Вы находитесь в разделе Типовых решений систем безопасности
Оптимизация конструкции дымового датчикаПо статистике примерно 90% пожаров начинаются с тления материалов, по этому дымовые пожарные извещатели в большинстве случаев являются наиболее эффективным средством защиты от пожара. Дымовые извещатели обнаруживают критическую ситуацию на раннем этапе, при минимальном задымлении помещения, что позволяет ликвидировать очаг подручными средствами с минимальными материальными потерями. Это не теоретические рассуждения, адекватная реакция персонала на сигнал ПОЖАР от дымового извещателя позволяет избежать тяжелых последствий. Конечно извещатель должен быть работоспособным, иметь высокую чувствительность в реальных условиях и не давать ложных сигналов. Этим требованиям отвечают, например, адресные опросные дымовые извещатели Леонардо-О (ИП 212-60А) со стабилизацией чувствительности и автоматическим контролем ее уровня, с высоким уровнем экранировки, с защитой от пыли и от насекомых. В подмосковном Электростали в реабилитационном центре, защищенном Леонардо, ущерб от непотушенной сигареты составил всего 10 см2 коврового покрытия. В Московском метрополитене была обнаружена пожароопасная ситуация, возникшая от замыкания обмотки трансформатора системы связи вследствие протечки грунтовых вод. Высокая чувствительность дымовых ЛЕОНАРДО и точный адрес позволили диспетчеру в кротчайшее время обесточить неисправную систему и исключить более серьезные последствия, чем замена неисправного трансформатора. В Камбодже Леонардо спас от пожара Национальный банк, где пожароопасная ситуация возникла в лифтовой шахте. Много факторов влияют на эффективность дымового пожарного извещателя, но именно его конструкция определяет аэродинамические характеристики дымового ПИ. Даже при малых скоростях воздушного потока должно происходить быстрое заполнение извещателя дымом, иначе возникает задержка в формировании сигнала ПОЖР, что эквивалентно снижению чувствительности ПИ. Сертификационные испытания по НПБ 65-97 Извещатели пожарные дымовые оптико-электронные в дымовым канале ограниченного сечения с принудительной циркуляцией аэрозоли при увеличении оптической плотности значительно отличаются от реальных условий и не позволяют в полной мере оценить эффективность дымового извещателя. Натурные испытания на тестовые пожары по ГОСТ Р 50898-96 Извещатели пожарные. Огневые испытания, в отличии от европейского стандарта EN54-7, не проводятся. По этим причинам, практически все сертифицированные российские дымовые оптико-электронные пожарные извещатели ИП 212-ХХ имеют чувствительность по паспорту 0,05 - 0,2 дБ/м и для потребителя отличаются только ценой и внешним видом. Исходные положения От тлеющего очага дым с нагретым воздухом поднимается вверх до потолка и распространяется в верхней части помещения в горизонтальной плоскости от очага (рис. . С увеличением расстояния от очага дым рассеивается, т.е. снижается удельная оптическая плотность, по этому регламентируется максимальное расстояние между дымовыми пожарными извещателями (ИП). По Британскому стандарту BS5839 ч.1:2002, раздел 22 должно обеспечиваться расстояние от любой точки помещения до ближайшего дымового ИП в горизонтальной проекции не более 7,5 м. Т.о., считается, что дымовой ИП контролирует площадь в виде круга радиусом 7,5 м, т.е. максимально 176 м2. Преимуществом данной формулировки требования о размере контролируемой зоны является применимость ее к помещениям произвольной формы от простейших прямоугольных до изогнутых и круглых. В НПБ 88-2001* «Установки пожаротушения и сигнализации. Нормы и правила проектирования» задан единственный способ расстановки дымовых ПИ - в узлах квадратной решетки с определением шага расстановки и максимального расстояния до стен, что применимо только для помещений прямоугольной формы. В данном случае радиус защищаемой зоны определяет половина диагонали квадрата, в углах которого расположены дымовые ИП (рис. . Например, для помещения высотой до 3,5 м максимальный шаг квадратной решетки составляет 9 м, диагональ ячейки равна 9√2, а радиус защищаемой зоны 9√2/2 ~ 6,36 м. Соответственно, максимальная площадь в виде круга, защищаемая дымовым ПИ по НПБ 88-2001*, равна 125 м2.  Рис. Распространение дыма от тлеющего очага на первом этапе Таким образом, конструкция дымового точечного извещателя должна быть рассчитана на горизонтальные воздушные потоки с незначительными скоростями. Кроме того, в непосредственной близости к перекрытию сохраняется слой чистого воздуха и по BS5839 требуется установка дымовых и тепловых ПИ, таким образом, чтобы их чувствительные элементы были расположены на расстоянии не менее 25 мм от потолка.  Рис. Максимальная площадь, защищаемая дымовым извещателем по НПБ 88-2001* Для обеспечения эффективной пожарной защиты сигналы о пожароопасной ситуации должны формироваться при сравнительно небольшой концентрации дыма. Чувствительность дымового извещателя - это удельная оптическая плотность среды измеренная в дБ/м или в %/м, при которой формируется сигнал ПОЖАР. Чем меньший уровень оптической плотности среды вызывает активизацию ИП, тем выше его чувствительность. При испытаниях по НПБ 65-97 чувствительность дымовых пожарных извещателей (ПИ) должна оставаться в пределах 0,05-0,2 дБ/м, при этом отношение максимальной оптической плотности к минимальной не должно превышать:
Одновременное воздействие нескольких факторов, что обычно и происходит на практике, может вызвать изменение чувствительности оптико-электронного ПИ в широких пределах. К тому же, в процессе эксплуатации происходит уход чувствительности из-за накопления пыли, старения электронных компонентов и т.д. Необходимо так же обеспечить защиту от воздействия искусственного или естественного освещения яркостью до 12000 лк, защиту от влаги, от пыли, от коррозии, от насекомых, от воздействия электромагнитного излучения, от механических воздействий и т.д. 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 они не должны являться источником электромагнитных помех. Уровень разработки дымового ПИ часто можно определить уже по его внешнему виду. Как не тривиально это звучит, но дымовой извещатель может определить пожароопасную ситуацию только когда в нем появится определенная концентрация дыма. Как быстро это произойдет – зависит от аэродинамических свойств конструкции дымозахода ПИ, защитных конструктивных элементов, структуры дымовой камеры и т.д. Точный количественный анализ – это сложная задача, решение которой зависит от массы факторов, но есть общие закономерности, которые проявляются практически в любых условиях. Причем, чем выше класс ПИ, тем тщательнее должна отрабатываться конструкция корпуса ПИ, форма дымовой камеры и диаграммы направленности свето и фотодиода оптопары. Повышенные требования по стабильности чувствительности предъявляются к дымовым ПИ с несколькими порогами. При установке минимального или максимального уровня их чувствительность не должна выходить за допустимые пределы. Адресно-аналоговый дымовой извещатель должен в реальном масштабе времени передавать на адресно-аналоговый прибор текущее значение оптической плотности с высокой точностью, следовательно конструкция адресно-аналогового ПИ должна обеспечивать практически полное отсутствие зависимости результатов измерений от направления и от скорости воздушных потоков. Кроме того, должна обеспечиваться малая инерционность, т.е. концентрация дыма в оптической камере должна незначительно отличаться от концентрации в окружающей среде. Противоречивость требований, предъявляемых даже к обычному пороговому дымовому ПИ, определяет сложность разработки его конструкции, причем неудачное конструктивное решение невозможно скомпенсировать даже самыми сложными схемотехническими решениями. Принцип работы дымового оптико-электронного пожарного извещателя В дымовых точечных оптико-электронных пожарных извещателях используется эффект диффузного рассеяния излучения светодиода на частицах дыма. Светодиод располагается таким образом, чтобы исключить прямое попадание его излучения на фотодиод (на рис. . При появлении частиц дыма часть излучения отражается от них и попадает на фотодиод. Здесь наблюдается диффузное рассеяние, которое, в отличие от зеркального, имеет широкую направленность. Подобный эффект возникает при прохождении луча прожектора через облако: в чистой среде луч не видим, а в облаке происходит его рассеяние на частицах влаги и часть излучения отражается в сторону наблюдателя. Для защиты от внешнего света оптопара – светодиод и фотодиод, размещаются в дымовой камере, которая установлена в корпусе дымового извещателя.  Рис. Модель дымового оптико-электронного извещателя Принцип действия оптико-электронного ПИ 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. Конструкция дымовой камеры должна одновременно обеспечивать свободный проход воздуха и значительное ослабление излучения от внешних источников света. 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 сигнала фотодиода, что вызывает ложные срабатывания. 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. Конструкция первых дымовых извещателей Первые российские дымовые ИП имели вертикально вентилируемые дымовые камеры, т.е. со сплошной боковой стенкой, с доступом в чувствительную зону снизу и с верху. Конструкция корпуса обычно дополнительно снижает эффективность извещателя. Например, в ДИП-2 дымозаход, расположенный только в нижней части корпуса, вообще не позволяет создать направленный воздушный поток через дымовую камеру (рис. . Весь основной внутренний объем корпуса расположен значительно выше дымозахода и представляет собой замкнутое пространство, в которое дым попадает только за счет турбулентности при значительных скоростях воздушного потока. Однако подобные конструкции могут хорошо работать на испытаниях в дымовом канале: за счет солидных габаритов в месте расположения извещателя перекрывается значительная часть сечения канала, увеличивается скорость воздушного потока и аэрозоль за счет вихревых потоков достаточно быстро попадает в дымовую камеру.  Рис. Конструкция дымового извещателя ДИП-2 Частично этот недостаток был устранен в следующей модели ДИП-3, путем создания двух дымозаходов: в верхней и нижней частях корпуса (рис. . Конечно данное решение также далеко от идеального.  Рис. Конструкция дымового извещателя ДИП-3 Оптимизация дымозахода Все современные дымовые извещатели имеют горизонтально вентилируемые камеры рассчитанные на относительно свободное прохождение воздушного потока в горизонтальном направлении, но тем не менее остается важным конструкция дымозахода и форма дымовой камеры. Большое значение имеет площадь дымозахода и его форма. У большинства европейских пожарных извещателей можно найти общие черты: форма извещателя исключает возможность обтекания воздушным потоком корпуса извещателя в горизонтальной и в вертикальной плоскостях. В качестве примера, на рис. 6 показаны дымовые извещатели Систем Сенсор адресно-аналоговые серии 200+ и неадресные серии ЕСО100 Характерные особенности конструкции дымозахода:
 Рис. 6 Формирование горизонтального дымозахода Кроме того, важно обеспечить максимальное соотношение площади дымозахода и внутреннего объема дымовой камеры. Хорошая вентилируемость дымовой камеры определяет малую инерционность работы. Эта задача аналогична проветриванию помещению: открытая форточка – вентилируемость очень слабая, открытое окно – вентиляция улучшается, несколько открытых окон – еще лучше и т.д. Максимальный уровень вентиляции в круглом помещении обеспечивается при полностью открытой боковой стене. Большое значение имеет эффективная защита от насекомых, ее отсутствие значительно сужает область применения дымового извещателя. Попытки сэкономить на дополнительных конструктивных элементах и выполнить защиту в виде щелей непосредственно в корпусе извещателя приводят к резкому снижению площади дымозахода и обеспечивают защиту по пыли на уровне IP4 в лучшем случае только по одной из координат. Кроме того в подобных конструкциях обычно оптическая камера отнесена от дымозахода в корпусе, что дополнительно ухудшает аэродинамические характеристиках извещателя. Сначала дым заполняет внутреннюю часть корпуса и только потом попадает в оптическую камеру, причем значительная часть воздушного потока может проходить мимо дыма и в Эффективная защита от насекомых без значительного сокращения площади дымозахода обеспечивается только при использовании сетки с металлической или пластиковой сеткой с ячейкой менее 1 х 1 мм. На рис. 7 изображен крупным планом дымозаход пожарных извещателей Систем Сенсор. Основные черты оптимальной конструкции:
 Рис. Защита дымозахода сеткой Конструкция вертикальной оптической камеры Основой дымового оптико-электронного извещателя является оптическая камера и оптопара. Конструкция камеры должна одновременно удовлетворять ряду противоречивых требований, например, обеспечить свободный доступ для горизонтальных воздушных потоков и исключить попадание света, пыли и т.д. Все крупные производители пожарных извещателей уделяют огромное внимание разработке оптической камеры, поскольку именно она определяет основные характеристики ПИ. При разработке всегда приходится учитывать несколько противоречивых требований, например, затруднить доступ в камеру частицам пыли и грязи, исключить влияние внешнего света, и в тоже время обеспечить свободное прохождение воздушного потока. Для решения этой сложнейшей технической задачи используются методы математического моделирования и экспериментальные исследования. Причем оптимизируется одновременно конструкция дымовой камеры, диаграммы направленности светодиода и фотодиода, а так же их расположение. Поэтому «заимствование» конструкций оптических камер ведущих производителей, при использовании стандартных свето и фотодиодов, с изменением конструкции дымозахода не дает удовлетворительных результатов.  Рис. Конструкция вертикально вентилируемой дымовой камеры Первая задача при конструировании оптической камеры – обеспечение минимального фонового сигнала на фотодиоде в условиях чистой среды. Отношение уровня сигнала фотодиода, при котором активизируется извещатель, к величине фонового сигнала определяет его помехозащищенность. В ДИП-2, ДИП-3 с этой целью излучение фокусировалось в центральной части камеры дополнительными линзами. Боковые области камеры разбиты на части перегородками для обеспечения многократного переотражения и затухания сигнала светодиода на поверхностях черного до его попадания на фотодиод (рис. . Однако сплошная вертикальная боковая стенка не только создает препятствие для горизонтального воздушного потока, но определяет значительное увеличение фонового сигнала при накоплении пыли за счет увеличения отражения излучения от стенок серого цвета. Этот процесс сначала сопровождается увеличением вероятности ложных сигналов ПОЖАР, а при отсутствии технического обслуживания фоновый сигнал может превысить порог и извещатель будет подтверждать режим ПОЖАР и после сброса. Конструкция горизонтальной оптической камеры Горизонтально вентилируемая камера с боковым дымозаходом значительно эффективнее при горизонтальных воздушных потоках, но и здесь имеется масса проблем. Во-первых, должна быть защита от искусственных и естественных источников света. С этой целью по периметру камеры устанавливаются вертикальные пластинки определенной формы не допускающие прямого попадания света на фотодиод. На рис. 9 показана модель с использованием «Г» - образных пластинок: свет отражается несколько раз от черных поверхностей пластинок и значительно ослабляется. При накоплении пыли на поверхностях пластинок увеличивается коэффициент отражения и большая часть света проникает в оптическую камеру.  Рис. Модель оптической камеры с «Г» - образными пластинками Для повышения защиты от света иногда используют более сложные «Т» - образные пластинки (рис. 1 , но такая конструкция значительно ухудшает вентилируемость из-за резкого изменения направления воздушного потока и из-за уменьшения площади дымозахода. Во-вторых, необходимо обеспечить равномерное поступление воздушных потоков с различных направлений для исключения изменения чувствительности. Обычно часть дымозахода перекрывается светодиодом и фотодиодом, что определяет снижение воздушного потока с этих направлений. Этот эффект усиливается с уменьшением диаметра камеры, так как увеличивается часть ее периметра, препятствующая воздушному потоку.  Рис. 1 Модель оптической камеры с «Т» - образными пластинками В-третьих, остается проблема увеличения фонового сигнала при накоплении пыли на внутренних поверхностях камеры. Тщательная проработка конструкции оптической камеры позволяет если не исключить, то снизить до минимума проявление отрицательных эффектов. Например, на рис. 11 приведена конструкция камеры Систем Сенсор, которая используется в большинстве адресно-аналоговых дымовых и комбинированных извещателей последних поколений. Основные характерные особенности:
 Рис. 1 Конструкция оптической камеры адресно-аналогового дымового извещателя  Рис. 1 Фрагмент чертежа конструкция оптической камеры адресно-аналогового дымового извещателя Комплексная оптимизация конструкции дымового извещателя В дымовых интеллектуальных извещателях Систем Сенсор неадресных ПРОФИ и адресных Леонардо реализован комплексный подход к оптимизации конструкции, при котором отдельные конструктивные элементы одновременно выполняют несколько функций.
 Рис. 15 Диаграммы направленности При изготовлении дымовой камеры, по ее периметру со стороны печатной платы в ту же форму, для обеспечения прочности соединения, добавляется красный эластичный пластик (рис. 1 . Этот слой обеспечивает герметизацию электронной схемы извещателя и ее защиту не только от влаги, но и от коррозии. Чтобы не нарушать герметичность в месте установке индикаторов (кристаллы красного и зеленого светодиодов), сигналы предается через световод, установленный в корпусе дымовой камеры.  Рис. 1 Герметизация печатной платы На печатной плате хорошо видны круглые контактные площадки (рис. 1 , которые используются для подключения игольчатых контактов при проведении компьютерного тестирования. В процессе тестирования осуществляется контроль элементов, статические и динамические характеристики устройства. Число контрольных точек на печатной плате определяют глубину тестирования извещателя в процессе изготовления.  Рис. 1 Электроника извещателя Большое внимание уделено защите от электромагнитного воздействия. Высокая степень интеграции и миниатюризация позволили выполнить практически все электрические соединения в одном слое печатной платы и использовать второй слой для экранировки. Так же заэкранирован фотодиод (рис. 1 , а SMD исполнение позволило до минимума сократить длину его выводов. 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. Отсутствие экранировки в извещателях определяет наличие ложных срабатываний в реальных условиях. Причем отсутствие ложных срабатываний при отсутствии экранировки, скорее всего, указывает на недопустимо низкий уровень чувствительности. Даже в обычном офисном или жилом здании может появляться значительный уровень электро-магнитных помех от сотовой связи, 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, практически наравне со снижением чувствительности или с отказом извещателя. Читайте далее:  Последовательная верификация сигналов тревоги Как сделать, чтобы вам поверили Как правильно выбрать станцию центрального мониторинга 1 - 6 мая 2007 года 28 - 31 мая 2007 года 01 - 03 июня 2007 года 18 - 24 июня 2007 года 16 - 22 июля 2007 года 20 - 26 августа 2007 года 27 -31 августа 2007 года Проектная документация для интегрированных систем безопасности Интегрированная система безопасности на основе технологии ethernet Новые цифровые технологии компании lenel Системы безопасности банка 17 - 23 сентября 2007 года
|
