CN103921224A - 一种专用于火灾烟雾颗粒采集的自锁镊子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火灾烟雾研究领域，具体涉及一种专用于火灾烟雾颗粒采集的自锁镊子，它包括左半部分镊子、右半部分镊子、转轴、镊子前端开槽、镊子前端钻孔、两级折弯点、手柄、弹簧、弹簧固定凸起九部分，镊子前端设计有2mm钻孔，使碳支持膜中心有2mm直径圆形有效使用面积；镊子前端开槽可以方便取、放碳支持膜；镊子手柄之间有弹簧，可以实现镊子头自锁。本发明在用碳支持膜采集烟雾颗粒场景中，具有优越的便捷性，采集烟颗粒效果较好。

Description

一种专用于火灾烟雾颗粒采集的自锁镊子

技术领域

本发明涉及火灾烟雾研究领域，具体涉及一种专用于火灾烟雾颗粒采集的自锁镊子。

背景技术

绝大部分燃烧现象都会产生烟雾颗粒，其中明火燃烧会产生由不完全燃烧的黑碳颗粒组成的分形凝聚体结构，阴燃火会产生由燃烧物分解而成的液滴，不同类型的燃烧物质，以及不同条件下的燃烧生成的烟雾颗粒粒径分布、形貌特征、折射率等特性都是不一样的。

目前火灾探测技术应用最广泛的是感烟型火灾探测技术，利用烟雾颗粒对光吸收和散射原理研制而成。但是却存在很多问题，前向散射和后向散射对于不同的烟颗粒敏感度不同，不同波长的光和烟颗粒相互作用较为复杂，如何根据烟颗粒粒径分布、折射率和对偏振光散射Muller矩阵元素的不同来区分火灾烟雾颗粒和非火灾烟雾颗粒，这需要对火灾烟雾颗粒展开更为细致的研究。

国内火灾科学国家重点实验室针对烟颗粒展开了较为细致的研究，张启兴、乔利锋、谢启源等博士均对其作了响应的研究。根据他们的研究，对烟颗粒形貌特征研究最常用的方法是利用热泳效应对烟颗粒进行采集，将采集到的烟颗粒在扫描电镜下分析得到实验结果。这种热泳现象发生在冷的取样表面附近区域，将碳支持膜铜网插入充满气体的烟气中，由于铜网的温度比烟气流场低，使铜网附近的气体急速冷却，密度增大，向下运动，与卷吸运动的热羽流产生对流，使烟颗粒附着在碳支持膜铜网上面。

碳支持膜简称碳膜，是透射电子显微镜（TEM）用来检测样品的专用载体，大小为直径3mm，厚度不到0.1mm，非常脆弱，容易破损。用碳支持膜采集烟颗粒主要方法是，用尖头镊子加持碳支持膜，放在烟雾中，采集完毕后，小心的放在碳支持膜储存盒里。由于碳支持膜比较小且容易折损，镊子夹持必须非常小心，避免掉落或者折损；另外，由于普通的镊子必须用人手配合，所以人员不可避免的暴露于烟雾中，烟雾会对人体健康会造成一定伤害；碳支持膜正反面非常容易混淆，使用镊子使更加需要注意；且在烟雾中采集烟颗粒的时间过长的话，烟颗粒会堆积，过短时间则采集烟颗粒太少不符合统计规律。以上这些因素综合起来给用碳支持膜采集烟雾颗粒带来相当大的困难。

发明内容

本发明针对现有技术的上述问题，研制一种专用于火灾烟雾颗粒采集的自锁镊子，能够便捷的固定碳支持膜，大大减小采集的难度并提高采集烟颗粒的成功率。

本发明采用的技术方案为：一种专用于火灾烟雾颗粒采集的自锁镊子，包括两半部分组成，左半镊子和右半镊子，左右两半镊子通过转轴相连，转轴前端通过有两次折弯的杆连接到夹持碳支持膜的镊子头，转轴后端连接手柄；夹持碳支持膜的镊子头，中心有一个2mm大小的钻孔，从钻孔向镊子头方向开槽，槽宽2mm；左右两半镊子在俯视图上呈对称结构；从侧面视图看，右半镊子从镊子头向转轴方向第一个折弯处折脚（锐角）为γ度，第二个折角（锐角）为-β度，角度正负值规则为从转轴向镊子头，顺时针折弯为负，逆时针折弯为正；左半镊子从镊子头向转轴方向第一个折弯处折脚（锐角）为-γ度，第二个折角（锐角）为-β度，角度正负值规则为从转轴向镊子头，顺时针折弯为负，逆时针折弯为正；左右两半镊子合起来在转轴后端夹角为α°，角度关系满足β=α/2+γ；在右半镊子手柄的下面和左半镊子手柄的上面，相对有一个凸起，起到固定弹簧的目的；将左右两半镊子通过转轴合在一起，在两手柄凸起之间插入弹簧，无外力作用手柄，弹簧为受压状态，弹簧弹力将两部分镊子头合在一起，此时转轴处夹角为α°。

与普通镊子相比较，本发明优点如下：

1）、本发明具有自锁结构，通过镊子手柄之间的受压弹簧，将左右两半镊子头压在一起，无外力作用时，镊子头呈闭合状态，便于夹持碳支持膜，不容易掉落，而普通的镊子则需要人工用力，用力不当则会导致碳支持膜破损或者掉落；

2）、本发明具有碳支持膜专用夹持端口，碳支持膜为直径3mm的薄圆片，一般的镊子夹持碳支持膜，如果夹持面过小可能导致掉落，夹持面过大会影响采集碳颗粒的有效面积；本发明在镊子头中心有2mm的钻孔，将碳支持膜用普通的尖头镊子通过本发明镊子头前端的开槽，放置到镊子头中心2mm的钻孔上，2mm的钻孔正好可以让碳支持膜中心2mm直径圆形面积暴露于采集环境中，而其余部分被镊子固定。碳支持膜中心2mm的直径圆形面积完全满足采集烟颗粒并进行电镜扫描的要求。

附图说明

图1是本发明左半部分镊子和右半部分镊子俯视图；

图2是右半部分镊子侧视图；

图3是左半部分镊子侧视图；

图4是镊子整体侧视图；

图5是镊子整体俯视图；

图6是实例1中右半部分镊子参考尺寸；

图7是实例1中采集的烟颗粒进行SEM扫描结果之一。

图中附图标记的含义为：1为右半部分镊子，2为左半部分镊子，3为转轴，4为两级折弯点，5为手柄，6为镊子前端开槽，7为镊子前端钻孔，8为弹簧固定凸起，9为弹簧。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

实施例1：

本实施例中采用的镊子全身为不锈钢结构，它包括右半部分镊子1、左半部分镊子2、转轴3、镊子前端开槽6、镊子前端钻孔7、两级折弯点4、手柄5、弹簧固定凸起8、弹簧9九部分组成。

左半镊子和右半镊子，左右两半镊子通过转轴相连，转轴前端通过有两次折弯的杆连接到夹持碳支持膜的镊子头，转轴后端连接手柄；夹持碳支持膜的镊子头，中心有一个2mm大小的钻孔，从钻孔向镊子头方向开槽，槽宽2mm；左右两半镊子在俯视图上呈对称结构；从侧面视图看，右半镊子从镊子头向转轴方向第一个折弯处折脚（锐角）为γ度，第二个折角（锐角）为-β度，角度正负值规则为从转轴向镊子头，顺时针折弯为负，逆时针折弯为正；左半镊子从镊子头向转轴方向第一个折弯处折脚（锐角）为-γ度，第二个折角（锐角）为-β度，角度正负值规则为从转轴向镊子头，顺时针折弯为负，逆时针折弯为正；左右两半镊子合起来在转轴后端夹角为α°，角度关系满足β=α/2+γ；在右半镊子手柄的下面和左半镊子手柄的上面，相对有一个凸起，起到固定弹簧的目的；将左右两半镊子通过转轴合在一起，在两手柄凸起之间插入弹簧，无外力作用手柄，弹簧为受压状态，弹簧弹力将两部分镊子头合在一起，此时转轴处夹角为α°。左右两半镊子俯视图的尺寸如图1所示，厚度为1mm，γ=22.5°，β=30°，α=15°。镊子手柄上的凸起为直径4mm，高度3mm，插入合适弹力大小的弹簧，左右两半部分镊子通过转轴合在一起。

使用镊子时，一只手捏住镊子手柄，将镊子头张开，另一只手用普通镊子小心的夹持碳支持膜，并将碳支持膜通过镊子前端的开槽放置到镊子前端中心的2mm钻孔上，一定要注意碳支持膜正反面的区分，将碳支持膜正面朝下（或者正对烟雾来流的方向），轻轻松开手柄至镊子完全夹持住碳支持膜。

本实例是在符合《GB4715-2005点型感烟火灾探测器》的标准燃烧室下采集正庚烷火焰产生的烟颗粒。点燃正庚烷，20s后，将装载有碳支持膜的本发明自锁镊子放置于火焰上方大约1.5m处，注意碳支持膜正面朝下，停留15s，停止采集。

一个人将手柄撑开，另外一个人用普通尖头镊子小心将载有烟粒子的碳支持膜区分正反面的放置于碳支持膜容器内。将碳支持膜进行扫描式电子显微镜扫描处理，得到的实验结果如图7所示。图7的实验条件为：环境温度20℃，相对湿度40%，燃料容器为直径10cm，深度5cm的不锈钢油盘，油盘内有正庚烷燃料100mL，用本发明的自锁镊子夹持碳支持膜，在油盘上方1.5m高度，碳支持膜的正面朝下，正对油盘；电火花引燃正庚烷，开始燃烧20s之后，将镊子拿开，保存碳支持膜。将此碳支持膜用电子显微镜分析，得到图7的照片。照片底部英文含义分别为：Acc.V5.0kV表示加速电压5.0kV；Spot4.0表示束斑大小4.0nm；Magn10000x放大倍数1万倍；Det TLD表示检测器类型为极靴内二次电子检测器；WD6.1表示工作距离6.1mm；5um代表图片中比例尺的长度；USTC为中国科学技术大学的英文简称，表示该电镜所属单位为中国科学技术大学。

通过实践结果表明，本发明的火灾烟雾颗粒采集专用自锁镊子，和普通的镊子比较具有明显的优点：设计有2mm钻孔和开槽，可以方便的放入、夹持和取出碳支持膜，带有自锁装置，避免在采集过程中样品掉落。采集到的正庚烷燃烧烟雾颗粒质量较高。

实施例2：

实施例2目的是利用本发明装置采集棉绳阴燃火的燃烧颗粒，根据《GB4715-2005点型感烟探测器》中规定，检测火灾感烟型火灾探测器性能的标准火有正庚烷明火、聚氨酯泡沫明火、棉绳阴燃火和木材热解阴燃火。利用碳支持膜采集烟颗粒，通过SEM电镜扫描分析烟颗粒微观形貌特性，对于改进感烟型火灾探测器性能具有较大意义。

实施例2在实施例1采用的自锁镊子基础上，加以改进，它依然包括右半部分镊子1、左半部分镊子2、转轴3、镊子前端开槽6、镊子前端钻孔7、两级折弯点4、手柄5、弹簧固定凸起8、弹簧9九部分组成。

左半镊子和右半镊子，左右两半镊子通过转轴相连，转轴前端通过有两次折弯的杆连接到夹持碳支持膜的镊子头，转轴后端连接手柄；夹持碳支持膜的镊子头，中心有一个2mm大小的钻孔，从钻孔向镊子头方向开槽，槽宽2mm；从侧面视图看，右半镊子从镊子头向转轴方向第一个折弯处折脚（锐角）为γ度，第二个折角（锐角）为-β度，角度正负值规则为从转轴向镊子头，顺时针折弯为负，逆时针折弯为正；左半镊子从镊子头向转轴方向第一个折弯处折脚（锐角）为-γ度，第二个折角（锐角）为-β度，角度正负值规则为从转轴向镊子头，顺时针折弯为负，逆时针折弯为正；左右两半镊子合起来在转轴后端夹角为α°，角度关系满足β=α/2+γ；在右半镊子手柄的下面和左半镊子手柄的上面，相对有一个凸起，起到固定弹簧的目的；将左右两半镊子通过转轴合在一起，在两手柄凸起之间插入弹簧，无外力作用手柄，弹簧为受压状态，弹簧弹力将两部分镊子头合在一起，此时转轴处夹角为α°。左右两半镊子俯视图的尺寸如图1所示，厚度为1mm，γ=22.5°，β=30°，α=15°。镊子手柄上的凸起为直径4mm，高度3mm，插入合适弹力大小的弹簧，左右两半部分镊子通过转轴合在一起。

和实施例1不同之处在于，实施例2左半部分镊子的手柄向外延长了2cm，优点有两点：1.将两部分镊子合起来之后，用手拿着左半部分镊子的手柄延长部分，更加便于取放镊子。2.当镊子头部放置好碳支持膜之后，采集烟颗粒，可以用手拿着左半部分镊子的手柄延长部分，避免不小心用力挤压两部分的手柄，导致镊子头意外张开，碳支持膜掉落。

棉绳阴燃火烟雾颗粒的采集，由于烟雾温度较低，热泳现象较弱，采集烟颗粒时间需要延长，根据经验本次实例采集时间为50s，如果使用普通的镊子夹持碳支持膜，在50s的时间内，较容易出现手酸累现象，普通镊子容易受力不均导致样品掉落。利用本发明的自锁镊子对棉绳阴燃火颗粒采集，并将附有烟颗粒的碳支持膜用电镜扫描，得到的结果较为理想。本实例的镊子不仅可以稳固夹持碳支持膜，将碳支持膜中心直径2mm的采集面积暴露于烟雾中，提高采集效率和质量；而且具有自锁结构，增加的手柄也便于取放镊子，并避免由于错误挤压镊子手柄而导致的样品掉落，从而提高采集火灾烟雾颗粒的成功率和提高样品质量。

Claims (1)

1.一种专用于火灾烟雾颗粒采集的自锁镊子，其特征在于，包括两半部分，两半部分分别为左半镊子和右半镊子，左半镊子和右半镊子通过转轴相连，转轴前端通过有两次折弯的杆连接到夹持碳支持膜的镊子头，转轴后端连接手柄；夹持碳支持膜的镊子头，中心有一个2mm大小的钻孔，从钻孔向镊子头方向开槽，槽宽2mm；左右两半镊子在俯视图上呈对称结构；从侧面视图看，右半镊子从镊子头向转轴方向第一个折弯处折脚为γ度锐角，第二个折角为-β度锐角，角度正负值规则为从转轴向镊子头，顺时针折弯为负，逆时针折弯为正；左半镊子从镊子头向转轴方向第一个折弯处折脚为-γ度锐角，第二个折角为-β度锐角，角度正负值规则为从转轴向镊子头，顺时针折弯为负，逆时针折弯为正；左右两半镊子合起来在转轴后端夹角为α°，角度关系满足β=(α/2)+γ；在右半镊子手柄的下面和左半镊子手柄的上面，相对有一个凸起，起到固定弹簧的目的；将左半镊子和右半镊子通过转轴合在一起，在两手柄凸起之间插入弹簧，无外力作用手柄，弹簧为受压状态，弹簧弹力将两部分镊子头合在一起，此时转轴处夹角为α°。