Комбинированный алгоритм обнаружения пламени для извещателей пламени, работающих по принципу спектральной селекции

PDF версия
Пожарные извещатели пламени (ИП), как и остальные средства безопасности, непрерывно совершенствуются. В настоящее время основная часть подобных приборов использует для распознавания пламени детектирование низкочастотной модуляции излучения в инфракрасном диапазоне. Также достаточно широко в ИП применяется детектирование излучения пламени в ультрафиолетовом диапазоне на длинах волн от 180 до 260 нм, свободном от излучения Солнца.

Введение

В дополнение к этим методам существует и третий — метод спектральной селекции, не требующий анализа амплитудных характеристик излучения и основанный на спектральном анализе, который способен выявить максимумы излучения пламени [1].

Особенностью спектральной характеристики излучения пламени в инфракрасной области (рис. 1), позволяющей реализовать принцип спектральной селекции, можно считать наличие двух выраженных «пиков» излучения с максимумами на длинах волн 2,9 мкм (полоса излучения нагретых паров воды) и 4,4 мкм (полоса излучения СО2) и «провала» излучения на длинах волн 3,2–4 мкм.

Спектр углеводородного пламени в ИК-области спектра

Рис. 1. Спектр углеводородного пламени в ИК-области спектра

Принцип спектральной селекции основан на точном количественном измерении интенсивности инфракрасного излучения в характерных для испускания пламени спектральных поддиапазонах и вне их. После логической обработки результатов измерений принимается решение о наличии или отсутствии пламени. Спектры возможных «помех» для извещателя пламени в инфракрасной области представлены на рис. 2.

Спектры возможных помех в ИК-области спектра

Рис. 2. Спектры возможных помех в ИК-области спектра

Для реализации этого варианта применяются фотоприемники, которые для своей работы не требуют модуляции интенсивности излучения и обладают необходимым диапазоном спектральной чувствительности.

Метод спектральной селекции отличается от вышеуказанных высокой помехозащищенностью по отношению к оптическим помехам в ультрафиолетовом и «мерцающим» оптическим помехам в инфракрасном диапазонах спектра, а также высоким быстродействием. Этот метод используется в ИП «Набат» производства АО «НИИ «Гириконд» [2, 3]. В качестве фотоприемного элемента в ИП «Набат» применяется быстродействующий двухэлементный фотогальванический приемник инфракрасного излучения, состоящий из основного и опорного каналов. Спектральные характеристики каналов определяются как физическими свойствами материала фоточувствительного элемента, так и соответствующими интерференционными фильтрами. Диапазон спектральной чувствительности основного канала фотоприемного элемента должен совпадать с характерными полосами в инфракрасном спектре излучения пламени. Диапазон спектральной чувствительности опорного канала должен находиться вне этих полос излучения. В зависимости от различных комбинаций материалов фоточувствительного слоя и спектральных характеристик интерференционных фильтров в инфракрасных ИП «Набат» используются три варианта фотоприемников. Наиболее простой и дешевый в изготовлении вариант фотоприемника (тип 1) обеспечивает защиту от ложных срабатываний, в соответствии с требованиями [4], при воздействии оптических помех: фоновой освещенности от люминесцентной лампы 2500 лк и от лампы накаливания 250 лк. Кроме того, ИП с фотоприемником типа 1 защищен от ложных срабатываний при воздействии инфракрасного излучения от нагретых объектов с температурой до +120 °C. В сложных условиях эксплуатации нередко требуется дополнительная защита от помех. Например, в производственных условиях часто необходима защита от инфракрасного излучения значительно более нагретых объектов. В этом случае используются модификации фотоприемника, обеспечивающего защиту от нагретых объектов температурой до +250 °C (тип 2) и от нагретых объектов температурой до +500 °C (тип 3).

При этом с увеличением степени защиты от нагретых объектов значительно возрастает сложность изготовления и себестоимость фотоприемника в связи с применением иных материалов фоточувствительных слоев и более сложных оптических фильтров.

В данной статье рассматривается комбинированный алгоритм обнаружения пламени, позволяющий использовать более простые по конструкции фотоприемники при сохранении высокой помехозащищенности ИП к излучению нагретых объектов.

 

Принцип действия извещателей

В основе метода спектральной селекции лежит точное измерение уровня интенсивности излучения в основном и опорном каналах. После измерения вычисляется разница между обоими сигналами (РС). При превышении РС определенной, заданной программой контроллера, величины — уровня сравнения (УС) — происходит выдача извещения о наличии пламени в поле зрения ИП. При этом уровень сравнения является величиной, значение которой корректируется только при изменении температуры окружающей среды (корректируется изменение чувствительности фотоприемника) и не зависит от фонового излучения (инфракрасных помех, попадающих в поле зрения ИП).

Данный алгоритм является быстродействующим, однако при наличии инфракрасных помех может привести к ложным срабатываниям ИП, если фотоприемник не рассчитан на работу с таким фоновым излучением, то есть опорный канал полностью не компенсирует увеличение теплового фона в поле зрения ИП. Этого можно избежать, введя «плавающий» (меняющийся в соответствии с изменением теплового фона объектов в поле зрения ИП) УС и дополнительные критерии проверки наличия излучения пламени. Такими критериями могут быть низкочастотные колебания пламени или сигнал от дополнительного ультрафиолетового канала. Применение дополнительного УФ-канала значительно увеличивает себестоимость ИП, а также повышает время детектирования пламени до 3–6 с.

В качестве дополнительного критерия в статье предлагается детектирование низкочастотной модуляции излучения пламени в ИК-диапазоне.

При использовании алгоритма с двумя критериями наличия пламени на первом этапе методом спектральной селекции с интервалом 1 с вычисляется разница сигналов между основным и опорным каналами. В случае превышения сигнала основного канала над сигналом опорного — разница является положительным числом. Положительное значение РС сопоставляется с уровнем сравнения, записанным в памяти контроллера при настройке ИП.

Если значение РС больше УС на заданную в процессе настройки ИП величину, то с интервалом в 1 с проводится еще одно контрольное измерение РС, а затем, по достижении двух подряд превышений РС над УС, выполняется проверка по дополнительному критерию. В противном случае счетчик превышений сбрасывается, а уровень сравнения остается неизменным.

Для идентификации пламени по эффекту пульсации интенсивности его инфракрасного излучения необходимо фиксировать низкочастотные колебания пламени в диапазоне от 2 до 20 Гц. В ходе проведенных экспериментов на очаге ТП‑5 (горение гептана на площади 0,1 м2) и ТП‑6 (горение спирта на площади 0,2 м2) получены результаты, приведенные в таблице. По итогам эксперимента в качестве частот для идентификации пламени были выбраны частоты 2, 4 и 6 Гц. Критерием выбора частот была величина амплитуды колебаний интенсивности инфракрасного излучения пламени на данной частоте.

Таблица. Амплитуда колебаний интенсивности излучения пламени в зависимости от частоты колебаний

Частота, Гц

Амплитуда на данной частоте, усл. ед.

№ измерения

1

2

3

4

5

2

48

103

51

73

77

4

28

20

61

44

16

6

20

12

40

32

10

8

11

29

14

7

6

10

9

13

20

11

10

12

6

8,5

15

2

3

При проверке по дополнительному критерию производится 64 выборочных измерения с интервалом порядка 15,5 мс. Затем для повышения помехозащищенности процесс повторяется. Из полученных выборок методом преобразования Фурье вычисляются амплитуды частот 2, 4 и 6 Гц в измеренном сигнале.

При превышении амплитудой определенного значения хотя бы на одной из частот принимается решение о наличии пламени в поле зрения ИП.

Если же амплитуда на всех трех частотах меньше заданного значения, это свидетельствует о появлении в поле зрения ИП тепловой оптической помехи. В таком случае измеренное на первом этапе значение РС становится новым значением уровня сравнения и сохраняется в памяти контроллера.

При исчезновении тепловой оптической помехи из поля зрения ИП значение РС становится меньше УС. Для повышения помехозащищенности в этом случае проверка производится три раза подряд с интервалом в 1 с, затем значение РС становится новым значением уровня сравнения.

Если разница (с любым знаком) между РС и УС менее установленной программно величины, то значение УС остается неизменным и анализ спектра низкочастотных колебаний интенсивности инфракрасного излучения пламени не производится. Это помогает сократить влияние погрешности измерения и уменьшить энергопотребление контроллера.

Используя данный алгоритм, мы получаем «плавающий» уровень сравнения, зависящий от теплового фона в поле зрения ИП. Таким образом, в сложных условиях эксплуатации можно использовать фотоприемники, изначально не предназначенные для этого. Для извещателей «Набат» фотоприемник типа 2 может быть заменен более простым и дешевым в изготовлении типом 1, а тип 3 — типом 2. К недостаткам данного алгоритма следует отнести снижение быстродействия ИП от 100 мс (минимальное время срабатывания) до 4–5 с, что укладывается в нормативы, представленные в [4].

Следует заметить, что детектирование низкочастотной модуляции пламени производится на сигнале, полученном с помощью метода спектральной селекции, что дополнительно повышает помехозащищенность ИП.

 

Заключение

Использование алгоритма с двумя критериями обнаружения пламени помогает значительно снизить технологические и материальные издержки при изготовлении уже существующих ИП производства ОАО «НИИ «Гириконд». Во многих случаях ИП, работающий по такому алгоритму, способен замещать комбинированные ИК/УФ- или многодиапазонные ИК-извещатели пламени от различных производителей.

Алгоритм универсален и может использоваться как для существующих, так и для перспективных ИП, работа которых основана на принципе спектральной селекции. Опытные образцы показали высокую помехоустойчивость к инфракрасному излучению раскаленных и нагретых объектов при сохранении дистанции обнаружения пламени.

Литература
  1. Дийков Л. К., Медведев Ф. К., Шелехин Ю. Л. и др. Электронно-оптические извещатели пламени. ИК-приемники нового поколения // Электроника: Наука, Технология, Бизнес. 2000. № 1.
  2. Патент РФ на промышленный образец № 53744, приоритет 18.06.2002. Извещатель пожарный пламени многодиапазонный / Л. К. Дийков, А. Л. Буркин, С. П. Варфоломеев и др. Заявитель ОАО «НИИ «Гириконд».
  3. Патент на изобретение № 2296370, приоритет 27.05.2005. Инфракрасный многодиапазонный детектор пламени и взрыва / Н. И. Горбунов, Л. К. Дийков, Ф. К. Медведев.
  4. ГОСТ Р 53325-2012 «Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования и методы испытаний».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

?>
نيك مصرى رومانسى free69tubex.com سكس العاده سكس عربى خليجى arabsexflesh.com صور طيز شباب hot sexy x videos pornfucky.net indian garls sex 美人で照れ屋なボクの彼女がなんとも嬉しい宅コスレイヤーだった!?コスプレえいみのえちえちしちゃうぞ!! 深田えいみ javunsensored.com 倉木しおり shakeela hot movies momandboyporn.net mallu outdoor hestai hentai hentai24x7.com akai mato hentai tuff henti hentaicamz.com tsuruta bungaku dharmapuri sivraj indianboobfuck.net porn india free hcbdsm indianfuckblog.com dekhne wala bf gokusaishiki no nise ai manga-hentai.net ikoku na retro hentai mallu devika porn freepornmoviestubex.com indian sex reap はるのるみ javshare.info 超敏感juicy妹は処女ビッチ~はじめてのエンコーからイキまくりギャルのエロエロ快楽堕ち即パコ性活~ 新人 緊張しながら頑張る姿が超絶可愛いデビュー作鉄板品 天野玲 ero-video.mobi rune'spharmacy ~ティアラ島のお薬屋さん صور مص زب متحركه com-porno.com صور ستات عاريه my free hentai comics besthentai.org cardcaptor hentai