RU2639069C2 - Fiber-optical alarm for fire alert systems - Google Patents
Fiber-optical alarm for fire alert systems Download PDFInfo
- Publication number
- RU2639069C2 RU2639069C2 RU2016111084A RU2016111084A RU2639069C2 RU 2639069 C2 RU2639069 C2 RU 2639069C2 RU 2016111084 A RU2016111084 A RU 2016111084A RU 2016111084 A RU2016111084 A RU 2016111084A RU 2639069 C2 RU2639069 C2 RU 2639069C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- signaling device
- optical
- stainless steel
- spectral
- Prior art date
Links
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 16
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 15
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims description 10
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 6
- 230000036039 immunity Effects 0.000 abstract description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Fire-Detection Mechanisms (AREA)
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к противопожарной технике, а именно к сигнализаторам повышения температуры, и может быть использовано для обнаружения возгораний, в том числе и в двигательных отсеках летательных аппаратов.The invention relates to fire fighting equipment, and in particular to temperature elevation detectors, and can be used to detect fires, including in the engine compartments of aircraft.
Известно устройство датчика температуры, основанного на регистрации ИК-излучения нагретого тела (US 5364186А), возможно использование такого датчика в качестве сигнализатора возгорания. В качестве чувствительного элемента используется световод из кварца или сапфира с нанесенным на один конец керамическим материалом с большим коэффициентом излучения. Чувствительный элемент обладает малой инерционностью, высокой температурной и химической стойкостью. В качестве детектора используется односпектральный фотодетектор.A device is known for a temperature sensor based on registration of infrared radiation of a heated body (US 5364186A), it is possible to use such a sensor as a fire alarm. A fiber made of quartz or sapphire with ceramic material with a large emissivity deposited on one end is used as a sensitive element. The sensitive element has low inertia, high temperature and chemical resistance. A single-spectrum photodetector is used as a detector.
Недостатком этого устройства является невысокая механическая прочность, чувствительность к изгибам и изменению качества оптоволокна (например, в результате старения), соединяющего датчик и детектор. Также к недостаткам относится пропорциональное увеличение сложности системы при многоточечном замере температуры.The disadvantage of this device is its low mechanical strength, sensitivity to bending and changes in the quality of the optical fiber (for example, as a result of aging) connecting the sensor and detector. The disadvantages include a proportional increase in the complexity of the system with multi-point temperature measurement.
Наиболее близким по схеме работы к предлагаемому устройству является сигнализатор возгорания, использующий термопарные датчики. Чувствительным элементом сигнализатора является термобатарея, обеспечивающая подачу сигнала о пожаре при резком нарастании температуры. Достоинством его является возможность использования нескольких термопарных датчиков на одном канале измерения. Недостатком системы является относительно большая инерционность, срабатывание только по резкому изменению температуры, малая коррозионная стойкость используемых термоэлектрических сплавов, подверженность ЭМ помехам (АС 137422, 1962 г.).Closest to the scheme of work to the proposed device is a fire detector using thermocouple sensors. The sensitive element of the signaling device is a thermal battery, which provides a fire signal with a sharp increase in temperature. Its advantage is the ability to use several thermocouple sensors on one measurement channel. The disadvantage of the system is a relatively large inertia, triggering only by a sharp change in temperature, low corrosion resistance of the thermoelectric alloys used, and susceptibility to electromagnetic interference (AC 137422, 1962).
Наиболее близким по исполнению к предлагаемому устройству является устройство для измерения температуры расплава, состоящее из пирометра, сапфирового световода с защитным колпачком из керамики, являющимся также и источником ИК-излучения (РФ 113836). Недостатком такого датчика, в случае использования его в качестве сигнализатора возгорания, будет большое время срабатывания из-за высокой тепловой инерционности защитного керамического колпачка и пропорциональное усложнение конструкции в случае многоточечного замера.The closest in execution to the proposed device is a device for measuring the temperature of the melt, consisting of a pyrometer, a sapphire fiber with a protective cap made of ceramic, which is also a source of infrared radiation (RF 113836). The disadvantage of such a sensor, if used as a fire detector, is the long response time due to the high thermal inertia of the protective ceramic cap and the proportional complexity of the design in the case of multi-point measurement.
Задачей изобретения является снижение инерционности, увеличение помехозащищенности, повышение коррозионностойкости, упрощение конструкции в случае многоточечных замеров.The objective of the invention is to reduce inertia, increase noise immunity, increase corrosion resistance, simplify the design in the case of multipoint measurements.
Поставленная задача достигается тем, что в качестве чувствительного элемента сигнализатора используется (диаметром 100-1000 мкм) кварцевое оптическое волокно, помещенное в защитный капилляр из нержавеющей стали, являющийся одновременно и источником ИК-излучения. Излучение из кварцевого волокна большого диаметра (100-1000 мкм) с помощью градиентной линзы вводится с небольшими потерями в стандартное многомодовое волокно (например, MMF (62.5)/125), по которому достигает двухспектрального детектора. В случае высоких рабочих температур в качестве чувствительного элемента сигнализатора может использоваться и обычное тонкое многомодовое волокно (MMF (62.5)/125), предварительно очищенное от защитной полимерной оболочки, помещенное в защитный капилляр из нержавеющей стали. Для повышения механической прочности в качестве чувствительного элемента сигнализатора может быть использовано дополнительно металлизированное оптоволокно, заключенное в защитный капилляр из нержавеющей стали. Двухспектральный фотодетектор или детектор спектрального отношения используется для повышения точности определения температуры и для минимизации ошибок при определении температуры, связанных с изгибами соединительного ММ волокна, с потерями в оптических соединителях и старении материала оптоволокна и не вызывающих изменение его спектральной пропускной способности. В случае использования многоточечного способа контроля двухспектральный детектор может быть выполнен как в виде матрицы со многими элементами, так и в виде матрицы из двух элементов.The problem is achieved in that a quartz optical fiber placed in a protective capillary made of stainless steel, which is also a source of infrared radiation, is used as a sensitive element of the signaling device (with a diameter of 100-1000 μm). Radiation from a large-diameter quartz fiber (100-1000 μm) using a gradient lens is introduced with small losses into a standard multimode fiber (for example, MMF (62.5) / 125), through which it reaches a two-spectral detector. In the case of high operating temperatures, an ordinary thin multimode fiber (MMF (62.5) / 125), previously purified from a protective polymer shell, placed in a protective capillary made of stainless steel, can be used as a sensitive element of the signaling device. To increase the mechanical strength, an additional metallized optical fiber enclosed in a protective capillary made of stainless steel can be used as a sensitive element of the signaling device. A two-spectral photodetector or a spectral ratio detector is used to increase the accuracy of determining the temperature and to minimize errors in determining the temperature associated with the bends of the connecting MM fiber, with losses in the optical connectors and aging of the fiber material and not causing a change in its spectral bandwidth. In the case of using the multi-point control method, the two-spectral detector can be made either in the form of a matrix with many elements, or in the form of a matrix of two elements.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является уменьшение времени срабатывания, снижение зависимости результатов измерения от качества соединительного оптоволокна за счет применения двухспектрального метода детектирования, повышение помехозащищенности, упрощение конструкции в случае использования многоточечного способа контроля защищаемого объема.The technical result provided by the given set of features is to reduce the response time, reduce the dependence of the measurement results on the quality of the connecting optical fiber through the use of a two-spectral detection method, increase the noise immunity, simplify the design in the case of using the multi-point method of monitoring the protected volume.
На фиг. 1а представлена конструкция предлагаемого устройства, содержащая кварцевое оптоволокно большого диаметра (1), заключенное в капилляр из нержавеющей стали (2), градиентную линзу (3), многомодовое оптоволокно (4), оптические разветвители (5), оптические разъемы (6), источник излучения (7), двухспектральный фотодетектор или детектор спектрального отношения (8-10), исполнительный блок (13), формирующий необходимые сигналы для системы пожаротушения.In FIG. 1a shows the design of the proposed device, containing large-diameter quartz optical fiber (1) enclosed in a stainless steel capillary (2), gradient lens (3), multimode optical fiber (4), optical splitters (5), optical connectors (6), source radiation (7), a two-spectral photodetector or a spectral ratio detector (8-10), an executive unit (13) that generates the necessary signals for a fire extinguishing system.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
Оптоволокно, защищенное капилляром из нержавеющей стали, являющимся одновременно и источником ИК-излучения (далее точечный датчик, т.е. предназначенный для замера в определенной области пространства, не существенно превышающей размер чувствительного элемента), соединено с помощью оптического разъема со стандартным многомодовым оптоволокном, по которому ИК-излучение попадает через оптический разветвитель на двухспектральный фотодетектор или детектор спектрального отношения. В качестве полезного сигнала служит отношение сигналов с двух фотодетекторов, чувствительных к разным областям спектра. Таким образом, устраняется зависимость от абсолютной величины сигнала, которая может изменяться в результате изгибов и старения волокна, применения оптических разъемов, и т.д. Для контроля целостности оптоволокна и датчика используются короткие импульсы света от источника излучения, которые, проходя через разветвитель, соединительное волокно, попадают в датчик, отражаются от поверхности защитного капилляра из нержавеющей стали и возвращаются обратно на фотодетектор, где и регистрируются. Для повышения чувствительности точечного датчика диаметр оптоволокна в капилляре может быть увеличен (т.к. количество ИК-излучения, попадающего в оптоволокно, изменяется вместе с площадью поперечного сечения оптической сердцевины волокна). Длина такого волокна большого диаметра определяется размерами защищаемой зоны, за ее пределами осуществляется оптический переход к тонкому многомодовому волокну с помощью обычной или градиентной линзы, которое используется для дальнейшей прокладки вплоть до фотодетектора. Для создания «многоточечного» сигнализатора температуры можно применить следующую схему (фиг. 2).A fiber protected by a stainless steel capillary, which is at the same time a source of infrared radiation (hereinafter referred to as a point sensor, i.e. intended for measurement in a certain area of the space not significantly exceeding the size of the sensing element), is connected via an optical connector to a standard multimode optical fiber, through which infrared radiation is incident through an optical splitter to a two-spectral photodetector or a spectral ratio detector. The ratio of signals from two photodetectors sensitive to different regions of the spectrum serves as a useful signal. Thus, the dependence on the absolute value of the signal, which can change as a result of bending and aging of the fiber, the use of optical connectors, etc., is eliminated. To control the integrity of the optical fiber and the sensor, short pulses of light from the radiation source are used, which, passing through the splitter, connecting fiber, enter the sensor, are reflected from the surface of the protective capillary made of stainless steel and returned back to the photodetector, where they are recorded. To increase the sensitivity of a point sensor, the diameter of the optical fiber in the capillary can be increased (since the amount of infrared radiation entering the optical fiber changes along with the cross-sectional area of the optical fiber core). The length of such a large-diameter fiber is determined by the size of the protected zone; outside it, an optical transition to a thin multimode fiber is carried out using a conventional or gradient lens, which is used for further laying up to the photodetector. To create a "multi-point" temperature alarm, you can apply the following scheme (Fig. 2).
В качестве фотодетектора выступает фотодиодная матрица (2) с количеством элементов, в несколько раз превышающим количество оптических волокон (1), соединенных с источниками ИК-излучения. Фотодиоды чувствительны к двум разным областям спектра. Попадающая на матрицу картина из пятен разного спектрального состава полностью описывает распределение температуры на чувствительных к ИК-излучению элементах.The photodetector is a photodiode array (2) with the number of elements several times greater than the number of optical fibers (1) connected to infrared sources. Photodiodes are sensitive to two different regions of the spectrum. The pattern of spots of different spectral composition falling on the matrix fully describes the temperature distribution on the elements sensitive to infrared radiation.
В случае если нет необходимости определения температуры в каждой конкретной точке пространства защищаемого отсека, т.е. если температура в нем повысилась выше допустимой рабочей температуры в одном или сразу в нескольких местах, а обрабатывается огнетушащим составом весь отсек, возможно следующее упрощение конструкции (фиг. 1a, 1b).If there is no need to determine the temperature at each specific point in the space of the protected compartment, i.e. if the temperature in it has risen above the permissible operating temperature in one or several places at once, and the entire compartment is being treated with a fire extinguishing composition, the following simplification of the design is possible (Fig. 1a, 1b).
Волокна (12) от оптических разветвителей сводятся в два жгута и направляются на двухспектральный фотодетектор или детектор спектрального отношения (8-10). Таким образом, при превышении рабочей температуры на одном или на нескольких чувствительных элементах изменяется суммарный спектр излучения, попадающий на фотодетекторы, и соответственно изменяется соотношение сигналов от фотодетекторов, чувствительных к разным областям спектра. Волокна (11) служат для проверки целостности соединительного оптоволокна и чувствительных элементов.Fibers (12) from optical splitters are combined into two bundles and sent to a two-spectral photodetector or spectral ratio detector (8-10). Thus, when the operating temperature is exceeded on one or several sensitive elements, the total spectrum of radiation incident on the photodetectors changes, and the ratio of signals from photodetectors sensitive to different regions of the spectrum changes accordingly. Fibers (11) are used to check the integrity of the connecting optical fiber and sensitive elements.
В результате применения защитных колпачков из нержавеющей стали достигается необходимая механическая прочность и химическая стойкость чувствительных элементов сигнализатора. Чувствительные элементы датчика имеют малый размер, и, следовательно, достигается уменьшение инерционности. Если нет необходимости следить за каждым датчиком отдельно, то схема детектирования существенно упрощается и логика ее работы максимально приближается к логике работы систем, использующих нескольких последовательно соединенных термопарных датчиков на каждом канале измерения.As a result of the use of protective caps made of stainless steel, the necessary mechanical strength and chemical resistance of the sensitive elements of the signaling device are achieved. The sensitive elements of the sensor are small in size, and therefore, a reduction in inertia is achieved. If there is no need to monitor each sensor separately, then the detection circuit is greatly simplified and its operation logic is as close as possible to the operation logic of systems using several thermocouple sensors connected in series on each measurement channel.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016111084A RU2639069C2 (en) | 2016-03-25 | 2016-03-25 | Fiber-optical alarm for fire alert systems |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016111084A RU2639069C2 (en) | 2016-03-25 | 2016-03-25 | Fiber-optical alarm for fire alert systems |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016111084A RU2016111084A (en) | 2017-09-28 |
| RU2639069C2 true RU2639069C2 (en) | 2017-12-19 |
Family
ID=60047627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016111084A RU2639069C2 (en) | 2016-03-25 | 2016-03-25 | Fiber-optical alarm for fire alert systems |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2639069C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU65223U1 (en) * | 2007-01-30 | 2007-07-27 | Курков Андрей Семенович | FIBER OPTICAL DEVICE FOR MEASURING TEMPERATURE DISTRIBUTION (OPTIONS) |
| US20090315726A1 (en) * | 2005-08-30 | 2009-12-24 | Federal Express Corporation | Fire sensor, fire detection system, fire suppression system, and combinations thereof |
| RU2467397C1 (en) * | 2011-11-21 | 2012-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "СибСенсор" ООО "СибСенсор" | Fibre-optic linear fire alarm |
-
2016
- 2016-03-25 RU RU2016111084A patent/RU2639069C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090315726A1 (en) * | 2005-08-30 | 2009-12-24 | Federal Express Corporation | Fire sensor, fire detection system, fire suppression system, and combinations thereof |
| RU65223U1 (en) * | 2007-01-30 | 2007-07-27 | Курков Андрей Семенович | FIBER OPTICAL DEVICE FOR MEASURING TEMPERATURE DISTRIBUTION (OPTIONS) |
| RU2467397C1 (en) * | 2011-11-21 | 2012-11-20 | Общество с ограниченной ответственностью "СибСенсор" ООО "СибСенсор" | Fibre-optic linear fire alarm |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016111084A (en) | 2017-09-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1265938A (en) | Temperature measurement | |
| CN102539012B (en) | Optical fiber Fabry-Perot temperature sensor for measuring temperature of micro area and measuring method thereof | |
| CA2288746C (en) | Distributed sensing system | |
| CA1287234C (en) | Temperature measurement | |
| RU2467397C1 (en) | Fibre-optic linear fire alarm | |
| RU2413188C2 (en) | Fibre-optic device for measuring temperature distribution (versions) | |
| RU2552222C1 (en) | Method of measuring temperature distribution and device for realising said method | |
| IT8667871A1 (en) | DISTRIBUTED TEMPERATURE SENSOR USING AN OPTIC FIBER AS THE SENSING ELEMENT | |
| CN106530559A (en) | Serial-type multi-defense area optical fiber perimeter intrusion sensing system | |
| RU2639069C2 (en) | Fiber-optical alarm for fire alert systems | |
| RU2381461C1 (en) | Laser radiation power metre | |
| US9188528B2 (en) | Sensor for monitoring a medium | |
| RU196573U1 (en) | Fiber optic system for monitoring the state of an object | |
| US4785174A (en) | Interferometric thermal detector | |
| GB2183821A (en) | A temperature sensor | |
| RU2642048C2 (en) | Linear fibre-optical signaling device for fire alert systems | |
| JP6482912B2 (en) | Infrared detector, radiation thermometer and human body detector | |
| CN205352573U (en) | Distributed optical fiber temperature measurement system of real -time calibration | |
| RU2805772C1 (en) | Fiber optic smoke and heat convection flow sensor | |
| RU2311687C2 (en) | Fiber-optical system of guard signaling | |
| KR20100011094U (en) | Distributed temperature sensor cable using thermally conductive thermoplastic as sensor cable jacket | |
| Burgmeier et al. | Intensity-independent fiber coupled interrogation technique for fiber Bragg gratings by fiber Bragg gratings | |
| CN112504504A (en) | Distributed temperature-sensing fire detector and detection system | |
| CN104897301A (en) | Distributed optical fiber temperature alarm | |
| US20120281946A1 (en) | Modalmetric fibre sensor |