CN101183072A - 防护服服料防液体渗透性能分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明为一种防护服服料防液体渗透性能分析仪，具体涉及到一种利用光的反射与介质折射率的关系，当液体渗透到界面时改变两种物质的相对折射率从而改变反射率的原理来试验服料防渗透性质的方法的仪器，其中测试光源模块(1)由带光控的光源驱动和640nmLD来代替导电法的探针或指示剂法的试纸，光反射面(2)用以承载被测服料和反射光，探测器(3)用以将光信息转变为电信息，分束板(4)将测试光分成多路实施多路同时检测，信号处理模块(5)将多路信号分时采集、处理、分析、保存，输出模块(6)输出分析结果和电源(7)提供仪器所需±5V电压。本发明具有结构简单、轻便，节能降耗，使用方便，按国家质量试验标准(GB12012－89中5.2.1.1和5.2.2.1条)适用于服料防多种液体渗透试验的品质分析，克服了现有的导电法和指示剂法的渗透测试仪只局限于酸液的试验和测试准确性受酸液浓度误差影响，克服了指示剂法测试结果受测试人的主观判断影响。

Description

防护服服料防液体渗透性能分析仪

技术领域：

本发明涉及安全防护服防液体渗透性能分析，具体涉及防酸服服料防酸等液体渗透时间测量。

背景技术：

1989年国家技术监督局为劳动保护用品防酸服服料防酸渗透质量评价颁布了国家质量试验标准(GB12012-89中5.2.1.1和5.2.2.1条)和测试方法GB 12013中3.1条)。其中的测试方法根据透气型服料和不透气型服料又分导电法和指示剂法，前者是根据服料透酸后导电率的变化达到一定程度时的渗透时间来评价其品级，而后者是依据渗透的酸液使试纸变色的渗透时间来评价的。这两种情况都存在一个缺点，就是酸的浓度对测试结果影响很大，对于指示剂法其测试结果还与测试人员的主观判断有关。上述测试方法的不足直接影响到防酸服料质量评价的准确性，已落后于时代的发展与进步。国家劳动保护用品质量监督检验中心，国家安全生产北京劳动防护用品检验检测中心要求有新的测试方法和技术来满足二十一世纪国家级质量检测中心水平的需求。本发明防护服服料防液体渗透性能分析仪正是在这种背景下产生的。

发明内容：

本发明防护服服料防液体渗透性能分析仪在分析上述现有方法的基础上，提出了利用光学的方法，即利用红光激光来代替导电法中的探针，利用光在两种介质界面的反射率的变化来代替检测导电率的变化或试纸的变色程度来分析酸渗透的时间，可避免酸液浓度对导电率和试纸显色程度的影响，提高了分析结果的可靠性和精度。通常光学方法有高的检测灵敏度和好的稳定性，同时还能分析服料对各种液体的渗透性能。

本发明防护服服料防液体渗透性能分析仪的技术方案通过以下方式来实现：

一种利用光的反射与介质折射率的关系，当液体渗透到界面时改变两种物质的相对折射率从而改变反射率的原理来试验服料防渗透性质的方法。

防护服服料防液体渗透性能分析仪，由测试光源LD，光反射面，探测器，分束板，信号处理模块，输出模块和电源模块构成。其特征在于测试光源是采用5mW低值640nmLD和带光控的光源驱动，用以代替导电法的探针或指示剂法的试纸；用5 mm厚的平板玻璃板作获取信息的反射面和载物平台；用数块1mm厚的普通平板玻璃板作分束板来获得多路测试光；多路模拟信号由程序控制周期性分时串行读入，用一套前放、主放、滤波和A/D芯片完成多路模拟信号的采集处理和模数变换。

本发明的技术效果在于：

1.利用光学的方法，即利用红光激光来代替导电法中的探针，利用光在两种介质界面的反射率的变化来代替检测导电率的变化或试纸的变色程度来分析酸渗透的时间，可避免酸液浓度对导电率和试纸显色程度的影响，提高了分析结果的可靠性和精度，同时还能分析服料对各种液体的渗透性能。。

2.采用5mW半导体激光器(波长640nmLD)作光源和分束板将测试光分成多束使得可同时进行多路试验，减小了能耗、提高了效率。

3.采用厚玻璃板(5mm)作提取信息的光反射面，即利用厚玻璃板对斜入射光在前后界面反射产生的剪切(错开)作用，从而可很方便接收第二界面的反射光和同时作载物平台。

4.使用了光控反馈控制系统保证了测试光源的稳定性，提高了测试精度和测量结果稳定性。

5.采用程序控制可进行自动检测、停止、保存和输出，使仪器使用更方便。

附图说明：

附图1为本发明的防护服服料防液体渗透性能分析仪原理图。图中主要结构为测试光源模块(1)；光反射面(2)；PIN探测器(3)；分束板(4)；信号处理模块(5)；输出模源模块(1)；光反射面(2)；PIN探测器(3)；分束板(4)；信号处理模块(5)；输出模块(6)；电源模块(7)。

附图2为本发明的防护服服料防液体渗透性能分析仪的电路图。图2(a)为光源反馈控制电路；图2(b)为信号的分时接收，放大、滤波电路；图2(c)为单片机构成的起控制、信号处理、存储和传输作用的电路；

具体实施方式：

本发明的测试光源模块(1)是由5mW的低值640nmLD和光源驱动构成，其中光源驱动电路如附图2的(a)由光控反馈系统和驱动电路组成。因为测试光源的稳定性对测试结果的精度和稳定性影响极大，所以测试光源必须有光控系统，当光源功率波动时，光控系统给光源驱动电路提供一负反馈信号抑制光源的变化，达到稳定光源的目的；

光反射面(2)是由5mm厚的平板玻璃构成，起承载被测服料和反射光作用，同时对斜入射光在玻璃板上下界面反射光产生剪切(错开)作用，这样就可以使PIN探测器只接收来自于反射玻璃板上表面的光(信号光)，从而避开了来自下表面的干扰光的影响；

探测器(3)是由多个对可见光谱敏感的PIN构成，用以获取多路光信息和光控信息；

分束板(4)是由多块1mm厚的薄平板玻璃组成，其作用是将测试光分成多路，使得能同时进行多路测试，提高检测效率；

信号处理模块(5)是由前放、主放、滤波如图2(b)，A/D和数字信号处理电路组成如图2的(c)，其功能是通过单片机控制多路信号分时周期性串行采集、放大、低通滤波、模数变换、数字信号读入、处理和分析；

输出模块(6)可由计算机或液晶屏构成，用以显示分析结果；

电源模块(7)是由开关电源构成，是将220V交流电转换成±5V直流供仪器使用。

创新之处首先在于采用光学的方法来分析液体渗透性能，即根据测试点处(如附图1的A、B、C)渗透的液体在玻璃界面形成的液膜将使得玻璃界面的反射率发生改变，从而使到达探测器的反射光发生变化(强度、偏正等)，并以此来分析液体的渗透情况，代替了导电法的依据透酸服料的导电率或指示剂法的试纸显色度来测定渗透时间。其二是采用5mW半导体激光器(波长640nmLD)作光源和分束板将测试光分成多束使得可同时进行多路试验，减小了能耗、提高了效率。其三是采用厚玻璃板(5mm)作提取信息的光反射面，即利用厚玻璃板对斜入射光在前后界面反射产生的剪切(错开)作用，从而可很方便接收第二界面的反射光和同时作载物平台。其四采用多路数据分时串行读出、处理，节省了器件，采用自动控制技术可进行自动检测、停止、保存和输出。

防护服服料防液体渗透性能分析仪工作时，640nmLD(1)发出的激光束通过分束板(4)分成多路测试光，其中一路作为光源驱动的控制信号和测试的参考信号，另几路按一定入射角度(等于玻璃和空气界面的全反射角)分别在被测服料的测试点处(附图1的A、B、C)入射，同时在A、B、C处服料上分别滴入0.1mL试验液体(如硫酸，盐酸、硝酸或水等)，此时仪器的信号处理模块开始工作，仪器系统的控制程序通过模块中的单片机发出指令进行多路数据的周期性分时串行读取和处理、分析，其中数据处理中为了提高稳定性，将测试信号按参考光作归一化处理。当试验液体不断渗透服料到达玻璃界面时，A、B、C处服料一侧玻璃反射面的折射率也将逐渐变大，A、B、C处界面的反射率不断变化。光在两介质界面的s、p分量的反射系数r_s、r_p和透射系数t_s、t_p由菲涅耳公式决定式：

$r_s=\frac{n_1\cos i-n_2\cos r}{n_1\cos i+n_2\cos r}$

$t_s=\frac{2n_1\cos i}{n_1\cos i+n_2\cos r}$ …(1)

$r_p=\frac{-n_2\cos i+n_1\cos r}{n_2\cos i+n_1\cos r}$

$t_p=\frac{2n_1\cos i}{n_2\cos i+n_1\cos r}$

式中n₁、n₂分别为两介质的折射率，i为光在介质n₁(本发明的厚玻璃板中)的入射角，r为光在n₂(本发明的玻璃板和服料之间介质的折射率)介质中的折射角。则对应的反射率为

R_s＝|r_s|²

R_p＝|r_p|²

$R=\frac{1}{2}[R_s+R_p]...\left(2\right)$

$=\frac{1}{2}[\frac{{\sin }^2(i-r)}{{\sin }^2(i+r)}+\frac{{\mathrm{tg}}^2(i-r)}{{\mathrm{tg}}^2(i+r)}]$

为了方便起见，式中假定入射光两分量(s，p分量)光强相等。设n₁＝1.5，n₂＝1～1.33，入射角取玻璃对空气介质的全反射临界角，即i＝i_c＝arc sin(1/n₁)＝41.8°。利用光的折射定率：

n₁ sin i＝n₂ sin r    …(3)

可得到反射率R随折射率n₂变化关系曲线：

可见随着渗透的进行，n₂逐渐增大，反射率开始迅速减小，然后到逐渐接近0。当曲线下降到规定值时记录下的这一路时间就是该路服料对相应液体的渗透时间，并以此跟测试标准对比来确定服料的品级，之后，分析的结果将被保存和输出。由图也可看出入射角等于玻璃对空气介质的临界角时的这种设计可获得很高的灵敏度。

Claims (2)

1.一种防护服服料防液体渗透性能分析仪，利用光的反射与介质折射率的关系，当液体渗透到界面时改变两种物质的相对折射率从而改变反射率的原理来试验服料防渗透性质的方法。

2.如权利要求1所述的防护服服料防液体渗透性能分析仪，由测试光源LD(1)，光反射面(2)，探测器(3)，分束板(4)，信号处理模块(5)，输出模块(6)和电源模块(7)构成；其特征在于测试光源是采用5mW低值640nmLD和带光控的光源驱动，用以代替导电法的探针或指示剂法的试纸；用5mm厚的平板玻璃板作获取信息的反射面和载物平台；用数块1mm厚的普通平板玻璃板作分束板来获得多路测试光；多路模拟信号由程序控制周期性分时串行读入，用一套前放、主放、滤波和A/D芯片完成多路模拟信号的采集处理和模数变换。

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