Система контроля изменения состояния атмосферы в помещении

Изобретение относится к области технической физики, а именно, методов контроля состояния оптически прозрачных газовых сред, преимущественно, воздушных, и может быть использовано при контроле попадания в пространство помещения дыма, пыли и паров жидкости, в частности, в негерметичные самолетные и корабельные трюмы, предпочтительно, выполненные с возможностью удаления со значительной скоростью загрязнения из трюма через множество отверстий.

Изобретение относится к области технической физики, а именно, методов контроля состояния оптически прозрачных газовых сред, преимущественно, воздушных, и может быть использовано при контроле попадания в пространство помещения дыма, пыли и паров жидкости, в частности, в негерметичные самолетные и корабельные трюмы, предпочтительно, выполненные с возможностью удаления со значительной скоростью загрязнения из трюма через множество отверстий.

Предлагаемая система предназначена для своевременного обнаружения в атмосфере закрытого пространства самолетного или корабельного трюма, сообщенного с атмосферой, частиц дыма, пыли или тумана, свидетельствующих о начале возгорания или нарушении упаковки груза, причем за счет возникающей разности давления в трюме и в окружающей трюм атмосферы происходит быстрое удаление из трюма указанных частиц через отверстия в обшивке, расположенные в произвольных местах.

Известно (GB, патент 1267090, 1972) устройство для обнаружения пожара, содержащее последовательно установленные в одном корпусе лазер, поворотные зеркала и фотоприемник, подключенный к блоку управления.

Недостатком известного устройства следует признать низкую чувствительность, поскольку малое количество дыма, характеризующее начало пожара, поступает в корпус.

Известен (SU, авторское свидетельство 1264220, 1986) датчик дыма, содержащий корпус, в котором размещены монохроматический

излучатель (светодиод) и фотоприемник, установленные под углом друг к другу, отражатель, выполненный в виде полого усеченного конуса, внутренняя поверхность которого выполнена зеркальной, а геометрическая ось совмещена с оптической осью фотоприемника. Фотоприемник обращен к меньшему сечению полого усеченного конуса, а излучатель обращен к большему сечению полого усеченного конуса.

Недостатком известного датчика следует признать его низкую надежность, обусловленную регистрацией частиц только попавших в конус.

Техническая задача, решаемая посредством предлагаемой системы, состоит в обеспечении безопасности перевозок грузов в самолетных и корабельных трюмах.

Технический результат, получаемый при реализации предложенной системы, состоит в повышении надежности дистанционной регистрации загрязнения атмосферы внутри самолетного и корабельного трюмов. Для достижения указанного технического результата предложено использовать систему контроля изменения состояния атмосферы в замкнутом помещении, содержащую, по меньшей мере, один монохроматический излучатель и, по меньшей мере, один фотоприемник, установленные под углом друг к другу. Оси оптических излучений всех используемых излучателей направлены через замкнутое пространство помещения. Они могут быть взаимно параллельны или ориентированы под углом друг к другу. Фоточувствительные поверхности всех используемых фотоприемников ориентированы относительно осей прохождения лучей всех источников излучения под углом, отличным от 90°. Это позволяет избежать попадания прямых лучей источников на

фоточувствительные поверхности, что позволяет уменьшить фоновый сигнал. Фоточувствительные поверхности при этом регистрируют фоновый сигнал от трасс излучений, проходящих по объему помещения мимо фотоприемников. Используемый в системе блок - анализатор, к входу которого подключены выходы фотоприемников, выполнен с возможностью регистрации информационного сигнала, генерируемого фотоприемниками, величина которого превышает заданное значение отношения сигнал/шум. При попадании частиц дыма, пыли или паров жидкости в трассы излучения происходит изменение регистрируемого фотоприемниками сигнала, поступающего в блок-анализатор как информационный сигнал, отличный по величине от фонового сигнала. При поступлении подобного информационного сигнала в зависимости от конструкции блока - анализатора, он может выдать информацию на центральный компьютер самолета или корабля, или включить звуковую, световую или иную сигнализацию, характеризующую появление нештатной ситуации в трюме. Для надежности работы системы желательно, чтобы источники излучения и/или фотоприемники были закреплены на стенах помещения (трюма), но возможна ситуации, когда, по меньшей мере, часть источников и/или фотоприемников будут размещены на стойках, прикрепленных к полу. Эта ситуация возникает, когда, например, размещенный в трюме груз полностью или частично перекрывает пространство прохождения оптического излучения через трюм. Для повышения надежности возникновения нештатной ситуации в трюме желательно, чтобы вся длина трассы прохождения оптического излучения перекрывалась областями контроля используемых фотоприемников, т. е. их суммарная рабочая поверхность должна перекрывать площадь оптического излучения в помещении. Это позволит обнаружить начало возникновения

нештатной ситуации. Предпочтительно при реализации системы использовать газовый лазер, обеспечивающий одинаковую интенсивность свечения трассу по всей ее длине. Но может быть использована, особенно при небольших размерах трюма, и матрица светодиодов. В этом случае на выходе матрицы желательно установить собирающую линзу для формирования оптического пучка. В качестве фотоприемника желательно использовать фотоэлектронный умножитель или матрицу фотодиодов, фототранзисторов, фоторезисторов и т.д. Для локализации места изменения состояния атмосферы фотоприемники могут быть сгруппированы в группы с объединением и их выходов в один общий выход, при этом блок - анализатор бывает выполнен с возможностью определения группы, информационный сигнал которой превысил заданное соотношение сигнал/шум и определяющей место возникновения нештатной ситуации. Обычно все источники излучения устанавливают в контролируемом помещении таким образом, что его луч проходит заведомо выше размещения грузов, что обеспечит полноту контроля помещения. Поскольку априорно известно, в каких примерно местах объем трюма сообщен с атмосферой, т. е. места, через которые частицы дыма, пыли или тумана удаляются из трюма под действием разности давления (т.е. где происходит их квази концентрация), то желательно, чтобы источники излучения были установлены таким образом, что их лучи проходили через указанные места квази концентрирования частиц.

На чертеже приведен пример размещения в трюме элементов системы (вид сверху), при этом использованы следующие обозначения: источник 1 монохроматического излучения, трасса 2 его излучения, фотоприемники 3, блок - анализатор 4, стены 5 трюма.

В дальнейшем сущность предложенной системы, а также ее преимущества, будут раскрыты с использованием примеров реализации.

1. При перевозке в трюме транспортного самолета «Руслан» автомобильной техники на стенах трюма были размещены 6 ИК -газовых лазеров мощностью 200 мВт каждый, 32 фотоэлектронных умножителя ФЭУ - 90, выходы которых подключены к блоку - анализатору, выполненного на базе одноплатного промышленного компьютера. Фоточувствительные поверхности ФЭУ установлены таким образом, чтобы не было прямого попадания на них лазерных лучей, но чтобы трассы излучений лазеров проходили мимо указанных поверхностей. После размещения груза в трюме была определена величина фонового сигнала от совместного излучения всех лазеров. Указанная величина была принята на нулевое (фоновое) значение. В процессе перелета в трюме возникло возгорание груза в одном из автомобилей. Поскольку трюм самолета «Руслан» не является герметичным, следы дыма начали подниматься к местам негерметичности стен трюма, проходя через трассы оптических излучений лазеров, изменяя их свечение. Это привело к изменению величины информационного сигнала. Блок - анализатор, сравнив измеренное значение с величиной сигнала, принятого за фоновое значение, послал сигнал центральному компьютеру самолета.

2. При перевозке в трюме сухогруза угля насыпью на стенах трюма аналогично были размещены 8 ИК - газовых лазеров мощностью 100 мВт каждый, 40 фотоэлектронных умножителя ФЭУ - 56, выходы которых подключены к блоку - анализатору, выполненного на базе одноплатного промышленного компьютера. Фоточувствительные поверхности ФЭУ установлены аналогично примеру 1. После размещения угля в трюме была аналогично

определена величина фонового сигнала от совместного излучения всех лазеров. Указанная величина была также принята на нулевое (фоновое) значение. В процессе перелета в трюме возникло самовозгорание угля в трюме. Поскольку трюм сухогруза не является герметичным, следы дыма начали подниматься к местам негерметичности стен трюма, проходя через трассы оптических излучений лазеров, изменяя их свечение. Это привело к изменению величины информационного сигнала. Блок - анализатор, сравнив измеренное значение с величиной сигнала, принятого за фоновое значение, послал сигнал центральному компьютеру рубки сухогруза.

3. При перевозке в трюме транспортного самолета «Мрия» жидких химических реагентов в бочках на стенах трюма были размещены 4 ИК - газовых лазеров мощностью 100 мВт каждый, 28 фотоэлектронных умножителя ФЭУ - 90, выходы которых подключены к блоку - анализатору, выполненного на базе одноплатного промышленного компьютера. Фоточувствительные поверхности ФЭУ были установлены аналогично примеру 1. После размещения груза в трюме также была определена величина фонового сигнала от совместного излучения всех лазеров. Указанная величина была принята на нулевое (фоновое) значение. В процессе перелета произошла разгерметизация одной из бочек, что привело к появлению тумана из перевозимой жидкости и к появлению возможности возгорания жидкости. Это привело к изменению величины информационного сигнала. Блок - анализатор, сравнив измеренное значение с величиной сигнала, принятого за фоновое значение, послал сигнал центральному компьютеру самолета.

Таким образом, использование предлагаемой системы позволяет надежно проводить дистанционную регистрацию загрязнения атмосферы внутри самолетного и корабельного трюмов.

1. Система контроля изменения состояния атмосферы в замкнутом помещении, содержащая, по меньшей мере, один монохроматический излучатель и, по меньшей мере, один фотоприемник, установленные под углом друг к другу, отличающаяся тем, что оптическое излучение излучателя направлено через замкнутое пространство помещения, фоточувствительная поверхность фотоприемника ориентирована относительно осей прохождения лучей всех источников излучения под углом, отличным от 90°, при этом система дополнительно содержит блок - анализатор, к входу которого подключены выходы фотоприемников, причем блок - анализатор выполнен с возможностью регистрации информационного сигнала, генерируемого оптическими приемниками, величина которого превышает заданное значение отношения сигнал/шум.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник излучения закреплен на стене помещения.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что фотоприемник закреплен на стене помещения.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что она содержит множество фотоприемников, суммарная рабочая поверхность которых перекрывает площадь оптического излучения в помещении.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что использован газовый лазер.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве фотоприемника использован фотоэлектронный умножитель.

7. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве фотоприемника использована матрица фотодиодов.

8. Система по п.1, отличающаяся тем, что для локализации места изменения состояния атмосферы фотоприемники сгруппированы в группы, содержащие их различные количества, а блок - анализатор выполнен с возможностью определения группы, информационный сигнал которой превысил заданное соотношение сигнал/шум.

9. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник излучения установлен в контролируемом помещении таким образом, что его луч проходит заведомо выше размещения грузов.

10. Система по п.1, отличающаяся тем, что источник излучения установлен таким образом, что его луч проходит через наиболее вероятное проявление нарушения состояния атмосферы в помещении.