ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

Разработка пирометрического датчика пожарной сигнализации.

Рекомендуемая область пременения

Технологическая разработка может быть использовано в автоматических системах пожарной сигнализации для обеспечения взрывобезопасности газодисперсных систем (сплошная фаза - газ) в производственных условиях и на угольных шахтах, с некоторой доработкой, может применяться в различных взрывоопасных производствах (мукомольное, лакокрасочное и т.д.).

Назначение, цели и задачи проекта

Данная разработка предназначена для обнаружения очага возгорания в газодисперсных средах по тепловому излучению.

Целью проекта является изготовление и внедрение пирометрических датчиков, обеспечивающих взрывобезопасность.

Задачами проекта являются:

проектирование опытного образца пирометрического датчика на базе DSP-процессора;

изготовление опытного образца пирометрического датчика на базе DSP-процессора;

разработка и создание лабораторной установки для моделирования взрывов угольной пыли в различных условиях;

проведение серии опытов, позволяющих сделать выводы о:

а) реакции датчика на взрывы угольной пыли в различных условиях;

б) влиянии промежуточной среды на достоверность принимаемого датчиком решения;

разработка принципов определения оптимального расположения датчика и исполнительных устройств  системы взрывоподавления на объекте с моделированием;

сертификация датчика.

Задача настоящего технического решения - исключение влияния на порог срабатывания пожарного датчика оптической плотности среды и излучательных способностей веществ в очаге возгорания, обнаружение начальной стадии возгорания (до появления пламени) за счет понижения инерционности и температурного порога срабатывания датчика.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

Известны пожарные извещатели, реагирующие на нагрев температурного датчика до определенного предела, при котором происходит срабатывание извещателя, и использующие термодатчики следующих типов: терморезисторные, термомагнитные, термоэлектрические, теплоплавкие, реагирующие на избыточную температуру. Недостатком данных пожарных извещателей является то, что они имеют большую инерционность срабатывания (от нескольких секунд до сотен секунд).

Известны пожарные извещатели фотоэлектрического типа, реагирующие на излучение в инфракрасной, видимой или ультрафиолетовой области спектра, и срабатывающие при превышении мощностью излучения определенного предела. Недостатком таких пожарных извещателей является то, что они срабатывают после возгорания и не могут быть использованы для предотвращения возникновения открытого пламени. Также на температуру срабатывания таких датчиков оказывают большое влияние оптические характеристики среды и излучательная способность источника излучения.

Известно также устройство обнаружения возгораний в пневмотранспорте, содержащее фотодиод в качестве фотоприемника излучения, блок усиления с обратной связью для усиления фототока фотодиода и схему срабатывания. По сути в нем использован радиационный метод определения температуры. Фототок пропорционален суммарной мощности излучения, приходящейся на спектральную область чувствительности используемого фотодиода и является возрастающей функцией температуры.

Недостатком данного устройства является то, что температура очага пожара, при которой срабатывает известное устройство, зависит от оптических свойств воздушной среды, от расстояния до очага возгорания и от излучательной способности сгораемого вещества и продуктов горения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является пирометрический датчик пожарной сигнализации, содержащий инфракрасные фотодетекторы, светофильтры с разными спектрами пропускания и усилители, выходы которых соединены с входом исполнительной схемы (US, патент, 5339070, кл. G 08 B 17/12, 1994.).

Недостатком данного датчика является то, что температура очага пожара, при которой срабатывает известное устройство, зависит от оптических свойств воздушной среды, от расстояния до очага возгорания и от излучательной способности сгораемого вещества и продуктов горения.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Пирометрический датчик пожарной сигнализации содержит инфракрасные фотодетекторы, светофильтры с разными спектрами пропускания и усилители, выходы которых соединены с входом исполнительной схемы согласно изобретения, введены блок термостабилизации темновых токов фотодетекторов, разделитель светового потока и оптическая система для фокусировки потока на чувствительных окнах фотодетекторов, а исполнительная схема содержит соединенные последовательно блок вычисления отношения двух значений напряжения, блок усреднения и пороговый детектор, при этом последовательно установленные оптическая система для фокусировки потока на чувствительных окнах фотодетекторов и разделитель светового потока оптически связаны с фотодетекторами, которые подключены к неинвертирующим входам усилителей, а выходы блока термостабилизации подключены к инвертирующим входам усилителей, вход блока вычисления отношения двух значений напряжения является входом исполнительной схемы.

Сущность данного технического решения поясняется с помощью функциональной схемы, представленной на чертеже. Устройство содержит объектив 1, диафрагму 2, линзу 3, разделитель светового потока 4, светофильтры 5 и 6, инфракрасные фотодетекторы 7, усилители 9 и 10, блок 8 термостабилизации темновых токов фотодетекторов, блок 11 вычислителения отношения двух значений напряжения, блок усреднения 12, пороговый детектор 13, блок питания 14.

Пирометрический датчик пожарной сигнализации работает следующим образом. Инфракрасное излучение охраняемого объекта при помощи объектива 1 фокусируется, и пройдя через отверстие диафрагмы 2, разделяется светоделительной пластиной 4 на два потока. Каждый из этих потоков через светофильтр 5 или 6 с разными спектрами пропускания попадает на фотодетекторы 7. Линза 3 совместно с объективом 1 образуют оптическую систему, которая служит для фокусировки потока на чувствительные окна фотодетекторов. Светофильтры 5 и 6 выделяют из светового потока различные участки спектра. Сигналы с фотодетекторов 7 подаются на неинвертирующие входы усилителей 9, 10 и усиливаются усилителями 9, 10. Для исключения влияния температуры корпуса датчика на значение фототоков фотодетекторов с блока термостабилизации темновых токов фотодетекторов 8 на инвертирующие входы усилителей 9 и 10 подается сигнал равный темновым токам фотодетекторов при данной температуре их корпуса. Сигналы с усилителей подаются в исполнительную схему, которая состоит из блока 11 вычисления отношения двух напряжений, блока усреднения 12, порогового детектора 13 и блока питания 14. В блоке 11 вычисляется отношение напряжений с выходов усилителей 9, 10. Это отношение прямо пропорционально температуре источника теплового излучения. Полученный таким образом температурный сигнал в блоке 12 усредняется по нескольким измерениям для исключения влияния шумов в измерительном и оптических трактах. Усредненный сигнал температуры подается на блок 13 порогового детектора и, если он превышает температуру срабатывания, то блок 13 формирует на выходе устройства сигнал, означающий начало возгорания. Блок 14 питания служит для формирования и стабилизации напряжений, необходимых для работы электрической схемы.

В результате использования в качестве приемников излучения быстродействующих фотодетекторов достигается малая инерционность датчика возгорания (менее 1 миллисекунды). Благодаря применению спектрального метода определения температуры исключается влияние расстояния до разноудаленных объектов, их излучательных способностей и оптических свойств промежуточой среды на температуру срабатывания датчика. Использование инфракрасных фотодетекторов и светосильной оптической схемы позволяет снизить температуру срабатывания пожарного датчика. При превышении температуры любого объекта в поле зрения объектива 1 заданного значения (от 400^?С и выше) через время, не превышающее значение инерционности датчика, на его выходе устанавливается сигнал, сообщающий о начале возникновения возгорания.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

После сертификации датчика, наш коллектив готов изготавливать их до 100 штук в год. Есть возможность расширения производства с выходом готовой продукции до 500 и более датчиков в год. Себестоимость датчика составляет 12-15 тыс. руб.

Есть договоренность с некоторыми руководителями угольных шахт Кемеровской области, которые готовы приобретать системы взрывоподавления, укомплектованные заявленным пирометрическим датчиком с ценой 25 тыс. руб. за один. Следовательно, прибыль, только за первый год работы, составит около 1 000 тыс. руб.

До сих пор во многих угольных шахтах отсутствуют средства локализации взрывов или используются пассивные сланцевые и водяные заслоны, которые имеют ряд недостатков. Практически не возможно оценить экономический эффект от применения автоматических взрывоподавляющих систем в угольных шахтах. Только за последние месяцы произошли взрывы, унесшие сотни человеческих жизней и разрушившие десятки километров угольных шахт.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

В результате использования в качестве приемников излучения быстродействующих фотодетекторов достигается малая инерционность датчика возгорания (менее 1 миллисекунды). Благодаря применению спектрального метода определения температуры исключается влияние расстояния до разноудаленных объектов, их излучательных способностей и оптических свойств промежуточой среды на температуру срабатывания датчика. Использование инфракрасных фотодетекторов и светосильной оптической схемы позволяет снизить температуру срабатывания пожарного датчика. При превышении температуры любого объекта в поле зрения объектива 1 заданного значения (от 400^?С и выше) через время, не превышающее значение инерционности датчика, на его выходе устанавливается сигнал, сообщающий о начале возникновения возгорания.

Новые потребительские свойства продукции

В отличие от представленных на рынке датчиков обнаружения очага возгорания, данный пирометрический датчик имеет ряд преимуществ:
1) быстрое время обнаружения - 1мс;
2) малое влияние промежуточной среды на достоверность принимаемого решения;
3) эффективная защита от ложных срабатываний.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

Пирометрический датчик пожарной сигнализации прошел успешные испытания в Бийском технологическом институте.

Предлагаемые инвестиции

2,5 млн. руб.

Рынки сбыта

Угольные шахты Кемеровской области и, в дальнейшем, другие угледобывающие регионы России.

Возможность и эффективность импортозамещения

Конструкция предлагаемого в проекте пирометрического датчика защищена патентом Российской Федерации и превосходит по техническим характеристикам зарубежный аналог US 5339070, кл. G08B17/12, 1994. Предлагаемое техническое решение направлено на устранение недостатков и исключения влияния на порог срабатывания пожарного датчика оптической плотности среды и излучательных способностей веществ в очаге возгорания, обнаружения начальной стадии возгорания (до появления пламени) за счет понижения инерционности и температурного порога срабатывания датчика.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

36

Дата поступления материала

21.08.2007