у сумматора 39 задействовано только одно плечо и он выполняет функцию простого передаточного звена.

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

uз1(t)=Uз⋅Cos(ωзt+ϕз), 0≤t≤Тз,

то на выходе смесителя 17 образуются следующие напряжения:

uпр2(t)=Uпр1⋅Cos(ωпрt+ϕпр1),

uΣ1(t)=Uпр⋅Cos(ωΣ1t+ϕΣ1), 0≤t≤Tз,

где ;

ωпргз - промежуточная (разностная) частота;

ωΣ1зг - первая суммарная частота;

ϕпр1зз1; ϕΣ1зг.

Напряжение uпр2(t) попадает в полосу пропускания усилителя 18 промежуточной частоты. Однако напряжение uΣ2(t) не попадает в полосу пропускания усилителя 40 суммарной частоты. Это объясняется тем, что частота настройки ωн2 выбрана равной частоте ωΣгсн2Σ). Первая суммарная частота ωΣ1зг отличается от суммарной частоты ωΣ на удвоенное значение промежуточной частоты 2ωпрΣΣ1=2ωпр). Ключ 42 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте ωз, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и другие ложные сигналы (помехи), принимаемые по другим дополнительным каналам.

Для своевременной передачи сигнала тревоги с объектов пожарной безопасности в пожарную службу и/или на диспетчерский пункт наблюдения используются радиоканалы и сложные сигналы с фазовой манипуляцией.

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

В предложенном приемнике ФМн-сигнал на промежуточной частоте поступает на делитель фазы на два, а не на удвоитель частоты. Поэтому ФМн-сигнал полностью не разрушается, а только уменьшается его девиация фазы. В результате чего формируется колебание промежуточной частоты жестко синфазное с ФМн-сигналом. Последнее и исключает явление «обратной работы» и повышает достоверность выделения низкочастотного напряжения, пропорционального модулирующему 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.

Предлагаемые способ и устройство обеспечивают повышение достоверности раннего обнаружения пожара одновременно на нескольких объектах пожарной безопасности. Это достигается передачей сигналов тревоги на разных частотах одновременно от нескольких объектов пожарной безопасности. При этом на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе осуществляют поиск, обнаружение и селекцию сложных ФМн-сигналов среди других сигналов и помех в заданном диапазоне частот.

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.

В результате деления фазы на два и удвоения фазы ФМн-сигнала его спектр «сворачивается» в N раз. Это и позволяет обнаружить сложный 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.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение помехоустойчивости и достоверности приема сигналов тревоги на диспетчерском пункте наблюдения и/или в пожарной службе. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам (по каналу прямого прохождения на промежуточной частоте ωпр, по зеркальному каналу на частоте ωз, по первому комбинационному каналу на частоте ωн1, по второму комбинационному каналу на частоте ωк2 и по другим дополнительным каналам).

При этом для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения на промежуточной частоте ωпр, используется фильтр-пробка, состоящий из узкополосного фильтра 37, фазоинвертора 38, сумматора 39 и реализующий фазокомпенсационный метод.

Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу на частоте ωз и по другим дополнительным каналам, используется цепочка, состоящая из усилителя 40 суммарной частоты, амплитудного детектора 41, ключа 42 и реализующей метод суммарной частоты.

Следует отметить, что указанные технические решения являются весьма эффективными и отличаются простотой реализации.

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 концентраций 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, усиливают по напряжению, преобразуют по частоте с использованием напряжения гетеродина, выделяют напряжение промежуточной частоты и осуществляют поиск сигналов в заданном диапазоне частот путем периодической перестройки частоты гетеродина, а затем удваивают фазу напряжения промежуточной частоты, измеряют ширину спектра принимаемого сигнала на промежуточной частоте и его второй гармонике, преобразуют значение ширины спектра в соответствующие амплитуды, определяют разность указанных амплитуд, сравнивают ее с пороговым уровнем и в случае его превышения принимают решение об обнаружении сложного сигнала с фазовой манипуляцией, прекращении перестройки частоты гетеродина на время τз, необходимое для синхронного детектирования обнаруженного сложного сигнала с фазовой манипуляцией, и разрешении его дальнейшей обработки, в ходе которой делят его по фазе на два, выделяют гармоническое колебание на частоте ωпр/2, удваивают фазу, выделяют колебание на промежуточной частоте ωпр, сдвигают 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, по истечении времени τз продолжают перестройку частоты гетеродина и поиск сигналов в заданному диапазоне частот, отличающийся тем, что в процессе преобразования частоты принимаемого сигнала выделяют напряжение суммарной частоты, детектируют его и используют продетектированное напряжение для разрешения обработки принимаемого сигнала по селекции и обнаружении сложного сигнала с фазовой манипуляции, выделяют ложный сигнал (помеху), принимаемый по каналу прямого прохождения на промежуточной частоте ωпр, инвертирут его по фазе на 180°, суммируют с принимаемым ложным сигналом (помехой) и компенсируют его.

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, ко второму выходу микропроцессора последовательно подключены задающий генератор, фазовый манипулятор, второй входе которого через формирователь модулирующего кода соединен со вторым выходом микропроцессора, усилитель мощности и передающая антенна, а диспетчерский пункт наблюдения и/или пожарная служба содержит последовательно включенные приемную антенну и усилитель высокой частоты, последовательно включенные блок поиска, вход которого соединен с выходом порогового блока, гетеродин, смеситель и усилитель промежуточной частоты, последовательно включенные второй удвоитель фазы, второй измеритель ширины спектра, второй преобразователь ширины спектра в амплитуду, блок вычитания, второй вход которого через первый преобразователь ширины спектра в амплитуду соединен с выходом первого измерителя ширины спектра, пороговый блок, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, первый ключ, делитель фазы на два, первый узкополосный фильтр, первый удвоитель фазы, второй узкополосный фильтр, фазовращатель на 90°, фазовый детектор и блок регистрации, отличающееся тем, что оно снабжено третьим узкополосным фильтром, фазоинвертором, сумматором, усилителем суммарной частоты, амплитудным детектором и вторым ключом, причем к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены третий узкополосный фильтр, фазоинвертор и сумматор, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, а выход подключен ко второму входу смесителя, к выходу которого последовательно подключены усилитель суммарной частоты, амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к входам второго удвоителя фазы и первого измерителя ширины спектра и к вторым входам фазового детектора и первого ключа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области предупреждения пожаров при возгораниях на больших площадях и может быть использовано для раннего обнаружения и определения типа лесного пожара (низовой, верховой).

Система содержит поездную линию связи, блок машиниста, блоки вагонов, пожарные извещатели, концевые выключатели дверей вагона и громкоговорителя. Причем каждый из блоков машиниста и вагона выполнен в герметичном корпусе, в блок машиниста включен узел электропитания, оперативно запоминающее устройство и процессор, обеспечивающий обмен по линии связи и формирующий информационные сообщения, а блок вагона представляет собой электронное микропроцессорное устройство, установленное в каждом вагоне электропоезда и осуществляющее питание линии связи пожарных извещателей, измерение тока в линии связи и формирование по запросу блока машиниста кодовой посылки, содержащей информацию о своей работоспособности и состоянии подключенных цепей, при этом опрос каждого блока вагона блоком машиниста производится по выделенной линии связи.

Изобретение относится к сигнализационной технике, в частности к кабелям-датчикам, применяемым для контроля параметров окружающей среды в аварийных системах оповещения промышленных предприятий, и представляет собой кабель-датчик, содержащий металлические коаксиальные оболочки, разделенные оксидными наполнителями, при этом внешняя и внутренние оболочки перфорированы, а наполнители выполнены из сенсорных материалов, изменяющих электросопротивление от влажности.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для взврывозащиты технологического оборудования. Технический результат - повышение эффективности защиты технологического оборудования от взрывов путем увеличения быстродействия и надежности срабатывания разрывных элементов.

Изобретение относится к системам обнаружения пожарной опасности и пожара и может быть использовано в судостроении, в частности в системах обнаружения пожарной опасности и пожара на подводных лодках, а также для мониторинга пожароопасной обстановки в отсеках подводной лодки.

Изобретение относится к области противопожарной техники и предназначено для обнаружения пожароопасной ситуации на самых ранних стадиях развития. Электроиндукционный пожарный извещатель содержит измерительный усилитель, блок обработки информации, блок питания, высоковольтный импульсный генератор и измерительную линию.

Настоящее изобретение относится к области пожарной безопасности и электроэнергетики, а именно к способам обнаружения предпожарных ситуаций, возникающих в результате локальных перегревов электрооборудования, и предназначено для предупреждения пожаров, возникающих из-за неисправностей электропроводки, в частности неисправностей в электроустановочных устройствах.

Настоящее изобретение относится к средствам контроля за предпожарными ситуациями, возникающими в результате локальных перегревов электрооборудования, и предназначено для предупреждения пожаров, возникающих из-за неисправностей электропроводки, в частности неисправностей в электроустановочных устройствах.

Изобретение относится к области дистанционного зондирования Земли из космоса. Технический результат заключается в повышении устойчивости и достоверности результатов контроля.

Изобретение относится к области пожарной безопасности, а именно к способам и устройствам предупреждения пожаров, возникающих при неисправностях в электрических сетях и электроустановках.
Наверх