超声波火灾报警器。方案、说明

超声波火灾报警器。无线电电子电气工程百科全书

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所提出的信号装置旨在用于扩展火灾危险物体的分布式控制系统，例如燃料管线、电缆、燃气管道、可燃物质罐以及各种单元。它对火焰的热量发生反应。敏感元件是由耐热金属制成的软线形式制成的超声波导管，相当于沿其长度分布的多个温度传感器。绳状设计允许您沿着受控对象的表面放置这样的元素，遵循其形状。

背景技术火警装置是已知的，其敏感元件以填充有低熔点材料的延伸耐热管的形式制成，并且通过其进行位于管的相对端部的发射器和超声波接收器的声学通信。出 [1, 2]。其内部的材料在被火焰加热时会熔化，从而导致发射器和接收器之间的声学连接发生变化，这是形成报警信号的基础。

此类装置的缺点是传感元件的设计复杂，其应防止熔体从管中泄漏。此外，响应温度始终等于填充传感元件的材料的熔化温度。只能通过改变其化学成分来调节。在实践中，针对不同的条件，需要储备不同材料制成的敏感元件，这并不总是可以接受的。

[3]中描述的信号装置的工作原理类似，但其中的敏感元件（超声波导）不是由管制成，而是由实心耐热线制成。其优点是敏感元件的设计简单。当波传播速度由于其加热而改变时，在超声波导中发生复杂的干扰现象，从而导致接收设备输入端的信号发生变化。可以通过改变接收器输出端比较节点的阈值来调整响应温度。

缺点是为了获得所需的灵敏度，常常需要调节产生的超声波振动的频率。事实是，如果没有它，火灾期间接收到的信号既可以减少也可以增加，并且设备 [3] 中的比较单元仅对其减少做出反应。

上述信号装置有一个更常见的缺点。它们应该有两个压电声换能器 - 发射和接收，安装在敏感元件的不同端。这使得信号装置的整体设计变得复杂，并且在某些情况下使得在设施中安装它变得困难。

所提出的火灾探测器没有上述缺点。

主要技术特点

响应温度°С，不超过.......200
响应时间 s, 不多了....... 15
恢复时间，s，不再...... 30
传感器长度，m，不小于.......1
工作频率, kHz .... 80±0,5
电源电压，V ......27±3
消耗电流，mA，仅此而已....... 100

信号装置的结构如图1所示。 1. 它包括超声波频率信号发生器 G、功率放大器 UM2 和 UM1、附有超声波导（传感元件）的压电声换能器 PP、压电换能器 EPP 的电阻等效物、用于测量所消耗电流的传感器。放大器UM2和UM1、DT2和DT1、差分放大器DU、积分电路AND、阈值装置PU2和PU1、点火指示单元IND。节点 UM 2 和 UM1、DT2 和 DTXNUMX 成对相同。

来自发生器G的输出的超声频率信号被馈送到放大器UM1和UM2的输入。超声波压电换能器 PP 连接到 UM1 的输出，其等效物连接到 UM2 的输出

PP 在波导敏感元件中激发纵向超声波振荡，该振荡传播到其末端，被反射并返回到换能器。结果，在波导中建立了声驻波。该模式对应于波导的某个输入声阻抗，波导作为换能器的负载，它决定了换能器从 PA1 获取的功率以及该放大器从电源消耗的电流。

在没有点火的情况下，所有这些参数保持不变。然而，当波导的一部分被火焰加热时，超声波通过它的传播速度会发生变化。因此，驻波的图案和波导的输入声阻抗发生变化。其结果是UM1消耗的电流与稳定值的偏差。

选择连接到 AM2 输出的 EPP 发射极的等效电阻的电阻，以便在没有点火的情况下，AM1 和 AM2 消耗的电流值相等。同时，从电流传感器DT1和DT2到计算它们的差值的差分放大器DU的输入端的电压值没有不同。

超声波火灾探测器
图。 1

遥控器的输出信号经过积分电路AND并进一步衰减其超声波分量后，被馈送到阈值器件PU1和PU2的输入端。其中一个配置为对电压相对于固定值的增加做出反应，第二个对其减少做出反应。

当任何阈值装置被触发时，IND指示单元产生声光报警信号，待点火消除且敏感元件冷却后，信号装置再次准备工作。其他不稳定因素（例如电源电压的变化）不会破坏UM1和UM2消耗的电流相互相等，因此，当它们受到影响时不会产生报警信号。

米。 2（点击放大）

火灾报警器示意图如图 2 所示。 XNUMX

发生器G组装在比较器DA1上。其输出信号是占空比约为二的矩形脉冲序列。电容C2和电阻R4、R7是频率设定器，调谐电阻R7提供了改变脉冲频率的能力。它们的幅度通过电阻分压器 R9R10 降低至所需值。电容器C1和电阻器R1形成滤波器，减少发电机运行期间出现的脉冲噪声渗透到信号装置的电源电路中。

UM1放大器组装在晶体管VT3、VT4和VT1上，UM2组装在VT5、VT6和VT2上。它们各自的电压增益分别由电阻器R13与R1和R1与R14的电阻比给出，电阻器R12、R15是相应放大器的负载第一级。电阻R17、R13、R14、R16、R18-R20稳定直流放大器模式。二极管VD23-VD1设置晶体管VT4-VT3的偏置电压。压电声传感器 BQ6 (PP) 连接到 UM1 输出。电阻器 R1 和 R24 相当于此类转换器 (ECP)

传感器DT1和DT2是功放电路中串联的电阻R19和R26。

DA3操作系统上装配有遥控器。电阻R27-R29、R33设置其增益，电阻R30、R34和电容C9保证运放在单极性电源下正常工作。电容器 CU 降低了控制器输入之间的超声波频率电压的幅度

积分电路AND由电阻器R37和电容器C13形成。 PU1和PU2分别装配在比较器DA4和DA5上。电阻分压器 R31R35 和 R32R36 设置其操作阈值。电容器 C11 和 C12 - 滤波

火灾指示单元由内置发生器的电磁发声器HA1、滤波电容器C14和闪烁发光二极管HL2组成，集成稳压器DA2和滤波电容器C3、C4组成+15V电压源。电阻R1是指示器件开启的单位。

信号装置的细节安装在面包板上。它们通过细绝缘线互连。敏感元件是一根直径为2 mm、长度为1,5 m的铜线，一端焊接到BQ1压电声换能器的工作表面上。

您可以使用 K554SAZB、K554SAZ、521 SAZ 或其具有不同指数的进口模拟 LM521 来代替 K311SAZ 比较器。 OA K140UD6可替换为140UD6A、140UD6B、140UD601A 140UD601B KR140UD6 KR140UD608等通用OA。集成稳定器 KR142EN8V - 7815 的进口类似物，具有各种前缀和索引。

KT503G晶体管可用同系列或类似参数的晶体管替代。晶体管KT814G、KT815G可分别替换为其他字母索引或系列的KT816和KT817。

二极管 KD522B 被其他低功率脉冲硅二极管取代，例如 KD503、KD521 系列。 AL307VM LED 可以是任何其他 LED，L-816BID 可以是闪烁 LED，例如 L-796BID

信号装置采用进口氧化物电容器，但也可采用国产电容器，如K50-35。陶瓷电容器 - K10-17a、K10-176 和其他类似电容器。固定电阻器 - C2-33，可替代 C2-23、MLT、OMYAT 微调电阻器 - SP4-3，您可以使用 SPZ-16a、SPZ-37、SPZ-ZEA 和其他类似电阻器代替它们。

电磁发声器HCM1212X可以用HCM1612X替代。 BQ1压电声换能器为国外产无框换能器（型号可能为VSB35EW-0701 B），也可使用另一种谐振频率为80 kHz的换能器。交换机 SA1 可以是任何类型，例如 MT-1。

建立正确组装的信号装置首先要设置发生器 G 的频率，该频率等于带有调谐电阻器 R7 的压电声换能器 BQ1 的串联谐振频率。该发生器的输出信号幅度应约为 1 V，如有必要，可通过选择电阻器 R9 来实现。通过选择电阻器 R13 和 R14，放大器（分别为 PA1 和 PA2）的工作模式设置为直流电，使其输出的最大信号失真最小。通过选择电阻器 R1 和 R2 可以实现工作频率下相同的增益 UM11 和 UM12。

信号装置与调谐电阻器 R25 保持平衡 - 在电容器 SYU（远程控制输入）的端子之间实现尽可能小的恒定电压，同时将传感元件均匀加热至室温。平衡后，运算放大器 DA3 输出端的恒定电压应约为 7,5 V——DA3 芯片电源电压的一半。

如果现在我们加热传感元件的小区域，例如，用酒精灯或蜡烛的火焰，运算放大器的输出电压应减少或增加（取决于加热的位置和程度）至少相对于初始值 1V，R4 和 R5，同时 HL31 LED 应开始闪烁，发射器 HA32 应发出间歇性声音。您应该确保当敏感元件冷却时，信号装置返回到其原始状态，其中 HL2 LED 和声音发射器关闭，运算放大器 DA1 输出端的电压已恢复到之前的值。

当在物体上安装信号装置时，需要采取措施排除物体振动及其对敏感元件产生的声学噪声的影响。为此，将信号装置安装在例如振动装置上。隔离支撑。通过弯曲其周围的敏感元件来控制大面积或体积的物体。

文学

Konnov V. P.，Fomkin A. S. 紧急火灾报警装置 RF 专利号 2315362。公告“发明实用新型”，2008 年第 2 期。
Ilyin O.P. 紧急火灾报警装置。俄罗斯联邦专利号 2438183。 - 公告“发明。实用新型”，2011 年，第 36 号。
Ilyin O. 火警。 - 广播，2009 年，第 4 期，第 36 页。 37, XNUMX

作者：奥伊林

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