Алгоритм Безапосности: издание для профессионалов
Санкт-Петербург:
тел./факс: (812) 331-12-60 office@algoritm.org
Москва:
тел./факс: (499) 641-05-26moscow@algoritm.org

Главная
Новости
О журнале
Архив
Свежий номер
Реклама
Подписка
Контакты
Сотрудничество
 

Если вы хотите стать распространителем нашего журнала

 
 
 
 
 

"Алгоритм Безопасности" № 3, 2016 год.

Содержание

УФ + ИК в линейном дымовом извещателе . Результаты экспериментальных исследований. Часть 2
И.Г. Неплохов


УФ + ИК В ЛИНЕЙНОМ ДЫМОВОМ ИЗВЕЩАТЕЛЕ. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Часть 2

Неплохов Игорь Геннадьевич

к.т. н., технический директор ГК «Пожтехника» по ПС

В первой части статьи [1], опубликованной в №1, 2016 журнала «Алгоритм безопасности», изложены теоретические предпосылки разработки двухдиапазонных дымовых точечных и линейных пожарных извещателей, приведены результаты экспериментальных исследований двухдиапазонного УФ+ИК линейного извещателя по уменьшенным в 10-20 раз тестовым очагам ТП-1 - горение дерева, ТП-2А - тление дерева и по воздействию тестовой аэрозоли для дымовых извещателей. Во второй части статьи приводятся результаты экспериментальных исследований по уменьшенному очагу ТП-3А - тление хлопка, по стандартному очагу ТП-5А - горение н-гептана и по тестовой дымовой шашке. Испытания проводились в тестовом помещении экспериментально-исследовательского центра ГК «Пожтехника».

ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ

Для оценки чувствительности дымовых извещателей используются величины затухания, выраженные в процентах или в децибелах. Для определенности необходимо привести формулы пересчета величины затухания в процентах (%) в величину затухания M в децибелах (дБ) и обратно:

Для общего представления некоторые значения затухания в процентах и децибелах, а также величина коэффициента передачи Кпер в «разах», приведены в таблице 1.

У линейных дымовых извещателей порог срабатывания задается в абсолютных единицах оптической плотности среды М в децибелах (дБ) или в процентах (%) . У точечных дымовых извещателей чувствительность измеряется по удельной оптической плотности среды, соответственно m в дБ/м и в %/м, с пересчетом по тем же формулам (1) и (2). Имеется существенная разница между этими единицами: с величинами, выраженными в децибелах, удобно работать, поскольку величины затухания в дБ на отдельных участках трассы складываются, а соответствующие им коэффициенты передачи «в разах» перемножаются. Величины затухания в процентах не складываются и не перемножаются. Чтобы определить удельную оптическую плотность оптической среды m [дБ/м], необходимо величину затухания M [дБ] разделить на величину длины оптического луча в метрах.

Табл. 1. Величины затухания в процентах и децибелах

, %

10

15

20

25

30

40

50

60

70

90

95

99

Кпер

0,9

0,85

0,8

0,75

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,1

0,05

0,01

M, дБ

0,46

0,71

0,97

1,25

1,55

2,22

3,01

3,98

5,23

10

13,01

20

Табл. 2. Величина удельной оптической плотности в %/м и в дБ/м

, %/м

0,5

1

2

3

4

5

7

10

15

20

m, дБ/м

0,022

0,044

0,088

0,132

0,177

0,223

0,315

0,458

0,706

0,969

Например, если у линейного извещателя установлен порог срабатывания = 20%, то его величина в децибелах равна М = 0,97 дБ. Соответственно, при длине оптической оси 8 м и при условии равномерного задымления он активируется при удельной оптической плотности среды равной примерно m = 0,97 : 8 = 0,12 дБ/м. Обратно из величины m = 0,12 дБ/м по формуле (2) получаем величину удельной оптической плотности = 2,75%/м. Коэффициент передачи сигнала по формуле (3) для расстояния 1 м равен Кпер (1 м) = 1 - 2,75/100 = 0,9725 [безразмерная величина]. Чтобы вычислить коэффициент передачи сигнала для расстояния 8 м необходимо перемножить эту величину 8 раз: Кпер (8 м) = 0,97258 = 0,8. Соответственно, по формуле (4) получаем исходную величину оптической плотности среды в процентах = 100 (1-0,8) = 20%. В таблице 2 для общего представления приведены некоторые величины удельной оптической плотности в %/м и в дБ/м.

КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ УФ + ИК ИЗВЕЩАТЕЛЯ OSID

В извещателе OSID [2-4] в качестве приемника используется черно-белая CMOS-камера (рис. 1), которая контролирует уровни сигналов одного или нескольких, разнесенных в пространстве двухдиапазонных излучателей. Причем для снижения тока потребления в дежурном режиме анализируются только те пиксели, которые соответствуют положению излучателей, и не постоянно, а только во временные интервалы, соответствующие излучению сигналов. Программа диагностики OSID Diagnostic Tool позволяет отобразить на дисплее стоп-кадр с CMOS-камеры. После идентификации излучателей отображается их расположение с указанием номера и индицируется их режим работы в реальном времени цветом точки (рис. 2). Кроме того, программа диагностики позволяет отобразить графики изменения оптической плотности среды по каждому лучу в ультрафиолетовом (УФ) и в инфракрасном (ИК) диапазоне, что очень удобно при проведении экспериментальных исследований.

Рис. 1. Конструкция извещателя OSID:

а) УФ + ИК излучатель, б) приемник с ч/ б CMOS-камерой

Рис. 2. Расположение излучателей в тестовом помещении - стоп кадр

Импульсные сигналы УФ диапазона с длиной волны 400 нм и сигналы ИК диапазона с длиной волны 850 нм следуют один за другим. Принцип действия УФ + ИК линейного дымового извещателя основан на теории рассеяния Густава Ми, вид диаграммы рассеяния зависит от отношения диаметра частиц к длине волны проходящего света [5]. Затухание излучения в прямом направлении также зависит от соотношения размера частиц и длины волны. Диаметр частиц дыма практически от всех очагов значительно меньше диаметра частиц пыли, пара и аэрозолей. Затухание сигналов в ультрафиолетовом диапазоне при прохождении через дым значительно больше по сравнению с затуханием излучения в инфракрасном диапазоне.

При прохождении через среду с более крупными частицами, например через аэрозоль, для тестирования дымовых извещателей сигналы ослабляются примерно одинаково [1]. Использование этого эффекта позволяет исключить ложные тревоги линейного дымового извещателя при работе в пыльной среде, при частичной блокировке луча кран-балкой, при затенении оптической системы птицами и насекомыми, и даже при деформации строительных конструкций.

РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

В первой части статьи приведены тесты УФ + ИК извещателя по очагам ТП-1 - горение дерева и ТП-2А - тление дерева, уменьшенным в 10-20 раз. Через 10 минут после начала теста с очагом ТП-1 из 13 брусков размером 20х20х85 мм оптическая плотность в УФ диапазоне достигает 18,2%, а в ИК диапазоне - только 6%, при переводе в децибелы по формуле (1) затухание в УФ диапазоне примерно равно 0,87 дБ, а в ИК диапазоне примерно равно 0,27 дБ, и отношение равно 3,25. При меньших оптических плотностях среды, например, при затухании в УФ диапазоне 10% (0,46 дБ), затухание в ИК диапазоне равно 3% (0,13 дБ), отношение при измерении в децибелах равно 3,45.

На уменьшенном тестовом очаге ТП-2А (один брусок размером 20х20х40 мм) линейный извещатель перешел в режим «Пожар» через 8 мин. 20 сек. после включения электроплитки. При этом оптическая плотность в УФ диапазоне достигла 28% (1,43 дБ), в ИК диапазоне 15% (0,71 дБ), отношение затуханий в децибелах примерно равно 2,02. Через 12 мин. оптическая плотность в УФ диапазоне составила 51,5% (3,14 дБ), в ИК диапазоне 27% (1,37 дБ), отношение в децибелах равнялось 2,29. Максимальная оптическая плотность достигала в УФ диапазоне 62,7% (4,28 дБ), а в ИК диапазоне 34% (1,80 дБ), соответственно, отношение в децибелах 2,38.

ТЕСТОВЫЙ ОЧАГ ТП-3А УМЕНЬШЕННОГО РАЗМЕРА - ТЛЕНИЕ ХЛОПКА

При испытании использовались хлопковые нитки в количестве 50 шт., прикрепленные к проволочному кольцу, подвешенному на штативе. Собранные в пучок концы ниток поджигались открытым пламенем, после чего пламя задувалось и оставалось тление концов ниток, сопровождающееся свечением (рис. 3). Величина очага была уменьшена в несколько раз по сравнению со стандартным очагом ТП-3А по ГОСТ Р 53325-2012 [6]. Испытание проводилось при включенном устройстве циркуляции воздуха, вследствие чего дым распространялся не вертикально вверх, а рассеивался равномерно по всему объему помещения (рис. 3).

Рис. 3. Тестовый очаг ТП-3А уменьшенного размера - тление хлопка со свечением

На рисунке 4 показано изменение оптической плотности среды в УФ и ИК диапазонах в процессе развития очага по результатам измерений линейного извещателя. Можно отметить, что появление дыма обнаруживается в ультрафиолетовом диапазоне раньше по сравнению с инфракрасным диапазоном. Через 10 минут после начала теста оптическая плотность в УФ диапазоне достигает 13%, а в ИК диапазоне - только 4,5%. После перевода этих величин в децибелы получим затухание в УФ диапазоне 0,6 дБ, в ИК диапазоне 0,2 дБ и отношение примерно равно 3,0. При меньших уровнях задымления, когда оптическая плотность в УФ была 8%, в ИК диапазоне - только 3%. Соответственно в децибелах - в УФ равна 0,36 дБ, в ИК равна 0,13 дБ, отношение равно 2,74.

Рис. 4. Испытания по тестовому очагу ТП-3А уменьшенного размера

ТЕСТОВЫЙ ОЧАГ ТП5А - ГОРЕНИЕ ЛВЖ С ВЫДЕЛЕНИЕМ ДЫМА

Рис. 5. Тестовый очаг ТП-5А - горение н-гептана

При испытаниях использовался н-гептан с добавлением 3% толуола, в поддоне из листовой стали размером 100х100х100 мм в соответствии с ГОСТ Р 53325-2012 [2], поджог осуществлялся открытым пламенем, испытание проводилось при включенном устройстве циркуляции воздуха (рис. 5). Тестовый очаг ТП-5А - горение легковоспламеняющейся жидкости с выделением дыма, минимальных размеров, по ГОСТ Р 53325-2012 предназначен для тестирования только аспирационных извещателей высокой чувствительности класса А, с порогом срабатывания в дымовом канале по аэрозоли менее 0,035 дБ/м.

Сигнал «Пожар» был сформирован через 337 сек. (рис. 6) при затухании в УФ диапазоне около 30% (1,55 дБ) и при затухании в ИК диапазоне 16% (0,76 дБ), отношение в децибелах примерно равно 2,05. Расстояние между излучателем и приемником равно 8 м, следовательно, усредненная удельная оптическая плотность в ИК диапазоне при формировании сигнала «Пожар» равнялась 0,095 дБ/м (2,2%/м). Таким образом линейный извещатель выдержал испытания по тестовому очагу ТП-5А для аспирационных извещателей высокой чувствительности класса А, поскольку активировался при удельной оптической плотности менее 0,1 дБ/м. На 10-й минуте развития очага оптическая плотность достигла в УФ диапазоне величины 57,4% (3,71 дБ) и 35% (1,87 дБ) в ИК диапазоне, отношение в децибелах примерно равно 1,98. Максимальная оптическая плотность при этом испытании была зафиксирована через 686 сек. на уровне 63,8% (4,41 дБ) в УФ диапазоне и на уровне примерно 40% (2,22 дБ) в ИК диапазоне, отношение затухания в УФ и ИК диапазонах при измерении в децибелах равно 1,99.

Необходимо отметить, что точечные дымовые извещатели при такой удельной оптической плотности не срабатывают, они проходят испытания по тестовому очагу ТП-5, в 10 раз большему по площади, размером 330х330 мм и при отсутствии циркуляции воздуха, когда дым концентрируется под перекрытием. При испытании по ТП-5 точечные дымовые извещатели должны активироваться при удельной оптической плотности не более 1,24 дБ/м или 24,8 %/м. При равномерном задымлении затухание на расстоянии 8 метров составит 9,92 дБ или 89,8 %. Точечные СО газовые извещатели не в состоянии обнаружить даже очаг ТП-5, поскольку ко времени окончания теста концентрация монооксида углерода не может превышать величину 16 ppm [7], а порог срабатывания стандартных ИПГ СО по ГОСТ Р 53325-2012 [6] определен в пределах от 25 ppm до 100 ppm.

Рис. 6. Испытания по тестовому очагу ТП-5А

ТЕСТОВАЯ ДЫМОВАЯ ШАШКА

В первой части статьи были приведены результаты воздействия на линейный дымовой извещатель УФ + ИК аэрозоли для тестирования точечных извещателей. Аэрозоль распылялась вдоль оптической оси линейного извещателя. При этом отмечалось практически одинаковое ослабление сигналов в УФ и ИК диапазонах. Следовательно, размер частиц тестовой аэрозоли значительно больше частиц дыма, что не позволяет ее использовать для тестирования 2-диапазонных извещателей. Более достоверные результаты дает испытание с тестовой дымовой шашкой. При проведении испытаний дымовая шашка весом 13 г располагалась на поверхности поддона из жести (рис. 7). По данным производителя одна такая дымовая шашка за 40 с обеспечивает задымление объема 18 куб.м. Процесс выделения дыма заканчивается через 70-80 сек (рис. 8).

Рис. 7. Тестовая дымовая шашка весом 13 г

Рис. 8. Тестовый очаг - дымовая шашка

Испытание проводилось при выключенном устройстве циркуляции воздуха и без использования электроплитки для создания конвекционного потока. Вследствие этого, после резкого увеличения оптической плотности под потолком наблюдалось ее быстрое снижение из-за оседания дыма. На рисунке 9 показано изменение оптической плотности среды вдоль луча 2, по диагонали тестового помещения, на рисунке 10 - вдоль луча 1, вдоль стены тестового помещения (рис. 2).

По второму лучу максимальный уровень затухания в УФ диапазоне был зафиксирован равный 96,3%, в ИК диапазоне около 69%, в децибелах это 14,3 дБ и 5,1 дБ, отношение равно примерно 2,8. В дальнейшем величина этого отношения слабо изменяется и лежит в пределах 2,77-2,92, за исключением временного участка с минимальными уровнями плотности среды, где его величина увеличивается до 3,15.

По первому лучу максимальный уровень затухания в УФ диапазоне был зафиксирован равный 97,3%, в ИК диапазоне около 73%, в децибелах это 15,7 дБ и 5,69 дБ, отношение равно примерно 2,76. На временном участке с минимальными уровнями плотности среды отношение примерно равно 2,86.

Таким образом, можно сделать заключение, что тестовая дымовая шашка вырабатывает дым, который достаточно хорошо имитирует дымы от тестовых очагов по размеру частиц в отличие от тестового аэрозоля. Для имитации стандартного очага при тестировании пожарных извещателей для формирования конвекционного потока рекомендуется устанавливать дымовую шашку на нагретую электроплитку. При горении дымовой шашки тепло практически не выделяется и дым не концентрируется в верхней части помещения, а быстро оседает вниз и слоями заполняет среднюю часть помещения (рис. 11).

Рис. 9. Испытания по тестовому очагу «дымовая шашка» (луч 2)

Рис. 10. Испытания по тестовому очагу «дымовая шашка» (луч 1)

Рис. 11. Распределение дыма в помещении через 5 мин. после окончания теста

ДВУХДИАПАЗОННЫЕ ИЗВЕЩАТЕЛИ ЛИНЕЙНЫЕ И ТОЧЕЧНЫЕ

Результаты экспериментальных исследований, проведенные с точечными двухдиапазонными извещателями [8, 9], показывают большую зависимость отношения уровня сигналов от синего (470 нм) светодиода и от ИК (945 нм) светодиода с изменением размера частиц дыма. Максимальное отношение, примерно равное 5, наблюдается в тесте TF1 - открытое горение дерева, отношение 4,5 - в тесте TF3 - тление хлопка, отношение примерно 3,3 в тестах TF4 и TF5 - горение пенополиуретана и горение н-гептана, минимальное отношение около 2 наблюдается в тесте TF2 - тление дерева (рис. 12).

Рис. 12. Отношение сигналов в синем и ИК диапазонах точечного детектора при тестовых очагах TF1 - TF5 и при воздействии пара, пыли и бытовой аэрозоли

В линейном дымовом детекторе максимальное отношение сигналов в УФ и в ИК диапазонах в тесте TI1-1 - открытое горение дерева было зафиксировано 3,25-3,45, в тесте TF3A -тление хлопка отношение было около 3, в тесте TF2A - тление дерева отношение было в пределах 2-2,4, а минимальное отношение около 2 наблюдалось в тесте TF5 - горение н-гептана.

При воздействии частиц больших размеров, например, при воздействии бытовых аэрозолей и тестового аэрозоля для дымовых извещателей и в точечных, и в линейных извещателях отношение было равно 1.

ВЫВОД

Использование двухдиапазонных технологий в линейном дымовом извещателе, как и в точечном дымовом извещателе, обеспечивает идентификацию дыма по размеру частиц и дает возможность исключить ложные тревоги от пыли, пара, аэрозолей, птиц, насекомых, при блокировке луча различными предметами, механизмами и при деформации строительных конструкций. Кроме того, использование сигналов ультрафиолетового диапазона позволяет в 2-3 раза повысить чувствительность линейного извещателя по дыму в сравнении с линейным из-вещателем инфракрасного диапазона. Применение в качестве приемника линейного извещателя CMOS-камеры обеспечивает пространственное разрешение сигналов нескольких излучателей и исключает влияние помеховых отражений от конструкций, расположенных вблизи оптической оси.

ЛИТЕРАТУРА

1. Неплохов И. УФ + ИК в линейном дымовом извещателе. Результаты экспериментальных исследований// Алгоритм безопасности. 2016. № 1.

2. Неплохов И. Развитие линейных дымовых извещателей: три технологических этапа// Системы безопасности. 2016. № 1.

3. Неплохов И. Двухдиапазонные технологии в пожарных изве-щателях// Технологии защиты. 2012. № 3.

4. Неплохов И. Уникальные пожарные извещатели// Системы безопасности. 2012. № 3.

5. Матвеев А. Н. Оптика. М.: Высшая школа, 1985.

6. ГОСТ Р 53325-2012. Техника пожарная. Технические средства пожарной автоматики. Общие технические требования. Методы испытаний.

7. ISO/TS 7240-9:2006, Fire detection and alarm systems - Part 9: Test fires for fire detectors.

8. Сулим Т. Двухдиапазонные дымовые извещатели - новый уровень точности обнаружения // Алгоритм безопасности. 2010. № 5.

9. SEEING THE LIGHT - Dual Optical Detectors // Fire Safety Engineering. 2005. May.

скачать
скачать

 

Rambler's Top100 Интернет портал. Каталог фирм. бжд. Охрана. Обеспечение безопасности. Безопасность предприятия. Оборудование. Видеонаблюдение.