УДК 681.586:62-78
ДАТЧИКИ ДЛЯ СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОЖАРО- И ВЗРЫВОБЕЗОПАСНОСТИ
Н. И. Горбунов, Ф. К. Медведев, Л. К. Дийков, С. П. Варфоломеев
Сформулированы основные прин ципы организации работ по созданию ИК датчиков для систем обеспечения безопасности на примере пожаро- и взрывобезопасности. Описаны способы оптимиза ции их технических характеристик с учетом конкретных условий эксплуата ции и особенностей охраняемых объектов.
Открытое акционерное общество «НИИ "Гири-конд"» имеет многолетний опыт работ по созданию ИК излучателей и приемников ИК излучения в спектральном диапазоне 0,8...5,2 мкм. На базе этих электронных компонентов, не имеющих, как правило, аналогов в мире, разрабатываются и выпускаются ИК датчики различного назначения. Однако при всем их возможном многообразии ОАО «НИИ "Гириконд"» специализируется, в первую очередь, на разработке и оснащении ИК датчиков, предназначенных для систем обеспечения пожаро- и взрывобезопасности. К их числу относятся извещатели пламени, датчики для систем взрывопо-давления, электронные оптические тестеры для определения довзрывных концентраций горючих газов, те-плопеленгаторы, позволяющие выявлять несанкционированное повышение температуры контролируемых объектов. И если до последнего времени эти работы велись, главным образом, в интересах Министерств обороны СССР и России, то теперь появилась возможность и необходимость распространить их и на гражданские объекты, т. е. речь идет о создании современных технологий двойного применения, существенном расширении потребительского рынка при приоритетном обеспечении указанной продукцией объектов МО РФ.
Ниже рассматриваются основополагающие принципы, которыми, по мнению авторов, следует руководствоваться при разработке и организации производства электронных инфракрасных датчиков для систем обеспечения безопасности.
Нет сомнений в том, что проблемы, связанные с возникновением различного рода аварий и катастроф, с каждым годом становятся все более актуальными, а технические средства защиты все в большей степени востребованными. Причина заключается в быстро усложняющейся техногенной среде с характерными для нее всплесками непредсказуемости и катаклизмами. Защиты требуют, в первую очередь, общественно значимые, многофункциональные объекты со сложной внутренней организацией. К ним относятся атомные электростанции, химические комбинаты, магистральные нефтегазопроводы с газораспределительными станциями, склады боеприпасов, морские и сухопутные транспортные средства и многое другое. Излишне говорить об актуальности обеспечения эффективной защиты средств бронетанковой техники, боевых корабельных надводных и подводных комплексов, различных летательных аппаратов, функциональное назначение которых предполагает активное воздействие, направленное на их по-
вреждение или уничтожение. И ко всем этим непохожим друг на друга объектам предъявляется одно и то же обязательное требование — они в своей структуре должны содержать системы обеспечения безопасного функционирования и, прежде всего, пожаро- и взрыво-безопасности. Именно в этом состоит гарантия того, что разработкам средств своевременного обнаружения пожарной опасности, очагов пожара или первичных стадий взрывного процесса принципиально обеспечена долговременная потребность, а следовательно, оправданы долговременные проекты, кредиты, займы, работы на "задел", научные исследования и расширение производства, т. е. обеспечиваются все необходимые предпосылки развития предприятия.
Инфракрасный датчик — сложное электронное устройство. Современные разработки под силу только высококвалифицированным, с большим практическим опытом коллективам специалистов.
Сегодня нам придется привыкнуть к мысли, что ИК датчики, устанавливаемые для обеспечения пожарной безопасности объекта, могут быть не менее сложными и совершенными устройствами, чем защищаемый ими объект. И это вполне естественно, поскольку речь идет о самой возможности не только функционирования, но и существования защищаемого объекта. Применительно к развиваемой здесь теме это означает, что современные средства защиты имеют право быть сложными электронными устройствами, наукоемким продуктом, разработка и внедрение которого в потребительскую среду связано с применением высоких технологий и "ноу-хау". Реализация серьезных проектов оказывается под силу только высококвалифицированным и многоопытным научно-производственным коллективам. Например, пожарные извещатели пламени, разрабатываемые и производимые в ОАО «НИИ "Гириконд"», представляют собой малогабаритные спектрометры с высокими эксплуатационными характеристиками. К этому же классу приборов относятся и ИК оптические газовые тестеры. В основу их работы положен метод спектральной селекции, реализуемый высокими технологиями и являющийся наиболее совершенным для определения и идентификации очагов возгорания или при определении довзрывных концентраций горючих газов.
Приоритетное внимание чувствительному элементу. Кто владеет технологией чувствительного элемента — тот имеет преимущество в конкурентной борьбе.
Любой современный ИК датчик состоит из трех основных частей: чувствительного элемента, реагирующего на тот или иной пожароопасный признак, электронного
Актуальность и востребованность — главные предпосылки развития технического направления ИК датчиков.
блока обработки сигнала и защитной оболочки с элементами крепления. Но именно чувствительным элементом определяется принцип обнаружения и идентификации источника пожара, технические и эксплуатационные характеристики изделия. Он — главный субъект в конкурентной борьбе за техническое превосходство того или иного типа извещателя. В нашем случае изготовление чувствительного элемента — один из этапов в технологическом процессе изготовления ИК датчиков. В качестве чувствительных элементов ИК датчиков в зависимости от принципа их действия в НИИ "Гириконд" разрабатываются и изготавливаются многоцветные фотогальванические приемники ИК излучения (извеща-тели пламени), излучающие диоды и фотодиоды для ближней ИК области спектра (дымовые извещатели), ИК оптопары (для газовых тестеров и линейных извеща-телей пламени), многоэлементные линейчатые фотоприемники (для теплопеленгаторов и тепловых тестеров), комбинации вышеперечисленных чувствительных элементов (для комбинированных пожарных извещате-лей), а также варисторы, микрорезисторы, конденсаторы, гибридные микросхемы, излучающие диоды для видимой области спектра. Последние предназначены для использования во вспомогательных элементах ИК датчиков (БИС, индикаторы, фрагменты электронных блоков).
Технологии перечисленных изделий разрабатывались в НИИ "Гириконд" в течение нескольких десятилетий и в настоящее время могут оперативно модифицироваться для каждого вновь разрабатываемого конкретного типа ИК датчика. Значимость чувствительного элемента можно проиллюстрировать на примере фотоприемника для оптического извещателя пламени. Это фотогальванический спектрально-селективный ИК приемник излучения в спектральном диапазоне 0,5...4,7 мкм, имеющий быстродействие 4...10 мкс и диапазон рабочих температур от —60 до +80 °С. Для его работы не требуется питание и модуляция энергетического потока, а введение в конструкцию малогабаритных термоэлектрических батарей позволяет расширить температурный рабочий диапазон до 120 °С. Все эти достоинства фотоприемника автоматически транслируются на соответствующие характеристики извещателей пламени, обеспечивая им высокую чувствительность и помехозащищенность, в том числе независимость от мерцающих оптических помех, возможность регистрировать тлеющие очаги пожара и начальные фазы взрывного процесса. Наработка таких извещателей составляет 60 тыс. часов.
щиты с очевидностью свидетельствует о возможном существенном отличии не только в условиях эксплуатации пожарных извещателей, но и в характере и особенностях самого источника пожарной опасности и спектра оптических помех. Это, в свою очередь, дает основание предположить, что при адекватном обеспечении средствами защиты не удается решить проблему единообразными для всех защищаемых объектов средствами. В то же время нельзя до бесконечности увеличивать номенклатуру разрабатываемых извещателей. Следовательно, необходим компромисс между желаемой вариативностью и неизбежной унификацией. В НИИ "Гири-
конд" на примере извещателей пламени он решается следующим образом. Из трех ранее названных составных частей пожарных извещателей наиболее консервативной является защитная оболочка. Это связано с существенными затратами на проектирование и изготовление соответствующей оснастки и приспособлений. Именно поэтому были разработаны три базовых унифицированных конструкции извещателей пламени, и разрабатывается еще одна — с взрывонепроницаемой оболочкой. Все остальные работы по конструкции сводятся к введению дополнительных приставок или приспособлений, не затрагивающих конструкции собственно корпуса. Что касается электронного блока, то его архитектура определяется принципами обнаружения и идентификации. В нашем случае — это неизменный принцип спектральной селекции, который и определяет принципиальную неизменность структуры и топологии электронных элементов и плат, хотя для них и предусмотрен некий резерв в виде заранее заложенной незначительной избыточности. Этот резерв предполагается использовать при внедрении адресно-аналоговых вариантов извещателей. В целом — это тоже достаточно консервативная часть извещателя. Адекватность же многообразию видов пожарной опасности и оптических помех достигается соответствующим многообразием модификаций приемников излучения. Но и здесь количество конструктивных исполнений минимизировано. Необходимая вариативность достигается заданием оптимальных размеров и конфигурации чувствительного элемента и их количества, применением различных составов полупроводниковых материалов, подбором и изготовлением соответствующих вариантов комбинаций интерференционных фильтров, выбором технологических режимов, обеспечивающих реализацию необходимого параметра (например, рабочего спектрального диапазона, быстродействия или тем
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.