RU2037883C1

RU2037883C1 - Smoke sensor

Info

Publication number: RU2037883C1
Application number: RU92011358A
Authority: RU
Inventors: М.Г. Потапов; А.А. Павленко; Ю.А. Галенко; В.П. Лушев; О.А. Москалец; В.В. Виноградский; Х.Х. Салахутдинов
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Бийскфизтех"
Priority date: 1992-12-11
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1995-06-19

Abstract

FIELD: fire signalization systems. SUBSTANCE: a smoke sensor has the body 1, in which the irradiator 2 with the first focusing lens 5 in front of it is mounted in such a way, that their optical axis are coincided, the photodetector 6, the reflector 5 in the form of hollow truncated cone, whose inner surface being mirror one, whose base plane being an elliptical surface and whose geometry axis is coincided with an optical axis of the photodetector and is inclined relative to an optical axis of the irradiator. Such structure of the reflector 5 provides more complete registration of a dissipated irradiation, directed forwards. An angle between the optical axis of the irradiator 2 and the elliptical surface of the cone reflector 5, being parallel with a line, passing through a focal point of the first focusing lens 3, is γ being calculated by the formula

Description

Изобретение относится к пожарной сигнализации, а именно к датчикам дыма, предназначенным для использования в оптикоэлектронных пожарных извещателях для обнаружения загораний, сопровождающихся появлением дыма в закрытых помещениях различных зданий и сооружений, путем регистрации рассеянного частицами дыма оптического излучения. The invention relates to fire alarms, and in particular to smoke detectors intended for use in optoelectronic fire detectors for detecting ignitions accompanied by the appearance of smoke in enclosed spaces of various buildings and structures by detecting optical radiation scattered by smoke particles.

Известен датчик дыма (авт.св. СССР N 1259315, кл. G 08 B 17/10, опублик. 1986). Он обладает существенным недостатком ввиду слабой чувствительности, поскольку ограничен диапазон углов регистрации рассеянного частицами дыма излучения. A known smoke sensor (ed. St. USSR N 1259315, CL G 08 B 17/10, published. 1986). It has a significant drawback due to poor sensitivity, since the range of angles of registration of radiation scattered by particles of smoke is limited.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков, взятым за прототип, является датчик дыма (авт.св. СССР N 1264220, кл. G 08 B 17/10, опублик. 1986), содержащий корпус с установленными под углом друг к другу фотоприемником и излучателем, обращенным к внутренней поверхности зеркального отражателя, выполненного в виде полого усеченного прямого конуса, при этом фотоприемник обращен к меньшему сечению полого усеченного прямого конуса, ось которого совмещена с осью фотоприемника, а излучатель обращен к большему сечению полого усеченного прямого конуса, причем угол φ между осью полого усеченного прямого конуса и осью излучателя равен φ. Closest to the invention in terms of essential features taken as a prototype is a smoke detector (ed. St. USSR N 1264220, class G 08 B 17/10, published. 1986), containing a housing with a photodetector installed at an angle to each other and a radiator facing the inner surface of the mirror reflector, made in the form of a hollow truncated straight cone, while the photodetector is facing a smaller section of the hollow truncated straight cone, the axis of which is aligned with the axis of the photodetector, and the radiator is facing a larger section of the hollow truncated second right cone, wherein the angle φ between the axis of the hollow truncated cone and the straight radiator axis is φ.

Имея более высокую чувствительность по отношению к аналогам, датчик-прототип имеет следующие недостатки. Регистрация рассеянного частицами дыма излучения производится в ограниченном диапазоне углов от φ до 90^о. Причем регистрируется только излучение, рассеянное внутрь конуса. Рассеянное излучение, направленное к стенкам конуса под углами большими, чем при которых распространяется луч света от излучателя, выходит из конуса и, следовательно, не попадает на фотоприемник, что снижает чувствительность датчика, особенно к "черному" дыму.Having a higher sensitivity in relation to analogues, the prototype sensor has the following disadvantages. The radiation scattered by smoke particles is recorded in a limited range of angles from φ to 90 ^° . Moreover, only radiation scattered inside the cone is recorded. The scattered radiation directed to the walls of the cone at angles greater than at which a ray of light from the emitter propagates leaves the cone and, therefore, does not fall on the photodetector, which reduces the sensitivity of the sensor, especially to black smoke.

В качестве источников излучения (излучателей) в датчиках дыма используются в основном светодиоды, которые имеют расходимость излучения от 20 до 90^о. Поэтому в данной конструкции практически не возможно добиться режима работы, при котором прямое излучение от источника при отсутствии дыма не попадает на фотоприемник, и возможны ложные срабатывания, что говорит о недостаточной надежности датчика.As sources of radiation (emitters) in smoke detectors, mainly LEDs are used that have a radiation divergence of 20 to 90 ^° . Therefore, in this design it is practically impossible to achieve a mode of operation in which direct radiation from the source in the absence of smoke does not fall on the photodetector, and false alarms are possible, which indicates insufficient reliability of the sensor.

Задачей изобретения является разработка датчика дыма, обеспечивающего высокую надежность за счет повышения чувствительности как к "белому", так и к "черному" дыму и исключения его ложного срабатывания. The objective of the invention is to develop a smoke detector that provides high reliability by increasing sensitivity to both "white" and "black" smoke and eliminating false alarms.

Поставленную задачу решает предложенная конструкция датчика дыма. Он содержит корпус, внутри которого имеется излучатель с установленной перед ним первой фокусирующей линзой, причем их оптические оси совмещены, фотоприемник, отражатель, выполненный в виде полого усеченного конуса, внутренняя поверхность которого выполнена зеркальной, причем плоскость основания конусного отражателя представляет собой эллиптическую поверхность, его геометрическая ось совмещена с оптической осью фотоприемника и расположена под углом φ к оптической оси излучателя, обеспечивающим более полную регистрацию рассеянного излучения, направленного вперед, а угол γ между оптической осью излучателя и эллиптической плоскостью конусного отражателя, которая параллельна линии, проходящей через фокус первой фокусирующей линзы, рассчитывается по формуле
γ arctg

(1) где d диаметр первой фокусирующей линзы;
f фокусное расстояние первой фокусирующей линзы;
а расстояние от источника излучения до первой фокусирующей линзы, при этом в месте малого кругового сечения конусного отражателя установлена вторая фокусирующая линза. Датчик снабжен сферическим отражателем, вогнутая сторона которого обращена к конусному отражателю, а фокус его находится в центре эллиптического сечения конусного отражателя. Расстояние от оптической оси излучателя до плоскости основания сферического отражателя не меньше величины

.The problem is solved by the proposed design of the smoke sensor. It contains a housing, inside which there is an emitter with a first focusing lens installed in front of it, their optical axes aligned, a photodetector, a reflector made in the form of a hollow truncated cone, the inner surface of which is made mirror, and the plane of the base of the conical reflector is an elliptical surface, its the geometric axis is aligned with the optical axis of the photodetector and is located at an angle φ to the optical axis of the emitter, providing a more complete registration of the scattered radiation directed forward, and the angle γ between the optical axis of the emitter and the elliptical plane of the conical reflector, which is parallel to the line passing through the focus of the first focusing lens, is calculated by the formula
γ arctg

(1) where d is the diameter of the first focusing lens;
f the focal length of the first focusing lens;
and the distance from the radiation source to the first focusing lens, while in the place of a small circular section of the conical reflector, a second focusing lens is installed. The sensor is equipped with a spherical reflector, the concave side of which is facing the conical reflector, and its focus is in the center of the elliptical section of the conical reflector. The distance from the optical axis of the emitter to the plane of the base of the spherical reflector is not less than

.

Сравнение предложенной конструкции с прототипом показывает, что первая имеет общие с прототипом элементы, такие как излучатель, фотоприемник, конусный отражатель, но отличается наличием фокусирующих линз, сферического отражателя, иной конструкцией и расположением конусного отражателя. Таким образом, заявляемый датчик соответствует критерию "Новизна". Comparison of the proposed design with the prototype shows that the first has elements in common with the prototype, such as a radiator, a photodetector, a conical reflector, but differs by the presence of focusing lenses, a spherical reflector, a different design and the location of the conical reflector. Thus, the inventive sensor meets the criterion of "Novelty."

Конструкция датчика с предложенной совокупностью входящих в нее узлов и элементов позволяет значительно повысить надежность конструкции. Действительно конусный отражатель предложенной конструкции установлен так к оптической оси излучателя, что обеспечивает более полную регистрацию излучения рассеянного частицами "черного" дыма, имеющими индикатрису рассеяния, направленную преимущественно вперед, а введение сферического отражателя расширило диапазон углов регистрации рассеянного излучения и, значит, существенно повысило чувствительность датчика, поскольку позволяет регистрировать излучение, рассеянное частицами "белого" дыма, имеющими круговую индикатрису рассеяния. Этому же способствует и наличие в конструкции второй фокусирующей линзы. Установленная перед излучателем линза обеспечивает фокусирование излучения и вместе с предложенной конструкцией и расположением конусного отражателя в отсутствии дыма исключает прямое попадание излучения на внутреннюю поверхность конусного отражателя. The design of the sensor with the proposed combination of its components and elements can significantly improve the reliability of the design. Indeed, the conical reflector of the proposed design is mounted in such a way to the optical axis of the emitter that provides more complete registration of radiation scattered by black smoke particles having a scattering indicatrix directed primarily forward, and the introduction of a spherical reflector broadened the range of angles of registration of scattered radiation and, therefore, significantly increased sensitivity sensor, because it allows you to register radiation scattered by particles of "white" smoke having a circular indicatrix scattered i. The presence of a second focusing lens in the design also contributes to this. A lens mounted in front of the emitter ensures focusing of the radiation and, together with the proposed design and arrangement of the conical reflector in the absence of smoke, eliminates direct radiation from entering the inner surface of the conical reflector.

Таким образом, достигаемый положительный результат обеспечивается благодаря вышеуказанной совокупности признаков, характеризующих конструкцию. Такое исполнение в технике неизвестно, непосредственно из существующего уровня техники не вытекает и не является очевидным. Это дает основание считать данное техническое решение обладающим изобретательским уровнем. Thus, the achieved positive result is ensured thanks to the above combination of features characterizing the design. Such a performance in the technique is unknown, it does not follow directly from the existing level of technology and is not obvious. This gives reason to consider this technical solution as inventive.

На чертеже изображен предлагаемый датчик дыма. The drawing shows the proposed smoke detector.

Он содержит корпус 1, излучатель 2, первую фокусирующую линзу 3, сферический отражатель 4, отражатель 5, выполненный в виде полого усеченного конуса плоскость основания которого представляет собой эллиптическую поверхность, причем его геометрическая ось совмещена с оптической осью фотоприемника 6 и расположена под углом, например, φ 45^о к оптической оси, а угол между эллиптической плоскостью конусного отражателя 5 и оптической осью излучателя равен γ и рассчитывается по формуле (1), при этом в месте малого кругового сечения установлена вторая фокусирующая линза 7.It contains a housing 1, a radiator 2, a first focusing lens 3, a spherical reflector 4, a reflector 5 made in the form of a hollow truncated cone, the base plane of which is an elliptical surface, and its geometric axis is aligned with the optical axis of the photodetector 6 and is located at an angle, for example , φ 45 ^о to the optical axis, and the angle between the elliptical plane of the conical reflector 5 and the optical axis of the emitter is γ and is calculated by the formula (1), while in the place of a small circular cross section, the second focusing lens 7.

Датчик снабжен сферическим отражателем 4, вогнутая сторона которого обращена к конусному отражателю 5, а его фокус находится в центре эллиптического сечения конусного отражателя 5. Расстояние от оптической оси излучателя до плоскости основания сферического отражателя 4 не должно быть меньше половины диаметра первой фокусирующей линзы 3, так как в противном случае отражатель перекрывает световой поток от излучателя, что ведет к уменьшению чувствительности. The sensor is equipped with a spherical reflector 4, the concave side of which faces the conical reflector 5, and its focus is in the center of the elliptical section of the conical reflector 5. The distance from the optical axis of the emitter to the base plane of the spherical reflector 4 should not be less than half the diameter of the first focusing lens 3, so otherwise, the reflector blocks the light flux from the emitter, which leads to a decrease in sensitivity.

Датчик дыма работает следующим образом. The smoke detector operates as follows.

При отсутствии дыма световой поток излучателя фокусируется линзой 3 в область перед конусным отражателем 5, плоскость эллиптического сечения которого с оптической осью излучателя составляет угол γ, что исключает попадание прямого излучения на фотоприемник 6 и тем самым предотвращает ложные срабатывания. При появлении дыма рассеянное вперед излучение преимущественно частицами "черного" дыма попадает внутрь конусного отражателя 5, фокусируется линзой 7 на фотоприемник 6. Одновременно рассеянное во все направления преимущественно частицами "белого" дыма излучение отражается от сферического 4 и конусного 5 отражателей и линзой 7 фокусируется на фотоприемник 6. Появление выходного сигнала фотоприемника 6 говорит о наличии дыма в контролируемом объеме. In the absence of smoke, the light flux of the emitter is focused by the lens 3 into the region in front of the conical reflector 5, the plane of the elliptical section of which with the optical axis of the emitter makes an angle γ, which excludes direct radiation from reaching the photodetector 6 and thereby prevents false alarms. When smoke appears, forward-scattered radiation mainly by particles of "black" smoke enters the cone reflector 5, is focused by the lens 7 onto the photodetector 6. At the same time, radiation scattered in all directions mainly by particles of "white" smoke is reflected from the spherical 4 and cone 5 reflectors, and the lens 7 focuses on photodetector 6. The appearance of the output signal of the photodetector 6 indicates the presence of smoke in a controlled volume.

Большинство элементов, входящих в конструкцию датчика, изготавливаются промышленностью, например в качестве излучателя использовали светодиод типа АЛ-108, в качестве фотоприемника фотодиод типа ФД-265А. Изготовление остальных элементов не представляет трудности. Высокая чувствительность датчика дыма (0,30-0,05 В/м) независимо от цвета дыма по сравнению с серийно выпускаемым пожарным извещателем ИП212-5 (0,05-0,5 В/м), реагирующим только на "белый" дым, дает право предполагать, что потребность в таких датчиках очевидна. Таким образом, предложение имеет и третий признак изобретений промышленную применимость. Most of the elements included in the sensor design are manufactured by industry, for example, an AL-108 type LED was used as a radiator, and a FD-265A type photodiode was used as a photodetector. The manufacture of the remaining elements is not difficult. High sensitivity of the smoke detector (0.30-0.05 V / m) regardless of the color of the smoke compared to the commercially available fire detector IP212-5 (0.05-0.5 V / m), which responds only to "white" smoke , gives the right to assume that the need for such sensors is obvious. Thus, the proposal has a third feature of inventions industrial applicability.

Claims

SMOKE SENSOR, comprising a housing in which the emitter and the photodetector are installed, mounted at an angle to each other, a reflector made in the form of a hollow truncated cone, the inner surface of which is made mirrored, and the geometric axis is aligned with the optical axis of the photodetector, characterized in that the first and second focusing lenses are introduced, a spherical reflector, the first focusing lens is placed in front of the emitter, the optical axes of the emitter and the first focusing lens are the same, in front of the photodetector the second focusing lens, the optical axes of the second focusing lens and the photodetector coincide, the concave side of the spherical reflector is facing the conical reflector, and the focus of the spherical reflector is in the geometric center of the elliptical cross section of the conical reflector, while the distance from the optical axis of the emitter to the base plane of the spherical reflector is not less than half the diameter of the first focusing lens, and the angle γ between the elliptical plane of the conical reflector and its optical axis is

where d is the diameter of the focusing lens;
f the focal length of the lens;
a distance from the radiation source to the focusing lens.