Primenenie lazernyh i optovolokonnyh tehnologij dlâ povyšeniâ èffektivnosti raboty sovremennyh optiče

Objective: The aim of the study is to demonstrate the possibility of increasing the sensitivity, resistance to electromagnetic interference and response speed of point smoke detectors on the basis of using laser processing and fibre optics technology. Project and methods: In order to achieve the above goal an optical point smoke detector was designed and produced. The detector uses a laser radiation source and fibre-optic communication line with a radiation receiver. Results: The combined laser-based fire alarm device which includes two smoke detection methods (controlling the intensity of radiation scattered by smoke particles and passed through the smoke without scattering) and carbon monoxide detector are produced. The tests of the fire detector to determine its basic functional parameters and the performance of detecting the test fire sources in accordance with standard SТB 16.03-2009. The minimum threshold quantity of optical smoke density detected in the control channel of the intensity of scattered radiation is 0.05 dB/m. The minimum threshold quantity of optical smoke density detected in the control channel of the intensity of radiation passing through the smoke without scattering is about 0.9 dB/m for controlled optical length 25 mm. The minimum concentration of carbon monoxide detection by the CO gas detector is 40 ppm. The testing results of combined laser-based fire alarm device on the detection efficiency of the standardised fire source bear record to its hypersensitivity for different types of smoke and a higher speed of detection of fires in comparison with single-channel point smoke detector. The tests of the combined laser fire detector to determine the efficiency of the fire detection model point to its increased sensitivity to different types of smoke and fire detection speed in comparison with a conventional single-channel point smoke detector. Using fibre optics for recording radiation getting through smoke without dissipation showed us the possibility of developing a point smoke detector on the linear principle of smoke detection with signal processing at a distance from the controlled zone in a well-screened box, for instance, inside a fire alarm control panel. Obviously, the signaling device will be highly resistant to electromagnetic interference due to the reliable screening of the sensitive elements of the electronic signal processing system and the lack of wiring connected to the fire alarm control panel. Conclusions: The advanced functional characteristics of the fire alarm device are provided thanks to the application of a laser source with a high intensity and a low divergence of radiation. The unique properties of laser radiation in the sensor’s structure made it possible to apply a number of design and technical solutions which provided a substantial increase in the sensitivity and fire detection rate of the sensor compared to the currently used traditional LED smoke detectors.

Cel: Celem pracy jest przedstawienie możliwości zwiększenia wrażliwości i odporności na interferencje elektromagnetyczne optycznych (punktowych) czujek dymu oraz poprawienia ich szybkości zadziałania poprzez zastosowanie technologii laserowych i światłowodowych. Projekt i metody: W celu osiągnięcia powyższego celu zaprojektowano i wyprodukowano optyczną punktową czujkę dymu wykorzystującą laserowe źródło promieniowania i połączenie światłowodowe z odbiornikiem promieniowania, a także przebadano jej charakterystyki użytkowe. Wyniki: Opracowano laserową czujkę dymu wykorzystującą dwie metody wykrywania dymu (kontrolę intensywności promieniowania rozproszonego cząsteczkami dymu oraz promieniowania przechodzącego przez dym bez rozproszenia) oraz czujnik tlenku węgla (CO). Przeprowadzono badania czujki mające na celu określenie jej podstawowych parametrów użytkowych oraz skuteczność wykrywania testowych źródeł pożaru zgodnie z normą STB 16.03-2009. Minimalna wartość progowa gęstości dymu wykrywana w komorze kontroli intensywności promieniowania rozproszonego wynosi 0,05 dB/m. Z kolei minimalna wartość progowa gęstości dymu w kanale kontroli intensywności promieniowania przechodzącego przez dym bez rozproszenia wynosi 0,9 dB/m przy kontrolowanej odległości 25 mm. Minimalne stężenie tlenku węgla, na które reaguje czujnik tlenku węgla to 40 ppm. Wyniki badań laserowej „łączonej” czujki pożarowej pod kątem skuteczności wykrywania przez nią testowych źródeł pożaru świadczą o jej zwiększonej wrażliwości na różne rodzaje dymu i szybszym wykrywaniu pożaru, w porównaniu ze standardową jednokanałową punktową czujką dymu. Zastosowanie światłowodów do rejestracji promieniowania przechodzącego przez dym bez rozproszenia wiązki pokazało, że możliwe jest opracowanie punktowej czujki dymu na jednej „liniowej” zasadzie wykrywania dymu i jednoczesne przetwarzanie sygnału w oddalonym od kontrolowanej strefy osłonionym bloku, na przykład wewnątrz centrali sygnalizacji pożarowej. Oczywiście, dzięki właściwej osłonie wrażliwych elementów układu elektronicznego przetwarzającego sygnał i rezygnacji z przewodów elektrycznych do połączeń z centralą, czujka tego typu będzie charakteryzowała się wysoką odpornością na zakłócenia elektromagnetyczne. Wnioski: Wysokie właściwości użytkowe czujki były możliwe do osiągnięcia dzięki zastosowaniu źródła laserowego o wysokiej intensywności i małej dywergencji promieniowania. Unikalne cechy promieniowania laserowego w konstrukcji czujki pozwoliły na zastosowanie wielu rozwiązań konstrukcyjnych i technicznych, które znacznie zwiększyły wrażliwość czujki i szybkość wykrycia pożaru w porównaniu z konwencjonalnymi diodowymi pożarowymi czujkami dymu.