BG67306B1 - Multifunctional optical fire detector - Google Patents
Multifunctional optical fire detector Download PDFInfo
- Publication number
- BG67306B1 BG67306B1 BG112583A BG11258317A BG67306B1 BG 67306 B1 BG67306 B1 BG 67306B1 BG 112583 A BG112583 A BG 112583A BG 11258317 A BG11258317 A BG 11258317A BG 67306 B1 BG67306 B1 BG 67306B1
- Authority
- BG
- Bulgaria
- Prior art keywords
- detector
- light
- optical
- temperature
- smoke
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 22
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 17
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 5
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 35
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 abstract description 35
- 239000000779 smoke Substances 0.000 abstract description 24
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 6
- 239000002360 explosive Substances 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 16
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 15
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 11
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 10
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 238000002198 surface plasmon resonance spectroscopy Methods 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 102000001554 Hemoglobins Human genes 0.000 description 1
- 108010054147 Hemoglobins Proteins 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000010892 electric spark Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Област на техникатаField of technology
Изобретението се отнася до многофункционален оптичен противопожарен детектор, който детектора едновременно и непрекъснато въглероден оксид (CO), дим и температура, като детекцията е изцяло оптическа в детектора не се прилага електрично напрежение и не протича електричен ток. Намира приложение в пожароизвестителни системи за всички типове помещения, както и такива с взривоопасна и агресивна среда.The invention relates to a multifunctional optical fire detector, which detector simultaneously and continuously carbon monoxide (CO), smoke and temperature, as the detection is entirely optical in the detector no voltage is applied and no electric current flows. It is used in fire alarm systems for all types of premises, as well as those with explosive and aggressive environments.
Предшестващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION
Изобретението цели да създаде универсален и многофункционален противопожарен датчик:The invention aims to create a universal and multifunctional fire sensor:
- за противопожарна охрана на обекти с разнообразно приложение;- for fire protection of sites with various applications;
- който едновременно и непрекъснато детектира въглероден оксид, дим и температура;- which simultaneously and continuously detects carbon monoxide, smoke and temperature;
- който е изцяло оптичен, като светлината в детектора се подвежда по оптични влакна; детектирането на CO, дим и температура е базирано на оптични принципи; в детектора няма електрично напрежение и не протича електричен ток, както е при конвенционалните детектори.- which is fully optical, with the light in the detector being fed through optical fibers; the detection of CO, smoke and temperature is based on optical principles; there is no voltage in the detector and no electric current flows as with conventional detectors.
Детекцията на CO е задължителна при използване на отопление на твърдо гориво, според регулациите на много страни. Вграждането на сензор за CO в противопожарния датчик е най- ефективно. Всички известни до момента датчици са електрохимични - датчикът работи при електрическо напрежение и в него протича електричен ток.CO detection is mandatory when using solid fuel heating, according to the regulations of many countries. The installation of a CO sensor in the fire sensor is the most effective. All known sensors are electrochemical - the sensor operates at an electrical voltage and an electric current flows through it.
Електрическото захранване на датчика се осъществява или чрез свързване с електрическата мрежа или чрез батерия. И в двата случая тези датчици са опасни за използване във взривоопасни обекти или в обекти с агресивна химична среда, тъй като е доказано, че е възможно възникване на електрична искра, която да причини взрив.The power supply of the sensor is provided either by connection to the mains or by a battery. In both cases, these sensors are dangerous for use in potentially explosive atmospheres or in areas with aggressive chemical environments, as it has been shown that an electric spark can cause an explosion.
В документ DE102011088850 ВЗ се съобщава за детектор на дим в противопожарна алармена система, който е изграден на принципа на разсейване на светлината на насочен лъч светлина в посока, различна от посоката му на разпространение. Недостатък на този тип сензори е възникване на фалшив сигнал - запрашване на въздуха води до същия ефект.Document DE102011088850 BZ reports a smoke detector in a fire alarm system which is based on the principle of light scattering of a directed beam of light in a direction different from its direction of propagation. The disadvantage of this type of sensors is the occurrence of a false signal - dust in the air leads to the same effect.
В документ ЕП0248723 А1 се съобщава за сензор за установяване критична температура в охранявано от пожар помещение. В помещението са поставени оптични влакна, чиято полимерно отразяващо покритие се разрушава при определена температура. При това, интензитета на преминалата през оптичните влакна светлина рязко намалява, което и служи за индикация на температура, причинена от пожар. Недостатък на този метод е детекцията на определена температура, която се счита за критична. Това не отговаря на съвременните изисквания към противопожарните системи, които изискват непрекъснато измерване на температурата и критерии на опасност е градиента на изменение на температурата.Document EP0248723 A1 reports a sensor for detecting critical temperature in a fire-protected room. Optical fibers are placed in the room, the polymer reflective coating of which is destroyed at a certain temperature. At the same time, the intensity of the light passing through the optical fibers decreases sharply, which serves as an indication of the temperature caused by fire. The disadvantage of this method is the detection of a certain temperature, which is considered critical. This does not meet modern requirements for fire protection systems, which require continuous temperature measurement and hazard criteria is the gradient of temperature change.
В документ RU2336573 С1 се съобщава за противопожарен сензор, който алармира за възникване на дим и газове в начален стадии на пожар. Сензорът се състой от два оптични канала. Единият е на дължина на вълната, която се поглъща от детектеруемия газ, като за наличието му се съди по намаляване на интензитета на светлината. Другият канал е на друга дължина на вълната, като намаляване на интензитета може да се дължи единствено на наличието на дим. Недостатък на сензора е детекцията по изменение на интензитета на светлината. ТоваDocument RU2336573 C1 reports a fire sensor that alerts the occurrence of smoke and gases in the initial stages of a fire. The sensor consists of two optical channels. One is the wavelength that is absorbed by the detectable gas, and its presence is judged by the reduction in light intensity. The other channel is at a different wavelength, and the decrease in intensity can only be due to the presence of smoke. Disadvantage of the sensor is the detection of changes in light intensity. This
BG 67306 Bl изменение може да се дължи на много фактори, несвързани с явленията, подлежащи на контрол. Това определя ниска надеждност на сензора.BG 67306 Bl change may be due to many factors unrelated to the phenomena to be controlled. This determines the low reliability of the sensor.
В документ US4839527 се съобщава за система, която регистрира газове и дим чрез спектрален анализ, като наличието им е критерии за пожар. Регистрацията става в сензор, поставена в охраняваното помещение. Светлина с определен спектър се подвежда към сензора и се отвежда от него с оптични влакна. Възможно е да се постави и друг сензор, който да измерва температура, но не се уточнява принципа на работа. Съществените отличия от нашия детектор са в това, че измерването на дим, CO и температура става едновременно и в едно устройство. Предложеното измерване на наличие на газове по спектъра им на поглъщане не може да се осъществи с оптични влакна, защото те имат големи загуби за онези дължини на вълните, които са информативни за газовете. Вероятно на това не е обърнато внимание към момента на подаване на заявката (1989 г.) тъй като влакнесто-оптичната оптика към онзи момент е била на начален етап на развитие. Съществено отличие на нашето изобретение е, че измервания спектрален отклик не се дължи на спектралните свойства на газа, а на резултата на взаимодействието му с разпознаващо вещество, което силно улеснява практическата реализация.Document US4839527 reports a system that detects gases and smoke by spectral analysis, the presence of which is a fire criterion. The registration takes place in a sensor placed in the guarded room. Light with a certain spectrum is fed to the sensor and is removed from it by optical fibers. It is possible to install another sensor to measure temperature, but the principle of operation is not specified. The essential differences from our detector are that the measurement of smoke, CO and temperature takes place simultaneously in one device. The proposed measurement of the presence of gases along their absorption spectrum cannot be performed with optical fibers, because they have large losses for those wavelengths that are informative for the gases. Probably no attention was paid to this at the time of the application (1989) as fiber optics was at an early stage of development at that time. An essential difference of our invention is that the measured spectral response is not due to the spectral properties of the gas, but to the result of its interaction with a recognizing substance, which greatly facilitates the practical implementation.
Такъв подход е разкрит в JPH1096690 (А), където се съобщава за сензор за измерване на въглероден оксид. Газът се детектира по взаимодействието му с неорганични разпознаващи елементи. Отличието от нашия детектор е, че той използва органично вещество за детектиране на CO, както че измерва едновременно и дим и температура.Such an approach is disclosed in JPH1096690 (A), where a carbon monoxide sensor is reported. The gas is detected by its interaction with inorganic recognition elements. The difference from our detector is that it uses organic matter to detect CO, as it measures both smoke and temperature.
Разкритият в GB2310726 (А) противопожарен сензор детектира CO на същия принцип. Отличието му от нашия детектор е, че сензорът не е изцяло оптичен - за функционирането му е необходимо електрическо захранване.The fire sensor disclosed in GB2310726 (A) detects CO on the same principle. Its difference from our detector is that the sensor is not fully optical - it requires power to operate.
Задачите, които решава настоящето изобретение са:The tasks solved by the present invention are:
Ранното предупреждение за пожар изисква ранно детектиране на дим и на газове, отделящи се в началната фаза на пожара - при непълно горене. Тези газове са различни при различните продукти на горене, но при всички са отделя въглероден оксид CO. Едновременната им детекция позволява датчикът да е универсален - да се използва за противопожарна охрана на обекти с различно предназначение и съхраняващи различни продукти, както и да се сведе практически до нула възможността за фалшиви сигнали. Настоящето изобретение се отнася за изцяло оптичен противопожарен детектор, което позволява охраната на помещения за производство на взривни материали, складове за такива материали, военни кораби, подводници, химически производства, мини и минни производства, транспортни тунели.Early warning of a fire requires early detection of smoke and gases released in the initial phase of the fire - incomplete combustion. These gases are different in different combustion products, but all emit carbon monoxide. Their simultaneous detection allows the sensor to be universal - to be used for fire protection of objects with different purposes and storing different products, as well as to reduce to virtually zero the possibility of false signals. The present invention relates to an all-optical fire detector, which allows the security of premises for the production of explosives, warehouses for such materials, warships, submarines, chemical plants, mines and mines, transport tunnels.
Техническа същност на изобретениетоTechnical essence of the invention
Задачата на изобретението е да създаде универсален и многофункционален противопожарен детектор, който да детектира едновременно и непрекъснато CO, дим и температура, като детектирането се извършва изцяло на оптични принципи.The object of the invention is to provide a universal and multifunctional fire detector, which detects simultaneously and continuously CO, smoke and temperature, the detection being performed entirely on optical principles.
Изброените недостатъци на предшестващото състояние на техниката се преодоляват чрез създаването на нов метод за измерване на CO и комбинирането му с известни методи за измерване на дим и температура в конструирано ново устройство, представляващо противопожарен детектор.The listed disadvantages of the prior art are overcome by creating a new method for measuring CO and combining it with known methods for measuring smoke and temperature in a designed new device, which is a fire detector.
Новият метод за измерване на CO се основава на регистриране на взаимодействието на молекулата на CO с вещество (разпознаващо), което има силен афинитет на взаимодействие с CO. Разпознаващото вещество може даThe new method for measuring CO is based on recording the interaction of the CO molecule with a substance (recognizing) that has a strong affinity for interaction with CO. The recognizing substance can
BG 67306 Bl бъде Ag-YSZ (сребро със стабилизиран итрий и цирконий), калаен двуоксид или синтетичен хемоглобин. Регистрацията на взаимодействие с CO се извършва чрез повърхнинна плазмонна вълна, възбудена на повърхността на златна дифракционна решетка, на чиято повърхност е нанесено разпознаващото вещество, както е показано на фигура 1. Повърхнинната плазмонна вълна се възбужда от лъч бяла светлина, падащ под точно определен ъгъл θ (фиг.1). При този ъгъл на падане спектърът на отразената светлина има минимум при точно определена дължина на вълната (крива 1, фиг.2). Това явление се нарича плазмонен резонанс. Ъгълът на падане θ и дължината на вълната λ при която се наблюдава минимум на интензивността (т. е. при която възниква резонанс), са свързани с формулата:BG 67306 B1 is Ag-YSZ (silver with stabilized yttrium and zirconium), tin dioxide or synthetic hemoglobin. The registration of the interaction with CO is performed by a surface plasmon wave excited on the surface of a gold diffraction grating, on the surface of which the recognition substance is applied, as shown in Figure 1. The surface plasmon wave is excited by a beam of white light falling at a specific angle θ (figure 1). At this angle of incidence, the spectrum of the reflected light has a minimum at a precisely defined wavelength (curve 1, Fig. 2). This phenomenon is called plasmon resonance. The angle of incidence θ and the wavelength λ at which a minimum of intensity is observed (ie at which resonance occurs) are related to the formula:
А / Х*2 A / X * 2
Λ = — ί—-) -sin(0) \\ m n !Λ = - ί—-) -sin (0) \\ mn !
където Λ е константата на решетката, £т е диелектричната проницаемост на метала, а εη е диелектричната проницаемост на разпознаващото вещество. На фигура 1 резонансната дължина на вълната (фиг.1) е: 728.0 nm. От формулата се вижда, че тя се променя при промяна на диелектричната проницаемост на разпознаващото вещество, което става при взаимодействие дори с няколко молекули CO - регистрацията на взаимодействие с плазмонен резонанс е изключително чувствителна. Крива 2 на фигура 2 показва плазмонния резонанс при взаимодействие с CO с концентрация 100 ppm (0.01 %) - плазмонният резонанс е отместен с 10.4 nm. Отместването зависи единствено от концентрацията на CO. Зависимостта - спектрално отместване на плазмонния резонанс/концентрация на CO се калибрира предварително. Измерва се спектралното отместване и оттам концентрацията на CO. Плазмонния резонанс (т. е. спектърът на отразената от дифракционната решетка светлина) се измерва със стандартен спектрометър.where Λ is the lattice constant, £ m is the dielectric constant of the metal, and ε η is the dielectric constant of the recognition substance. In Figure 1, the resonant wavelength (Figure 1) is: 728.0 nm. It can be seen from the formula that it changes when the dielectric constant of the recognizing substance changes, which occurs upon interaction with even several CO molecules - the registration of the interaction with plasmon resonance is extremely sensitive. Curve 2 in Figure 2 shows the plasmon resonance upon interaction with CO at a concentration of 100 ppm (0.01%) - the plasmon resonance was displaced by 10.4 nm. The displacement depends only on the CO concentration. The dependence - spectral shift of plasmon resonance / CO concentration is calibrated in advance. The spectral shift and hence the CO concentration are measured. Plasma resonance (ie the spectrum of light reflected from the diffraction grating) is measured with a standard spectrometer.
До разпознаващото вещество е осигурен свободен достъп на въздух от охраняваното помещение. Наличието на CO винаги е свързано с процес и на горене и при регистрирането му се подава сигнал за пожарна опасност.Free access of air from the guarded room is provided to the recognizing substance. The presence of CO is always associated with a combustion process and when it is registered, a fire alarm is given.
Регистрирането на дим става по познат метод: следи се амплитудата на отразената от дифракционната решетка светлина. Амплитудата на светлината не зависи от концентрацията на CO, а единствено от наличието на димни частици във въздуха на охраняемото помещение. На фигура 26, крива 3 е показан сигналът на плазмонния резонанс при концентрация 100 ppm и наличието на дим. Амплитудата на сигнала намалява поради поглъщането и разсейването на светлина от димните частици, но спектралното положение на резонанса се запазва. Намаляването на амплитудата на оптичния сигнал винаги е свързано с наличието на дим. При намаляване на амплитудата на сигнала с повече от 10% се подава сигнал за пожарна опасност.Smoke is detected by a known method: the amplitude of the light reflected from the diffraction grating is monitored. The amplitude of the light does not depend on the concentration of CO, but only on the presence of smoke particles in the air of the guarded room. Figure 26, curve 3 shows the plasmon resonance signal at a concentration of 100 ppm and the presence of smoke. The amplitude of the signal decreases due to the absorption and scattering of light by the smoke particles, but the spectral position of the resonance is preserved. The decrease in the amplitude of the optical signal is always associated with the presence of smoke. When the signal amplitude is reduced by more than 10%, a fire hazard signal is given.
Регистрирането на CO и на дим едновременно се отразява, като абсолютно сигурен признак на пожар със съответната сигнализация. Комбинирането на двете регистрации позволява да се елиминират фалшиви сигнали при наличието на прах вместо дим.The registration of CO and smoke is reflected at the same time as an absolutely certain sign of a fire with the appropriate alarm. Combining the two registrations allows to eliminate false signals in the presence of dust instead of smoke.
Принципът на измерване на температурата се основава на температурната зависимост на ширината на забранената зона на полупроводник GaAs:The principle of temperature measurement is based on the temperature dependence of the band gap of a GaAs semiconductor:
αΤ2 αΤ 2
Eg (Т) = Eg (0) - — където Eg е ширината на забранената зона, Т е температурата, а Ед (0), а и β са параметри специфични за материала. За GaAs техните стойности са Ед (0) = 1.519 eV, а = 5.41 х 10‘4 eV/К, β = 204 К. От уравнението може да се получи теоретичната зависимост на ширината на забранената зона и на дължината на вълната λ(Τ), от коятоEg (T) = Eg (0) - - where Eg is the band gap, T is the temperature, and E e (0), and β are material-specific parameters. For GaAs their values are E e (0) = 1.519 eV, a = 5.41 x 10 ' 4 eV / K, β = 204 K. From the equation we can get the theoretical dependence of the band gap and the wavelength λ ( Τ) from which
BG 67306 Bl започва оптическото пропускане на GaAs, от температурата. Експериментално измерената промяна на оптическото пропускане на преминалата през полупроводникова пластина светлина е показано на фигура 3 увеличението на температурата води до отместване на рамото на пропускане към по-големите дължини на вълната. Това отместване, спрямо температура 18°С, е показано на фигура 4 и по него се измерва температурата на полупроводника. Той е в контакт с околната среда на охраняемото помещение и така се измерва непрекъснато температурата. Това позволява не само да се подава сигнал за пожарна опасност при достигане до определена критична температура, но и да се следи градиента на температурата с времето. При отклоняване на тази величина от обичайната за охраняваното помещение се подава предупредителен сигнал в началото на възникване на горене.BG 67306 Bl starts the optical transmission of GaAs from the temperature. The experimentally measured change in the optical transmission of the light passing through the semiconductor wafer is shown in Figure 3. The increase in temperature leads to a shift of the transmission arm to greater wavelengths. This displacement, relative to a temperature of 18 ° C, is shown in Figure 4 and measures the temperature of the semiconductor. It is in contact with the environment of the guarded room and thus the temperature is continuously measured. This allows not only to signal a fire hazard when a certain critical temperature is reached, but also to monitor the temperature gradient over time. If this value deviates from the usual for the guarded room, a warning signal is given at the beginning of combustion.
Пояснение на приложените фигуриExplanation of the attached figures
Фигура 1 - златна дифракционна решетка с покритие върху нея, което взаимодейства с CO;Figure 1 - gold diffraction grating with a coating on it that interacts with CO;
Фигура 2а - графика на спектралното отместване при концентрация на CO 100 ppm;Figure 2a is a graph of the spectral shift at a CO concentration of 100 ppm;
Фигура 2в - графика на сигнала на плазмонния резонанс при концентрация 100 ppm и наличието на дим;Figure 2c - graph of the plasmon resonance signal at a concentration of 100 ppm and the presence of smoke;
Фигура 3 - графика на изменението на спектъра на преминалата през полупроводник GaAs светлина с изменение на температурата;Figure 3 is a graph of the change in the spectrum of light passing through a GaAs semiconductor with a change in temperature;
Фигура 4 - графика на отместването на рамото на оптично пропускане с изменение на температурата, спрямо температура 18°С;Figure 4 is a graph of the displacement of the optical transmission arm with a change in temperature relative to a temperature of 18 ° C;
Фигура 5 - примерно изпълнение на многофункционалния детектор;Figure 5 - exemplary embodiment of the multifunction detector;
Фигура 6 - друго изпълнение на многофункционалния детектор;Figure 6 - another embodiment of the multifunction detector;
Фигура 7 - друго изпълнение на многофункционалния детектор;Figure 7 is another embodiment of the multifunction detector;
Пример за изпълнение на изобретениетоAn embodiment of the invention
Детекторът се състои от три модула:The detector consists of three modules:
Модул 1: доставя светлинния сигнал до другите два модула, които работят със светлинен сигнал в различни спектрални диапазони. Ролята на модул 1 е да насочи и раздели спектрално светлината към съответните модули, като след това обедини светлинните сигнали и ги изпрати към спектрометъра. Модул 1 включва лещи, дихроични огледала и обикновени огледала. Модул 2, измерва концентрацията на CO и наличие на дим, като работи със светлинен сигнал със спектър 700-800 nm. Модулът включва златна дифракционна решетка, покрита с разпознаващо вещество, което взаимодейства с CO (фиг. 1). Разпознаващото вещество е органично, нанесено е така, че слоят не е плътен, а наноструктуриран - на „островчета“ с големина от 70 nm до 120 nm, като средната дебелина е между 270 nm и 320 шп. При тези параметри веществото има максимална активност на взаимодействие с CO, което обезпечава висока чувствителност и точност на измерване. На повърхността на златната решетка се възбужда повърхнинна плазмонна вълна, когато светлината пада под точно определен ъгъл θ = 38.4° върху нея, който се настройва от наклона на дихроичните огледала спрямо дифракционната решетка. Дифракционната решетка е с период А = 1.52 цт и дълбочина на браздите 120 nm. В отсъствие на CO плазмонния резонанс се наблюдава при λ = 728.0 nm. Спектралното положение на повърхнния плазмонен резонанс се мени при взаимодействие на разпознаващото вещество с CO. При концентрация на CO от 100 ppm плазмонния резонанс възниква при 717.6 nm (фиг. 2а). При възникване на дим интензитетът на светлината намалява, но спектралното положение на плазмонния резонанс се запазва — фигура 26.Module 1: delivers the light signal to the other two modules, which operate with a light signal in different spectral ranges. The role of module 1 is to direct and spectrally separate the light to the respective modules, then combine the light signals and send them to the spectrometer. Module 1 includes lenses, dichroic mirrors and ordinary mirrors. Module 2, measures the concentration of CO and the presence of smoke, working with a light signal with a spectrum of 700-800 nm. The module includes a gold diffraction grating coated with a recognizing substance that interacts with CO (Fig. 1). The recognition substance is organic, applied in such a way that the layer is not dense, but nanostructured - on "islands" with a size of 70 nm to 120 nm, with an average thickness between 270 nm and 320 nm. At these parameters, the substance has a maximum activity of interaction with CO, which provides high sensitivity and accuracy of measurement. A surface plasmon wave is excited on the surface of the golden lattice when the light falls at a precisely defined angle θ = 38.4 ° on it, which is adjusted by the inclination of the dichroic mirrors relative to the diffraction grating. The diffraction grating has a period A = 1.52 μm and a groove depth of 120 nm. In the absence of CO, plasmon resonance was observed at λ = 728.0 nm. The spectral position of the surface plasmon resonance changes upon interaction of the recognizing substance with CO. At a CO concentration of 100 ppm, plasmon resonance occurs at 717.6 nm (Fig. 2a). When smoke occurs, the light intensity decreases, but the spectral position of the plasmon resonance is preserved - Figure 26.
BG 67306 BlBG 67306 Bl
Модул 3 измерва температурата и работи със светлинен сигнал със спектър 880-920 nm. Модулът включва пластинка GaAs с дебелина между 200 и 300 pm, поставена перпендикулярно на падащия лъч.Module 3 measures the temperature and operates with a light signal with a spectrum of 880-920 nm. The module includes a GaAs plate between 200 and 300 pm thick, placed perpendicular to the incident beam.
Едно примерно изпълнение на многофункционалния детектор е показано на фиг. 5. Светлината, чийто спектър е в диапазона 700-800 nm и 880 - 920 nm достига до детектора по оптично влакно 1 стандарт 62.5/125 pm или 105/125 pm. Колиматорът 2 представлява леща (или система от лещи), която формира оптичен сноп, а след преминаване през модули 2 и 3 го фокусира светлината в оптично влакно 1. Дихроичното огледало 30 отклонява половината от оптичния сноп и само светлината в спектралната област 700-800 nm към модул 2. Дихроичното огледало 30 е поставено под точно определен ъгъл за да възбуди повърхнинна плазмонна вълна в златната дифракционна решетка 4, на която е поставено разпознаващото вещество 5. Дихроичното огледало 31 приема отразената от дифракционната решетка 4 светлина и я насочва за фокусиране в оптичното влакно 1. В другата половина на оптичния сноп е поставена пластината GaAs 6, която пропуска част от спектъра в диапазона 880-920 nm в зависимост от температурата си. Преминалата светлина се фокусира в оптичното влакно 1.An embodiment of the multifunction detector is shown in FIG. 5. The light, the spectrum of which is in the range 700-800 nm and 880 - 920 nm, reaches the detector on optical fiber 1 standard 62.5 / 125 pm or 105/125 pm. The collimator 2 is a lens (or system of lenses) that forms an optical beam, and after passing through modules 2 and 3 it is focused by light into optical fiber 1. The dichroic mirror 30 deflects half of the optical beam and only light in the spectral range 700-800 nm to module 2. The dichroic mirror 30 is placed at a precisely defined angle to excite a surface plasmon wave in the gold diffraction grating 4 on which the recognition substance 5 is placed. The dichroic mirror 31 receives the light reflected by the diffraction grating 4 and directs it to focus in the optical fiber 1. In the other half of the optical beam is placed the plate GaAs 6, which transmits part of the spectrum in the range 880-920 nm depending on its temperature. The transmitted light is focused in the optical fiber 1.
Преминалата през модулите 2 и 3 светлина се предава по оптичното влакно до спектрометър, който измерва отместването на плазмонния резонанс в спектралния диапазон 700-800 nm и спектъра в спектралния диапазон 880-920 nm. По първото се измерва концентрацията на CO, а по второто - температурата. Като допълнителна функция спектрометърът измерва интензивността на сигнала в спектралната област 700-800 nm и следи измененията във времето. При намаляване на интензивността се алармира за наличието на дим.The light passing through modules 2 and 3 is transmitted along the optical fiber to a spectrometer, which measures the displacement of the plasmon resonance in the spectral range 700-800 nm and the spectrum in the spectral range 880-920 nm. The first measures the concentration of CO, and the second - the temperature. As an additional function, the spectrometer measures the signal intensity in the spectral range 700-800 nm and monitors changes in time. When the intensity decreases, the presence of smoke is alerted.
На фигура 6 и фигура 7 са представени други възможни изпълнения на многофункционалния детектор. Основната разлика с показаното на фигура 5 е, че се използва едно оптично влакно за подвеждане на светлината към детектора и за приемане на светлината след преминаването й през модул 2 и 3 на детектора. Функцията на отделните елементи е същата, както на фигура 5. Оптичните влакна 1 подвеждат светлина в спектралните диапазони 700-800 nm и 880-920 nm и приемат светлинния сигнал след преминаването му през модул 2 и модул 3 на детектора. Колимиращият модул 2 формира успореден сноп светлина за преминаването му през модули 2 и 3, както и фокусира светлината в оптичните влакна след преминаването й през модули 2 и 3. На фигура 6 дихроичното огледало 30 отклонява половината от оптичния сноп със спектър 700-800 nm към дифракционната решетка 4 с разпознаващо вещество върху нея 5 за да възбуди плазмонен резонанс. Отразената от решетката светлина се отразява обратно от огледалото 7 и се фокусира в оптичното влакно 1. В другата половина на оптичния лъч е поставена пластинката GaAs (галиев арсенид) 6 на задната страна на която е поставено огледало 8. Преминалата светлина през пластината, със спектър, зависещ от температурата й, но в диапазона 880-920 nm, се отразява от огледалото, преминава пак през пластината и се фокусира в оптичното влакно 1. На фигура 7 дихроичното огледало 30 е поставено в целия оптичен сноп, като пропуска светлината в диапазона 700-800 nm към модул 2 - дифракционната решетка 4 (с поставеното върху нея разпознаващо вещество 5), която е поставена под необходимия ъгъл, за да се възбуди повърхнинен плазмонен резонанс. Огледалото 7 отразява светлината, отразена от решетката, връща я назад и тя се фокусира обратно в оптичното влакно 1. Дихроичното огледало 30 отразява светлината в спектралния диапазон 880-920 nm към модул 3 - пластината GaAs 76 на задната страна на която има огледало 8. Ходът на лъчите в модул 3 е същия както в модул 3 на фигура 6.Figure 6 and Figure 7 show other possible embodiments of the multifunction detector. The main difference with the one shown in Figure 5 is that an optical fiber is used to supply light to the detector and to receive the light after passing it through modules 2 and 3 of the detector. The function of the individual elements is the same as in Figure 5. The optical fibers 1 supply light in the spectral ranges 700-800 nm and 880-920 nm and receive the light signal after passing through module 2 and module 3 of the detector. The collimating module 2 forms a parallel beam of light as it passes through modules 2 and 3, and focuses the light into the optical fibers after passing through modules 2 and 3. In Figure 6, the dichroic mirror 30 deflects half of the optical beam with a spectrum of 700-800 nm to the diffraction grating 4 with a recognition substance on it 5 to excite the plasmon resonance. The light reflected from the grating is reflected back from the mirror 7 and is focused in the optical fiber 1. In the other half of the optical beam is placed the plate GaAs (gallium arsenide) 6 on the back of which is placed a mirror 8. The light passed through the plate with spectrum , depending on its temperature, but in the range 880-920 nm, is reflected by the mirror, passes again through the plate and focuses in the optical fiber 1. In figure 7, the dichroic mirror 30 is placed in the entire optical beam, transmitting light in the range 700 -800 nm to module 2 - the diffraction grating 4 (with the recognition substance 5 placed on it), which is placed at the necessary angle to excite the surface plasmon resonance. The mirror 7 reflects the light reflected from the grating, returns it back and it is focused back into the optical fiber 1. The dichroic mirror 30 reflects the light in the spectral range 880-920 nm to module 3 - the GaAs plate 76 on the back of which has a mirror 8. The path of the beams in module 3 is the same as in module 3 of figure 6.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG112583A BG67306B1 (en) | 2017-09-19 | 2017-09-19 | Multifunctional optical fire detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BG112583A BG67306B1 (en) | 2017-09-19 | 2017-09-19 | Multifunctional optical fire detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| BG112583A BG112583A (en) | 2019-03-29 |
| BG67306B1 true BG67306B1 (en) | 2021-04-15 |
Family
ID=74105608
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| BG112583A BG67306B1 (en) | 2017-09-19 | 2017-09-19 | Multifunctional optical fire detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| BG (1) | BG67306B1 (en) |
-
2017
- 2017-09-19 BG BG112583A patent/BG67306B1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| BG112583A (en) | 2019-03-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5563707A (en) | Interference enhanced optical sensor for detecting chemical species | |
| US8785857B2 (en) | Infrared sensor with multiple sources for gas measurement | |
| KR20120135299A (en) | Gas concentration monitor | |
| CN113508288A (en) | Scattered light smoke detector with wavelength selective polarizer and suitable use of such a polarizer | |
| US11761889B2 (en) | Gas detector | |
| US11346773B2 (en) | Fabry-Perot spectrometer-based smoke detector | |
| BG67306B1 (en) | Multifunctional optical fire detector | |
| RU2109345C1 (en) | Pyrometric fire detector | |
| BG2908U1 (en) | MULTIFUNCTIONAL OPTICAL FIRE DETECTOR | |
| US10761017B2 (en) | Gas detection system, gas detection method and program | |
| EP4028749B1 (en) | A system for in-situ gas analysis | |
| EP0462755A1 (en) | Detecting the presence of a substance in a fluid | |
| US20230273115A1 (en) | Sensor | |
| KR20240101980A (en) | Apparatus for detecting gas | |
| KR100767535B1 (en) | Fiber Optic Hydrogen Sensor for Fuel Cell | |
| Dundas | New technologies in infrared hydrocarbon detection | |
| RU2318242C1 (en) | Pyrometric sensor of combustion focus coordinates | |
| Mamykin et al. | Dust-insensitive smoke detector based on plasmon-polariton photodetector | |
| BE1007005A3 (en) | Device for the determination of the power of an energy flux | |
| CN113552086B (en) | Method, apparatus and system for improving gas detection equipment | |
| RU2336573C1 (en) | Fire alarm device | |
| CN101424624A (en) | Optical fibre grating sensor | |
| CN114062294A (en) | Spectral absorption type optical fiber-based methane sensor | |
| McIvor | On-Line Applications Of Infrared Spectroscopy In The Chemical Industry | |
| SU1317466A1 (en) | Method of checking presence of aerosol particles in checked atmosphere |