Способ обнаружения очагов самовозгорания угля и устройство для его осуществления

(5 КОМИТЕТ СССР ТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ)31 11,. ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ов К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3984373/22-0302.12.8515,08,87. Бюл.30(71) Конотопский электромеханический завод "Красный металлист"(54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОЧАГОВ САМОВОЗГОРАНИЯ УГЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГООСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к техникебезопасности и противопожарнойтех-нике на угольных шахтах. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости обнаружения очагов самовозгорания и надежности идентификации типа пожара. Для этого из очага пожара регистрируют приемниками 1, 2 и 3инфракрасное излучение (ИКИ) в трех диапазонах длин волн (ДЦВ) 3,13,5 мкм; 4,-4,5 мкм и 10-11,1 мкмс получением соотв,эл. сигналов. и 1. С помощью блоков 4-6 деления определяют отношения сигналовйзф 1 Из31/д Полученные отношения сравнивают с помощью компараторов 7, 8 и 9 с единичными уставками, При загорании метана максимум вспектре интенсивности ИКИ приходитсяна ДЦВ 3,1-3,5 мкм и выполняются условия У /3 ) 1) Л/У ( 1 и Л, /3) 1При этом появляется сигнал на выходеэлемента И 1 О и срабатывает блок сигнализации (БС) 15, В момент взрываугольной пыли в ДДВ 4,1-4,5 мкм привыполнении условия , /3 ( 1, Л/37 1и 3 И с 1 срабатывают элемент И 1и БС 14. В момент загорания угля выполняются условия Л /Л ) 1, 3 И 7 1и 3 /3 ( 1. Срабатывает элемент Й 12и подает сигнал в БС 15. При этом .вспектре ИКИ наблюдаются два максимума с )1)ДВ 3,1-3,5 и 4,1-4,5 мкм.2 с. и 2 з.пф-лы, 4 ил.1 1 ЗЗОЗ 2Изобретение относится к технике безопасности и противопожарной технике и может быть использовано на угольных шахтах для раннего обнару 5 жения и идентификации загораний угля, метана или угольной пыли с целью подачи аварийных сигналов или выдачи управляющих сигналов на автоматическое тушение возникающих пожаров.Целью изобретения является повыше" ние помехоустойчивости обнаружения очагов самовозгорания и повышение надежности идентификации типа пожара.Сущность изобретения заключается в том, чтобы на основании полученных инфракрасных спектров очагов самовозгорания угля, загорания метана или пыли, а также спектров шахтных электрических светильников создать такой способ., с помощью которого можно было бы обнаружить пожар, идентифицировать его вид, отстроиться от влияния изменений концентрации пыли и влаги и устранить мешающее действие 25 эасветок от источников местного электрического освещения, Достичь эту цель напрямую анализом спектра очага пожара невозможно из-за существенной деформации спектра от изменений концентрации пыли и влаги, а также из-за засветок приемника инфракрасного излучения источниками электрического местного освещения. Переходы отношений электрических сигналов 7, /Л , 3 /Л ,. 3,/Л через едини 35 цу подчийяются закономерности, которая не зависит от влияния изменений концентраций пыли и влаги в шахтной атмосфере, от засветок приемника све О тильниками местного освещения, от расстояния до очага пожара, от концентрации метана, углекислого и угарного газов и других компонентов шахтной атмосферы, а однозначно определя ется типом возникающего пожара. На этой основе созданы принципиально новые способы и устройство для обнаружения очагов пожара в шахтах.На фиг, показана функциональная схема устройства; на фиг. 2 - схема включения полупроводниковых иммерсионных болометров; на фиг, 3 - конструкция датчика, вид сбоку, корпус датчика и полупроводниковый иммерси 55 онный болометр показаны в разрезе; на фиг, 4 - то же, вид сверху,Устройство для обнаружения очагов самовозгорания угля содержит первый 7 21, второй дополнительный 2 и треФий дополнительный 3 приемники инфракрасного излучения, первый 4, второй 5 и третий б блоки деления, первый второй 8 и третий 9 двухпороговые компараторы, первый 10, второй 11 и третий 12 элементы И, первый 13, второй 14 и третий 15 блоки сигнализации. Выход первого приемника 1 инфракрасного излучения соединен с первыми входами первого 4 и третьего 6 блоков деления, Выход третьего приемника 3 инфракрасного излучения соединен с вторым входом первого 4 и с первым входом второго 5 блоков деления.Выход второго приемника 2 инфракрасного излучения соединен с вторыми входами второго 5 и третьего 6 блоковделения.Выходы блоков деления 4 - б соединены соответственно с входами двух- пороговых компараторов 7 - 9. Прямой выход "а" первого компаратора 7 соединен с первыми входами первого 10 и третьего 12 элементов И, а его ин- . версный выход "б" соединен с первым входом второго элемента И 11, Прямой выход "а" второго компаратора 8 соединен с третьими входами второго 11 и третьего 12 элементов И, а инверсный его выход "б" соединен с вторым входом первого элемента И 10. Прямой выход "а" третьего компаратора 9 соединен с третьим входом первого элемента И 1 О, а его инверсный выход "б" соединен с вторыми входами второго 11 и третьего 12 элементов И,Выход первого элемента И 10 сбединен с входом первого блока сигнализации 13. Выход второго элемента И 11 соединен с входом второго блока сигнализации 14. Выход третьего элемента И 12 соединен с входом третьего блока сигнализации 15.В состав устройства для обнаружения очагов самовозгорания угля входит также модулятор инфракрасного излучения, выполненный в виде круговой диафрагмы, в шести равных секторах которой чередуются прозрачные 16 - 18 и непрозрачные 19 - 21 секторы, с осевым приводом, Приемники 1 - 3 выполнены в виде полупроводниковых иммерсионных болометров, на входе иэ которых имеется полусферическая линза 22 из германия диаметром Э. Осевой привод представляет собой электродвигатель с редуктором 23, на выз 13303 ходном валу 24 которого заклепкой 25 закреплена шестисекторная диафрагма 26. Перед первым приемникомзакреплен первый полосовой фильтр 27 на диапазон пропускания длин волн 3,15 3,5 мкм, Перед вторым приемником 2 аналогично закреплен второй полосовой фильтр 28 на диапазон пропускания длин волн 4,1 - 4,5 мкм, а перед входом третьего приемника 3 также аналогично закреплен третий полосовой фильтр 29.на диапазон пропускания длин волн 10 - 11,1 мкм.Приемники 1 - 3 и модулятор собраны в виде единого датчика (фиг,З и 4). Полосовые фильтры 25 - 27 зак-. реплены перед полусферическими линзами из германия на входах приемников 1 - 3Приемники 1 - 3 установлены осесимметрично на окружности, диаметр которой Р = 2 Р, В центре этой окружности установлен электродвигатель с редуктором 23, на выходном валу 24 которого заклепкой 25 25 закреплена шестисекторная диафрагма 26. Приемники 1 - 3, электродвигатель с редуктором 23 и шестисекторная диафрагма смонтированы в общем корпусе 30, закрытом со стороны диаф- Зо рагмы 26, прозрачной для ИК-излучения в диапазоне длин волн не менее чем 3,1 - 1,1 мкм крышкой 31, На фиг,4 непрозрачные для ИК-излучения в диапазоне длин волн 3,1 - 11,1 мкм 35 секторы 19 - 21 заштрихованы.Каждый из полупроводниковых иммерсионных болометров 1,2 или 3 состоит из рабочего 32 и компенсационного 33 элементов и резисторов 34 и 35, кото рые включены в мостовую схему, питаемую от стабилизированного источника напряжения 36 (как показано на фиг.2),С второй диагонали моста болометров снимается сигнал и подается на 4 Б блоки деления 4 - 6.Контактами 37 приемники, а контактами 38 двигатель включаются в схему. В показанном на фиг.4 положении диафрагмы 26 все приемники 1 - 3 открыты и через крышку 31, прозрачные секторы 16 - 18 диафрагмы и полосовые фильтры 27 - 29 ИК-излучение соответствующих диапазонов длин волн попадает на полусферические линзы 22 из германия приемников 1 - 3. При повороте диафрагмы на 60 против при-емников 1 - 3 стают непрозрачными сек 274торы 19 - 21 н ИК-излучение на приемники не попадает,Способ обнаружения очагов самовозгорания осуществляют в следующей последовательности.Инфракрасное излучение одновременно регистрируют тремя приемниками вдиапазонах длин волн 3,1 - 3,5 мкм,4,1 - 4,5 мкм и 10-11,1 мкм и получают 3 электрических сигнала , Л и.ТОпределяют три отношения электрических сигналов Л /Л , Л /., 31/3Сравнивают полученные отношениясигналов с единицей.Если 3 /.т1, 3 /Д ) 1, Д /Д с 1то идентифицируют загорание угля иподают соответствующий сигнал,Если ЗИ1, 3/1 ( 1, 3 И 7 1,то идентифицируют загорание метана иподают соответствующий сигнал,Если 3 /3 ( 1, 3 Й 7 1, ЗИ ( 1то идентифицируют загорание угольнойпыли и подают соответствующий сигнал.Устройство для обнаружения очаговсамовозгорания работает следующим образом,При включении напряжения питанияна блоки и элементы устройстваэлектродвигатель с редуктором 23 начинает вращать выходной вал 24 и диафрагму 26 с угловой скоростью 67 об./с, что соответствует частотемодуляции инфракрасного излученияна приемники 1 - 3 соответственно18 - 21 Гц. Если частота вращенияменьше, то сильнее сказываются шумыприемников, а при увеличении частоты модуляции от 20 до 25 Гц отношение сигнал/шум на выходе приемников1 - 3 уменьшается в 1,2 в .1,5 раза.В результате, вращения диафрагмы26 с частотой Зп (где и - число оборотов диафрагмы в секунду) модулируется по синусоидальному закону с глубиной модуляции, равной единице, поток инфракрасного излучения на приемники 1 - 3, причем потоки излучения на все приемники синфаэные (одновременно открываются прозрачнымии одновременно закрываются непрозрачными секторами диафрагмы все 3приемника). На первый приемник 1 через первый полосовой фильтр 27 попадает модулированный с частотой Зцпоток инфракрасного изл ения с дли-нами волн 3,1 - 3,5 мкм, Аналогично на второй приемник 2 попадает мо5 ,13303 дулированный поток излучения с длина. ми волн 4,1 - 4,5 мкм, а на третий - с длинами волн 10 - 11,1 мкм.Если от стабилизированного источника напряжения 36 на мостовые схе 5 мы болометров подается питание, то на выходах болометров возникают синусоидальные электрические сигналы Л 3 , Л , амплитуды которых пропорциональны интенсивности инфракрас ного излучения в диапазонах длин волн 3,1 - 3,5; 4,1 - 4,5 и 1011,1 мкм соответственно на болометры 1 - 3.Сигналы Л, и 3 поступают на вхо ды первого блока деления 4, на выходо которого формируется сигнал 31/3 .Сигналы 3 и 3 поступают на входы второго блока деления 5, на выходе которого формируется сиг нал 3 /Л . Сигналы Л и Л поступают на входы третьего блока деления 5, на выходе которого формируется сигнал 11/рСигналы 3/Зэ, 3/Л, ЛИ с 25 блоков деления 4 - 6 поступают на входы соответствующих двухпороговых компараторов 7 - 9. В каждом иэ компараторов 7 - 9, входной сигнал сравнивается с единицей.Если входной сигнал меньше единицы, то на инверсном выходе "б" компаратора формируется единичный сигнал. Если входной сигнал компаратора больше, то единичный сигнал формируется на прямом выходе "а" компаратора,На первый вход первого элемента 40И 1 О единичный сигнал с прямого вьмода компаратора 7 поступает лишь приусловии Л,/Л ) 1. На второй вход первого элемента И 10 единичный сигналс инверсного выхода компаратора 8 пос тупает лишь при 3/31. На третий3вход первого элемента И 10 единичныйсигнал с прямого выхода компаратора9 поступает лишь при условии Л,/3 ) 1.При появлении на всех трех входахэлемента И 10 единичных сигналов(т.е. при одновременном выполнениитрех уой 3/3) 1) Л/3 ( 1,Л /Л ) 1) на его выходе появляетсясигнал и включается первый блок сигнализации, сигналиэирующий о загорании метана.На первый вход второго элементаИ 11 единичный сигнал поступает с 27 6инверсного выхода компаратора 7 лишьпри условии 3 /.11. На второй входвторого элемента И 11 единичный сигнал поступает с инверсного выходакомпаратора 9 лишь при условии31 /3 ( 1На третий вход элемента И 11 единичный сигнал поступает с прямого выхода компаратора 8 лишь при условииЛ /3 ) 1. Лишь при появлении на всехтрех входах элемента И 11 (т,е. приодновременном выполнении трех услоВий 3 /31 у 31/д ( 1 и 3 /3 э ) 1)единичных сигналов на его выходепоявляется сигнал и включается второй блок сигнализации, сигналиэирующтй о загорании угольной пыли,На первый вход третьего элементаИ 12 единичный сигнал поступает спрямого выхода компаратора 7 лишьпри выполнении условия 3/3 ) 1, На, второй вход элемента И 12 единичныйсигнал с инверсного выхода компаратора 9 поступает лишь при выполненииусловия Л/3, ( 1. На третий входэлемента И 12 единичный сигнал с прямого выхода компаратора 8 поступаетлишь при выполнении условия 3/3 )Лишь при появлении на всех входахэлемента И 12 (т.е при одновременном выполнении условий 3/3 ) 1,3 /3 ( 1 и 3 /Л ) 1) на его выходе. появляется сигнал и включается третий блок сигнализации, сигналиэирующий о загорании угля,Таким образом согласно способуи в устройстве сигналы о том илиином пожаре в шахте появляются лишьпри выполнении одного из трех комплексных условий, каждое из которыхсостоит из трех элементарных условий.При нормальных условиях в шахте(температура 15 - 40 С), отсутствиипожара и локальных засветок приемников электрическими шахтными светильниками приемники принимают инфракрасное излучение от угля, вмещающихпород, стоек крепи, горных машин, отшахтеров, находящихся в поле зренияприемников, и т.п. Спектры излученияпредметов и людей в шахте таковы,чтомаксимум в спектре попадает на диапазон длин волн 9-10 мкм, а интенсивности излучения на других длинах волнсправа и слева от максимума плавноуменьшаются по мере удаления от максимума, При этом выполняются условия,1 ) 4 З , а 3 ) 3 сигналы на выходах элементов И отсутствуют,7 33032При появлении в поле зрения приемников электрического шахтного светильника на них падает поток инфракрасного излучения с максимумом интенсивности (в зависимости от типасветильника и расстояния до него) вдиапазоне длин волн 0,8 - 2 мкм, ПриэтОм Выполняются услоВия Л 7 3 7 Лзи сигналы на выходах элементов И отсутствуют,При возникновении взрыва метанав шахте его концентрация в шахтнойатмосфере лежит в пределах 5 - 157Температура воспламенения метана лежит в пределах б 50-750 С, что соответствует длинам волн 3,14 - 2,83 мкм,При загорании метана (взрыве) максимум в спектре интенсивности инфракрасного излучения приходится на дианазон волн 3,1-3,5 мкм и выполняютусловия /э 1 ю 2 И 33 /3 7 1, При этом появляется сигнална выходе первого элемента И 10.При возникновении взрыва угольнойпыли в шахте максимум в спектре инфракрасного излучения приходится на диапазон длин волн 4,1-4,5 мкм и в момент взрыва выполняются условия/ь с 1 г/31 ф и .1 Д с 1. Срабатывает элемент И 11.При самовозгорании угля в шахтев спектре инфракрасного излучения,очага пожара наблюдаются два максимумас диапазонами длин волн 3 1-3 5 мкм1 935и 4,1-4,5 мкм.В момент возникновения загоранияугля выполняются условия Л/.71,Л/Лз 7 1 и 3/Л с 1, Срабатываетэлемент И 12 и подает сигнал в блок 40сигнализации 15. формула и э о б р е т е н и я1. Способ обнаружения очагов самовозгорания угля, основанный на реги страции инфракрасного излучения иэ очага, О т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости обнаружения очагов самовозгорания и повышения надежности иденти фикации типа пожара, инфракрасного излучения регистрируют в трех диапазонах длин волн 3,1-3,5 мкм, 4, 4,5 мкм и 10 - 11,1 мкм с получением соответствующих электрических сигналов 7, Л и Лз, определяют отношения сигналов 7/Л, Л /Л и Л/3 сравнивают полученные отношения сединичными уставками и пои выполнении 7 8условии 3 /3 ) 1, 3 ИЭ1 и , /3 сидентифицируют загорание угля, при выполнении условий Л,Я1, Л/3 си Л/31 идентифицируют загорание метана, а при выполнении условий/1 ф г /"/сиден тифицируют загорание угольной пыли,2, Устройство для обнаружения очагов самовозгопания угля, содержащее приемник инфракрасного излучения и блок сигнализации, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что, с целью повыше ния помехоустойчивости обнаружения очагов самовозгорания и повышенйя надежности идентификации типа очага оно снабжено дополнительными вторым и третьим приемниками инфракрасного излучения, тремя блоками деления, тремя полосовыми фильтрами, тремя двухпороговыми компараторами, тремя элементами И, дополнительными вторым и третьим блоками сигнализации и модулятором инфракрасного излучения, причем выход первого приемника инфракрасного излучения соединен с первыми входами первого и третьего блоков деления, выход третьего дополнительного приемника инфракрасного излучения соединен с вторым входом первого и с первым входом второго блока деления, а выход второго дополнитель" ного приемника инфракрасного излуче" ния соединен с вторыми входами вто" рого и третьего блоков деления, выходы блоков деления соединены с входами соответствующих двухпороговых компараторов, выходы каждого иэ которых соединены с входами элементов И, к выходам которых подключены соответствующие блоки сигнализации, при этом полосовыефильтры и модулятор инфракрасного излучения установлены перед приемниками инфракрасного излучения.3. Устройство по п.2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения дальности обнаружения,при" емники инфракрасного излучения выполнены в виде полупроводниковых иммерсионных болометров, установленных осесимметрично на окружности, диаметр которой равен удвоенному диаметру линзы полупроводникового иммерсионного болометра.4. Устройство по и2, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что модулятор инфракрасного излучения выполнен в виде круговой шестисекторной диафрагмы с осевым приводом.1330327 фиГ г Составитель И.НаэаркинаТекред Л.Сердюкова . Корректор М.Пож актор Н,Горва Тираж 429 НИИПИ Государственног по делам изобретени 13035, Москва, Ж, акаэ 3559 одписно тета ССкрытий о и д.4 ушская н оизводстве полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная,