Рубрикатор

Большие проблемы маленьких ИПДОТ, или попытка подвести итоги

Опубликовано пользователем Людмила Селецкая,
Avtoritet.net

А.В. Зайцев
научный редактор журнала «Алгоритм безопасности»

Давно собирался написать эту статью, но до последнего времени для этого всё не хватало какого-то материала. И вот сейчас я понял, что все необходимое уже есть, пора писать.

В процессе написания этой статьи я вспомнил один забавный момент. Меня как-то недавно спросили — какова вероятность обнаружения пожарным извещателем пожара. Я ответил, что пожарный извещатель практически всегда обнаружит пожар, но лучше бы он это сделал намного раньше, чем сам сгорит.

Экономическая ситуация в нашей стране совсем недавно внезапно изменилась. Но жизнь должна продолжаться. Это относится и к области систем противопожарной защиты.

Если наши приемно-контрольные приборы после некоторой доработки по части живучести систем пожарной сигнализации (СПС) вполне можно будет использовать, не прибегая к импорту, то этого нельзя сказать о наших отечественных оптико-электронных дымовых извещателях (ИПДОТ).

ИПДОТ являются основой большинства СПС, и от их возможностей во многом зависит противопожарное состояние объектов.

Все прекрасно понимают, что большинство зарубежных производителей ИПДОТ далеко ушли от подавляющей части наших наработок, производя продукцию совсем другого уровня, чем наши отечественные производители. Но в складывающихся условиях применение импорта на нашем отечественном рынке будет очень и очень ограничено его ценовыми параметрами.

Сейчас вроде бы можно и успокоиться, зарубежные конкуренты остались далеко, но тогда на повестку дня встает вопрос, а можно ли будет получить в обозримом будущем от отечественных производителей более или менее подходящие к применению по своему прямому назначению пожарные дымовые извещатели. Можно, но только при всеобщем желании и понимании всех проблем.

Было бы все просто, если бы где-то можно было взять книгу, посвященную ИПДОТ, в которой изложено все, что с ним связано. Прочитали и сразу во всем разобрались. Но такой книги в природе не существует, ее пока никто не написал и вряд ли будет писать. Вместо нее есть только отдельные статьи разных лет, разбросанные по разным журналам.

В данной статье я хочу попытаться обобщить в кратком виде основные проблемы ИПДОТ, поднятые в разное время разными авторами, т.е. свести все, что уже опубликовано, в одно место, а заодно и напомнить об этих материалах.

Короче, попробуем подвести некоторые итоги. Для этого все необходимое имеется.

1. Частные энергетические проблемы обнаружения частиц дыма в ИПДОТ

Чувствительность любого приемного устройства определяется возможностью выделить и обработать сигнал, для этого он должен на какую-то величину быть больше уровня как внешних, так и внутренних шумов и помех. 
Частицы дыма получают энергию от химической реакции, проходящей в очаге возгорания. Но по пути к зоне обнаружения у частиц дыма еще имеются преграды, вносящие потери, характеризуемые аэродинамическим сопротивлением конструкции ИПДОТ. Нас же интересует, на каком этапе развития пожара у частиц дыма будет достаточно энергии, чтобы проникнуть в зону измерения, и после этого быть обнаруженными приемным трактом обработки на фоне внешних и внутренних шумов и помех, и от чего это зависит.

Для того, чтобы можно было как-то оценить задачу в целом, нужно разобрать ее по кусочкам, т.е. по частным составляющим энергетики данного процесса, и рассмотреть каждый из них отдельно.

Это вопрос со множеством неизвестных, взаимоисключений и компромиссов. В частности, основным компромиссом в ИПДОТ является выбор его чувствительности между возможностью обнаруживать дым и вероятностью ложного срабатывания.

Есть так называемая классическая, т.е. в некой степени «стандартная» схема ИПДОТ. Производители ее как использовали, так и будут еще долго использовать. У кого-то в результате кропотливой работы получаются очень даже неплохие изделия, а в нашей стране, так уж сложилось, у многих производителей ИПДОТ при поиске путей снижения себестоимости, особо не вкладываясь в исследования, эта схема в подавляющем большинстве показывает удручающие результаты.

Задача ИПДОТ обнаружить пожар на самом начальном его этапе, буквально в первые минуты после возгорания, и еще до того как это возгорание возможно будет приравнять к пожару. Что может этому мешать? Вот и разберемся, не поможет ли это оправдать отечественные подходы к нашим ИПДОТ или натолкнет на какие-то действия по улучшению их параметров.

1.1. Основные свойства дыма

Прежде чем говорить о возможности обнаружения дыма ИПДОТ, сначала имеет смысл сформулировать основные свойства дыма [1]:

  • дым, как один из опасных факторов пожара, очень трудно отличить от других аэрозолей (пыль, туман, бытовые и промышленные аэрозоли и т.п.), т.к. он сам является такой аэрозолью;
  • разные материалы при горении выделяют дым со своими свойствами и параметрами;
  • на начальном этапе развития пожара на свойства дыма очень сильно влияют параметры окружающей среды (температура и влажность в помещении, потоки воздуха и т.п.);
  • в процессе развития пожара дым меняет свои физические свойства;
  • при перемещении и удалении от очага возгорания дым модифицируется как по концентрации, так и размерам и форме своих частиц.

Причин этих явлений несколько. Во-первых, это неустойчивость и изменчивость самого дыма, как одного из видов аэрозолей. Во-вторых — это изменчивость самого пожара, возникающего, например, от небольшого тления одного вещества и переходящего в обширное горение различных видов материалов и предметов. 

Первым выводом из этого является необходимость наличия у ИПДОТ равномерной чувствительности ко всем возможным размерам частиц дыма, при минимальной чувствительности к любым другим частицам, не являющимся продуктами горения.

Вторым выводом является то, что на первоначальном этапе возгорания у частиц дыма очень мало энергии для преодоления препятствий на пути к зоне измерения.

Без учета этих двух принципиальных посылов говорить об ИПДОТ невозможно.

1.2. Ложные срабатывания или возможность своевременного обнаружения пожара

Причин ложных срабатываний ИПДОТ не так много, и все они подробно рассмотрены в статье «Ложные срабатывания в системах пожарной сигнализации» [2,3], поэтому я их только перечислю:

  • конструктивные особенности оптической системы и корпуса извещателя;
  • эксплуатационный контроль текущей запыленности извещателя;
  • наведенные электромагнитные помехи.

Если не менять ничего в конструкции ИПДОТ, то понизить вероятность ложных срабатываний до минимума можно только за счет снижения чувствительности извещателя к дыму. Можно получить необходимую чувствительность, но тогда придется смириться с постоянными ложными срабатываниями. Что лучше? Вот первый компромисс.

1.3. Выбор конструкции корпуса ИПДОТ

В статье «Нет дыма без огня», написанной И.А. Масловым еще в 2004 году [4] было показано, как те или иные конструктивные формы корпуса и оптической системы ИПДОТ влияют на его чувствительность. С одной стороны, речь идет о минимизации аэродинамического сопротивления воздушным потокам, с другой, о том, что в измерительную зону должна попасть бóльшая часть проходящего конвекционного потока смеси воздуха и дыма. В качестве основных условий нормального функционирования ИПДОТ автор приводит шесть основных свойств конструктивного исполнения:

1. Форма корпуса не должна обладать высокими аэродинамическими свойствами.
2. Расположение входных отверстий должно обеспечивать заход дыма как для горизонтальных, так и для вертикальных потоков.
3. Входные отверстия в пластиковом корпусе должны иметь как можно большие размеры.
4. Защитная сетка должна обладать антистатическими свойствами с обязательным «заземлением».
5. Для движения дыма через чувствительную зону конструкция извещателя должна создавать минимум вертикальных перемещений.
6. Основные потоки движения дыма внутри извещателя должны проходить через чувствительную зону.

И как вопросы аэродинамики влияют на энергетику ИПДОТ? Полностью и непосредственно. А знание аэродинамики — это высокий профессионализм в нашем деле.

1.4. Защищенность от фоновой освещенности

Одним из важнейших параметров, необходимых для нормальной работы ИПДОТ, является нормируемая величина защищенности ИПДОТ от фоновой освещенности, создаваемой искусственным или естественным освещением, иначе фотоприемник ИПДОТ будет реагировать не столько на частицы дыма, сколько на эту фоновую освещенность.

От фоновой освещенности ИПДОТ, в привычном нам исполнении, защищает собственно сам корпус и закрытая оптическая система в виде лабиринта (рис. 1). Однако корпус и лабиринт имеют большое аэродинамическое сопротивление воздушным потокам, которое значительно увеличивает время обнаружения дыма по сравнению с теми же линейными извещателями. И чем больше аэродинамическое сопротивление у конструктивных элементов ИПДОТ, тем труднее дыму попасть в зону измерений, тем больше ему для этого необходимо энергии. Для того, чтобы мелкие насекомые не попадали в извещатель, вокруг оптической камеры с его лабиринтами помещается еще защитная сеточка, которая также препятствует проникновению дыма в зону измерения. Сквозь отверстия корпуса ИПДОТ, минуя защитную сеточку, через лабиринт его оптической системы, в измерительную зону должны попадать частицы дыма независимо от их размеров, имеющейся у них кинетической энергии, электрического заряда и т.п. [1].

От фоновой освещенности ИПДОТ, в привычном нам исполнении, защищает собственно сам корпус и закрытая оптическая система в виде лабиринта
Рис. 1. От фоновой освещенности ИПДОТ защищает корпус и закрытая оптическая система в виде лабиринта.

Помимо аэродинамического сопротивления заходу частиц дыма в оптическую систему мешают еще образовавшиеся статические потенциалы как на корпусе извещателя, его сетке и корпусе оптической системы, так и на самих частицах дыма.

Каждой частице дыма необходима немалая энергия, чтобы преодолеть такие препятствия, а это как раз и относится к вопросу энергетики ИПДОТ. Вот тут и наметился второй компромисс между защищенностью от фоновой освещенности и аэродинамическим сопротивлением.

1.5. Внутренние шумы ИПДОТ

Фоновый сигнал на приемнике ИПДОТ также вызван переотражением от стенок оптической системы светового потока от собственного излучателя, который в итоге попадает на фотоприемник, формируя внутренние шумы ИПДОТ. На это влияет и выбор материала для корпуса оптической системы,  форма выступов стенок лабиринта, и наличие каких-то других путей отражения. Это же многомерное моделирование при множестве различных условий.

Казалось бы, что минимизировать чувствительность к фоновой освещенности и к переотраженному излучению можно путем предельного уменьшения контролируемого объема в зоне измерений путем максимального сужения диаграммы направленности как излучателя, так и фотоприемника (рис. 2). Но тогда уменьшается чувствительность извещателя к дыму, так как снижается вероятность нахождения хотя бы одной частицы дыма в зоне измерения. Но даже если хотя бы одна частица и попадет в зону измерения, то хватит ли уровня излучения светодиода, чтобы уровень рассеяния от нее можно было бы зарегистрировать фотоприемником. Вряд ли. Вот и получается — что так плохо, что эдак. А это тоже вопрос энергетики ИПДОТ. Вот уже третий компромисс: между размерами зоны измерения и чувствительностью к дыму.

минимизировать чувствительность к фоновой освещенности и к переотраженному излучению можно путем предельного уменьшения контролируемого объема в зоне измерений путем максимального сужения диаграммы направленности как излучателя, так и фотоприемника
Рис. 2. Минимизировать чувствительность к фоновой освещенности и к переотраженному излучению можно путем предельного уменьшения контролируемого объема в зоне измерений путем максимального сужения диаграммы направленности излучателя и фотоприемника.

1.6. Выбор светоизлучателя

Далее — проблема выбора типа светодиодного излучателя, т.е. обычного, на наш взгляд, светодиода. В целях снижения себестоимости ИПДОТ в большинстве случаев используются светодиоды с пониженными до предела характеристиками по части старения, не говоря о текущей стабильности излучения.

Об этом более подробно рассказано в статье «Проверка временем. Ее не всегда выдерживает чувствительность пожарных извещателей» Ирины Пивинской [5]. Так вот, автор указанной публикации в рамках проведенных экспериментов пришла к выводу, что более 70% светодиодов, используемых для «стандартных извещателей», вдвое снижают свою излучающую способность уже через два года. Через четыре года излучаемый световой поток снижается в три раза. Это уже в принципе неработоспособные извещатели, какими бы они другими исключительными возможностями не обладали.

Может быть, возможна компенсация этого за счет увеличения коэффициента усиления сигнала от фотоприемника? Нет. Тут возникают одна за другой новые проблемы, причем тоже связанные с энергетикой ИПДОТ.

1.7. Чувствительность приемного тракта ИПДОТ

Если попытаться улучшить характеристики какого-то ИПДОТ путем изменения всего одного его параметра, не меняя в нем ничего другого, то вряд ли что-то из этого получится. Насколько между собой увязаны параметры в ИПДОТ, представлено на рисунке 3.

Основными энергетическими ограничениями для выбора чувствительности приемного тракта являются защищенность от фоновой освещенности, уровень собственных шумов и защищенность от электромагнитных помех.
 
Взаимосвязь параметров в ИПДОТ
Рис. 3. Взаимосвязь параметров в ИПДОТ.

Стоит только поднять коэффициент усиления приемного тракта, так сразу он становится исключительно чувствительным ко всем наведенным внешним э.д.с. [3], собственным шумам и фоновой освещенности, ложные срабатывания не заставят себя долго ждать. Тут надо учесть, что большинство отечественных ИПДОТ и так имеют всего 2-ю степень жесткости по устойчивости к воздействию электромагнитных помех и ухудшать этот параметр уже некуда. Только порядка 10 типов отечественных ИПДОТ имеют степень жесткости выше второй. Вот почему наши ИПДОТ «научились» срабатывать от электромагнитных импульсов в электропроводке при включении и выключении света в помещениях.

Но экранировка фотоприемника и входных цепей приемного тракта обработки, выбор соответствующих схемотехнических решений и алгоритмов обработки требует умения и дополнительных финансовых затрат, и для этого также нужны серьезные исследования, а кто их будет проводить и на какие деньги. И есть ли вообще необходимость этим заниматься?

Теперь мы подходим к другому, очень популярному, но мало кому понятному в отечественной практике явлению — компенсации запыленности.

1.8. Снижение влияния запыленности в оптической системе

В оптической системе постоянно накапливается пыль. Если бы у нас, к примеру, были бы ИПДОТ с нулевым аэродинамическим сопротивлением воздушным потокам, то залетающая в них пыль легко бы из них и вылетала. Но при большом аэродинамическом сопротивлении, если уж под воздействием какой-то энергии пыль все-таки залетела в оптическую систему, никаких сил уже больше не найдется, чтобы ее оттуда удалить, кроме как в рамках технического обслуживания специально обученным персоналом.

Значит, в накоплении пыли и, как следствие, в ложных срабатываниях из-за нее виновато высокое аэродинамическое сопротивление конструкции ИПДОТ. Имеются два пути борьбы с этим явлением — разработка конструкции с минимальным аэродинамическим сопротивлением и эксплуатационной компенсацией запыленности оптической системы. За рубежом широко используют оба эти пути. У нас для работ по первому пути не хватает подчас элементарной лабораторно-исследовательской базы, поэтому, как говорится, лепим на коленке, а со вторым направлением еще хуже.

Тогда немного о втором направлении по борьбе с пылью. Это так называемая компенсация запыленности оптической системы. За рубежом данный процесс еще называют компенсацией дрейфа чувствительности. Подразумевается, что по мере накопления пыли на стенках оптической камеры, в извещателе без компенсации дрейфа чувствительности должно произойти увеличение чувствительности извещателя. Это объясняется тем, что помимо собственных шумов и шумов от фоновой освещенности появляются еще шумы от скопившейся пыли, и для превышения порога срабатывания достаточно уже минимального изменения оптической плотности среды. Значит, по мере накопления пыли чувствительность надо уменьшать. Только вопрос: как быстро этот процесс должен происходить и в каких пределах? Ведь процесс накопления пыли легко можно перепутать с медленно развивающимися пожарами, и как нужно ограничить процесс компенсации, чтобы после этого ИПДОТ не пропустил не только быстро развивающийся пожар, но и медленно развивающееся возгорание? В наших нормативных документах эти вопросы упущены, но ИПДОТ с подобной компенсацией выпускают многие наши производители. Как оно там работает, не знает никто, главное прорекламировать, что ИПДОТ стал практически не чувствителен к накоплению пыли. Но за счет чего?

В европейских нормах EN 54-7 предусмотрено, что предельный уровень компенсации дрейфа чувствительности должен наступить раньше, чем чувствительность ухудшится больше чем в 1,6 раза по отношению к изначальному уровню чувствительности, установленному производителем.

Если же порог срабатывания ИПДОТ находится на уровне 0,2 дБ/м, то говорить о какой-то еще последующей компенсации вряд ли целесообразно, т.к. такой ИПДОТ уже изначально не будет работоспособным.
А самым главным условием механизма компенсации является временной интервал, за который может быть достигнут предел компенсации. При линейном характере компенсации он находится в пределах 6,4 часа. В реальных же условиях этот механизм должен работать в процессе недель, месяцев и даже лет, и для его работы нужен алгоритм, функционирующий в реальном масштабе времени. И что весьма существенно — механизм компенсации дрейфа чувствительности должен продолжать работать и после временного отключения питающего напряжения с ИПДОТ, а после проведения технического обслуживания должна быть предусмотрена функция индивидуального сброса. Это возможно только при совместном использовании адресно-аналоговых приемно-контрольных приборов и таких же ИПДОТ. В неадресных пороговых ИПДОТ об этом лучше и не говорить, тем более что это происходит на фоне текущего загрязнения оптоэлектронной пары и катастрофического неконтролируемого старения светодиода.

2. Что такое чувствительность ИПДОТ. История вопроса

Вроде бы перечисленные здесь частные энергетические вопросы отечественных ИПДОТ известны давно. Я же их здесь только объединил. Тогда почему их у нас в стране никто не решал, и решать не спешит? Почему, в итоге, наши ИПДОТ так отличаются по своим характеристикам от своих зарубежных аналогов?
История эта началась 30 лет назад, когда пути отечественных и зарубежных производителей кардинально разошлись. И причиной здесь явилось определение такого параметра, как чувствительность пожарного извещателя.

В Европе в 1984 году, сразу по выходу EN 54-9 «Компоненты автоматических систем пожарной сигнализации. Часть 9. Проведение испытаний», с этим параметром окончательно определились — результаты огневых испытаний. Хотя сам стандарт в чистом виде так и не используется, но его содержание можно найти сейчас во всех частях данной серии стандартов, посвященных пожарным извещателям разного типа.

В нашей стране была попытка решить этот вопрос при разработке ГОСТ Р 50898-96 «Извещатели пожарные. Огневые испытания», который был просто проигнорирован, о нем все постарались быстро забыть. Его внедрение могло исключить всякое применение отечественных ИПДОТ. Этот вопрос так окончательно не решен до сих пор, хотя в редакции ГОСТ Р 53325-2012 «Технические средства пожарной автоматики» есть уже нечто похожее на европейские нормы. Но при этом так и остались некоторые серьезные противоречия. 
Вопросу чувствительности пожарных извещателей в наших СМИ было посвящено несколько статей, три из которых я бы рекомендовал для ознакомления [6,7,8].

2.1. Испытательная установка «Дымовой канал»

В зарубежных нормативных документах в установке «Дымовой канал» определяют только порог срабатывания извещателя, для его сравнения с аналогичным порогом после ряда внешних тестовых воздействий (тепло, холод, вибрация и т.п.). Это характеризует стабильность работы извещателя при внешних воздействиях, не более.

В нашем же стандарте этот порог срабатывания почему-то до сих пор называется чувствительностью и определен в пределах 0,05–0,2 дБ/м. Но о какой чувствительности к пожару можно здесь говорить, когда при этих испытаниях даже не учитываются аэродинамические свойства извещателя, т.е. измерения производят, как бы в квазиустановившихся параметрах окружающей среды, да еще с использованием аэрозоли, не имеющей ничего общего с дымом.

Задержавшись эдак лет на 30 по отношению к международным подходам к измерению параметра чувствительности пожарных извещателей на установке «Дымовой канал», мы смогли за эти годы сформировать целые поколения ИПДОТ, рассчитанные на обнаружение только частиц аэрозоли со средним размером частиц от 0,5 до 1,0 мкм, а не дыма. Но эти частицы значительно превосходят по размеру частицы дыма и обладают совсем другими физическими свойствами.

В статье «Чувствительность пожарных извещателей к различным типам дыма, пыли, пару и аэрозолям» [9] было показано, как распределяется в пространстве интенсивность рассеяния излучения в зависимости от размеров самих частиц. Так вот, если маленькие частицы дыма при облучении их инфракрасным излучателем имеют практически сферическую форму распределения интенсивности рассеяния, то частицы размером более 0,5 мкм основную энергию направляют в зону прямого рассеяния, т.е. по ходу направления вектора излучения. И вот размещение фотоприемника в этой зоне прямого рассеяния приводит к тому, что уровень сигнала от частиц большого размера, к которым относится та же тестовая аэрозоль, на несколько порядков превосходит уровень сигнала от малых частиц дыма. Т.е. ИПДОТ изначально разрабатывается для обнаружения частиц больших размеров (пыль, туман и т.п.), а не дыма.

И после этого данный параметр у нас до сих пор называют чувствительностью. Т.е. сам порядок проведения тестов способствовал внедрению абсолютно неверных технических решений при разработке отечественных ИПДОТ.

Более того, современные зарубежные извещатели «научились» отличать частицы дыма в диапазоне от 0,1 до 0,6 мкм от любых других частиц размером более 0,6 мкм и не являющихся продуктами горения. В этом случае при любых попытках проведения испытаний путем измерения их чувствительности в установке «Дымовой канал» с использованием указанных аэрозолей они будут показывать  неудовлетворительные результаты, т.к. именно от этих частиц они и защищены.

Что в итоге получилось? При проведении испытаний по измерению чувствительности в установке «Дымовой канал» с использованием испытательной аэрозоли, чтобы получить требуемую чувствительность ИПДОТ, никаких сложных схемотехнических решений применять не надо. Три-четыре транзистора, и этого будет достаточно. Только такие извещатели никогда не смогут обнаружить реальный дым. Это подтвердили первые огневые испытания, проведенные во ФГБУ ВНИИПО МЧС РФ [12]. Но ведь эти извещатели у нас до сих пор выпускаются и еще долго будут выпускаться, после чего они еще будут эксплуатироваться в течение 15–20 лет.
А саму характеристику, получаемую в установке «Дымовой канал», уже давно пора бы переименовать из чувствительности в порог срабатывания, как это сделано уже почти 30 лет назад во всем мире. Будет просто смешно, если и на это понадобится еще лет десять.

2.2. Огневые испытания пожарных извещателей

Огневые испытания в виде тестовых пожаров ТП1–ТП5 проводят таким образом, чтобы с помощью эталонных тестовых пожарных нагрузок проимитировать дымы различного характера. Для этого на входе в измерительные системы извещателей поочередно формируются частицы с размерами от 0,1 до 0,6 мкм с нарастающей концентрацией (ТП1 — 0,1–0,2 мкм, ТП5 — 0,15–0,2 мкм, ТП4 — 0,2–0,25 мкм, ТП3 — 0,2–0,4 мкм, ТП2 — 0,4–0,6 мкм). Т.е. ИПДОТ должен обнаруживать все без исключения типы дымов, образующихся при пожаре. 
Если пожарные извещатели не позднее определенного промежутка времени для каждого тестового пожара сработали ранее достижения предельных значений контролируемого параметра среды (удельная оптическая плотность или условная концентрация частиц), то такие типы извещателей считаются пригодными для последующего использования, т.е. их чувствительность ко всем типа дыма соответствует предъявляемым требованиям.

К сожалению, только в конце 2014 года первые несколько образцов наших отечественных ИПДОТ смогли удачно пройти сертификационные испытания, включающие тестовые пожары. Но это капля в море. А каковы все остальные серийно выпускаемые у нас в стране ИПДОТ? Ничего плохого сказать про них нельзя, т.к. про их возможности по обнаружению пожара просто ничего не известно, в лучшем случае об этом что-то могут знать только их производители. Но по понятным причинам они не спешат на огневые испытания.

Конечно, жаль, что почти 30 лет мы по части определения чувствительности пожарных извещателей находились на ложном пути. Придется, как всегда, наверстывать упущенное. А для этого придется пересмотреть пути решения всех частных вопросов энергетики ИПДОТ.

3. ИПДОТ с открытой оптической системой (бескамерный)

Классическая схема ИПДОТ подразумевает защиту измерительной зоны в оптической системе от фоновой освещенности с помощью самого корпуса извещателя и закрытой оптической системы в виде лабиринта. Но корпус и лабиринт, как было уже ранее отмечено, имеют большое аэродинамическое сопротивление, которое значительно увеличивает время обнаружения дыма.

Уж если так трудно разработать качественную конструкцию ИПДОТ с его оптической системой, лабиринтами и большой зоной измерения оптической плотности среды, то, возможно, есть что-то другое, что можно было использовать. Ну не у всех же могут быть свои исследовательские центры. Да, есть и такие наработки [1].
На сегодняшний день электронная элементная база становится все шире, мощнее и дешевле. Повсеместно происходит постепенное вытеснение сложных механических устройств их электронными аналогами.

В вопросе построения ИПДОТ наметились такие же явления. Теоретические вопросы в этом направлении уже давно-давно как решены. Необходима только практическая реализация, главное, что и примеры ее есть.
Для построения помехозащищенных систем непосредственно на излучатель вместо узкополосного немодулированного сигнала подаются сложные широкополосные сигналы. Если в передающем тракте первоначально искусственно расширять спектр излучаемого сигнала с последующей его сверткой в узкополосный сигнал в приемном тракте, то за счет этого исключается воздействие любых сторонних мешающих сигналов, которые отличаются своими параметрами от излучаемых сигналов.

Чем шире полоса используемого сложного сигнала по сравнению с полосой пропускания полосового фильтра, выделяющего в приемном тракте исходный немодулированный сигнал, тем больше помехоустойчивость к посторонним источникам светового излучения.

За счет того, что в таких ИПДОТ используется практически герметичный корпус, для удаления пыли, создающей очень большие трудности при эксплуатации ИПДОТ, выполненных по традиционной технологии, в бескамерных извещателях достаточно периодически протирать только саму гладкую внешнюю поверхность.

Данная технология позволяет по временным показателям обнаружения дыма при пожаре не только приблизиться к линейным извещателям, но даже значительно их превзойти, не говоря уже о ИПДОТ, выполненных по традиционной классической технологии.

4. Как отличить частицы дыма от других аэрозолей

Как уже здесь отмечалось, диапазон размеров частиц дыма находится в пределах от 0,1 до 0,6 мкм. Максимально вероятный размер частиц пыли — в диапазоне порядка 5,0 мкм. Частицы тумана (пара) имеют еще большие размеры, такие же, как и у большинства аэрозолей искусственного и промышленного происхождения, подчас достигая 10 и более мкм.

Можно ли как-то измерить размеры этих частицы самим пожарным извещателем, чтобы не путать их между собой. Если решить данную задачу, то, по крайней мере, часть вопросов по достоверному определению признаков пожара отпадет, и такие извещатели не будут реагировать на пыль в воздухе и пар от чайников. На сегодняшний день это не представляет больших трудностей.

Данному вопросу была посвящена большая статья из трех частей «Чувствительность пожарных извещателей к различным типам дыма, пыли, пару и аэрозолям» [9,10,11].

Чтобы не возвращаться к поясняющему этот процесс достаточно большому объему информации, попробую пояснить в двух словах, тем более кое о чем здесь уже упоминалось, а более подробно разобраться можно, ознакомившись с указанными материалами.

Если закрыть рукой одно ухо, то можно ли будет понять, откуда доносится звук? Вряд ли. Можно ли по фотографии определить размер предмета, не зная расстояния до него? Тоже вряд ли. Почему? Так не хватает второго канала: или звукового, или зрительного. Точно также и с размерами частиц дыма в ИПДОТ.

Имея всего один канал в ИПДОТ, абсолютно не очевидно, что рассеяние излучения происходит от одной большой частицы, или от множества малых. По уровню получаемого сигнала в одноканальном приемном тракте это не определить.

Ранее в разделе 2.1, посвященном установке «Дымовой канал», уже было отмечено, что по мере увеличения размеров частиц, соизмеримых по своим размерам с длиной волны излучателя, диаграмма направленности интенсивности рассеяния из почти сферической формы преобразуется в узконаправленную с осью, совпадающей с направлением излучающего потока, т.е. в сторону от светодиода на фотоприемник.

Вот это замечательное свойство малых по размеру частиц и можно использовать для определения их размеров. Но для этого надо иметь два некоррелированных между собою канала измерения уровня рассеяния.
На сегодняшний день используются два способа двухканальной обработки: двухпозиционный и двухволновый. Оба они за рубежом имеют общую аббревиатуру «dual optical» — DO или O2.

В двухпозиционном способе используются два поочередно включаемых светоизлучателя, расположенных под разными углами по отношению к приемнику излучения. По уровню, получаемому от одного из этих двух излучателей, можно судить об оптической плотности среды, а по соотношению уровней, получаемых на приемнике от этих двух излучателей, можно судить о размерах частиц.

При использовании двухволновой технологии попеременно с красным излучателем включается синий. Поскольку длина волны синего света в два раза меньше красного, то даже те самые малые частицы дыма, которые при облучении красным светом формировали сферическую диаграмму рассеяния, стали подобно большим частицам рассеивать излучение, направленное по ходу светового потока. Таким образом, до тех пор, пока в зоне прямого рассеяния, т.е. по ходу направления светового потока от излучателя, уровень рассеяния синего света будет превосходить аналогичный уровень от красного излучателя, можно говорить о наличии частиц с размерами менее 0,5 мкм. Как только уровни рассеяния от красного и синего излучателя в этой точке приема сравняются, то это будет означать, что в измерительной зоне появились частицы с размерами большими, чем частицы дыма.

Эти оба способа позволяют с необходимой точностью измерить попадающие в измерительную зону частицы. 
А теперь, получив значение удельной оптической плотности среды и имея размеры частиц, ничего не стоит из двух этих величин получить самую главную величину — концентрацию частиц. Именно она в полной мере характеризует развитие пожара.

Нужны ли нам такие возможности у ИПДОТ? Конечно, очень бы хотелось получить, и прямо сейчас. Вопрос в другом, что будет с ценой подобных ИПДОТ?

Введение в схему дополнительного светодиода на цене ИПДОТ вряд ли скажется, так же как и пара дополнительных элементов в схеме обработки. А вот потребительские качества ИПДОТ возрастают более чем на порядок.

Но и это еще не все. Ведь двухпозиционный способ обнаружения можно достаточно легко соединить с бескамерной технологией, получив принципиально новые свойства у ИПДОТ, чего нет пока даже за рубежом. И здесь нет ничего особо сложного, было бы желание.

Выводы

Еще совсем недавно для большинства специалистов проектно-монтажных организаций сам ИПДОТ был наподобие черного ящика. Практически никто из них не мог понять, чем один такой извещатель может отличаться от другого. По каким критериям сравнивать, что можно самому увидеть в нем, как к этому отнестись. Покрывало сдернуто. Теперь только ленивый не знает и не понимает, почему импортные извещатели действительно стоят своих денег и чего не хватает у наших ИПДОТ.

На мой взгляд, цель достигнута.

Несмотря ни на что, подходы к оценке качественных характеристик ИПДОТ все-таки постепенно меняются, а устаревшие решения уже не смогут обеспечить эти характеристики. Понятно, что, чтобы их достигнуть, придется в корне пересмотреть принимаемые решения при разработке новых ИПДОТ, которые рано или поздно должны появиться на отечественном рынке.

Тридцатилетнее отставание в технологиях ИПДОТ ни за день, ни за год не наверстаешь, особенно, когда нет большого желания. Но лидеры нашего рынка без особого труда могли бы приподнять планку так, чтобы всем остальным было бы не выгодно выпускать морально устаревшую и не пригодную к употреблению продукцию. И лакмусовой бумажкой в этом будут отзывы специалистов по обслуживанию систем пожарной сигнализации, которые, как никто, знают реальную ситуацию.

Литература

1. Зайцев А.В. «Дым и его свойства как аргументы в пользу извещателей с открытой оптической системой» // Алгоритм безопасности. 2015. № 1.

2. Зайцев А.В., Неплохов И.Г. «Ложные срабатывания в системах пожарной сигнализации. Часть 1» // Системы безопасности. 2009. № 4.

3. Зайцев А.В., Неплохов И.Г. «Ложные срабатывания в системах пожарной сигнализации. Часть 2» // Системы безопасности. 2009. № 5.

4. Маслов И.А. «Нет дыма без огня» // БДИ. 2004. № 3 (54).

5. Пивинская И. «Проверка временем. Ее не всегда выдерживает чувствительность пожарных извещателей» // БДИ. 2004. № 4 (55).

6  Неплохов И.Г. «Чувствительность дымового извещателя» // Системы безопасности. 2012. № 2.

7. Баканов В.В. «Взгляд на пожарные дымовые извещатели через призму тестовых пожаров» // F+S. 2010. № 1.

8. Зайцев А.В. «Пожарные извещатели: огневые испытания или «Дымовой канал» // Алгоритм безопасности. 2012. № 1.

9. Зайцев А.В. «Чувствительность пожарных извещателей к различным типам дыма, пыли, пару и аэрозолям. Часть 1» // Алгоритм безопасности. 2012. № 3.

10. Зайцев А.В. «Чувствительность пожарных извещателей к различным типам дыма, пыли, пару и аэрозолям. Часть 2» // Алгоритм безопасности. 2012. № 4.

11. Зайцев А.В. «Чувствительность пожарных извещателей к различным типам дыма, пыли, пару и аэрозолям. Часть 3» // Алгоритм безопасности. 2012. № 5.

12. Здор В.Л. «ГОСТ 53325: новая версия — новые требования» // Алгоритм безопасности. 2011. № 5.

  • В отличие от точечных и линейных аспирационные дымовые извещатели не имеют нормативного ограничения на максимальный уровень чувствительности, а их принцип действия и конструктивные особенности позволяют эффективно защитить самые сложные объекты. Например, зоны с высокими скоростями воздушных потоков, запотолочные и подпольные пространства с экстремально высокими или низкими температурами, пыльные и взрывоопасные зоны, помещения с ограниченным доступом, помещения с высокими потолками, куполообразной формы, с балками и т. д. Возможна скрытая установка труб в запотолочном пространстве, в строительных конструкциях или в декоративных элементах помещения с прозрачными капиллярными трубками для образования выносных воздухозаборных точек.

  • Автор продолжает разговор о новом принципе работы точечного пожарного дымового оптико-электронного извещателя, использующего для обнаружения дыма метод поглощения света при очень малом расстоянии между излучателем и приемником сигнала. Этот принцип открывает возможности сверхраннего обнаружения возгорания. В процессе работы были обнаружены дополнительные и очень интересные особенности, о которых и идет речь в данной статье.

  • В статье описаны ситуации, когда обнаружение дыма никакими другими способами, кроме применения аспирационных систем, не может быть реализовано. А также на специфических объектах, где другие способы не отвечают самому принципу пожарной безопасности из за невозможности обеспечить не только раннее, но и просто разумное время обнаружения пожара. Некоторые условия эксплуатации создают нерешаемые проблемы для точечных и линейных дымовых пожарных извещателей, но не являются препятствием работы для аспирационных извещателей.

  • Дымовые пожарные извещатели широко используются во всем мире для защиты от пожара. Они обеспечивают раннее обнаружение на этапе тления очага. В отличие от тепловых извещателей дымовые реально защищают жизнь людей, обнаруживая пожароопасную ситуацию до заполнения помещения дымом и ядовитыми газами. Недостаток простейших дымовых извещателей - это ложные тревоги от пыли, пара, аэрозолей и т. д. В настоящее время для защиты от этих воздействий разработаны и используются на практике различные технологии, одна из которых - идентификация дыма по размеру частиц. Этот способ основан на зависимости уровня сигнала от длины волны излучателя и реализуется при работе одновременно в двух диапазонах.

  • Взрывоопасные зоны присутствуют не только на специализированных производствах, практически на каждом промышленном объекте есть взрывоопасные зоны. Очевидно, уровень защиты взрывоопасных зон должен быть не ниже, чем защита обычных зон. Однако часто взрывоопасные зоны защищаются малоэффективными тепловыми пороговыми извещателями, что обосновывается сложными условиями эксплуатации. Во взрывоопасной среде, задолго до прогнозируемого срабатывания теплового извещателя, от открытого очага произойдет взрыв, да и в отсутствии взрывоопасной среды в зоне класса 2 сигнал «Пожар» будет сформирован при величине очага значительных размеров.

  • Последняя итерация извещателя ИП 212-3СУ – это воплощение 20-летнего опыта конструирования и эксплуатации пожарных извещателей.Новая модель защищена патентами на промышленный образец «Извещатель пожарный» № 83228 от 29 июня 2011 г. и на полезную модель «Оптический датчик дыма» № 122510 от 05 июля 2012 г.

  • Дымовые оптико-электронные пожарные извещатели широко используются для защиты от пожара. Они обеспечивают раннее обнаружение пожара на этапе тления очага и по НПБ110-03 должны использоваться для защиты большинства объектов

  • Дымовые пожарные извещатели стали привычным дополнением к интерьеру во всех зданиях. Они должны срабатывать при появлении дыма, благодаря чему имеется возможность обеспечить эвакуацию людей в безопасную зону при пожаре. В отличие от тепловых извещателей и извещателей пламени, дымовые извещатели (по зарубежной терминологии – детекторы) срабатывают на этапе тления и в какой-то мере могут предотвратить отравление угарным газом. На нашем рынке представлен большой выбор отечественных дымовых пожарных извещателей по ГОСТ Р 53325–2009 и зарубежных дымовых детекторов по европейскому стандарту EN 54-7. Различия между зарубежными детекторами и большинством отечественных извещателей видны невооруженным глазом, причем не только по качеству пластика и дизайну, но и по конструкции, размерам и, конечно же, цене. Однако основные параметры, которые определяют скорость обнаружения очагов различного типа, практически не учитываются при выборе типа дымового извещателя.

  • Компания «ДЕАН» представляет продукцию предприятия «АРТОН», которая давно известна в России, причем с хорошей стороны. Номенклатура постоянно обновляется и расширяется, в настоящее время доступно более сорока наименований изделий охранно-пожарного назначения производства «Артон». Это извещатели дымовые точечные, автономные, двухточечные (на два объема) и линейные, тепловые максимальные и с дифференциальной характеристикой и ручные извещатели, модули согласования шлейфов и т.д.