CN102353457A

CN102353457A - 一种用于云雾爆炸场的分布式光谱测温装置

Info

Publication number: CN102353457A
Application number: CN2011101754638A
Authority: CN
Inventors: 王永强; 李建平; 闫晓鹏; 刘长林
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2012-02-15

Abstract

本发明涉及一种用于云雾爆炸场的分布式光谱测温装置，属于信号检测技术领域。由一个或者一个以上的光路传感部件、一个或者一个以上的钢管支架、一个或者一个以上的光电转换及存储部件和上位机数据处理系统构成。本发明采用光路传感系统与存储测试技术结合，可以实现云雾爆炸区内温度的近场探测；光路传感部件体积小，可以在云雾区内按需求放置，完成多点测试，最后拟合出云雾区内的温度分布情况；采用存储测试技术，使得数据在测试后进行处理，可以按照现场光路探测器配置方式(一个、两个或多个)，灵活选择多种数据处理方法对数据进行处理。

Description

一种用于云雾爆炸场的分布式光谱测温装置

技术领域

本发明涉及一种用于云雾爆炸场的分布式光谱测温装置，属于信号检测技术领域。

背景技术

随着现代工业的发展，工业爆炸事故时有发生。1989年M&MPC(Marsh&Mclennan Protection Conclusion)对150起工业灾害事故的统计分析结果表明，工业爆炸灾害约占总工业灾害的60％，是最主要的工业灾害之一。在各类工业爆炸事故中，有相当一部分是由于悬浮于空气中的可燃性物质的爆炸引起的。如采煤过程中，瓦斯、煤尘和空气混合并达到一定浓度后，遇火花等意外能量即可发生爆炸事故；石油和化工生产中，泄漏出的可燃气体或小液滴散布在空气中达到一定浓度时，在适当的能量作用下(电火花、明火)也可发生燃烧或爆炸。

上述爆炸一般为云雾爆轰，云雾爆炸场的温度毁伤是一种非常重要的毁伤形式。然而，由于受到研究手段的限制，现有的爆轰温度场热毁伤的研究，还停留在依靠经验进行的定性分析。近年来，非接触式光学测温理论发展很快，出现了许多新的测温手段。

单色测温是利用物体的单色辐射强度随着温度升高而增加的原理来进行温度测量的，这种测量方法对限定谱段的辐射测量是有效的，对爆轰波在大谱段范围内的连续辐射就不是很适用了。

比色测温是通过测量爆轰产物在两个狭窄波段上的辐射亮度的比值来确定其温度，当选择的两个波长(λ1，λ2)足够接近时，就可由在这两个窄谱段上由双光路的光电检测器件测得的与光亮度信号对应的电压测量值v1和v2之比求出爆温来。两波长相差越小，因发射率近似的假设带来的误差就会越小，但同时在一定的测温误差要求下仪器可允许的相对测量误差也会变得越小，给仪器的测量精度提出很高的要求。

红外测温属于全辐射测温领域，主要是热成像技术，即根据不同物体或物体的不同部位具有不同的红外辐射特性，热成像系统可以探测到这种有差异的辐射信号，将其以可见光图像的形式显示出来，优点是成像范围广，灵敏度较高，能根据物体温度的微小变化，辐射能量就有较大改变，可以进行微小温度场的温度测量和温度分布测量。但是红外测温易于受到背景辐射、大气、烟尘的影响。云雾爆轰有完全反应区也有非完全反应区，造成环境较为复杂，烟、尘比较大，这样严重影响红外测温的精度。

单色、比色、红外测得的都不是物体的真实温度，要测到物体的真实温度，必须知道物体的另一参数-材料发射率ε，才能够求得物体的真实温度，因此，研究学者发展的多波长测试方法。多波长温度测量的基本思想是利用被测物体在多个光谱下的辐射测量信息，经过数据处理得到物体的真实温度和光谱发射率。

以上这几种方法在云爆测温领域都有应用，也各有优缺点。但是，这些方法都有一个共同的特点，即：一方面由于其光学系统比较复杂且配合精密，爆炸场内强烈震动会使光学系统发生紊乱，无法进行测试。另一方面，光学器件抗震能力比较差，有些光学器件易碎。因此这些精密仪器只能在远离云雾爆炸场区外对整个云爆区进行探测，只能云雾爆炸区域的表面温度进行测试，而无法得到爆轰中心温度以及其温度梯度的分布；虽然红外探测法能够显示其大体的温度梯度，但是由于云雾爆炸中不透明物质以及烟尘比较多，严重影响其测试精度。

发明内容

本发明为了克服现有技术的缺陷，得到云雾爆炸场内中心温度以及其分布情况，提出了一种用于云雾爆炸场的分布式光谱测温装置。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种用于云雾爆炸场的分布式光谱测温装置，由一个或者一个以上的光路传感部件、一个或者一个以上的钢管支架、一个或者一个以上的光电转换及存储部件和上位机数据处理系统构成；

光路传感部件位于云雾爆炸场内的地上部分，光电转换及存储部件位于云雾爆炸场内的地下部分，钢管支架的一部分埋在土里；光电转换及存储部件的数量与光路传感部件的数量相同，且每个光电转换及存储部件均与一个光路传感部件配合工作；

光路传感部件由光路保护壳体、腔内光学装置、腔内短光纤和对外光纤接口组成，其中光路保护壳体为不锈钢材质的中空结构的导流罩，壳体头部为锥形结构，壳体的主体部分为最大直径小于3厘米的柱形结构，在壳体的主体部分外侧面上开有光路接收窗口；腔内光学装置、腔内短光纤和对外光纤接口均镶嵌于光路保护壳体的主体部分，对外光纤接口镶嵌于壳体主体部分的尾部；腔内光学装置负责完成光信号的采集、滤波、传输功能，完成所需频点的光信号的采集传输；

光电转换及存储部件包括光电倍增管、运算放大电路、存储器、微处理器、USB通信接口，其中光电倍增管将接收到的光信号转换为电压信号，电压信号经过运算放大电路进行信号放大后进入微处理器的数模转换模块，微处理器读取其电压值并转换为数字信号，然后将转换后的数字信号存入存储器，光电转换及存储部件通过USB通信接口与上位机进行通信；

光路传感部件按照现场需要分布于云雾爆炸轰内的多个点，用于对应区域的光亮度检测，光路传感部件的尾部通过螺栓固定在钢管支架上，根据光路传感部件在爆炸场内的位置分布，每个钢管支架上可固定一个或者一个以上的光路传感部件；钢管支架为中空结构，光路传感部件与光电转换及存储部件之间连接的光纤从钢管支架的中空部分经过。

本发明的一种用于云雾爆炸场的分布式光谱测温装置，其工作过程为：

云雾爆轰发生时，位于云雾区内各个测点的光路传感部件将接收到的光信号由对外光纤接口输出，经过钢管支架中空部分的光纤将信号送至对应的光电转换及存储部件；光电转换及存储部件进行光电信号转换并将电信号存储起来；爆炸结束光电转换及存储部件将存储的数据通过USB通信接口与上位机进行通信，利用上位机处理软件对接收到的信号进行分析解算，从而完成云雾爆炸场内各个测点光谱温度的测试，最后拟合各个测点的数据可以得出云雾爆炸场内温度梯度的分布。

有益效果

本发明采用光路传感系统与存储测试技术结合，可以实现云雾爆炸区内温度的近场探测；光路传感部件体积小，可以在云雾区内按需求放置，完成多点测试，最后拟合出云雾区内的温度分布情况；采用存储测试技术，使得数据在测试后进行处理，可以按照现场探测器配置方式，灵活选择多种数据处理方法对数据进行处理。

附图说明

图1为本发明的原理示意图；

图2为本发明在云雾场中的安装结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例

一种用于云雾爆炸场的分布式光谱测温装置，由光路传感部件、钢管支架、光电转换及存储部件和上位机数据处理系统构成，如图1所示，光路传感部件位于云雾爆炸场内的地上部分，光电转换及存储部件位于云雾爆炸场内的地下部分，钢管支架的一部分埋在土里，光路传感部件的尾部通过螺栓固定在钢管支架上，光路传感部件与光电转换及存储部件之间连接的光纤从钢管支架的中空部分经过，光电转换及存储部件通过USB通信接口与上位机进行通信；

该测温装置用于燃料空气炸药静爆试验，如图2所示，由4个的光路传感部件、2个的钢管支架、4个的光电转换及存储部件和上位机数据处理系统构成；4个光路传感部件按照现场需要，2个一组分布于云雾爆炸轰内的两个不同点，用于对应区域的光亮度检测，根据光路传感部件在爆炸场内的位置分布，每个钢管支架上固定2个光路传感部件。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims

1.一种用于云雾爆炸场的分布式光谱测温装置，其特征在于：由一个或者一个以上的光路传感部件、一个或者一个以上的钢管支架、一个或者一个以上的光电转换及存储部件和上位机数据处理系统构成；

光路传感部件由光路保护壳体、腔内光学装置、腔内短光纤和对外光纤接口组成，其中光路保护壳体为不锈钢材质的中空结构的导流罩，壳体头部为锥形结构，壳体的主体部分为最大直径小于3厘米的柱形结构，在壳体的主体部分外侧面上开有光路接收窗口；腔内光学装置、腔内短光纤和对外光纤接口均镶嵌于光路保护壳体的主体部分，对外光纤接口镶嵌于壳体主体部分的尾部；腔内光学装置实现光信号的采集、滤波、传输功能，完成所需频点的光信号的采集传输；

2.根据权利要求1所述的一种用于云雾爆炸场的分布式光谱测温装置，其特征在于：云雾爆轰发生时，位于云雾区内各个测点的光路传感部件将接收到的光信号由对外光纤接口输出，经过钢管支架中空部分的光纤将信号送至对应的光电转换及存储部件，光电转换及存储部件进行光电信号转换并将电信号存储起来；爆炸结束光电转换及存储部件将存储的数据通过USB通信接口与上位机进行通信，利用上位机处理软件对接收到的信号进行分析解算，并拟合各个测点的数据得出云雾爆炸场内温度梯度的分布。