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:

Вкусовые пристрастия формируются еще в утробе 30.05.2026

Предпочтения человека к еде закладываются задолго до первого прикорма. Современная наука подтверждает, что ребенок начинает знакомиться с ароматами и вкусами пищи еще до рождения, через околоплодные воды. Новое международное исследование показало, что регулярное потребление определенных продуктов беременной женщиной может формировать долгосрочные пищевые предпочтения у ребенка, сохраняющиеся даже спустя годы после появления на свет. Ученые из университетов Великобритании, Франции и Нидерландов провели эксперимент с участием беременных женщин. Одной группе будущих мам давали капсулы с порошком капусты кейл, другой - с порошком моркови. Реакцию детей на эти запахи проверяли в три этапа: сначала в утробе матери с помощью 4D-УЗИ на поздних сроках беременности, затем в возрасте трех месяцев и, наконец, когда детям исполнилось три года. Результаты оказались весьма убедительными. Дети женщин, принимавших порошок кейла, положительно реагировали на запах этой капусты, но негативно - на ар ...>>

Монитор Philips 24B2D5300 с двумя экранами 120 Гц 30.05.2026

Компания Philips разработала интересное устройство, которое решает эту задачу элегантно и технологично. Новый монитор 24B2D5300 оснащен сразу двумя полноценными экранами - один спереди, другой сзади. Такая конструкция особенно востребована в банках, на рецепциях, в медицинских центрах и коворкингах, где важна прозрачность взаимодействия. Обе панели монитора представляют собой IPS-матрицы с диагональю 23,8 дюйма и разрешением Full HD (1920x1080 пикселей). Каждая из них поддерживает частоту обновления 120 Гц, что пока остается редкостью для бизнес-ориентированных моделей. Высокая частота обновления обеспечивает плавное изображение даже при динамичном контенте, делая работу за монитором более комфортной и презентации - более качественными. Пользователи могут выбирать между двумя основными режимами работы: дублирование одного и того же изображения на оба экрана или использование дисплеев как полностью независимых. Благодаря этому сотрудник может видеть на своей стороне рабочую информ ...>>

Цыплята из искусственного яйца, напечатанного на 3D-принтере 29.05.2026

Компания Colossal Biosciences, известная своими амбициозными инициативами по "воскрешению" вымерших животных, достигла важного прорыва. Специалистам удалось вырастить цыплят из полностью искусственного яйца, созданного с помощью 3D-печати. Эта технология рассматривается как значительный шаг на пути к возможному возрождению одного из самых впечатляющих представителей исчезнувшей фауны - гигантского моа. Южноостровной гигантский моа (Dinornis robustus) был одной из самых высоких птиц в истории Земли. Самки этого нелетающего родственника страусов могли вырастать выше двух метров и дотягиваться до пищи на высоте до 3,6 метра. Эти гиганты обитали в Новой Зеландии, однако полностью исчезли примерно в XV веке после активной охоты со стороны первых поселенцев-маори. Теперь Colossal Biosciences пытается вернуть подобных птиц в современный мир с помощью передовых биоинженерных решений. Искусственное яйцо, разработанное компанией, состоит из титановой решетчатой оболочки, изготовленной на 3 ...>>

Случайная новость из Архива Опасность глобального потепления для самолетов 15.08.2019 Ученые Университета Рединга в Англии пришли к выводу, что глобальное потепление приведет к усилению турбулентности ясного неба, которая может представлять опасность для авиапассажиров. Исследователи выяснили, что потепление в Арктике приводит к снижению температуры воздуха в нижнем слое стратосферы у полюсов. Одновременно с этим происходит рост температуры в верхней части тропосферы над экватором. Чем выше разница температур между экватором и полюсом, тем сильнее становится высотное струйное течение с запада на восток через Северную Атлантику. В нижней части тропосферы происходит обратная тенденция: градиент температур сглаживается, что ослабляет струйное течение. Оба процесса компенсируют друг друга, однако в последнее время наблюдается увеличение сдвига ветра, при котором скорость и направление ветра значительно изменяется на относительно небольшом участке атмосферы. Верхнее струйное течение не меняется, однако нижнее ослабляется. Таким образом, снижающиеся авиалайнеры с каждым годом испытывают все более сильный перепад в скорости ветра. Начиная с 1979 года, вертикальный сдвиг ветра увеличился на 15 процентов. Климатические модели предсказывают, что к середине XXI века турбулентность ясного неба усилится в 2-3 раза. Несмотря на то, что это явление не является причиной авиакатастроф, оно может привести к опасным травмам пассажиров и членов экипажа.

Другие интересные новости:

▪ Сверхминиатюрная GPS-система MG4100

▪ Щит для лунной базы

▪ Открыт новый вид магнетизма

▪ Камера Nikon Coolpix AW130

▪ HDD объемом 10 ТБ не за горами

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Студенту на заметку. Подборка статей

▪ статья Охрана труда отдельных категорий работников. Справочник

▪ статья Что такое МРТ? Подробный ответ

▪ статья Специалист по депозитарной деятельности. Должностная инструкция

▪ статья Гражданская радиосвязь. Модернизация радиостанций. Справочник

▪ статья Первые аэронавты. Физический эксперимент

[an error occurred while processing this directive] Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026