CN102564959B

CN102564959B - 一种检测可燃物燃烧烟气量的装置

Info

Publication number: CN102564959B
Application number: CN201210004370.3A
Authority: CN
Inventors: 马保国; 段超群; 黄健; 宋雪峰
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2012-01-09
Filing date: 2012-01-09
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2032-01-09
Also published as: CN102564959A

Abstract

本发明涉及一种检测可燃物燃烧烟气量的装置，包括有依次连接的燃烧箱体、烟雾排气筒和检测装置，所述的燃烧箱体为竖式燃烧箱体或卧式燃烧箱体，所述的烟雾排气筒的后方设置有排气扇，所述的检测装置包括有设置于烟雾排气筒中部的烟雾采集装置和电子检测设备。本发明的有益效果：本发明轻巧简单，方便易于携带，可接家用220V交流电，可以用于泡沫塑料填充材料、可燃装饰、外保温板材等材料燃烧和一般环境下的火灾分析，用于检测烟雾浓度，以动态波形的形式在显示屏上显示，直观清晰易分析。

Description

一种检测可燃物燃烧烟气量的装置

技术领域

本发明涉及对可燃物在燃烧时产生的烟气量的检测，具体的是涉及一种检测可燃物燃烧烟气量的装置。

背景技术

近年我国火灾频发，特别是央视配送大楼大火及上海胶州路大火等特大火灾，造成了巨大的人命与财产损失，凸显出我国消防安全形势已非常严峻。鉴于此，公安部出台多部消防法令，进一步从严提高了材料的防火性能要求。但目前我国材料防火性能测试种类繁多，未能在短时间内对材料的防火性能做出鉴别，延缓了防火材料的研发与应用。本发明通过检测材料燃烧所产生的对人生安全威胁最大的因素--烟雾浓度，能便捷地鉴别材料在火灾中产生的烟雾对人的危害性。

现代建筑物内可燃装饰、化纤地毯和泡沫塑料填充的家具陈设较多，这些可燃物在燃烧过程中会产生大量的有毒烟气和热量，同时要消耗大量的氧气。在建筑火灾中，烟雾是阻碍人们逃生，导致被困人员死亡的主要原因。火灾烟气的危害性主要表现在毒害性、减光性和恐怖性三个方面。火灾时，由于燃烧使空气中的氧浓度明显下降，会造成人体呼吸障碍、失往理智、痉挛、脸色发青，甚至窒息死亡，建筑物内当火灾燃烧旺盛时，还会产生大量的二氧化碳，当人接触10％～20％浓度的二氧化碳后，会引起头晕、昏迷、呼吸困难，甚至神经中枢系统出现麻痹，使人失往知觉，导致死亡。火灾时可燃物燃烧还会产生一些对人体有较强刺激作用的气体，让人无法看清方向，逃离现场就非常困难。同时，人在烟雾中心理极不稳定，烟气有遮光作用，会产生恐怖感，以致惊慌失措，给组织疏散灭火行动造成很大困难。燃烧时产生的高温烟雾，也是造成人伤亡的主要原因之一。高温烟雾不仅可能使心率加快，人体大量出汗，很快出现疲惫和脱水现象，而且会把人烧伤烧死。

据国内外大量火灾案例表明，因火灾而伤亡者中，大多数是因烟害所致。在火灾中受烟害直接致死的约占死亡总数的40％～50％，而在火烧死中的大多数是先受烟毒晕倒而后烧死。

由燃烧或热解作用所产生的悬浮在气相中的固体和液体微粒称为烟或烟粒子，含有烟粒子的气体称为烟雾。火灾过程中会产生大量的烟雾，其成分非常复杂，主要由三种类型的物质组成：

(1)气相燃烧产物；

(2)未燃烧的气态可燃物；

(3)未完全燃烧的液、固相分解物和冷凝物微小颗粒。火灾烟气中含有众多的有毒、有害成分、腐蚀性成分以及颗粒物等，加之火灾环境高温缺氧，必然对人生安全和生态环境都造成很大的危害。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种检测可燃物燃烧烟气量的装置，可以对火灾时产生的烟雾量进行检测分析，从而有助于火灾原因的分析和建筑防火板材的选取。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种检测可燃物燃烧烟气量的装置，其特征在于包括有依次连接的燃烧箱体、烟雾排气筒和检测装置，所述的燃烧箱体为竖式燃烧箱体或卧式燃烧箱体，所述的烟雾排气筒的后方设置有排气扇，所述的检测装置包括有设置于烟雾排气筒中部的烟雾采集装置和电子检测设备，可燃物样品在燃烧箱体中燃烧，产生烟雾，使烟雾经过烟雾采集装置，并通过排气扇排出，通过检测装置检测出可燃物样品的烟雾浓度，所述的烟雾采集装置与电子检测设备相连接，所述的电子检测设备包括有电源模块、中央处理模块、信号调理模块、模数转换模块、SD卡存储模块和LCD显示模块，其中，

所述的烟雾浓度采集模块由光源和光敏传感器构成，其分别位于烟雾排气筒的中部，且两者位置在一条直线上，光源外部设有一个焦距为5～6cm的透镜使光源发出的直径为5～6cm的圆柱形光线聚集在光敏传感器上，光敏传感器的感光面外部设置Φ6cm圆形网格箱，网格呈暗黑抛光，开口深度为3cm，保护光敏传感器免受散光照射；

所述的信号调理模块由隔离电路和放大电路组成，将烟雾浓度采集模块采集的微弱电信号进行放大和偏置滤波得到调理后的模拟电信号，并防止静电和其他强电干扰；

所述的模数转换模块将调理后的模拟电信号转换成数字信号送至中央处理模块；

所述的中央处理模块处理转换后的数字信号，控制LCD显示模块完成显示功能并将相关数据存入SD卡存储模块，方便完成数据的后期处理与分析。

按上述方案，所述的光敏传感器为光敏电阻，所述的光源为普通的3.8W小灯泡或LED光源。

按上述方案，所述的竖式燃烧箱体由防锈蚀的铝合金板构成，其中一个侧面装有耐热玻璃门，竖式燃烧箱体底部设置有一个通气口，竖式燃烧箱体的中心设置有一正方形支架，用于放置可燃物样品，其与竖式燃烧箱体的各侧边距离相等。

按上述方案，所述的卧式燃烧箱体由防锈蚀的铝合金板构成，其中一个侧面装有耐热玻璃门，卧式燃烧箱体的侧面底部设置有一个通气口，其顶部设置有插销，用于固定可燃物样品。

按上述方案，所述的排气扇排气量为1.5m³/min，功率为30w，使烟雾能恒定流畅地通过光敏器件，以方便检测。

本发明的燃烧箱体分为竖式和卧式两种，可任意与检测装置结合，根据测试材料的形态尺寸不同，颗粒状和较厚（大于等于3cm）的块状材料可选择竖式燃烧箱体进行测试，较薄的（小于3cm）块状材料选择卧式燃烧箱体进行测试，烟雾排气筒安装有排风扇，可使烟雾恒定流畅地通过光敏传感器，以方便检测。

本发明的电源模块、中央处理模块、信号调理模块、模数转换模块、SD卡存储模块都集成在一块电路板上，板上架LCD液晶显示屏，外部由塑料包装壳包装。电路板上设有SD卡插口和USB口，USB插口给提供光源的小灯泡供电，SD插口插存储卡，记录试验数据。

用于显示烟雾波形图的LCD显示屏为触摸屏，显示屏上设置有开始、停止、继续、重置、存储等按钮。

本发明的烟气量的检测是利用可燃物样品燃烧产生的烟雾通过光敏传感器时，会遮挡光源光线，从而使传感器接受到的光源强度产生变化，并转变为电压信号变化，信号经处理，与标准样品烟雾校对，可以得出测试样品的相对烟气总量。

检测出的烟雾浓度数据，通过对时间的积分可得到该样品烟雾的检测总量，同时以相同尺寸大小的红橡木标准试样燃烧产生的烟雾总量作为测试其他样品烟雾总量的基数，即可得样品的烟雾总量。

本发明的有益效果：

1）本发明轻巧简单，方便易于携带，可接家用220V交流电，可以用于泡沫塑料填充材料、可燃装饰、外保温板材等材料燃烧和一般环境下的火灾分析，用于检测烟雾浓度，以动态波形的形式在显示屏上显示，直观清晰易分析；

2）本发明可任意重复实验，每次实验能自动记录实验数据，可记录多次实验的烟雾浓度数据，以电脑识别的文本格式和数据格式保存，从而能快捷地转移到电脑上进行分析；

3）本发明根据材料的粉状、颗粒状和块状，可选择竖式测试仪或卧式测试仪。采集数据频率高，数据精确，运算稳定，测试频率为1s/次，测试范围为100ppm～10000ppm，能较为精准的记录每次燃烧情况。

附图说明

图1为竖式箱体烟气量检测装置的结构示意图；

图2为卧式箱体烟气量检测装置的结构示意图；

图3是烟雾采集模块的相对位置图；

图4是测试EPS聚苯板的烟气浓度图形；

图5是烟雾检测装置的运行结构图；

图6是烟气量检测仪的运行原理。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明，但是此说明不会构成对本发明的限制。

一种检测可燃物燃烧烟气量的装置，包括有依次连接的燃烧箱体、烟雾排气筒7和检测装置11，所述的燃烧箱体为竖式燃烧箱体4或卧式燃烧箱体14，所述的烟雾排气筒的后方设置有排气扇10，烟雾排气筒为Φ10cm×60cm圆柱体，排气扇采用正禾APC10-G，风扇口径Φ10cm，排气量为1.5m³/min，功率为30w，使烟雾能恒定流畅地通过光敏器件，以方便检测，所述的检测装置包括有设置于烟雾排气筒中部的烟雾采集装置和电子检测设备，其运行结构见图5，可燃物样品15在燃烧箱体中燃烧，产生烟雾6，使烟雾经过烟雾采集装置，并通过排气扇排出，通过检测装置检测出可燃物样品的烟雾浓度，所述的烟雾采集装置与电子检测设备相连接，所述的电子检测设备包括有电源模块、中央处理模块、信号调理模块、模数转换模块、SD卡存储模块和LCD显示模块12，其中，

所述的烟雾浓度采集模块由光源8和光敏传感器9构成，光敏传感器为光敏电阻，所述的光源为普通的3.8W小灯泡或LED光源，其分别位于烟雾排气筒的中部，且两者位置在一条直线上，光源外部设有一个焦距为5～6cm的透镜16使光源发出的直径为5～6cm的圆柱形光线聚集在光敏传感器上，光敏传感器的感光面外部设置Φ6cm圆形网格光栅17，网格呈暗黑抛光，开口深度为3cm，保护光敏传感器免受散光照射；由光源提供稳定的环境光源光线18，光敏传感器对光线的强弱很敏感，通过将光线强弱转换为烟雾浓度实现烟雾浓度的检测；

所述的模数转换模块（AD模块）将调理后的模拟电信号转换成数字信号送至中央处理模块；

当采用竖式燃烧箱体时，其长宽高尺寸规格为25cm×25cm×60cm，由防锈蚀的铝合金板构成，其中一个侧面装有耐热玻璃门2，竖式燃烧箱体底部设置有一个通气口1，竖式燃烧箱体的中心设置有一正方形支架3，距箱体底部20cm，支架边长为15cm，由0.15cm×0.15cm×0.1cm不锈钢网格构成，用于放置可燃物样品，其与竖式燃烧箱体的各侧边距离相等，可燃物样品可为颗粒状或块状固体，竖式燃烧箱体与烟雾排气筒通过方口转圆口5装置连接。

当采用卧式燃烧箱体时，其长宽高尺寸规格为20cm×20cm×80cm，由防锈蚀的铝合金板构成，其中一个侧面（20cm×80cm）装有耐热玻璃门2，卧式燃烧箱体的侧面底部设置有一个2.5cm×20cm的长方形开口作为通气口1。可燃物样品放在燃烧箱内顶部并用插销与上顶面固定，可燃物样品为块状固体。

下面详细介绍本发明各模块：

电源模块

本发明配有标准AC/DC转换电源。该电源输入电压范围为交流100V～240V，频率50Hz/60Hz，输出电压为直流5V，最大输出电流为2A。电源输出接口为标准2.0电源接口，可直接与系统电源插座连接，系统输入电压范围为直流4.5V～5.5V，正常工作时系统功耗为200mW。

中央处理模块

中央处理模块以TI（美国德州仪器）公司生产的MSP430F2618为核心，配备外围电路构成单片机最小系统，作为该系统的中央处理模块。系统最高工作频率为16MHz；内部定时器可为系统提供准确的计时时间。提供6组通用I/O口可用于控制模数转换、液晶显示等；并内置SPI接口可以方便的进行SD卡的数据存储。

烟雾浓度采集模块

烟雾浓度采集模块由光源和光敏电阻构成，光源提供稳定的环境光，光敏电阻对光线的强弱很敏感，通过将光线强弱转换为烟雾浓度实现烟雾浓度的检测。

模数转换模块

模数转换器采用TI公司生产的ADS1147。具有16位无误码精度，数据最高传输速率为2KSPS，可配置成2路差分输入或3路单端输入。内部带有超低噪声可编程增益放大器和单周期数字滤波器，最大限度地简化了信号调理部分电路的复杂程度；

系统采用2路差分输入模式，提高信噪比。用于采集电信号AD的PGA设置为128倍放大，极大的提高了AD转换的精度，考虑到数据的有效性，数据传输速率设置为20SPS。

SD卡存储模块

为方便数据的后期处理，系统增加了SD卡存储模块。系统工作过程中采集到的所有数据都将存储在SD卡中对应的文件中，测量完成后可将SD卡中的数据上传至计算机中，完成进一步的数据处理和分析；

SD卡硬件上有两种接线模式：SD卡模式和SPI模式，为节省处理器的I/O口，系统采用SPI模式。为实现单片机与电脑的数据共享，方便数据处理，需在SD卡中构建FAT文件系统。目前FAT文件系统有三种：FAT12、FAT16、FAT32。系统采用FAT16文件系统，可支持2G以内的存储卡。每个传感器每次采集的数值都将以单独的TXT格式文件存储。

LCD显示模块

显示模块采用5.7寸工控屏，分辨率为320×240，内部带有字库，配备四线电阻触摸屏。利用触摸可实现测量控制和现实切换等功能。操作简单灵活。

电源模块、中央处理模块、烟雾浓度采集模块、信号调理模块、模数转换模块、SD卡存储模块都集成在一块电路板上，板上架LCD液晶显示屏，电路板上设有SD卡插口和USB口，USB插口给提供光源的小灯泡供电，SD插口插存储卡，记录试验数据。

操作过程：

本发明的竖式燃烧箱体烟气量检测装置主要由于检测颗粒状和较厚（大于等于3cm）的块状可燃物燃烧的烟气量，卧式燃烧箱体烟气量检测装置主要用于块状较薄（小于3cm）的可燃物燃烧烟气量的检测。将样品放在样品架上，点燃样品，通过烟雾检测仪对烟雾浓度变化进行监测，同时以相同形态和尺寸大小的红橡木标准试样燃烧产生的烟雾总量作为测试其他样品烟雾总量的基数，继而得到样品燃烧的烟气总量，工作原理图见图6。

1. 打开卧式燃烧箱，将尺寸大小15cm×80cm×2cm阻燃 EPS聚苯板放置在卧式燃烧箱顶部，用插销固定；

2. 将本发明接家用的220V电源13，再将光敏传感器和光源安装在排气筒中部相对应的位置，插入储存卡，排气扇开始工作；

3.点燃放置燃烧箱体内的蜡烛或酒精灯，燃烧样品。通过侧面玻璃观测样品燃烧情况；

4.此时启动测试装置，按烟雾检测装置盒上的power打开。进入系统后，用手指触碰LCD显示屏上的“开始”键，伴有“滴”的响声，测试仪器开始进入测试状态了。光敏传感器开始采集数据，屏幕上开始有波形在移动；

5.如若中途遇到干扰需要暂停实验，便可按下“停止”键暂停，再开始时，可按“继续”键继续。若开始试验后，发现实验样品等未设置好，可按“重置”键，进行重新记录；

6. 待样品燃烧完全，按下“停止”键，此时完整的清晰的烟雾浓度波形图便在LCD屏上显示出来了。按下“储存”键，实验数据便储存在SD卡中；

7.将SD卡接入电脑，将卡中的数据文本复制到电脑上存储或分析。数据中所记录的是每个时间点对应的烟雾浓度值；

8.检测出的烟气浓度曲线，对其积分，以标准的红橡木为基数，得到其烟气总量。

测试出的烟气量随时间变化的波形图可以实时储存，数据以测试开始时记录，每秒采集烟气量信息，并实时存储。测试完毕后能形成一套完整的实验数据。数据以软件易分析的文本数据形式储存在SD卡上。再通过读卡器转存到个人电脑上。

如图4，EPS聚苯板在开始测试96s时完成燃烧，系统记录了100s内EPS聚苯板燃烧产生的烟雾浓度w，做烟雾浓度曲线对燃烧时间的积分，并乘以100s内烟雾排气筒的通气量V（通气量1.5m³/min），得到EPS聚苯板燃烧产生的烟气总量为0.1865 m³。

Claims

1.一种检测可燃物燃烧烟气量的装置，包括有烟雾排气筒和电子检测设备，所述的电子检测设备包括有电源模块、中央处理模块、信号调理模块、模数转换模块和SD卡存储模块，所述的信号调理模块由隔离电路和放大电路组成，其特征在于还包括有燃烧箱体和检测装置，所述的燃烧箱体、烟雾排气筒和检测装置依次连接，所述的燃烧箱体为卧式燃烧箱体，所述的卧式燃烧箱体由防锈蚀的铝合金板构成，其中一个侧面装有耐热玻璃门，卧式燃烧箱体的侧面底部设置有一个通气口，燃烧箱体的内顶部设置有插销，用于固定可燃物样品，所述的烟雾排气筒的后方设置有排气扇，所述的检测装置包括有设置于烟雾排气筒中部的烟雾采集装置和电子检测设备，可燃物样品在燃烧箱体中燃烧，产生烟雾，使烟雾经过烟雾采集装置，并通过排气扇排出，通过检测装置检测出可燃物样品的烟雾浓度，所述的烟雾采集装置与电子检测设备相连接，所述的电子检测设备还包括LCD显示模块，其中，

隔离电路和放大电路将烟雾浓度采集模块采集的微弱电信号进行放大和偏置滤波得到调理后的模拟电信号，并防止静电和其他强电干扰；

2.按权利要求1所述的检测可燃物燃烧烟气量的装置，其特征在于所述的光敏传感器为光敏电阻，所述的光源为普通的3.8W小灯泡或LED光源。

3.按权利要求1所述的检测可燃物燃烧烟气量的装置，其特征在于所述的排气扇排气量为1.5m³/min，功率为30w，使烟雾能恒定流畅地通过光敏器件，以方便检测。