Монтажный отдел:

 

8 (495) 921-74-19

 

 

Монтажный отдел:

 

8 (495) 921-74-19

 

Связаться с нами

Пн-Пт 10:00 до 19:00
Сб-Вс: 10:00 до 18:30

Корзина пуста

Перейдите в каталог, выберите требуемый товар и добавьте его в корзину.

Чувствительность пожарных извещателей к различным типам дыма, пыли, пару и аэрозолям.

В первой части данного материала были рассмотрены основные теоретические моменты процесса обнаружения признаков пожара в оптико-электронных дымовых извещателях. Одновременно с этим рассматривался вопрос о возможности и необходимости селекции частиц дыма от попадающих в измерительную зону оптических систем извещателей частиц пыли, пара и аэрозолей.

Вторая часть была посвящена рассмотрению измерения концентрации и размеров частиц в промышленности и анализу существующего состояния обнаружения частиц дыма на примере достаточно известных и популярных дымовых оптико-электронных пожарных извещателей.

Данная часть материала посвящена новым направлениям в обнаружении признаков пожара оптико-электронными дымовыми пожарными извещателями.

ДВУХВОЛНОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

В целях снижения неравномерности чувствительности к дымам, выделяемым при горении различных материалов, а в свою очередь, и для разных тестовых пожаров производители пожарных извещателей идут разными путями.

Работы в области совершенствования промышленных измерителей концентрации частиц и коллоидных растворов не могли не сказаться на развитии оптико-электронных дымовых пожарных извещателей. Уход на другие значения длины волны излучателей, применение, в частности, излучателей зеленого цвета, увеличение коэффициента поглощения окружающих элементов придало развитию

оптико-электронных пожарных извеща-телей новый толчок.

Следующим этапом в развитии оптико-электронных пожарных извещателей после работ «Hochiki» по смещению точки наблюдения в зону бокового рассеяния явилось использование излучателей синего цвета, сразу, минуя промежуточный зеленый, который уже широко использовался в промышленных измерителях концентрации.

В 1990 г. изобретатель Судзи Накаму-ра из корпорации Nichia Chemical Industries (Япония) разработал достаточно дешевый светодиод с синим цветом излучения. В 1993 г. было освоено его серийное производство.

Рис. 1. Расположение светоизлучателя и фотоприемника в извещателе IQ8Quand OTblue

Рис. 2. Внешний вид извещателя IQ8Quand

Внедрение светодиодов с синим цветом излучения в пожарные извещатели позволило решить некоторые проблемы. Здесь следует отметить, что само по себе применение излучателя синего цвета вместо красного без дополнительных мероприятий проблему реагирования оптико-электронных дымовых пожарных извещателей на пыль, аэрозоли и пар не снимает, что было подтверждено в первых разработках Esser [1].

Изначально эта фирма позиционировала извещатель новой серии IQ8Quand OTblue. Этот комбинированный извещатель имеет помимо оптоэлектронного еще термодифференциальный канал. Оптоэлектронный канал был реализован на светоизлучателе синего цвета. Благодаря этому данный извещатель получил достаточно равномерную характеристику к тестовым пожарам.

Имея точку наблюдения с Q = 60° (рис. 1), он позволил в достаточной степени линеаризовать зависимость чувствительности от размеров частиц. Но полностью устранить повышенную чувствительность к пыли и другим паразитным продуктам это до конца не помогло. Тогда появилась возможность увязать в алгоритме обработки значения чувствительности к малым размерам частиц и скорости нарастания температуры путем использования значений термодифференциального канала. Здесь использована характерная зависимость уменьшения размеров частиц дыма при увеличении температуры среды, вызываемой интенсивным горением пожарной нагрузки.

Следующим этапом было внедрение в данную технологию второго излучателя с красным цветом (рис. 3). В извещателе по технологии O2T (двойной оптический и тепловой) красный светоизлучатель занял место так, чтобы фотоприемник находился в зоне бокового рассеяния в точке с Q = 60°, а синий излучатель установлен, чтобы тот же фотоприемник находился в точке наблюдения Q = 120°. Обе эти точки наблюдения обеспечивают достаточную равномерность для всех типов тестовых пожаров. Более того, этим удалось значительно снизить чувствительность к частицам с большими размерами. Используя значения из термодифференциального канала для корректировки чувствительности, появилась возможность получить извещатель, сравнимый по своим характеристикам ионизационному.

Рис. 3. Расположение светоизлучателей в извещателе IQ8Quand O2T

Но к этому времени двухволновая технология была уже достаточно изучена и внедрена в серийное производство силами Nittan Group. Эта корпорация была создана в 1954 году и имеет свои подразделения и производственные мощности сразу в нескольких странах: Японии, Китае, Швеции, Бахрейне и Великобритании. В частности, европейское подразделение Nittan Europe было создано в 1972 году.

И вот этой корпорацией в 2003 году удалось реализовать, а в 2005 году наладить серийный выпуск дымовых пожарных оптико-электронных извещателей по двухволновой технологии.

В этой серии двухволновых извеща-телей присутствуют адресно-аналоговый EV-DP (Dual Optical Detector) и неадресный EVC-DP (conventional).

В чем суть двухволновой технологии. Разработчики Nittan Group обнаружили неравномерность изменения интенсивности рассеяния для красного и синего излучателя в области размеров частиц 1,0 мкм [2, 3, 4]. Таким образом, они пришли к выводу, что когда интенсивность в зоне прямого рассеяния синего цвета перестает превосходить интенсивность рассеяния красного цвета в районе частиц с размерами порядка 1,0 мкм (рис. 4, 5), то можно принять решение об обнаружении частиц, не являющихся продуктами горения. Оба светоизлучателя размещаются практически в непосредственной близости друг от друга (рис. 6), и для их различения они работают попеременно. В извещателях EV-DP и EVC-DP применена схема размещения све-тоизлучателей и фотоприемника с вертикальным смещением между осями (рис. 6) в зоне практически прямого рассеяния с точкой наблюдения Q = 30°.

Рис. 4. Зависимость уровня интенсивности рассеяния для излучателей красного и синего цвета

Рис. 5. Зависимость отношения уровней интенсивности рассеяния синего излучателя к красному от размеров частиц

Рис. 6. Оптическая система извещателя EV-DP

Отправным значением порога принятия решения о присутствии посторонних продуктов для такого размещения свето- и фотодиодов разработчики признали соотношение уровней интенсивности рассеяния для этих двух цветов (синий/красный), равное 1,4. Сам анализ о наличии частиц и их количестве в оптической камере производится по синему каналу, но при достижении значения уровня в инфракрасном канале по отношению к синему, равного или больше 0,7 (1:1,4 = 0,7), принимается решение об обнаружении частиц, не являющихся продуктами горения.

Помимо этого, расположение фотоприемника в зоне прямого рассеяния позволяет получить сигнал с гораздо большим уровнем, чем в зоне бокового рассеяния, что снижает необходимость в дополнительных мероприятиях по обеспечению электромагнитной защищенности и позволяет несколько снизить потребляемый светоизлучателями ток.

И если в извещателях с одним свето-излучателем для повышения равномерности чувствительности к различным дымам разработчики стараются сместить фотоприемник в зону бокового рассеяния, что порождает новые дополнительные проблемы, о которых я писал во второй части данного материала, то при двухволновой технологии эти проблемы просто отсутствуют.

Блокирование реагирования извеща-теля на частицы, имеющие размеры больше, чем частицы дыма, позволяет встроенный в извещатель алгоритм косвенной двухволновой оценки размера частиц. Эта технология позволяет отсечь воздействие паразитных факторов на обнаружитель-ную способность извещателя и ставит его в один ряд с ионизационными извещате-лями. Более того, наличие механизма селекции частиц по их размерам позволило увеличить реальную чувствительность непосредственно к продуктам горения без опасения повышения вероятности ложных срабатываний от частиц, не являющихся продуктами горения.

Разработчики немецкой фирмы Bosch пошли примерно тем же путем, как и Nittan Group. Данная технология получила у них название «Dual Ray».

Выпускаемые по этой технологии из-вещатели FAP DO 420 широко известны во всем мире.

Но в отличие от Nittan Group эти из-вещатели выпускаются еще и в комбинированном исполнении — FAP DOT 420 с термодифференциальным каналом, FAP DOTC 420 с термодифференциальным и газовым каналами, которые могут корректировать работу оптического канала в зависимости от условий развития пожара. Здесь используется следующая особенность: при тлении формируются частицы больших размеров и выделяется большое количество СО, а при интенсивном горении формируются частицы меньших размеров и происходит выделение большого количества тепла. Значит, такой извещатель уже может подстраивать оптический канал для обнаружения частиц тех или иных размеров. Для коррекции обнаружительной способности по оптическому каналу при наличии этих дополнительных каналов используется технология, названная производителем

ISP (Intelligent Signal Processing). При этом в документации отмечается, что максимальная эффективность этих двух дополнительных каналов может быть достигнута только при соответствующем для этих каналов расстоянии между точками контроля в помещениях.

ЛИНЕЙНЫЙ ДВУХВОЛНОВОЙ ДЫМОВОЙ ПОЖАРНЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ

Рассматривая двухволновую технологию в дымовых пожарных извещателях, очень трудно не упомянуть возможность ее применения в линейных дымовых извещателях, даже несмотря на то, что данный материал всецело посвящен только точечным.

Речь пойдет о новой системе под названием OSID (Open-area Smoke Imaging Detection), предназначенной для охраны одной такой системой достаточно больших площадей. Что интересно, позиционирует эту систему фирма Xtralis, известная на мировом рынке как поставщик аспи-рационных систем. Она же и представила новую систему в апреле 2012 года на выставке MIPS в Москве.

В зависимости от используемого типа приемного модуля «Imager» в системе может быть задействовано до 7 синхронизированных между собой модулей-излучателей. Данные по дальности действия приведены в таблице 1.

Табл. 1. Основные технические характеристики системы OSID

Тип

приемника

Диаграмма направленности (гр.)

Длина контролируемой зоны станд./повыш. мощн. (м)

Кол-во прд.

Гор.

Вер.

Мин.

Макс.

Imager 10°

7

4

30/-

150/-

1

Imager 45°

38

19

15/30

60/120

7

Imager 90°

80

48

6/12

34/68

7

Рис. 7. Расположение светоизлучателей в извещателе FAP DO 420

Рис. 8. Извещатель FAP DO 420

Рис. 9. Размещение элементов системы OSID

По понятным причинам, как и во всех линейных дымовых пожарных извещателях, используется не нефелометриче-ский метод, основанный на регистрации рассеянного отраженного светового потока, а абсорбционный, основанный на ослаблении интенсивности светового потока. Но вот двухволновая технология с применением ультрафиолетового (УФ-0,3 мкм) и инфракрасного (ИК-0,8 мкм) излучения, которые находятся за пределами диапазона, видимого для людей, -это достаточно интересное и новое решение в линейных извещателях.

Как уже рассматривалось в первой части данного материала, интенсивность рассеяния у двух этих длин волн для различных размеров частиц абсолютно разная. Разное по этой же причине и ослабление световых потоков, проходящих через задымленные участки, между приемной и передающей частью, что позволяет определять как размер частиц, так и их концентрацию с исключением воздействия на принятие решения о пожаре частиц пыли, пара и аэрозолей любого происхождения.

Световой поток от каждого модуля-излучателя представляет уникальную последовательность импульсов от УФ и ИК-светодиодов, синхронизированную с приемным модулем Imager, что исключает влияние других посторонних источников света.

Вместо фотодиода в приемной части извещателя используется CMOS (КМОП)-матрица. В отличие от CCD (ПЗС), в которой данные с каждого пикселя считыва-ются последовательно, в CMOS-матрице сигнал с каждого пикселя считывается отдельно, что увеличивает быстродействие. Использование матрицы позволяет системе быть нечувствительной ко всякого рода вибрациям и возможным медленным отклонениям световых лучей, различая между собой при этом сигналы от УФ и ИК-светодиодов.

Модули-излучатели могут питаться как от проводных источников питания, так и от батареек, комплекта которых должно хватить на 5 лет.

Таким образом, следствие из теории МИ придало абсолютно новые возможности не только точечным, но и линейным пожарным дымовым извещателям.

Таким образом, двухволновая технология позволяет реально защитить оптико-электронные извещатели от ложных срабатываний при обнаружении частиц с размерами, превышающими значения для частиц дыма, и одновременно с этим повысить реальную чувствительность к продуктам горения. При этом данные извещатели легко проходят тест TF1 (ТП1).

КАКИЕ ЕЩЕ ЕСТЬ СПОСОБЫ ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ЧАСТИЦ, НЕ ЯВЛЯЮЩИХСЯ ПРОДУКТАМИ ГОРЕНИЯ В ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗВЕЩАТЕЛЯХ

Патентоведение — это серьезная вещь, и шутить с ним нельзя, но помимо красно-синей двухволновой технологии имеется еще достаточное количество способов оценки концентрации продуктов горения для пожарных извещателей.

Сложность работ при выборе алгоритмов оптической оценки концентрации связана как с малой теоретической изученностью самих процессов формирования и последующей модификации частиц дыма, их особенностью формирования при различных типах горящих материалов, так и с трудностью проведения экспериментов в этой области. Эта проблема плюс высокие затраты на корректное проведение самих экспериментов создает значительные трудности нахождения наиболее эффективных способов выявления возгораний оптико-электронными дымовыми пожарными извещателями.

Мало того, что источники излучения зеленого цвета, являющегося промежуточным между красным и синим, в полном объеме уже давно используются всеми разработчиками промышленных средств измерения концентрации. Существуют и другие общеизвестные способы оценки размеров частиц, в том числе и с синим светоизлучателем. Главным направлением при этом является наличие двух и более некоррелированных между собой каналов получения данных о проходящих процессах.

В частности, для измерения размеров частиц используется метод двухпозици-онной оценки, основанный на оценке соотношения уровней интенсивности рассеяния с двух точек наблюдения. Одной точкой при этом может быть зона прямого рассеяния, другая точка может находиться в зоне бокового или обратного рассеяния.

Данная схема имеет лучшие результаты при использовании уже применяемого в обычных оптико-электронных из-вещателях светоизлучателя красного цвета, а не синего. Таким образом, вполне возможно использовать для этого несколько модифицированную одноволно-вую схему существующих извещателей.

Введение корректирующего коэффициента Ктн=10/190, определяемого выбранными точками наблюдения обоих фотоприемников, в имеющийся тракт обработки может позволить значительно повысить чувствительность к дымам с малыми размерами частиц.

Одним из основных следствий теории МИ является то, что по соотношению уровней интенсивности рассеяния в разных точках наблюдения всегда можно вычислить размеры частиц, образующих это рассеяние.

Имея значения сигналов от двух фотоприемников, один из которых находится в зоне прямого рассеяния Unp, а другой в зоне бокового рассеяния U6 р, с учетом экспериментально полученного корректирующего коэффициента Ктн, можно определять усредненные размеры обнаруженных частиц d4:

d4=KmH- (Un.p./Uб.р.)1/2; (1)

Наличие в приведенном выражении квадратного корня вызвано тем, что значение уровня интенсивности рассеяния напрямую связано с площадью сфер частиц, а не их диаметром.

Получив усредненные размеры обнаруженных частиц d4 и зная значение уровня сигнала от фотоприемника, расположенного в зоне прямого рассеяния Un.р., куда направлена большая часть отраженной энергии, можно получить условное значение концентрации продуктов горения утек:

ymeк = Un.p./dч; (2)

В итоге, имея такие величины, как условное значение концентрации продуктов горения утек, размеры обнаруженных частиц dч и значение сигнала от фотоприемника, расположенного в зоне прямого рассеяния Un.р., можно с достаточной точностью принять решение о достижении предельных величин продуктов горения для всех типов дыма с не меньшей достоверностью, чем это делается в ионизационных извещателях. Также такое решение позволяет полностью исключить срабатывание извещателя на частицы с размерами, превышающими 1 мкм, но не являющимися продуктами горения, что даже в ионизационных извещателях произвести невозможно.

В результате данный принцип позволяет обычный пороговый извещатель превратить в устройство селективного характера с защитой от паразитных продуктов и по своим возможностям значительно превосходящее ионизационные извещатели.

Рис. 10. Устройство элементов системы OSID

Наличие двух некоррелированных каналов обработки в извещателях позволяет решить проблему не только ложных срабатываний при наличии в оптической системе извещателя пыли или аэрозолей, но и повысить защищенность от электромагнитных помех. Также может быть решен вопрос постепенного запыления линз излучателей и фотоприемника и даже постепенного старения самого излучателя, т.к. само решение о наличии продуктов горения формируется уже не столько по абсолютному уровню интенсивности рассеяния в одном из каналов, сколько основано на сравнении этих уровней в обоих каналах. Этому способствует и то, что факты старения и запыления влияют одинаково на оба канала и могут взаимно компенсироваться.

Приняв меры по защите извещателя от частиц, не являющихся продуктами горения, можно будет практически до допустимого предела поднять реальную чувствительность к продуктам горения, не опасаясь ложных срабатываний. При этом можно будет говорить уже и о реальном прохождении тестового пожара с горением древесины ^l/TFl, что для подавляющего большинства выпускаемых изве-щателей является недостижимым.

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ КАНАЛ СОВМЕЩАЕМ С ТЕПЛОВЫМ

Достаточно интересно совместное использование в точечных пожарных из-вещателях оптико-электронных и тепловых каналов, когда текущие значения или чувствительность в оптическом канале корректируются значениями в тепловом. В этом случае речь идет не о наличии в одном корпусе двух независимых извещателей, а только о корректировке работы оптического канала.

Анализ взаимосвязи размеров частиц дыма, изменения их концентрации и температуры в помещении для некоторых горючих материалов в некоторой

степени имеется в NFPA Standard 72 (National Fire Alarm Code). Этот документ принят в качестве действующих норм на проектирование международной некоммерческой организацией по обеспечению пожарной, электрической безопасности и безопасности строительства «Национальной Ассоциацией Пожарной Безопасности» (National Fire Protection Association, NFPA).

Помимо этого, рассмотрение этих вопросов можно найти в материалах международных конференций по вопросам пожарной безопасности. В частности, в материалах одной из них [6] можно найти значения средней выделяемой мощности Р при разных тестовых пожарах (табл. 2).

Табл. 2. Значения средней выделяемой мощности при разных тестовых пожарах

 

TF2

TF4

TF5

TF3

TF1

Тление древесины

Горение пенополиуретана

Горение Н-гептана

Тление хлопковых шнуров

Горение древесины

D (мкм)

0,45

0,2

0,2

0,15

0,1

Р кВт

2,3

30

150

32

56

Также там представлены зависимости уровня тепловыделения для этих тестовых пожаров во времени. Таким образом, применение значений тепловых каналов для коррекции алгоритма оптико-электронных каналов в извещателях, выполненных по технологиям O2T (Esser) и ISP (Bosch), можно считать полностью обоснованным и может широко использоваться в современных дымовых изве-щателях.

ИЗМЕРЕНИЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ С ПОМОЩЬЮ АЭРОЗОЛЕЙ

С появлением извещетелей с алгоритмом защиты от реагирования на частицы с размером 1,0 мкм и более встает вопрос об эффективности оценки их чувствительности в установке «Дымовой канал». Ведь если использовать допускаемый для этого аэрозоль с размером частиц в пределах 0,5-1,0 мкм (п.4.7.2.5. ГОСТ Р 53325), то извещатели, имеющие защиту от реагирования на пыль, аэрозоль и пар, не во всех случаях могут соответствовать существующим российским нормам по чувствительности (0,050,2 дБ/м). К этому необходимо еще добавить то, что для извещателей с точкой наблюдения в зоне прямого рассеяния при использовании тестовых аэрозолей с размерами частиц 0,5-1,0 мкм в установке „Дымовой канал“ многократно повышается измеренная чувствительность по сравнению с тлеющим хлопковым шнуром. Т.е. в лучшем случае надо снижать размеры тестового аэрозоля до 0,30,4 мкм, а в идеале оставить только хлопковый шнур.

И еще одно следствие, вытекающее из материала этой статьи. Это касается методики проведения тестовых пожаров для дымовых оптико-электронных извещателей. У части наших специалистов бытует мнение, что для их проведения вполне достаточно контролировать только значения оптической плотности среды в месте установки испытываемых образцов, ведь, мол, они только на нее и рассчитаны. Но наиболее правильно все-таки тесты проводить в жесткой взаимосвязи между оптической плотностью и концентрацией продуктов горения, т.к. именно концентрация продуктов горения и характеризует наличие возгорания, а вот изменение оптической плотности — это уже вторичный параметр и зависит от концентрации через размер выделяемых частиц. Только так можно гарантировать корректность проходящих процессов, и тут не имеет значения, на какие признаки обнаружения рассчитаны те или иные извещатели.

В очень непростой ситуации оказался мультикритериальный извещатель 2251CTLE производства «System sensor» [4]. Для защиты от ложных срабатываний в алгоритме обработки помимо оптико-электронного канала дополнительно учитываются еще и значения по каналам термочувствительного элемента, датчика окиси углерода и инфракрасного детектора пламени. Именно по этой причине он не может достигнуть требуемых параметров в установке „Дымовой канал“, т.к. предусмотренный процесс в этой установке в чистом виде не соответствует совокупности опасных факторов пожара, на обнаружение которой рассчитан указанный извещатель. Поэтому для него в 2005 г. в рамках LPCB пришлось разработать самостоятельный специальный стандарт LPS 1279: ISSUE Draftl.O „Точечные мультисенсорные пожарные детекторы, использующие оптические или ионизационные дымовые сенсоры и электрохимические СО-сенсоры и опционально тепловые сенсоры“. И это произошло вовсе не потому, что извещатель уж такой плохой, а наоборот, потому что современные извещате-ли опережают по своим возможностям даже зарубежные существующие методики оценочных испытаний. В частности, этим стандартом для таких извещателей введен расширенный объем испытаний. А готова ли наша отечественная нормативная база к этому?

Вполне возможно, что с появлением на рынке оптико-электронных точечных пожарных дымовых извещателей с защитой от частиц, не являющихся продуктами горения, в обозримом будущем появятся дополнительные соответствующие требования в нормативной базе, может быть, и отечественной. Первая такая попытка уже имеется по упомянутому извещателю 2251CTL. В случае развития событий по такому сценарию будет иметь место жесткая конкуренция за право обладать теми или иными технологиями защиты извещателей. Нашим отечественным разработчикам пора включаться в эту работу, а не прятать за умными и чересчур умными слоганами запылившиеся в чулане технологии.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог данной трилогии, хотелось бы надеяться, что после ознакомления с ней сотрудники проектно-монтажных организаций получат хоть какой-то инструмент при выборе дымовых пожарных извещателей не столько по ценовым параметрам, сколько по их возможностям реально обнаруживать возгорания при минимальной вероятности ложных срабатываний. Приходящие новые технологии в дымовые оптико-электронные извещатели позволяют получить абсолютно иные характеристики автоматических установок пожарной сигнализации. Так что еще очень рано списывать со счетов оптико-электронные дымовые извещатели и пытаться их заменить на газовые, имеющие много своих проблем, или другие.