CN104266974A - 一种强制气流型开放式气室 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于气体浓度检测的强制气流开放式气室，由进气口单元、出气口单元和密封连接通道组成，进气口上装有安装检测光源所需的安装座，出气口上装有安装探测器所需的安装座，连接管上装有温度传感器和压力传感器，气室形式上可分为直通式与弯折式直通式，出气口单元与建筑物的通风井连通，保证气体浓度检测时不存在“死气”现象。气体的流经途径与检测光路重合，光能利用率高，光路中不存在往返反射，有效规避了光干涉，减少光学噪声。气室结构简单、光能利用率高、调试简单、安装方便、成本低廉，特别适用于建筑物早期火灾预警系统中气体浓度的动态检测。
Description
技术领域
本发明属于建筑物火灾早期监测预警技术领域，涉及一种用于建筑物早期火灾预警系统中火灾特征气体浓度动态检测的气室。
背景技术
随着科学技术的发展，特别是二极管激光吸收光谱技术的发展与进步，理论上可以采用二极管激光吸收光谱技术对火灾形成初期所产生的微量有害气体进行探测，而且具有灵敏度高、光谱分辨率高、响应速度快、气体选择性和本质安全性好的特点，不仅检测结果更准确、更可靠、更迅速，而且使得火灾预警时间明显提前，为火灾扑救赢得宝贵时间，在火灾形成的初期实施扑救，最大可能地减少人员伤亡和财产损失。因此，将二极管激光吸收光谱技术应用于火灾早期监测预警具有重大经济、社会效益，应用前景广阔。
气室也称为气体吸收池，是光谱吸收技术探测火灾形成初期所产生的微量特征气体的传感器的核心部件，气室的结构对气体浓度检测的灵敏度、光源的能量利用率、及探测器信号的信噪比都有明显影响。为了保证气体浓度检测的灵敏度，通常要求气体吸收光程在10m以上。
传统的多次反射池主要有White型和Herriott型以及它们的改进型。图1为White型多次反射池的光路示意图，它由三个球面镜组成。图2为Herriott型长程池，它由两个近共焦的等焦距凹面反射镜组成。这些气室的优点是体积小，吸收光程大，气室长度一般为200～300mm，但吸收光程可达十数米，甚至100m。
但是，这些气室存在的共同问题是光反射次数多，少则十数次(气室长度1m),多则数十次，甚至数百次。反射次数的增多带来不利影响，一是反射次数越多,光能损失越大，光能利用率越低；二是，光是在反射镜之间往返反射,对单色性极好的激光很容易产生干涉条纹,这些干涉条纹在探测器上形成光学噪声,使探测器信号信噪比降低；三是，光路调整困难，现场使用安装难度大且长期稳定性有待考证。因此设计一种用于建筑物早起火灾微量特征气体监测的大空间、强制气体型开放式气室具有重要的工程价值和社会经、经济效益，也是建筑物早起火灾预警系统的技术关键之一。
发明内容
本发明的目的是在保证气体吸收光程大于探测系统所需的最短吸收光程(通常为10米)的前提下，简化气室结构，提高光能利用率，规避干涉条纹，提高探测器输出信号的信噪比，保证检测数据可靠。此外考虑气室需要安装在被检测的物理空间，气室的结构尽可能符合室内装饰的要求。
为了实现上述目标，本发明采取以下技术措施：
一种强制气流型开放式气室，包括在建筑物内部安装的进气口单元、出气口单元以及在进气口单元和出气口单元之间设置的密封连接通道，所述的出气口单元与建筑物的通风井管路相通；所述的进气口单元内部设置有光源安装座，供气体浓度光谱吸收探测系统的光源安装；所述的出气口单元内部设置有探测器安装座，供气体浓度光谱吸收探测系统的探测器安装；所述气体浓度光谱吸收探测系统的光源到探测器之间的检测光路与气体在气室内的流动路径重合，且大于气体浓度光谱吸收探测系统所需的最短吸收光程，所述的出气口单元内设置气体流速调整装置。
上述强制气流型开放式气室中，密封连接通道由多只弯管单元和直管单元组合而成，在弯管单元的弯头内部设置有反射镜，供光路从弯管单元的入射端反射至出射端。
上述强制气流型开放式气室中，弯管单元进气端轴线与出气端轴线的交点位于反射镜的反射面上，所述反射镜反射面的法线为进气端轴线与出气端轴线夹角的角分线。
上述强制气流型开放式气室中，反射镜的位置可通过设置在弯头内的紧定螺钉来微调。
上述强制气流型开放式气室中，密封连接通道的截面形状为圆形、正方形或矩形。
上述强制气流型开放式气室中，密封连接通道由多只直管单元组合而成。
上述强制气流型开放式气室中，最短吸收光程大于10m。
上述强制气流型开放式气室中，直管单元内部设置传感器安装座，供温度和压力传感器安装。
上述强制气流型开放式气室中，出气口单元的进气端轴线和出气端轴线垂直，所述的探测器底座安装在正对进气端的位置上。
上述强制气流型开放式气室中，密封连接通道的部件之间通过密封垫进行密封连接。
与已有的各种气室相比，本发明的气室具有如下特点：
一、气室为单通道强制流通式结构，气体在气室中流动时流经整个气室，保证在气体浓度检测时不存在“死气”。同一楼层监测点的气室出气口用集气管并联后通过楼宇的通风井与外界连通，同时气室出气口单元并联汇总处设置气体流速调整装置，调整气体在气室中的流动速度，以确保检测的需要。
二、在气室进气孔的前方设有检测光源安装座，在气室出气孔的后侧设有探测器安装座，使得被检气体的流经途径与吸收光路重合，光能利用率高。连接管上安装的温度与压力传感器，用于修正气体浓度测量结果，同时也是早期火灾测判的要素之一。
三、反射光路简单，调整方便，反射次数少，光能损失小，不存在往返反射，可以有效规避干涉，避免在探测器输出信号中产生光学噪声，有利于提高探测器输出信号的信噪比。
四、气室为积木式结构，可以根据被监测物理空间的具体情况灵活设计气室的弯折形式，结构更符合室内装饰的要求。
附图说明
图1为现有技术中White型多次反射池的光路示意图；
图2为现有技术支持中Herriott型长程池的光路示意图；
图3为本发明弯折式气室的组成示意图
图4为本发明进气口单元的结构示意图；
图5为本发明直管单元的结构示意图；
图6为本发明弯管单元的结构组成示意图；
图7为本发明出气口单元的结构组成示意图；
图8为小面积监测空间的弯折式气室示意图；
图9为直通式气室的组成示意图。
附图标记如下：
1为进气口单元；2为直管单元；3为弯管单元；4为出气口单元；1-1为进气口基体；1-2为端面密封垫；1-3为检测光源安装座；1-4为检测光源密封垫；2-1为直管基体；2-2为传感器安装座；2-3为传感器锁紧螺母；2-4为密封垫；2-5为O型密封圈；2-6为紧定螺钉；3-1为气室管基体；3-2为端面密封垫；3-3为反射镜密封垫；3-4为紧定螺钉；3-5为反射镜；3-6为压板；3-7为连接螺钉；4-1为出气口管基体；4-2为端面密封垫；4-3为探测器安装座；4-4为探测器密封垫。
具体实施方式
如图3所示，本发明的强制气流型开放式气室包括在建筑物内部安装的进气口单元1、出气口单元4以及在进气口单元1和出气口单元4之间设置的密封连接通道，进气口单元1内部设置有光源安装座1-3，供气体浓度光谱吸收探测系统的光源安装；出气口单元4内部设置有探测器安装座4-3，供气体浓度光谱吸收探测系统的探测器安装；气体浓度光谱吸收探测系统的光源到探测器之间的检测光路与气体在气室内的流动路径重合，且大于气体浓度光谱吸收探测系统所需的最短吸收光程。
根据建筑物的结构,气室形式上可分为直通式与弯折式，弯折式气室的密封连接通道由多只弯管单元3和直管单元2组合而成，直通式气室多只直管单元2组合而成。密封连接通道截面形状为圆形,也可以是正方形、矩形等形状；气室只有一个进口和一个出口，出气口单元4与建筑物的通风井管路相通,利用类似烟囱的压差作用使火灾产生的气体从进气孔口进入,出口孔排出，使得气体在气室中流动时流经整个气室，保证在气体浓度检测时不存在“死气”,同时气室出气口单元4并联汇总处设置气体流速调整装置，调整气体在气室中的流动速度，以确保检测的需要。
如图4所示，进气口单元1由进气口基体1-1、光源安装座1-3、密封垫1-2组成，进气口基体1-1上开有进气孔，进气口基体1-1上安装有光源安装座1-3，进气口基体1-1与光源安装座1-3，进气口基体1-1与连接管基体2-1的连接均采用螺纹连接，端面处均采用密封垫1-2密封，光源安装座与光源的连接视光源的结构形式而定，附图4为TO66封装的DFB光源的安装方式，光源与光源安装座1-3用螺钉连接固定，并用密封垫1-4密封。
如图5所示，直管单元2由连接管基体2-1、传感器安装座2-2、锁紧螺母2-3、密封垫2-4、O型密封圈2-5、紧定螺钉2-6组成，连接管基体2-1上可以根据温度、气压传感器的安装要求加工通气孔，通气孔的大小以及位置实际安装要求确定，安装温度传感器和压力传感器的传感器安装座2-2与连接管基体2-1之间采用紧定螺钉2-6连接定位，通气孔的两侧采用O型密封圈2-5进行密封，传感器安装座的数量根据检测需要而定；如果连接管基体2-1上不装设传感器，那么除了两端的连接螺纹外，不做其它加工。
如图6所示，弯管单元3由弯头基体3-1、密封垫3-2、密封垫3-3、紧定螺钉3-4、反射镜3-5、压板3-6、螺钉3-7组成，弯头基体3-1上的进气孔轴线与出气孔轴线相互垂直，弯头基体3-1上的进气孔及出气孔与连接管基体2-1均采用螺纹连接，端面均采用密封垫3-2密封；弯头基体3-1上装有反射镜3-5，反射镜3-5为镀有外反射膜的平板玻璃，进气孔轴线与出气孔轴线的交点位于反射镜的反射面上，反射面的法线为进气孔轴线与出气孔轴线夹角的角分线，反射镜的背面安装有密封垫3-3和压板3-6，并用螺钉3-7固定在弯头基体3-1上，紧定螺钉3-4通过密封垫3-3压紧反射镜，此外，可以通过紧定螺钉3-4微调反射光路。
如图7所示，出气口单元4由出气口基体4-1、密封垫4-2、探测器安装座4-3等组成，其特征在于：出气口基体4-1的进气孔轴线与出气孔的轴线相互垂直，进气孔与连接管基体2-1连接，出气孔与集气管连接，均采用螺纹连接，端面均采用密封垫4-2密封；出气口基体4-1的尾部安装有探测器安装座4-3，探测器安装座4-3与出气口基体4-1采用螺纹连接，端面采用密封垫4-2密封。探测器安装座与探测器的连接根据探测器的结构形式而定，图7示为TO66封装探测器的安装方式，探测器与探测器安装座4-3用螺钉连接固定，并用密封垫4-4密封。
图8为典型监测空间面积偏小时弯折式气室的结构，对面积较小的物理空间气室为弯折式结构，每个弯折拐角处安装气室弯头，弯折的次数，根据气体吸收光程要求与被监测物理空间的大小而定，以9m2的房间为例，满足10m吸收光程的要求时4～5次反射即可，其中图8为5次反射的气室结构。图9则为典型的直通式气室的组成示意图。为了便于满足室内装饰要求，并考虑DFB光源、吸收光路中光斑的大小，探测器尺寸等因素，气室气流通道多采用φ25～30mm左右的圆管，也可以采用类似尺寸的方管或矩形管。
实施时首先根据被监测空间的结构和面积进行气室布局设计，然后根据布局设计确定各连接管部件的长度和结构，主要考虑是否安装传感器安装座及其数量与位置，并以此加工组装各连接管部件；与此同时组装进气口单元和出气口单元。如果是弯折式气室，按照气室布局用气室弯头基体将进气口、连接管及出气口等部件连接为整体。如果是直通式气室，直接连接进气口部件，连接管部件，出气口部件为一整体。
气室加工完成后，开始安装调节吸收光路，首先在气室进气口部件上安装可见光光源，在第一个气室弯头(从光源算起的第一次反射)上安装好反射镜，在下一个气室弯头安装反射镜的位置安装光斑靶标，用以观察、检查反射光斑的位置，通过调整光源位置，及微调第一个反射镜的方位，使反射光斑的位置符合要求，此后用反射镜置换光斑靶标，并安装好第二个气室弯头，如此循环，直至完成最后一个气室弯头的安装。
最后安装调试探测器，通过微调最后一个反射镜的方位，及探测器的位置，使调试探测器的输出信号最佳，此后，拆下可见光光源和调试探测器，整个气室的安装调试即告完成。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (10)
1.一种强制气流型开放式气室，其特征在于：包括在建筑物内部安装的进气口单元(1)、出气口单元(4)以及在进气口单元(1)和出气口单元(4)之间设置的密封连接通道，所述的出气口单元(4)与建筑物的通风井管路相通；
所述的进气口单元(1)内部设置有检测光源安装座(1-3)，供气体浓度光谱吸收探测系统的光源安装；所述的出气口单元(4)内部设置有探测器安装座(4-3)，供气体浓度光谱吸收探测系统的探测器安装；所述气体浓度光谱吸收探测系统的光源到探测器之间的检测光路与气体在气室内的流动路径重合，且大于气体浓度光谱吸收探测系统所需的最短吸收光程。
2.根据权利要求1所述的强制气流型开放式气室，其特征在于：所述的出气口单元(4)内设置气体流速调整装置。
3.根据权利要求1所述的强制气流型开放式气室，其特征在于：所述的密封连接通道由多只弯管单元(3)和直管单元(2)组合而成，在所述弯管单元(3)的弯头内部设置有反射镜(3-5)，供光路从弯管单元的入射端反射至出射端。
4.根据权利要求3所述的强制气流型开放式气室，其特征在于：所述弯管单元(3)进气端轴线与出气端轴线的交点位于反射镜(3-5)的反射面上，所述反射镜反射面的法线为进气端轴线与出气端轴线夹角的角分线；所述反射镜(3-5)的位置可通过设置在弯头内的紧定螺钉来微调。
5.根据权利要求1所述的强制气流型开放式气室，其特征在于：所述的密封连接通道的截面形状为圆形、正方形或矩形。
6.根据权利要求1所述的强制气流型开放式气室，其特征在于：所述的密封连接通道由多只直管单元(2)组合而成。
7.根据权利要求1所述的强制气流型开放式气室，其特征在于：所述最短吸收光程大于10m。
8.根据权利要求3或6所述的强制气流型开放式气室，其特征在于：所述的直管单元(2)内部设置传感器安装座(2-2)，供温度和压力传感器安装。
9.根据权利要求1所述的强制气流型开放式气室，其特征在于：所述的出气口单元(4)的进气端轴线和出气端轴线垂直，所述的探测器底座(4-3)安装在正对进气端的位置上。
10.根据权利要求1所述的强制气流型开放式气室，其特征在于：所述的密封连接通道的部件之间通过密封垫进行密封连接。
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