CC BY
29
Инженерно-технические науки Engineering and technical sciences
УДК 614.842.47
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ЗАДЫМЛЕНИЯ ПО ИЗМЕНЕНИЮ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНОЙ СРЕДЫ В ПОМЕЩЕНИИ
А.Р. Барсегян, И.В. Костерин, И.Ю. Шарабанова
Ивановская пожарно-спасательная академия ГПС МЧС России
В статье рассматривается способ обнаружения задымления в помещении посредством контроля геометрических характеристик оптически прозрачной среды. Показаны преимущества этого способа. Рассмотрены недостатки точечных дымовых пожарных извещателей. Приведены экспериментальные данные, полученные при апробации способа обнаружения дыма лазерным дальномером. Показана надежность представленного способа обнаружения задымления. Установлено наличие технической базы для реализации способа обнаружения дыма и показаны возможности внедрения способа на существующих устройствах. Приведен перечень существующих технических платформ. Приведена принципиальная схема рассматриваемого способа. Представлен вариант нивелирования влияния абсолютной погрешности лазерного дальномера на инициирование побудительного сигнала системы. Намечены задачи и цели будущих экспериментов.
Ключевые слова: оптически прозрачная среда, лазерный дальномер, дымовой извещатель, линейный извещатель.
Точечные оптические дымовые из-вещатели широко используются в настоящее время для защиты от пожара в жилых помещениях. Их широкое применение обусловлено рядом преимуществ:
1. Сравнительно высокая чувствительность современных точечных оптических дымовых извещателей.
2. Низкая себестоимость производства, обусловленная отсутствием дорогостоящих элементов в конструкции данного типа извещателей и обеспечившая им широкую сферу применения от жилых помещений до зданий с массовым пребыванием людей.
В то же время, точечные оптические дымовые извещатели имеют ряд существенных недостатков [1]:
1 .Зависимость чувствительности от средних размеров частиц различных дымов и направления регистрации излучения, рассеянного данными частицами;
2. Зависимость времени реагирования от наличия конвективных потоков воздуха и конструктивных характеристик дымовой камеры извещателя.
3.Контролируемая зона ограничена объемом дымовой камеры пожарного извещателя.
4.Обслуживание данных извещателей требует их демонтажа.
Перечисленные недостатки отсутствуют в линейных оптических дымовых извещателях, реакция которых на возгорания основана на контроле интенсивности проходящего (не рассеянного) через
дым излучения [2]. Несмотря на очевидные достоинства данного принципа обнаружения пожара, реализация его в изве-щателях точечного класса на данный момент отсутствует. Проблема заключается в сложности отделения, на малых оптических расстояниях, проходящего через дым излучения от рассеянного, когда в извещателях используются светодиодные источники излучения. В то же время, внедрение технологии линейных оптических дымовых извещателей в точечные пожарные извещатели неизбежно повлечет за собой увеличение стоимости последних, тем самым сужая целевую сферу применения. Целью, проводимых в настоящее время исследований, является разработка метода обнаружения задымления, позволяющего осуществлять обнаружение задымления, по изменению геометрических характеристик оптически прозрачной среды помещения, с возможностью внедрения (апробации) на существующие мобильные технические платформы.
Под оптически прозрачной средой подразумевается среда, в которой отсутствуют взвеси в количестве, необходимом для изменения мощности излучения (потока энергии излучения ко времени излучения) проходящего через эту среду. Данное определение следует из анализа определений оптическая плотность среды (приведенном в ГОСТ Р 533252009 [6]) и мощность оптического излучения (приведенном в ГОСТ 31610.28-2012/1ЕС 60079-28:2006 [7]). Под словосочетанием «геометрические характеристики» в данной статье подразумевается высота не задымленной зоны в контролируемом секторе помещения.
Способ обнаружения задымления лазерным дальномером реализуется следующим образом (рис.1 и 2). В качестве излучателя и приемника используют лазерный дальномер, который располагают в помещении на любой горизонтальной поверхности (пол, предметы мебели и
т.п.), направляя излучатель лазерного дальномера на потолочное перекрытие. Установка лазерного дальномера не требует специального крепежа и наладки на месте установки, при необходимости возможно изменение его места расположения. В помещениях сложной конфигурации возможна установка нескольких лазерных дальномеров. В качестве отражателя излучения используют потолочное перекрытие помещения. Статичное положение лазерного дальномера контролируется посредством гироскопа. Контроль неподвижного положения лазерного дальномера обеспечивает защиту от формирования ложного сигнала о наличии дыма, например при случайном смещении лазерного дальномера. Фиксируют показания лазерного дальномера 1э (расстояние до потолочного перекрытия) при отсутствии задымления. Периодически повторяют указанные измерения, фиксируют показания лазерного дальномера 1; и вычисляют Д1=1э-1;. При присутствии дыма в контролируемой зоне показания будут отличны от 1э. Если Д1 превышает величину абсолютной погрешности ДХ лазерного дальномера, формируют сигнал о наличии дыма, с учетом статичности положения лазерного дальномера. 1э (эталонная) необходима для контроля погрешности, в случае сравнения периодических показаний 1ц с 1^2, 1^2 с 1^3 и т.д., возможна ситуация, при которой скорость уменьшения расстояния (размера оптически прозрачной среды) между излучателем и потолочным перекрытием Д1 < ДХ, в результате чего абсолютная погрешность лазерного дальномера не будет превышена и, соответственно, не будет инициирован побудительный сигнал [3].
В способе обнаружения дыма, основанном на оптическом отражении светового луча [4,5], в качестве излучателя и приемника используется лазерный дальномер, а в качестве отражателя излучения используется потолочное перекрытие
помещения, контролируется статичное положение лазерного дальномера, фиксируются начальные показания лазерного дальномера 1э, периодически фиксируется показания лазерного дальномера 1; и вы-
числяется Д1=1э-1;, если Д1 превышает величину абсолютной погрешности ДХ лазерного дальномера, формируется сигнал о наличии дыма, с учетом статичности положения лазерного дальномера.
Рис 1. — включение режима «Извещатель» (измерение эталонного расстояния до перекрытия);
Рис 2. — обнаружение задымления при
кФЬ;
Обозначения: лазерный дальномер - 1;
значение расстояние, измеряемое лазерным дальномером - I; перекрытие - 2; зона задымления - 3;
Исходные данные для эксперимента
Апробация данного способа проведена с помощью лазерного дальномера PLR 50 фирмы BOSCH (абсолютная погрешность ±2 мм) на экспериментально собранной установке. Экспериментальная установка выполнена из оргстекла и фанеры толщиной 12 мм, имеет форму параллелепипеда высотой 1 м и основанием 0,04х0,3м. Нижняя грань параллелепипеда отсутствует для заполнения установки продуктами горения. Непосредственно к плоскости нижней границы параллелепипеда установлен на позицию 1 лазерный дальномер PLR 50. Расстояние между из-
Далее произведена смена позиции лазерного дальномера РЬЯ 50. Позиция №2 - лазерный дальномер РЬЯ 50 удален от верхнего основания экспериментальной установки на расстояние 1,5 м. Лазерным дальномером произведены замеры расстояния до верхней грани установки, не заполненной продуктами сгорания. При этом в измеряемую величину вклю-
лучателем и верхней гранью установки составляет 1 метр. Лазерным дальномером производились замеры расстояния до верхней грани установки, не заполненной продуктами сгорания. При этом в измеряемую величину включено значение высоты самого лазерного дальномера (0,08 метра).
Результаты эксперимента
После заполнения внутреннего объема установки продуктами горения, произведены повторные замеры лазерным дальномером РЬЯ 50 без смены его позиции. Полученные значения приведены в таблице 1.
чено значение высоты самого лазерного дальномера (0,08 метра)
После заполнения внутреннего объема установки продуктами горения произведены повторные замеры расстояния лазерным дальномером РЬЯ 50 без смены позиции. Полученные значения представлены в таблице 2.
Таблица 1
Результаты измерений в позиции №1
№ замера Замеры li (без задымления) (м) 1э, (м) Al=b-li, (без задымления) (м) Замеры li (при задымления) (м) Al=b-li, (при задымления) (м)
1 0,582 0,580 0,002 0,182 0,398
2 0,579 0,001 0,201 0,379
3 0,580 0 0,199 0,381
4 - - 0,183 0,397
5 - - 0,188 0,392
Таблица 2.
Результаты измерений в позиции №2
№ замера Замеры 1; (без задымления) (м) 1э, (м) АНД, (без задымления) (м) Замеры 1; (при задымления) (м) А1=1э-1;, (при задымления) (м)
1 0,982 0,002 0,619 0,361
2 0,981 0,001 0,580 0,400
3 0,980 0,980 0 0,601 0,379
4 - - 0,593 0,387
5 - - 0,607 0,373
Из полученных данных следует, что при заполнении установки продуктами горения, а, следовательно, изменении высоты дымового слоя, изменяется значение высоты, получаемое с устройства лазерного дальномера 1; на значение высоты дымового слоя, с незначительными отклонениями, обусловленными его флук-туациями.
Данный способ возможно реализовать на уже существующих технических платформах. Такие технические платформы как ASUS Zenfone 2 Laser (ZE500KL), Zenfone 3 Laser (ZC551KL) а также другие технические платформы, имеют в своем составе необходимые элементы для реализации предложенного способа обнаружения задымления.
Таким образом, в работе показана принципиальная возможность перехода от точечных оптических дымовых изве-щателей к извещателям, основанным на более эффективном «линейном» принципе обнаружения возгорания. Предложен способ обнаружения дыма, с возможностью изменения положения пожарного извещателя в пространстве, и упрощения его обслуживания. Выбрана техническая платформа для реализации показанного способа, а именно существующая на данный момент модель смартфона со встроенным лазерным дальномером.
В ходе дальнейших исследований планируется проведение ряда экспери-
ментов, целью которых является установление минимальной концентрации продуктов горения (минимально необходимых показателей задымлённости), обеспечивающей срабатывание технической системы, разработка алгоритма на основе описанного способа, подготовка технического задания и разработка на его основе программного обеспечения для существующих технических платформ с проведением дальнейших испытаний этих платформ.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пузач С.В. , Абакумов Е.С. Некоторые особенности термогазодинамической картины пожара в высоких помещениях // Пожаровзрыво-безопасность. 2010. Т. 19, №2. С. 28-32;
2. Кицак А.И. Двухканальный оптический дымовой извещатель // Доклады БГУИР. 2014. № 6 (84). С. 101 - 103.
3.Пузач С.В., Абакумов Е.С., Нгуен Тхань Хай. Расчет скорости опускания нижней границы припотолочного слоя при пожаре в атриуме// Пожаровзрывобезопасность. 2009. Т. 18, №5. С. 31-36;
4. Савельев И.В. Курс общей физики: Учебник. В 3-х тт. Т. 2. Электричество и магнетизм. Волны. Оптика. 10-е изд., стер. СПб.: Издательство «Лань», 2008. 496 с.
5. Суорц Кл. Э. Необыкновенная физика обыкновенных явлений: пер. с англ. В 2-х т. Т. 2. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 384 с.
6. ГОСТ Р 53325-2009 «Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования. Методы испытаний (с Поправкой)» [Электронный ресурс]-
Режим
доступа:
зующих оптическое излучение» [Электронный ресурс]- Режим доступа: https:// https:// standartgost.ru/g/ГОСТ_31610.28-2012.
http: //docs.cntd.ru/document/1200071928.
7. ГОСТ 31610.28-2012/IEC 60079-
28:2006 «Взрывоопасные среды. Часть 28. Защита оборудования и передающих систем, исполь-
Рукопись поступила в редакцию 14.06.2018
WAY OF DETECTION OF SMOKE BLANKETING ON CHANGE OF GEOMETRICAL CHARACTERISTICS OF THE OPTICALLY TRANSPARENT ENVIRONMENT IN THE ROOM
In article the way of detection of smoke blanketing in the room by means of control of geometrical characteristics of the optically transparent environment is considered. The advantages of this way are shown. The disadvantages of point smoke detectors are considered. The experimental data obtained by approbation the way of smoke detection by a laser rangefinder are presented. Reliability of the presented way of detection of smoke blanketing is shown. Presence of technical base for realization of a way of detection of a smoke is established and possibilities of introduction of a way on existing devices are shown. The list of existing technical platforms is resulted. The circuit diagramme of a considered way is resulted. A variant of leveling the effect of the absolute error of the laser rangefinder on the initiation of the stimulatory signal of the system is presented. The tasks and goals of future experiments are outlined.
Key words: the optically transparent environment, a laser rangefinder, smoke detectors, linear detectors.
1.Puzach S.V. , Abakumov E.S. Nekotorye osobennosti termogazodinamicheskoj kartiny pozhara v vyso-kih pomeshcheniyah. Pozharovzryvobezopasnost'. 2010. T. 19, №2. S. 28-32;
2. Kicak A.I. Dvuhkanal'nyj opticheskij dymovoj izveshchatel'.Doklady BGUIR. 2014. № 6 (84). S. 101 - 103.
3. Puzach S.V., Abakumov E.S., Nguen Than' Haj. Raschet skorosti opuskaniya nizhnej granicy pripoto-lochnogo sloya pri pozhare v atrium. Pozharovzryvobezopasnost'. 2009. T. 18, №5. S. 31-36;
4. Savel'ev I.V. Kurs obshchej fiziki: Uchebnik. V 3-h tt. T. 2. EHlektrichestvo i magnetizm. Volny. Opti-ka. 10-e izd., ster. SPb.: Izdatel'stvo «Lan'», 2008. 496 s.
5. Suorc Kl. EH. Neobyknovennaya fizika obyknovennyh yavlenij: per. s angl. V 2-h t. T. 2. M.: Nauka. Gl. red. fiz.-mat. lit., 1987. 384 s.
6. GOST R 53325-2009 «Tekhnika pozharnaya. Tekhnicheskie sredstva pozharnoj avtomatiki. Obshchie tekhnicheskie trebovaniya. Metody ispytanij (s Popravkoj)» [EHlektronnyj resurs]- Rezhim dostupa: http://docs.cntd.ru/document/1200071928.
7. GOST 31610.28-2012/IEC 60079-28:2006 «Vzryvoopasnye sredy. CHast' 28. Zashchita oborudovaniya i peredayushchih sistem, ispol'zuyushchih opticheskoe izluchenie» [EHlektronnyj resurs]- Rezhim dostupa: https:// https:// standartgost.ru/g/GOST_31610.28-2012.
A. Barsegyan, I. Kosterin, I. Sharabanova
References
