Пожарные системы ::

ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ ТРАДИЦИОННЫХ ПОЖАРНЫХ ИЗВЕШАТЕЛЕЙ

Бурное развитие микроэлектроники в конце прошлого века позволило заложить в традиционный пороговый пожарный извещатель функции характерные для адресно-аналоговых систем. Специализированные аналого-цифровые микросхемы реализуют в пожарных извещателях алгоритмы обработки информации, которые ранее могли выполняться только в контрольных приборах. Цифровая фильтрация сигналов и стабилизация чувствительности позволили значительно повысить помехоустойчивость пожарной сигнализации и снизить практически до нуля вероятность ложных сигналов. Включение в микросхему энергонезависимой памяти привело к возможности хранения, как сервисной информации, так и уровня запыленности дымовой камеры. Таким образом, наряду с улучшением эксплуатационных характеристик за счет развития элементной и технологической базы, в настоящее время появились интеллектуальные пожарные извещатели, обеспечивающие пожарную безопасность на самок высоком уровне. Кроме того, высокая степень интеграции и использование поверхностного монтажа определили возможность выпуска комбинированных извещателей, контролирующих несколько различных признаков при одновременном увеличении ресурса извещателей до 500-700 тыс. часов и снижении их стоимости.

Принципы дымоопределения

В дымовых точечных оптико-электронных пожарных извещателях используется эффект диффузного рассеяния излучения светодиода на частицах дыма. Модель устройства, действующего по этому принципу, показана на рис. 1. Светодиод располагается таким образом, чтобы исключить прямое попадание его излучения на фотодиод (рис. 1а). При появлении частиц дыма часть излучения отражается от них и попадает на фотодиод (рис. 1б). Здесь наблюдается диффузное рассеяние, которое, в отличие от зеркального, имеет широкую направленность. Подобный эффект возникает при прохождении луча прожектора через облако. При незначительных уровнях задымления с увеличением оптической плотности среды происходит увеличение сигнала фотодиода. При сильном задымлении большая часть излучения поглощается и уровень сигнала фотодиода начинает падать. Оптическая плотность среды, при которой извещатель формирует сигнал ПОЖАР, называется чувствительностью дымового извещателя. Чем меньший уровень задымления вызывает активизацию извещателя, тем выше его чувствительность.

Для того чтобы модель изображенная на рис. 1 превратилась в пожарный извещатель необходимо оптическую пару поместить в дымовую камеру и подключить к электронной схеме, которая фиксирует порог срабатывания и формирует сигнал ПОЖАР на контрольный прибор. Требования, предъявляемые к дымовым оптико-электронным пожарным извещателям приведены в НПБ 65-97. Чувствительность извещателя не должна изменяться от скорости и направления воздушного потока, при изменении напряжения питания (в заданных пределах), от количества срабатываний, от образца к образцу и не должна выходить за пределы 0,05-0,2 дБ/м. Кроме того, должна обеспечиваться устойчивость извещателей к внешним воздействиям: климатическим, механическим, к фоновой освещенности от искусственного и естественного освещения величиной не менее 12000 лк. В НПБ 57-97 приведены требования по помехоустойчивости и помехоэмиссии, т.е. извещатель должен сохранять работоспособность при воздействии электромагнитных помех и электростатических разрядов, а так же сами не должны являться источником электромагнитных помех. К этому необходимо добавить обеспечение стабильности параметров, в первую очередь - чувствительности, при отсутствии ложных срабатываний в процессе эксплуатации в течение более 10 лет.

Принцип действия оптико-электронных пожарных извещателей определяет сильное влияние на его чувствительность и помехоустойчивость формы дымовой камеры, ее цвета, структуры поверхности и диаграмм направленности светодиода и фотодиода и их взаимного расположения в пространстве. При отсутствии дыма минимальный уровень сигнала должен поступать на фотодиод. Для этого камера должна иметь черный цвет и матовую поверхность. Форма камеры должна свободно пропускать воздух и обеспечивать значительное ослабление излучения от внешних источников и т.д. Требования противоречивые и их достаточно полное выполнение возможно при значительных затратах на исследовательские работы, на математическое и натурное моделирование. Кроме того, неизбежное накопление пыли, как правило, серого цвета, на стенках дымовой камеры, приводит к повышению чувствительности и к ложным срабатываниям. Излучение светодиода отражается от запыленных стенок оптической камеры так же, как от частиц дыма. Этот эффект определяет необходимость периодического проведения технического обслуживания дымовых оптико-электронных извещателей, заключающегося в разборке извещателя и чистке его дымовой камеры.

Реализация высокой чувствительности

Чтобы понять, какие новейшие конструктивные и схемотехнические решения появились за последние 2 года в пожарных извещателях последнего поколения рассмотрим дымовой оптико-электронный извещатель System Sensor. Использование высококачественной элементной базы и современная технология монтажа определяет высокую надежность работы извещателя и долговременную стабильность всех его параметров, в том числе и чувствительности в реальных условиях. Круглые контактные площадки, которые хорошо видны на рис. 2 используются для подключения игольчатых контактов при проведении компьютерного тестирования. Контактные площадки печатной платы могут входить в контакты базы многие сотни раз, что превышает реально необходимое число снятия/установки извещателя на несколько порядков. Высокая интеграция и миниатюризация позволяет выполнить практически все электрические соединения в одном слое печатной платы и использовать второй слой для экранировки. Такой способ экранировки более эффективен, по сравнению с обычной экранировкой. Как известно, проводники, расположенные на заземленной проводящей поверхности не излучают и не принимают электромагнитные сигналы. Кроме того, становится возможным экранирование фотодиода извещателя. Без экранировки входных цепей усилителя сигнала и выводов светодиода в реальных условиях невозможно избавиться от наводок от внешних электромагнитных помех и избежать ложных срабатываний без загрубления чувствительности извещателя.

Рис.2. Печатная плата извещателя

Отсутствие экранирования в извещателях определяет наличие ложных срабатываний в реальных условиях. Причем отсутствие ложных срабатывании при отсутствии экранировки скорее всего указывает на недопустимо низкий уровень чувствительности. Даже в обычном офисном или жилом здании может появляться значительный уровень электромагнитных помех от работы мобильных и офисных радиотелефонов, от включения и выключения различных силовых установок, от работы мобильных средств связи различных служб и т.д. При этом возможно как прямое детектирование электромагнитных сигналов на входных цепях усилителя сигнала фотодиода, так и наводки на другие электрические цепи извещателя и на шлейфы сигнализации. Незначительное запыление дымовой камеры или уход порога срабатывания приводят к увеличению вероятности "ложняка". Наличие ложных срабатываний следует классифицировать как неисправность системы пожарной сигнализации, почти наравне с отказом или снижением чувствительности извещателя. В настоящее время для решения этой проблемы производители приемно-контрольных приборов были вынуждены ввести алгоритм перепроверки активизации извещателей, реализация которого требует дополнительных затрат времени и приводит к более позднему оповещению о ПОЖАРЕ.

Большое значение имеет и использование в современных извещателях инфракрасных светодиодов и фотодиодов с отъюстированными оптическими осями и узкими диаграммами направленности. Узкая направленность светодиода позволяет создать высокий уровень освещения в центральной части дымовой камеры, в секторе ± 10° и снизить освещения боковых стенок камеры. Диаграмма направленности фотодиода также имеет ширину примерно ± 10° с направлением максимума в центральную часть дымовой камеры. Таким образом, обеспечивается снижение фонового сигнала, принимаемого фотодиодом за счет переотражения от стенок камеры, и увеличение сигнала при появлении дыма. Повышение направленности оптопары эквивалентно увеличению усиления системы и соответственно увеличению отношения сигнал/фон. Точная юстировка оптических осей при установке кристаллов светодиодов и фотодиодов определяет стабильность чувствительности извещателей.

В пожарных извещателях нового поколения реализован алгоритм стабилизации чувствительности дымового канала. В процессе эксплуатации возможно изменение чувствительности извещателя, причем как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Например, накопление пыли на стенках дымовой камеры изменяет их цвет на серый. Соответственно увеличивается сигнал, принимаемый фотодиодом в нормальных условиях, т.е. возникает тот же эффект, как при появлении дыма. Разница заключается в скорости протекания процессов. Медленные изменения фонового сигнала на выходе фотодиода компенсируются соответствующим изменением порога срабатывания (рис. 4).

Рис.4. Адаптивный порог

Использование адаптивного порога, кроме сохранения уровня чувствительности в процессе эксплуатации; позволяет увеличить интервалы времени между техническим обслуживанием и обеспечить высокий уровень защиты от помех. Высокая интеграция и миниатюризация позволяет сконструировать дымовую камеру увеличенного объема с улучшенной вентилируемостью без увеличения габаритных размеров извещателя. Абсолютно круглая в горизонтальной плоскости форма оптической камеры обеспечивает одинаково высокую чувствительность извещателя при поступлении дыма с любого направления (рис. 5).

Рис.5. Дымовая камера извещателя

Форма пластинок, расположенных по периметру дымовой камеры, выбрана исходя из требований максимального ослабления фонового освещения как от светодиода оптопары, так и от наружных источников света: обеспечивается четырехкратное переотражение внешнего излучения и практически полное его затухание. Вместе с тем, незначительное аэродинамическое сопротивление определяет отсутствие снижения чувствительности при малых скоростях воздушного потока. Корпус дымовой камеры отливается из пластика черного цвета, а по ее периметру со стороны печатной платы в ту же форму, для обеспечения прочности соединения, добавляется красный пластик. Этот слой эластичного пластика красного цвета обеспечивает герметизацию электронной схемы извещателя и ее влагозащиту. Сигнал от кристалла индикаторного светодиода, расположенного на плате, передается через световод, установленный в корпусе дымовой камеры также через эластичный пластик. Обеспечена широкая диаграмма направленности излучения и высокая яркость индикатора в режиме "Пожар" при любом рабочем напряжении питания. Предусмотрена возможность подключения выносных светодиодных индикаторов, постоянная яркость свечения которых обеспечена стабилизацией тока.

Дымозаход современных пожарных извещателей максимально открыт, а защита оболочки корпуса до уровня IP43 обеспечивается крышкой с однородной синтетической или металлической сеткой, которая устанавливается на дымовую камеру. Попытки выполнения дымозахода в виде отверстий или щелей непосредственно в корпусе извещателя снижают степень защиты извещателя от пыли и насекомых и не обеспечивают свободное поступление воздушных масс. Снижение вентилируемости дымовой камеры определяет низкую чувствительность таких извещателей при малых скоростях движения воздуха, что характерно как раз для начального этапа развития ПОЖАРА.

Подводя итог вышесказанному, внедрение новейших разработок последних лет привнесло качественно новые схемотехнические и конструктивные решения, направленные на серьезное улучшение эксплуатационных характеристик пожарных извещателей, что, несомненно, позволит повысить пожарную безопасность объектов России.

Источник: Алгоритм безопасности № 2, 2003

пожарные извещатели, охранно-пожарная сигнализация, система пожарной сигнализации