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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Alarme incendie à ultrasons. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sûreté et sécurité Le dispositif d'alarme proposé est destiné aux systèmes de surveillance distribués d'objets étendus présentant un risque d'incendie, par exemple des conduites de carburant, des câbles électriques, des gazoducs, des réservoirs contenant des substances inflammables, ainsi que diverses unités. Il réagit à l'effet thermique de la flamme. L'élément sensible est un guide d'ondes ultrasonores, réalisé sous la forme d'un fil flexible en métal résistant à la chaleur, équivalent à un certain nombre de capteurs de température répartis sur sa longueur. La conception en forme de cordon permet à un tel élément d'être posé le long de la surface de l'objet contrôlé, en suivant sa forme. Il existe des dispositifs d'alarme incendie d'urgence connus, dont l'élément sensible est réalisé sous la forme d'un tube allongé résistant à la chaleur rempli d'un matériau à faible point de fusion, et à travers celui-ci se trouve une connexion acoustique entre l'émetteur et le récepteur d'ultrasons, situés à extrémités opposées du tube [1, 2]. Le matériau à l'intérieur fond lorsqu'il est chauffé par une flamme, ce qui modifie la connexion acoustique entre l'émetteur et le récepteur, ce qui sert de base à la formation d'un signal d'alarme. L'inconvénient de tels dispositifs est la conception complexe de l'élément de détection, qui devrait empêcher la fuite de la matière fondue du tube. De plus, la température de réponse est toujours égale à la température de fusion du matériau remplissant l'élément sensible. Il ne peut être régulé qu’en modifiant sa composition chimique. En pratique, pour différentes conditions, il est nécessaire de disposer d'éléments sensibles constitués de matériaux différents, ce qui n'est pas toujours acceptable. Le dispositif d'alarme décrit dans [3] fonctionne sur un principe similaire, mais l'élément sensible (guide d'ondes ultrasonores) qu'il contient n'est pas constitué d'un tube, mais d'un fil solide résistant à la chaleur. Son avantage est la simplicité de conception de l'élément sensible. Le signal à l'entrée du dispositif de réception change en raison de phénomènes d'interférence complexes se produisant dans le guide d'ondes ultrasonores lorsque la vitesse de propagation de l'onde change en raison de son échauffement. La température de réponse peut être ajustée en modifiant le seuil de l'unité de comparaison à la sortie du récepteur. L'inconvénient est que pour obtenir la sensibilité souhaitée, il est souvent nécessaire d'ajuster la fréquence des vibrations ultrasonores générées. Le fait est que sans cela, le signal reçu lors d'un incendie peut soit diminuer, soit augmenter, et l'unité de comparaison de l'appareil [3] ne réagit qu'à sa diminution. Les alarmes évoquées ci-dessus présentent un autre inconvénient commun. Ils doivent avoir deux transducteurs piézo-acoustiques - émetteur et récepteur, installés à différentes extrémités de l'élément sensible. Cela complique la conception de l'alarme dans son ensemble, et complique dans certains cas son installation sur site. Le détecteur d'incendie proposé est exempt des inconvénients ci-dessus. Principales caractéristiques techniques
La structure de l'alarme est illustrée à la Fig. 1. Il comprend un générateur de signaux de fréquence ultrasonore Г, des amplificateurs de puissance UM1 et UM2, un transducteur piézo-acoustique PP auquel est fixé un guide d'ondes ultrasonores (élément sensible), un équivalent résistif d'un transducteur piézoélectrique EPP, des capteurs de courant consommé par les amplificateurs. UM1 et UM2 DT1 et DT2 , télécommande amplificateur différentiel, circuit intégrateur AND, dispositifs à seuil PU1 et PU2, unité de signalisation incendie IND. Les nœuds UM1 et UM2, DT1 et DT2 sont identiques deux à deux. Le signal de fréquence ultrasonore provenant de la sortie du générateur G est fourni aux entrées des amplificateurs UM1 et UM2. Un transducteur piézo ultrasonore PP est connecté à la sortie de UM1, et son équivalent est connecté à la sortie de UM2 Le PP excite des vibrations ultrasonores longitudinales dans l'élément sensible au guide d'ondes, qui se propagent jusqu'à son extrémité, sont réfléchies et retournent au transducteur. En conséquence, une onde acoustique stationnaire est établie dans le guide d'ondes. Ce mode correspond à une certaine impédance acoustique d'entrée du guide d'onde, qui sert de charge au PP. La puissance prélevée par le PP sur PA1 et le courant consommé par cet amplificateur depuis la source d'alimentation en dépendent. En l’absence d’incendie, tous ces paramètres restent inchangés. Cependant, lorsqu'une section du guide d'ondes est chauffée par une flamme, la vitesse de propagation des ultrasons le long de celle-ci change. En conséquence, le modèle d'ondes stationnaires et l'impédance acoustique d'entrée du guide d'ondes changent. Il en résulte un écart du courant consommé par PA1 par rapport à la valeur en régime permanent. La résistance de l'équivalent résistif de l'émetteur EPP connecté à la sortie de UM2 est choisie de telle sorte qu'en l'absence d'incendie, les valeurs de courant consommées par UM1 et UM2 soient égales. Dans ce cas, les valeurs de tension fournies par les capteurs de courant DT1 et DT2 aux entrées de l'amplificateur différentiel de la télécommande, qui calcule leur différence, ne diffèrent pas.
Le signal de sortie de la télécommande, ayant traversé le circuit intégrateur ET, qui affaiblit en outre sa composante ultrasonore, arrive aux entrées des dispositifs à seuil PU1 et PU2. L'un d'eux est configuré de manière à répondre à une augmentation de la tension par rapport à une valeur stationnaire, et le second à sa diminution. Lorsqu'un dispositif à seuil est déclenché, l'unité d'indication IND génère des signaux d'alarme sonores et lumineux. Une fois l'incendie éteint et l'élément sensible refroidi, l'alarme est à nouveau prête à fonctionner. D'autres facteurs déstabilisants (par exemple, les changements de tension d'alimentation) ne violent pas l'égalité mutuelle du courant consommé par UM1 et UM2, de sorte qu'un signal d'alarme n'est pas généré lorsqu'il y est exposé.
Le schéma de l'alarme incendie est illustré à la fig. 2 Le générateur G est monté sur le comparateur DA1. Son signal de sortie est une séquence d'impulsions rectangulaires avec un rapport cyclique d'environ deux. Le condensateur C2 et les résistances R4, R7 règlent la fréquence, la résistance d'ajustement R7 offre la possibilité de modifier la fréquence d'impulsion. Leur amplitude est réduite à la valeur souhaitée par le diviseur de tension résistif R9R10. Le condensateur C1 et la résistance R1 forment un filtre qui réduit la pénétration du bruit impulsionnel qui se produit pendant le fonctionnement du générateur dans le circuit d'alimentation du détecteur. L'amplificateur UM1 est monté sur les transistors VT3, VT4 et VT1, et l'amplificateur UM2 est monté sur les transistors VT5 VT6 et VT2. Le facteur d'amplification de tension de chacun d'eux est spécifié par les rapports de résistance des résistances R13 à R1 1 et R14 à R12, respectivement. Les résistances R15, R17 sont des charges de charge des premiers étages des amplificateurs correspondants. Les résistances R13, R14, R16 R18, R20-R23 stabilisent le mode DC des amplificateurs. Les diodes VD1-VD4 règlent la tension de polarisation des transistors VT3-VT6. Le transducteur piézoacoustique BQ1 (PP) est connecté à la sortie de UM1. Les résistances R24 et R25 forment l'équivalent d'un tel convertisseur (EPC) Les capteurs DT1 et DT2 sont des résistances R19 et R26 connectées en série dans le circuit de puissance de l'amplificateur de puissance. La télécommande est assemblée sur l'ampli opérationnel DA3. Les résistances R27-R29, R33 règlent son gain. Les résistances R30 : R34 et le condensateur C9 assurent le fonctionnement normal de l'ampli-op avec alimentation unipolaire. Le condensateur SY réduit l'amplitude de la tension de fréquence ultrasonore entre les entrées de la télécommande Le circuit intégrateur And est formé de la résistance R37 et du condensateur C13. PU1 et PU2 sont montés respectivement sur les comparateurs DA4 et DA5. Les diviseurs de tension résistifs R31R35 et R32R36 fixent leurs seuils de réponse. Condensateurs C11 et C12 - filtrage L'unité de signalisation d'incendie se compose d'un émetteur sonore électromagnétique HA1 avec un générateur intégré, d'un condensateur de filtrage C14 et d'une LED clignotante HL2. Le stabilisateur intégré DA2 et les condensateurs de filtrage C3, C4 forment une source de tension de +15 V. LED HL1 avec résistance R8 est une unité d'indication pour allumer l'appareil. Les composants de l'alarme sont montés sur une maquette. Ils sont reliés entre eux par de fins fils isolés. L'élément sensible est un morceau de fil de cuivre d'un diamètre de 2 mm et d'une longueur de 1,5 m, soudé à une extrémité à la surface de travail du transducteur piézoacoustique BQ1. Au lieu du comparateur K554SAZ, vous pouvez utiliser K554SAZB, K521SAZ, 521 SAZ ou leur analogue importé LM311 avec des indices différents. L'ampli op K140UD6 peut être remplacé par 140UD6A, 140UD6B, 140UD601A 140UD601B KR140UD6 KR140UD608 et d'autres amplis op à usage général. Analogues importés du stabilisateur intégré KR142EN8V - 7815 avec divers préfixes et indices. Les transistors KT503G peuvent être remplacés par des transistors de la même série ou d'autres avec des paramètres similaires. Les transistors KT814G, KT815G peuvent être remplacés par les mêmes avec d'autres indices de lettres ou par les séries KT816 et KT817, respectivement. Les diodes KD522B sont remplacées par d'autres diodes au silicium pulsées de faible puissance, par exemple des séries KD503, KD521. La LED AL307VM peut être n'importe quelle autre et la L-816BID peut être une LED clignotante, par exemple L-796BID. L'alarme utilise des condensateurs à oxyde importés, mais les condensateurs domestiques conviennent également, par exemple le K50-35. Condensateurs céramiques - K10-17a, K10-176 et autres similaires. Résistances fixes - S2-33 avec remplacement possible par des résistances trimmer S2-23, MLT, OMYAT - SP4-3, à la place d'elles, vous pouvez utiliser SPZ-16a, SPZ-37, SPZ-ZEA et d'autres comme ça. L'émetteur sonore électromagnétique NSM1212X peut être remplacé par NSM1612X. Le transducteur piézoacoustique BQ1 est un transducteur sans cadre de fabrication étrangère (vraisemblablement du type VSB35EW-0701 B), à la place, vous pouvez en utiliser un autre avec une fréquence de résonance de 80 kHz. Le commutateur SA1 peut être de tout type, par exemple MT-1. La mise en place d'un dispositif d'alarme correctement assemblé commence par le réglage de la fréquence du générateur G à l'aide de la résistance d'ajustement R7 égale à la fréquence de résonance série du transducteur piézoacoustique BQ1. L'amplitude du signal de sortie de ce générateur doit être d'environ 1 V, ce qui, si nécessaire, est obtenu en sélectionnant la résistance R9. En sélectionnant les résistances R13 et R14, les modes de fonctionnement des amplificateurs (UM1 et UM2, respectivement) sont définis pour courant continu de telle sorte que les signaux maximaux à leurs sorties présentent le moins de distorsion. L'égalité des gains de UM1 et UM2 à la fréquence de fonctionnement est obtenue en sélectionnant les résistances R11 et R12. La résistance d'accord R25 est utilisée pour équilibrer le dispositif de signalisation - en obtenant la tension constante minimale possible entre les bornes du condensateur SY (entrées de la télécommande) avec l'élément sensible uniformément réchauffé à température ambiante. Après équilibrage, la tension constante à la sortie de l'ampli-op DA3 doit être d'environ 7,5 V, soit la moitié de la tension d'alimentation de la puce DA3. Si vous chauffez maintenant de petites zones de l'élément sensible, par exemple avec la flamme d'une lampe à alcool ou d'une bougie, la tension de sortie de l'ampli-op devrait diminuer ou augmenter (en fonction de l'emplacement et du degré de chauffage) d'au moins 1 V par rapport à la valeur initiale. Le fonctionnement des comparateurs DA4 et DA5 lors du chauffage de l'élément sensible est obtenu à l'aide des résistances d'ajustement R31 et R32, tandis que la LED HL2 doit commencer à clignoter et l'émetteur HA1 doit émettre un son intermittent. Vous devez vous assurer que lorsque l'élément sensible refroidit, l'alarme revient à son état d'origine, dans lequel la LED HL2 et l'émetteur sonore sont éteints et la tension à la sortie de l'ampli opérationnel DA3 est revenue à sa valeur précédente. . Lors de l'installation d'un dispositif de signalisation sur un objet, il est nécessaire de prendre des mesures pour exclure l'influence des vibrations de l'objet et du bruit acoustique qu'il crée sur l'élément sensible. Pour ce faire, il est monté, par exemple, sur des supports anti-vibrations. Un objet de grande surface ou de grand volume est contrôlé en courbant l'élément sensible autour de lui. littérature
Auteur : O.Ilyin
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