Ультразвуковой сигнализатор возгорания. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Охрана и безопасность

 Комментарии к статье

Предлагаемый сигнализатор предназначен для систем распределенного контроля протяженных пожароопасных объектов, например, топливных магистралей, электрических кабелей, газопроводов, резервуаров с горючими веществами, а также различных агрегатов. Он реагирует на тепловое воздействие пламени. Чувствительный элемент представляет собой ультразвуковой волновод, выполненный в виде гибкого провода из термостойкого металла, эквивалентный множеству распределенных по его длине датчиков температуры. Шнуроподобная конструкция позволяет прокладывать такой элемент вдоль поверхности контролируемого объекта, следуя его форме.

Известны устройства аварийной пожарной сигнализации, чувствительный элемент которых выполнен в виде протяженной термостойкой трубки, заполненной легкоплавким материалом, и через него осуществляется акустическая связь излучателя и приемника ультразвука, расположенных на противоположных концах трубки [1, 2]. Находящийся внутри нее материал при нагревании пламенем плавится, в результате чего акустическая связь между излучателем и приемником изменяется, что служит основанием для формирования сигнала тревоги.

Недостаток подобных устройств - сложная конструкция чувствительного элемента, которая должна исключить утечку расплава из трубки. Кроме того, температура срабатывания всегда равна температуре плавления заполняющего чувствительный элемент материала. Регулировать ее можно лишь изменением его химического состава. На практике для разных условий приходится иметь запас чувствительных элементов из разных материалов, что не всегда приемлемо.

Сигнализатор, описанный в [3], действует по аналогичному принципу, но чувствительный элемент (ультразвуковой волновод) в нем выполнен не из трубки, а из сплошной термостойкой проволоки. Его достоинство - простота конструкции чувствительного элемента. Сигнал на входе приемного устройства изменяется в результате сложных интерференционных явлений, происходящих в ультразвуковом волноводе при изменении скорости распространения волн в результате его нагревания. Температуру срабатывания можно регулировать изменением порога узла сравнения на выходе приемника.

Недостаток заключается в том, что для получения нужной чувствительности зачастую приходится подстраивать частоту создаваемых ультразвуковых колебаний. Дело в том, что без нее принимаемый сигнал при возгорании может как уменьшаться, так и увеличиваться, а узел сравнения в устройстве [3] реагирует только на его уменьшение.

Рассмотренные выше сигнализаторы имеют еще один общий недостаток. В них должно быть по два пьезоакусти-ческих преобразователя - передающий и приемный, установленных на разных концах чувствительного элемента. Это усложняет конструкцию сигнализатора в целом, а в ряде случаев затрудняет его установку на объекте.

Предлагаемый сигнализатор возгорания свободен от перечисленных выше недостатков

Основные технические характеристики

• Температура срабатывания °С, не более.......200
• Время срабатывания с, не более .......15
• Время восстановления, с, не более .......30
• Длина чувствительного элемента, м, не менее.......1
• Рабочая частота, кГц .... 80±0,5
• Напряжение питания, В .......27±3
• Ток потребления, мА, не более.......100

Структура сигнализатора изображена на рис. 1. Он включает в себя генератор сигнала ультразвуковой частоты Г, усилители мощности УМ1 и УМ2, пьезо-акустический преобразователь ПП с присоединенным к нему ультразвуковым волноводом (чувствительным элементом), резистивный эквивалент пьезоэлектрического преобразователя ЭПП, датчики потребляемого усилителями УМ1 и УМ2 тока ДТ1 и ДТ2, дифференциальный усилитель ДУ, интегрирующая цепь И, пороговые устройства ПУ1 и ПУ2, узел индикации возгорания ИНД. Узлы УМ 1 и УМ2, ДТ1 и ДТ2 попарно идентичны.

Сигнал ультразвуковой частоты с выхода генератора Г поступает на входы усилителей УМ1 и УМ2. К выходу УМ1 подключен ультразвуковой пьезо-преобразователь ПП, а к выходу УМ2 - его эквивалент

ПП возбуждает продольные ультразвуковые колебания в волноводо-чувст-вительном элементе, которые распространяются до его конца, отражаются и возвращаются к преобразователю. В результате в волноводе устанавливается стоячая акустическая волна. Этому режиму соответствует определенное входное акустическое сопротивление волновода, служащее нагрузкой для ПП От него зависят мощность, отбираемая ПП отУМ1, и ток, потребляемый этим усилителем от источника питания.

В отсутствие возгорания все эти параметры остаются неизменными. Однако при нагревании участка волновода пламенем скорость распространения по нему ультразвука изменяется. Соответственно меняются картина стоячих волн и входное акустическое сопротивление волновода. Результат этого - отклонение тока, потребляемого УМ1, от установившегося значения.

Сопротивление резистивного эквивалента излучателя ЭПП, подключенного к выходу УМ2, выбрано таким чтобы в отсутствие возгорания значения тока, потребляемого УМ1 и УМ2, были равны. При этом не различаются и значения напряжения, поступающие с датчиков тока ДТ1 и ДТ2 на входы вычисляющего их разность дифференциального усилителя ДУ.

Рис. 1

Выходной сигнал ДУ, пройдя через интегрирующую цепь И, дополнительно ослабляющую его ультразвуковую составляющую, поступает на входы пороговых устройств ПУ1 и ПУ2. Одно из них настроено так, что реагирует на увеличение напряжения относительно стационарного значения, а второе - на его уменьшение.

При срабатывании любого порогового устройства узел индикации ИНД формирует звуковой и световой сигналы тревоги После устранения возгорания и охлаждения чувствительного элемента сигнализатор вновь готов к работе. Другие дестабилизирующие факторы (например изменение напряжения питания) не нарушают взаимного равенства тока, потребляемого УМ1 и УМ2, поэтому сигнал тревоги при их воздействии не вырабатывается.

Рис. 2 (нажмите для увеличения)

Схема сигнализатора возгорания изображена на рис. 2

Генератор Г собран на компараторе DA1. Его выходной сигнал представляет собой последовательность прямоугольных импульсов скважностью около двух. Конденсатор С2 и резисторы R4, R7 - частотозадающие, подстроечный резистор R7 обеспечивает возможность изменения частоты импульсов. Их амплитуду уменьшает до нужного значения резистивный делитель напряжения R9R10. Конденсатор С1 и резистор R1 образуют фильтр, уменьшающий проникновение в цепи питания сигнализатора импульсных помех, возникающих при работе генератора.

На транзисторах VT1, VT3 и VT4 собран усилитель УМ1, а на VT2 VT5 и VT6 - УМ2. Коэффициент усиления напряжения каждого из них задан отношениями сопротивления резисторов соответственно R13 к R1 1 и R14 к R12 Резисторы R15, R17 - нагрузочные первых ступеней соответствующих усилителей. Резисторы R13, R14, R16 R18, R20-R23 стабилизируют режим усилителей по постоянному току. Диоды VD1-VD4 задают напряжение смещения транзисторов VT3-VT6. К выходу УМ1 подключен пьезоакустический преобразователь BQ1 (ПП). Резисторы R24 и R25 образуют эквивалент такого преобразователя (ЭПП)

Датчики ДТ1 и ДТ2 представляют собой резисторы R19 и R26, включенные последовательно в цепи питания усилителей мощности.

На ОУ DA3 собран ДУ. Резисторами R27- R29, R33 задан его коэффициент усиления Резисторы R30: R34 и конденсатор С9 обеспечивают нормальную работу ОУ при однополярном питании. Конденсатор СЮ уменьшает амплитуду напряжения ультразвуковой частоты между входами ДУ

Интегрирующая цепь И образована резистором R37 и конденсатором С13. ПУ1 и ПУ2 собраны соответственно на компараторах DA4 и DA5. Резистивными делителями напряжения R31R35 и R32R36 задают пороги их срабатывания. Конденсаторы С11 и С12 - фильтрующие

Узел индикации возгорания состоит из электромагнитного излучателя звука НА1 со встроенным генератором, фильтрующего конденсатора С14 и мигающего светодиода HL2 Интегральный стабилизатор DA2 и фильтрующие конденсаторы C3, С4 образуют источник напряжения +15 В. Светодиод HL1 с резистором R8 - узел индикации включения прибора.

Детали сигнализатора смонтированы на макетной плате. Они соединены между собой тонкими изолированными проводами. Чувствительный элемент представляет собой отрезок медного провода диаметром 2 мм и длиной 1,5 м, припаянного одним концом к рабочей поверхности пьезоакустического преобразователя BQ1.

Вместо компаратора К554САЗА можно использовать К554САЗБ, К521САЗ, 521 САЗ или их импортный аналог LM311 с различными индексами. ОУ К140УД6 можно заменить на 140УД6А, 140УД6Б, 140УД601А 140УД601Б КР140УД6 КР140УД608 и другие ОУ общего применения. Импортные аналоги интегрального стабилизатора КР142ЕН8В - 7815 с различными префиксами и индексами.

Транзисторы КТ503Г могут быть заменены транзисторами той же серии или другими с аналогичными параметрами. Транзисторы КТ814Г, КТ815Г можно заменять такими же с другими буквенными индексами или серий КТ816 и КТ817 соответственно.

Диоды КД522Б заменяемы другими маломощными импульсными кремниевыми диодами, например из серий КД503, КД521. Светодиод АЛ307ВМ может быть любым другим, a L-816BID - мигающим светодиодом, например, L-796BID

В сигнализаторе применены импортные оксидные конденсаторы, но пригодны и отечественные, например, К50-35. Керамические конденсаторы - К10-17а, К10-176 и другие аналогичные. Постоянные резисторы - С2-33 с возможной заменой на С2-23, МЛТ, ОМЯТ Подстроечные резисторы - СП4-3, вместо них можно использовать СПЗ-16а, СПЗ-37, СПЗ-ЗЭа и другие подобные.

Электромагнитный излучатель звука НСМ1212Х можно заменить на НСМ1612Х. Пьезоакустический преобразователь BQ1 - бескорпусный зарубежного производства (предположительный тип VSB35EW-0701 В), вместо него можно использовать другой с резонансной частотой 80 кГц. Выключатель SA1 может быть любого типа, например МТ-1.

Налаживание правильно собранного сигнализатора начинают с установки подстроечным резистором R7 частоты генератора Г, равной частоте последовательного резонанса пьезоакустического преобразователя BQ1. Амплитуда выходного сигнала этого генератора должна быть около 1 В, чего при необходимости добиваются подборкой резистора R9 Подбирая резисторы R13 и R14, устанавливают режимы работы усилителей (соответственно УМ1 и УМ2) по постоянному току такими, при которых максимальные сигналы на их выходах имеют наименьшие искажения. Равенства коэффициентов усиления УМ1 и УМ2 на рабочей частоте добиваются подборкой резисторов R11 и R12.

Подстроечным резистором R25 балансируют сигнализатор - добиваются минимально возможного постоянного напряжения между выводами конденсатора СЮ (входами ДУ) при равномерно прогретом до комнатной температуры чувствительном элементе. После балансировки постоянное напряжение на выходе ОУ DA3 должно стать равным приблизительно 7,5 В - половине напряжения питания микросхемы DA3.

Если теперь нагревать небольшие участки чувствительного элемента, например пламенем спиртовки или свечи выходное напряжение ОУ должно уменьшаться или увеличиваться (в зависимости от места и степени нагрева) не менее чем на 1 В относительно исходного значения Срабатывания компараторов DA4 и DA5 при нагревании чувствительного элемента добиваются подстроечными резисторами R31 и R32, при этом светодиод HL2 должен начать мигать, а излучатель НА1 - издавать прерывистый звук. Следует убедиться, что при остывании чувствительного элемента сигнализатор возвращается в исходное состояние, при котором светодиод HL2 и звуковой излучатель выключены а напряжение на выходе ОУ DA3 приняло прежнее значение.

Устанавливая сигнализатор на объекте, необходимо принять меры исключающие влияние вибрации объекта и создаваемого им акустического шума на чувствительный элемент Для этого его крепят, например, на виброизолирующих опорах Объект большой площади или объема контролируют, изгибая чувствительный элемент вокруг него.

Литература

1. Коннов В. П., Фомкин А. С. Устройство аварийной пожарной сигнализации Патент РФ № 2315362. Бюллетень "Изобретения Полезные модели", 2008 № 2.
2. Ильин О. П. Устройство аварийной пожарной сигнализации. Патент РФ № 2438183. - Бюллетень "Изобретения. Полезные модели", 2011, № 36.
3. Ильин О. Сигнализатор возгорания. - Радио, 2009, № 4, с. 36, 37

Автор: О.Ильин

Смотрите другие статьи раздела Охрана и безопасность.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Кислотность океана разрушает зубы акул 03.10.2025

Мировые океаны выполняют важнейшую функцию - они поглощают около трети углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу. Это помогает замедлять темпы глобального потепления, но имеет и обратную сторону. Растворяясь в воде, CO2 образует угольную кислоту, которая повышает концентрацию водородных ионов и приводит к снижению pH. Вода становится более кислой, а последствия этого процесса уже заметны для морских экосистем. Средний показатель кислотности океана сейчас равен примерно 8,1, тогда как еще недавно за условную норму брали значение 8,2. По прогнозам, к 2300 году уровень может упасть до 7,3 - это сделает океан почти в десять раз кислее нынешнего состояния. Для обитателей морей подобные изменения означают не просто сдвиг химического равновесия, а реальную угрозу физиологическим процессам, начиная от формирования раковин у моллюсков и заканчивая охотничьим поведением акул. Чтобы выяснить, как именно кислотная среда отражается на зубах акул, группа немецких исследователей провела эксп ...>>

Почтовый космический корабль Arc 03.10.2025

Космические технологии становятся частью инфраструктуры, способной повлиять на логистику, медицину и даже военную сферу. Идея использовать орбиту как глобальный склад для срочных поставок звучала еще недавно как научная фантастика, но стартап Inversion пытается превратить ее в практическое решение. Компания Inversion появилась в начале 2021 года благодаря Джастину Фиаскетти и Остину Бриггсу, которые на тот момент были студентами Бостонского университета. Их замысел состоял в том, чтобы сделать возможной доставку грузов не только через спутниковые сети данных, но и в буквальном смысле - физических предметов. В основе лежит простая мысль: если космос обеспечивает доступ к любой точке Земли, то и грузы должны перемещаться тем же маршрутом. Уже за три года работы команда из 25 специалистов успела построить демонстрационный аппарат "Ray". Его запуск состоялся в рамках миссии SpaceX Transporter-12. Устройство весом 90 килограммов проверяло ключевые технологии Inversion, включая двухком ...>>

Лазерное обогащение урана 02.10.2025

Ядерная энергия остается одним из ключевых источников стабильного электричества, особенно для стран с растущими потребностями в энергоснабжении. Однако обеспечение бесперебойных поставок топлива для атомных станций требует современных технологий обогащения урана, которые одновременно эффективны и безопасны. Американская компания Global Laser Enrichment (GLE) делает значительный шаг в этом направлении, завершив масштабное тестирование лазерной технологии обогащения урана. Демонстрационная программа была проведена на объекте в Уилмингтоне, Северная Каролина. Тестирование технологии SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation), разработанной австралийской Silex Systems, стартовало в мае 2025 года и продлится до конца года. В ходе экспериментов компания планирует получить сотни фунтов низкообогащенного урана (LEU), который может быть использован в качестве топлива для атомных электростанций. GLE была создана в 2007 году для коммерциализации лазерных методов обогащения урана в С ...>>

Случайная новость из Архива Стресс портит кости 21.09.2020 Ученые Китайской академии наук выяснили, как стресс влияет на потерю минеральных веществ из костей. Нервы - то есть стрессы, депрессия - в буквальном смысле могут стать причиной самых разных болезней. Но какой механизм тут срабатывает? Какие зоны мозга задействованы и какие вещества они используют, чтобы повлиять на кости? Выяснилось, что все начинается с группы нейронов в терминальной полоске - так называется участок мозга в амигдалоидной области, которая включает в себя амигдалу, или миндалевидное тело, и ряд других нервных центров. Нейроны терминальной полоски синтезируют гормон соматостатин, который также может играть роль нейромедиатора. Соматостатин снижает синтез соматотропина - другого гормона, который стимулирует рост костей и выполняет еще целый ряд функций. При хроническом стрессе соматостатиновые нейроны терминальной полоски подавляют активность других нейронов, которые находятся в гипоталамусе. Все вместе - активация нейронов в терминальной полоске и подавление нейронов в гипоталамусе - давало тревожное поведение и проблемы с костями. "Тревожные" сигналы от гипоталамуса приходят в ядро одиночного пути - так называется нервный центр в продолговатом мозге, управляющий работой многих внутренних органов. Ядро одиночного пути посылает сигналы симпатической нервной системе, а нервы симпатической нервной системы обрабатывают кости норадреналином. А норадреналин уже подавляет работу клеток костей, отвечающих за рост костной ткани.

Другие интересные новости:

▪ Космический коньяк

▪ Собаки тоже плачут от радости

▪ Обновленная спецификация для коннектора Lightning

▪ Противоугонная автомагнитола

▪ Хромобуки обновили и уценили

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Блоки питания. Подборка статей

▪ статья Космическая лаборатория Марс патфайндер. История изобретения и производства

▪ статья Как мозг передает телу свои команды? Подробный ответ

▪ статья Редактор-диктор новостей радиостанции. Должностная инструкция

▪ статья Антенна 5/8l на 27 МГц. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Высокочастотные автогенераторы с уровнем выходной мощности единицы-десятки ватт. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025