超音波火災警報器。スキーム、説明

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超音波式火災警報器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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提案された警報装置は、燃料ライン、電気ケーブル、ガスパイプライン、可燃性物質が入ったタンク、およびさまざまなユニットなど、広範囲にわたる火災危険物体の分散監視システムを対象としています。炎の熱効果に反応します。感知要素は超音波導波管で、耐熱金属で作られたフレキシブルなワイヤーの形で作られ、その長さに沿って配置された多数の温度センサーに相当します。コード状のデザインにより、このような要素を制御対象の表面に沿ってその形状に沿って配置することができます。

既知の緊急火災警報装置があり、その感応要素は低融点材料で満たされた延長耐熱管の形で作られており、それを介して超音波発信器と受信器の間に音響接続があり、チューブの両端 [1、2]。内部の材料は炎で加熱されると溶け、その結果、エミッターとレシーバーの間の音響接続が変化し、これが警報信号の形成の基礎となります。

このような装置の欠点は、チューブからの溶融物の漏れを防ぐ必要がある検出要素の設計が複雑であることです。さらに、応答温度は常に、感応要素を充填する材料の溶融温度と等しくなります。化学組成を変えることによってのみ制御できます。実際には、さまざまな条件に応じて、さまざまな材料で作られた感応要素を供給する必要がありますが、これは常に受け入れられるわけではありません。

[3] に記載されている警報装置も同様の原理で動作しますが、その中の感応素子 (超音波導波管) はチューブではなく、固体の耐熱ワイヤーで作られています。その利点は、感知要素の設計が簡単であることです。受信デバイスの入力における信号は、超音波導波管の加熱により波の伝播速度が変化すると、超音波導波管内で発生する複雑な干渉現象の結果として変化します。応答温度は、レシーバー出力の比較ユニットのしきい値を変更することで調整できます。

欠点は、望ましい感度を得るために、発生する超音波振動の周波数を調整する必要があることが多いことです。実際のところ、これがないと、火災中の受信信号は減少または増加する可能性があり、デバイス[3]の比較ユニットはその減少にのみ反応します。

上で説明したアラームには、もう XNUMX つの共通の欠点があります。送信用と受信用の XNUMX つの圧音響トランスデューサーを感知要素の異なる端に設置する必要があります。これにより、警報器全体の設計が複雑になり、場合によっては現場での設置が複雑になります。

提案された火災検知器には、上記の欠点がありません。

主な技術的特徴

応答温度°С、以下....... 200
応答時間s、これ以上....... 15
回復時間、s、これ以上....... 30
センサーの長さ、m、それ以上.......1
動作周波数、kHz....80±0,5
供給電圧、V......27±3
消費電流、mA、これ以上 ....... 100

警報器の構造を図に示します。 1. これには、超音波周波数信号発生器 Г、パワーアンプ UM1 および UM2、超音波導波管 (感応素子) が取り付けられた圧電音響トランスデューサー PP、圧電トランスデューサーの抵抗相当物 EPP、アンプによって消費される電流のセンサーが含まれます。 UM1 および UM2 DT1 および DT2 、差動増幅器リモコン、積分回路 AND、閾値デバイス PU1 および PU2、火災表示ユニット IND。ノード UM1 と UM2、DT1 と DT2 はペアで同一です。

発生器Ｇの出力からの超音波周波数信号は、増幅器ＵＭ１およびＵＭ２の入力に供給される。超音波圧電トランスデューサー PP が UM1 の出力に接続され、その同等物が UM2 の出力に接続されます。

PP は導波路感知要素内で縦方向の超音波振動を励起し、その端まで伝播し、反射されてトランスデューサーに戻ります。その結果、導波路内に定在音響波が確立されます。このモードは、PP の負荷として機能する導波管の特定の入力音響インピーダンスに対応し、PA1 から PP が取得する電力と、このアンプが電源から消費する電流はそれに依存します。

火がない場合、これらのパラメータはすべて変化しません。ただし、導波管の一部が炎によって加熱されると、それに沿った超音波の伝播速度が変化します。したがって、定在波のパターンと導波管の入力音響インピーダンスが変化します。この結果、PA1 が消費する電流の定常値からの偏差が生じます。

UM2の出力に接続されたEPPエミッタの抵抗相当の抵抗は、火災がない場合にUM1とUM2によって消費される電流値が等しくなるように選択されます。この場合、電流センサーDT1とDT2からその差を計算するリモコンの差動アンプの入力に供給される電圧値は異なりません。

超音波火災探知器
図。 1

遠隔制御装置の出力信号は、積分回路ＡＮＤを通過し、その超音波成分をさらに弱めることにより、閾値装置ＰＵ１およびＰＵ２の入力に到達する。そのうちの 1 つは、定常値に対する電圧の増加に応答し、2 つ目はその減少に応答するように構成されています。

いずれかのしきい値デバイスが作動すると、IND 表示ユニットが音と光の警報信号を生成し、火災が取り除かれ、感知要素が冷却されると、警報は再び作動する準備が整います。他の不安定要因 (電源電圧の変化など) は、UM1 と UM2 が消費する電流の相互の均等性を侵さないため、これらの要因にさらされてもアラーム信号は生成されません。

米。 2（クリックで拡大）

火災警報器の図を図に示します。 2

ジェネレータ G はコンパレータ DA1 上に組み込まれています。その出力信号は、デューティサイクルが約 2 の一連の矩形パルスです。コンデンサ C4 と抵抗 R7、R7 は周波数設定であり、トリミング抵抗 R9 はパルス周波数を変更する機能を提供します。それらの振幅は、抵抗分圧器 R10R1 によって所望の値まで低減されます。コンデンサ C1 と抵抗 RXNUMX は、発電機の動作中に発生するパルスノイズの検出器の電源回路への侵入を低減するフィルタを形成します。

アンプ UM1 はトランジスタ VT3、VT4、および VT1 に組み込まれ、アンプ UM2 は VT5、VT6、および VT2 に組み込まれます。それぞれの電圧増幅率は、それぞれ対応するアンプの初段の負荷である抵抗R13～R1、R1～R14の抵抗比で決まります。抵抗 R12、R15、R17 R13、R14 ～ R16 はアンプの DC モードを安定させます。ダイオード VD18 ～ VD20 は、トランジスタ VT23 ～ VT1 のバイアス電圧を設定します。圧音響トランスデューサ BQ4 (PP) は UM3 の出力に接続されています。抵抗 R6 および R1 は、このようなコンバータ (EPC) と同等のものを形成します。

センサー DT1 と DT2 は、パワーアンプの電源回路に直列に接続された抵抗 R19 と R26 です。

リモコンは DA3 オペアンプに組み込まれています。抵抗 R27 ～ R29、R33 はゲインを設定し、抵抗 R30: R34 およびコンデンサ C9 はユニポーラ電源によるオペアンプの通常動作を保証します。コンデンサ SY は、リモコン入力間の超音波周波数電圧の振幅を低減します。

積分回路Ａｎｄは、抵抗Ｒ３７とコンデンサＣ１３により構成される。 PU37 と PU13 はそれぞれコンパレータ DA1 と DA2 に組み込まれます。抵抗分圧器 R4R5 および R31R35 は、応答しきい値を設定します。コンデンサ C32 および C36 - フィルタリング

火災表示ユニットは、発生器を内蔵した電磁音響エミッター HA1、フィルターコンデンサー C14、および点滅する LED HL2 で構成されています。統合された安定器 DA2 とフィルターコンデンサー C3、C4 は、+15 V の電圧源を形成します。LED HL1 は抵抗付きです。 R8は機器の電源を入れるための指示ユニットです。

警報コンポーネントはブレッドボードに取り付けられます。それらは細い絶縁ワイヤで相互に接続されています。感応要素は直径 2 mm、長さ 1,5 m の銅線で、一端が BQ1 圧音響トランスデューサの動作面にはんだ付けされています。

K554SAZ コンパレータの代わりに、K554SAZB、K521SAZ、521 SAZ、または異なるインデックスを持つそれらの輸入アナログ LM311 を使用できます。 K140UD6 オペアンプは、140UD6A、140UD6B、140UD601A 140UD601B KR140UD6 KR140UD608 およびその他の汎用オペアンプと置き換えることができます。統合スタビライザー KR142EN8V - 7815 の類似品を輸入し、さまざまなプレフィックスとインデックスを付けました。

KT503G トランジスタは、同じシリーズまたは同様のパラメータを持つ他のトランジスタと置き換えることができます。トランジスタ KT814G、KT815G は、それぞれ他の文字インデックスを持つ同じもの、または KT816、KT817 シリーズに置き換えることができます。

KD522B ダイオードは、KD503、KD521 シリーズなどの他の低電力パルスシリコンダイオードに置き換えられます。 AL307VM LED はその他の LED にすることができ、L-816BID は点滅する LED (L-796BID など) にすることもできます。

警報器には輸入酸化物コンデンサが使用されていますが、K50-35などの国産品も適しています。セラミックコンデンサ - K10-17a、K10-176、およびその他の同様のもの。固定抵抗 - S2-33 (S2-23、MLT、OMYAT と交換可能) トリマー抵抗 - SP4-3、代わりに SPZ-16a、SPZ-37、SPZ-ZEA などを使用できます。

電磁音響エミッタ NSM1212X は NSM1612X に置き換えることができます。 BQ1 圧音響トランスデューサは、外国製のフレームなしトランスデューサ (おそらくタイプ VSB35EW-0701 B) ですが、代わりに 80 kHz の共振周波数を持つ別のトランスデューサを使用することもできます。スイッチ SA1 は、MT-1 など、任意のタイプにすることができます。

正しく組み立てられた警報装置の確立は、圧音響トランスデューサ BQ7 の直列共振周波数に等しいトリミング抵抗 R1 を使用して発生器 G の周波数を設定することから始まります。この発生器の出力信号の振幅は約 1 V である必要があり、必要に応じて抵抗 R9 を選択することによって実現されます。抵抗 R13 と R14 を選択することにより、アンプ (それぞれ UM1 と UM2) の動作モードが設定されます。出力での最大信号の歪みが最小になるように直流で動作します。動作周波数での UM1 と UM2 のゲインの等しい値は、抵抗 R11 と R12 を選択することによって実現されます。

同調抵抗器 R25 は信号装置のバランスをとるために使用され、感応素子が室温まで均一に温められた状態で、コンデンサ SY の端子 (リモコンの入力) 間に可能な最小の定電圧を実現します。バランス後、オペアンプ DA3 の出力の定電圧は、DA7,5 チップの電源電圧の半分である約 3 V になるはずです。

たとえば、アルコールランプやキャンドルの炎で敏感な素子の小さな領域を加熱すると、オペアンプの出力電圧は（加熱の場所と程度に応じて）少なくとも 1 減少または増加するはずです。感応素子を加熱するときのコンパレータ DA4 および DA5 の動作は、トリミング抵抗 R31 および R32 を使用して実現され、HL2 LED が点滅を開始し、HA1 エミッタが断続的な音を発する必要があります。敏感な素子が冷えるとアラームが元の状態に戻り、HL2 LED とサウンドエミッタがオフになり、オペアンプ DA3 の出力電圧が前の値に戻ることを確認する必要があります。。

信号装置を物体に設置する場合は、物体の振動やそれによって発生する音響ノイズが感応部に与える影響を排除するため、防振台に取り付けるなどの措置を講じる必要があります。大きな面積または体積のオブジェクトは、その周囲の感応要素を曲げることによって制御されます。

文学

Konnov V.P.、Fomkin A.S. 緊急火災警報装置 RF 特許番号 2315362。会報「発明の有用なモデル」、2008 年 No. 2。
Ilyin O.P. 緊急火災警報システム。 RF 特許第 2438183 号 - 速報「発明、実用新案」、2011 年、第 36 号。
イリンO.火災警報器。 -ラジオ、2009年、第4号、p。 36、37

著者: O.イリン

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