CN105004580B - 一种可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置及方法，包括燃烧室和控制中心两部分；燃烧室内部设有样品台，样品台中部设有烟颗粒自动采集装置，样品台的一端设有自动点火装置，样品台上固定有样品导线，样品导线的控制电路连接有继电器，燃烧室的两端设有强迫对流产生装置，燃烧室为长方体，其左端开口，右壁面设有圆形进风口，并在圆形进风口处设有风机，前壁面设有长方形观察窗，窗边固定一台摄像机，前壁面右下角设有风机开关和风速调节旋钮。可以获得火蔓延过程中动态火焰不同高度处的烟颗粒形态及分布，及时对线缆火灾的探测及预防。

Description

一种可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置及方法

技术领域

本发明涉及一种适用于模拟航空航天器环境的通电导线燃烧实验装置，尤其涉及一种可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置及方法。

背景技术

导线起火是家庭常规电气火灾和航空航天器火灾的主要原因，研究导线燃烧的烟颗粒形态及分布、火焰传播速率、火焰形貌、火焰温度等对发展线缆火灾安全理论和防治技术有重大意义。

现有导线燃烧实验装置通常包括燃烧室、样品台、点火装置、强迫对流产生装置和图像采集装置。强迫对流产生装置包括风机、通风管道及匀流板。所述点火装置为电热丝线圈点火。

在火灾探测技术中，烟颗粒是进行火灾诊断的重要判据，然而现有的烟颗粒采集技术只能采集静态火焰烟颗粒或阴燃物体表面烟颗粒，暂无法获取导线火蔓延的动态火焰烟颗粒。在传统的热泳采集法中，生物膜在火焰中停留的时间很短，只能获得瞬态烟颗粒，不能获得一段时间内导线火不同高度处的烟颗粒形态及分布。此外，由于导线火焰体积较小，现有的烟颗粒采集方法在采烟的同时容易对火焰造成干扰。研究航空、航天器的通电导线燃烧实验装置常需在模拟相关环境的设备(如低压舱、落塔及航空、航天器等)中工作，其内部空间有限，不能进行人工操作，故现有人工采集烟颗粒及点火的方法不适用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能及时对线缆火灾的探测及预防的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置，包括燃烧室和控制中心两部分；

所述燃烧室内部设有样品台，所述样品台中部设有烟颗粒自动采集装置，所述样品台的一端设有自动点火装置，所述样品台上固定有样品导线，所述样品导线的控制电路连接有继电器，所述燃烧室的两端设有强迫对流产生装置，所述燃烧室为长方体，其左端开口，右壁面设有圆形进风口，并在所述圆形进风口处设有风机，前壁面设有长方形观察窗，窗边固定一台摄像机，前壁面右下角设有风机开关和风速调节旋钮。

所述强迫对流产生装置包括两片匀流板，两块匀流板分别竖直地固定在所述燃烧室的左端开口处和右端靠近样品台处，所述两片匀流板为微孔铝蜂窝芯，所述风机的中心与所述样品导线位于同一高度，所述风机通过圆形通风管道安装在燃烧室内右壁面的圆形进风口处，所述风机的控制电路连接有继电器。

所述烟颗粒自动采集装置包括保护箱，其内设有步进电机、步进电机驱动器，所述步进电机的输出轴伸出保护箱并经由联轴器与螺杆相连，所述螺杆左端装有限位挡块，所述螺杆啮合有螺套，且所述螺套安装在滑块中，所述滑块上方与采烟架固定连接，下方装于固定在样品台的底座上的水平轨道中，所述采烟架包括支撑杆和长方形框架，所述长方形框架所在的平面垂直于所述样品导线，其上均匀搭设SiC纤维矩阵，所述SiC纤维的每个自由端都悬挂重物。

所述自动点火装置包括长方形的腔体，所述腔体的底部设有方形底座，所述腔体的顶壁嵌有中心有圆孔的方形电磁铁，外部套有绝缘管的圆柱形铁柱穿过所述方形电磁铁中心部的圆孔且与腔体之间为活动连接，所述腔体内部在所述圆柱形铁柱与底座之间连接有弹簧，所述绝缘管内部嵌有两根铁棒，两根铁棒伸出绝缘管上端后分别与电热丝的两端相连，所述电热丝和电磁铁的控制电路连接有同一个继电器。

本发明的上述的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置实现通电导线燃烧实验的方法，包括步骤：

开启摄像机，其获得的图像信息同步传送给计算机，继电器控制样品导线通电，继电器控制风机开启，此时外界空气由进风口进入燃烧室并形成均匀、稳定的流场，继电器控制自动点火装置中的电热丝和电磁铁同时通电，电磁铁吸合铁柱并带动电热丝伸出腔体为样品导线加热；

点火成功后，火焰从着火点出发沿着样品导线水平传播，此时电热丝和电磁铁同时断电，铁柱在弹簧回复力作用下回到腔体；

以某点为原点沿着火焰传播的方向建立位置坐标系，则烟颗粒自动采集装置中滑块的右极限位置为S1，左极限位置为S2；

计算机对视频图像进行处理获得火焰中心位置X和火焰传播速度V，并进行以下指令：

当X<S1时，步进电机静止；

当S1≤X<S2时，采烟过程开始，步进电机以转速α＝V/n运行，n为螺杆的螺距，与步进电机相连的螺杆驱动滑块在水平轨道上以速度V运动，此时采烟架和火焰达到了同步运动，SiC纤维矩阵与火焰持续接触使得烟颗粒不断在其表面累积；

当X≥S2时，步进电机21停止，一段时间后步进电机21反向旋转并回到原来的位置，接着继电器b16控制样品导线11断电，继电器c17控制风机7断电，实验结束；

SiC纤维矩阵上采集到的烟颗粒样本用碳胶带取下，再喷洒铂粉后就能在扫描电镜下观察获得火焰不同高度处的烟颗粒形态及分布。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置及方法，由于在现有装置基础上设计了烟颗粒自动采集系统，使得自动采烟装置与火焰同步运动，火焰不同高度处的烟颗粒逐渐在采烟架上累积，以此获得火蔓延过程中动态火焰不同高度处的烟颗粒形态及分布，可自动点火及采集通电导线燃烧火蔓延过程中火焰烟颗粒的实验，及时对线缆火灾的探测及预防。

附图说明

图1为本发明实施例提供的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中燃烧室的外部示意图；

图3为本发明实施例中烟颗粒自动采集装置示意图；

图4为本发明实施例中自动点火装置示意图；

图5为本发明实施例的硬件框图；

图6为本发明实施例的软件流程图。

图中：

1、燃烧室，2、烟颗粒自动采集装置，3、接线柱，4、电木板，5、样品台，6、弹簧a，7、风机，8、通风管道，9、自动点火装置，10、匀流板，11、样品导线，12、控制中心，13、计算机，14、单片机，15、继电器a，16、继电器b，17、继电器c，18、步进电机控制卡，20、保护箱，21、步进电机，22、步进电机驱动器，23、联轴器，24、螺杆，25、限位挡块，26、水平轨道，27、滑块，28、采烟架，29、SiC纤维，30、重物，31、观察窗，32、摄像机，33、风机开关，34、风速调节旋钮，40、底座，41、腔体，42、弹簧b，43、铁柱，44、电磁铁，45、绝缘管，46、保护帽，47、电热丝，48、铁棒；

S1为滑块的右极限位置，S2为滑块的左极限位置，X为火焰中心位置，V为火焰传播速度，n为螺杆的螺距，α为步进电机转速。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。

本发明的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置，其较佳的具体实施方式是：

包括燃烧室和控制中心两部分；

所述燃烧室内部设有样品台，所述样品台中部设有烟颗粒自动采集装置，所述样品台的一端设有自动点火装置，所述样品台上固定有样品导线，所述样品导线的控制电路连接有继电器，所述燃烧室的两端设有强迫对流产生装置，所述燃烧室为长方体，其左端开口，右壁面设有圆形进风口，并在所述圆形进风口处设有风机，前壁面设有长方形观察窗，窗边固定一台摄像机，前壁面右下角设有风机开关和风速调节旋钮。

所述强迫对流产生装置包括两片匀流板，两块匀流板分别竖直地固定在所述燃烧室的左端开口处和右端靠近样品台处，所述两片匀流板为微孔铝蜂窝芯，所述风机的中心与所述样品导线位于同一高度，所述风机通过圆形通风管道安装在燃烧室内右壁面的圆形进风口处，所述风机的控制电路连接有继电器。

所述烟颗粒自动采集装置包括保护箱，其内设有步进电机、步进电机驱动器，所述步进电机的输出轴伸出保护箱并经由联轴器与螺杆相连，所述螺杆左端装有限位挡块，所述螺杆啮合有螺套，且所述螺套安装在滑块中，所述滑块上方与采烟架固定连接，下方装于固定在样品台的底座上的水平轨道中，所述采烟架包括支撑杆和长方形框架，所述长方形框架所在的平面垂直于所述样品导线，其上均匀搭设SiC纤维矩阵，所述SiC纤维的每个自由端都悬挂重物。

所述自动点火装置包括长方形的腔体，所述腔体的底部设有方形底座，所述腔体的顶壁嵌有中心有圆孔的方形电磁铁，外部套有绝缘管的圆柱形铁柱穿过所述方形电磁铁中心部的圆孔且与腔体之间为活动连接，所述腔体内部在所述圆柱形铁柱与底座之间连接有弹簧，所述绝缘管内部嵌有两根铁棒，两根铁棒伸出绝缘管上端后分别与电热丝的两端相连，所述电热丝和电磁铁的控制电路连接有同一个继电器。

所述绝缘管的上端固定有保护帽。

所述样品台包括一个底座和两个长方体支架，其中一个支架上固定一块电木板，另一支架上固定有横梁，所述横梁上滑动套有一块中空的电木板，所述中空的电木板与支架之间连接有弹簧，两块电木板上表面各固定一个接线柱，且两接线柱顶端位于同一水平高度，所述样品导线水平地连接在两接线柱之间。

所述控制中心设有计算机，所述计算机与所述摄像机相连，所述计算机连接有单片机，所述单片机的三个接口分别与所述自动点火装置、样品导线和风机的控制电路的三个继电器连接，所述计算机与步进电机控制卡、步进电机驱动器、步进电机依次相接。

本发明的上述的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置实现通电导线燃烧实验的方法，其较佳的具体实施方式是：

包括步骤：

开启摄像机，其获得的图像信息同步传送给计算机，继电器控制样品导线通电，继电器控制风机开启，此时外界空气由进风口进入燃烧室并形成均匀、稳定的流场，继电器控制自动点火装置中的电热丝和电磁铁同时通电，电磁铁吸合铁柱并带动电热丝伸出腔体为样品导线加热；

点火成功后，火焰从着火点出发沿着样品导线水平传播，此时电热丝和电磁铁同时断电，铁柱在弹簧回复力作用下回到腔体；

以某点为原点沿着火焰传播的方向建立位置坐标系，则烟颗粒自动采集装置中滑块的右极限位置为S1，左极限位置为S2；

计算机对视频图像进行处理获得火焰中心位置X和火焰传播速度V，并进行以下指令：

当X<S1时，步进电机静止；

当S1≤X<S2时，采烟过程开始，步进电机以转速α＝V/n运行，n为螺杆的螺距，与步进电机相连的螺杆驱动滑块在水平轨道上以速度V运动，此时采烟架和火焰达到了同步运动，SiC纤维矩阵与火焰持续接触使得烟颗粒不断在其表面累积；

当X≥S2时，步进电机21停止，一段时间后步进电机21反向旋转并回到原来的位置，接着继电器b16控制样品导线11断电，继电器c17控制风机7断电，实验结束；

SiC纤维矩阵上采集到的烟颗粒样本用碳胶带取下，再喷洒铂粉后就能在扫描电镜下观察获得火焰不同高度处的烟颗粒形态及分布。

本发明的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置，在现有装置基础上设计了烟颗粒自动采集系统，使得自动采烟装置与火焰同步运动，火焰不同高度处的烟颗粒逐渐在采烟架上累积，以此获得火蔓延过程中动态火焰不同高度处的烟颗粒形态及分布。此外，本发明改进了现有点火装置，使其在点火成功后自动撤离导线表面，从而防止电热丝线圈的热辐射对导线的燃烧产生干扰。

本发明的主体部分包括燃烧室和控制中心两部分。所述燃烧室内部包含样品台、烟颗粒自动采集装置、自动点火装置、强迫对流产生装置。所述燃烧室为长方体，其左端开口，右壁面设有圆形进风口，前壁面设有长方形观察窗，窗边固定一台摄像机，其视线垂直于样品台上的样品导线，前壁面右下角设有风机开关和风速调节旋钮。所述控制中心由一台计算机、单片机、三个继电器、步进电机控制卡组成：计算机与单片机相接，单片机的三个接口分别与三个继电器连接，所述三个继电器分别与自动点火装置、样品导线、风机相连以控制相应电源的通断；所述计算机与摄像机相连；计算机、步进电机控制卡、步进电机驱动器、步进电机依次相接可实现步进电机调速、正反向旋转的自动控制。

烟颗粒自动采集系统。所述烟颗粒自动采集系统包括：摄像机、烟颗粒自动采集装置、控制中心。所述烟颗粒自动采集装置包括：保护箱，其内设有步进电机、步进电机驱动器；所述步进电机的输出轴伸出保护箱并经由联轴器与螺杆相连；所述螺杆左端装有限位挡块，螺杆与螺套配合使用，且螺套安装在长方体滑块中；所述滑块上方与采烟架固定连接，下方在固定于样品台底座上的水平轨道上滑动；所述采烟架由支撑杆和长方形框架构成，长方形框架所在平面垂直于样品导线，其上均匀搭设SiC纤维矩阵；所述SiC纤维的每个自由端都悬挂一定质量的重物以使其在实验过程中保持水平、拉直状态。以某点为原点沿样品导线方向建立位置坐标系X，则滑块的右极限位置为S1，左极限位置为S2。样品导线点火成功后火焰将沿样品导线做直线运动。摄像机获取一帧实验图像后立即传输给计算机，计算机将获得的RGB图像先转化灰度图，经阈值分割后再转化为二值图，从而识别火焰区域。二值图经像素统计可获得火焰中心位置X，相邻两帧图像的火焰位置变化可求得火焰运动速度V。计算机通过判断使得火焰中心位置X小于S1时步进电机保持静止；当火焰中心位置X在S1和S2之间时，步进电机驱动器发出一定频率的脉冲信号使步进电机以转速α＝V/n运行，n为螺杆的螺距，步进电机驱动螺杆旋转并带动滑块在水平轨道上滑动，则与螺杆连接的采烟架正好以速度V和火焰同步运动；当火焰中心位置X继续运动到S2时，步进电机停止运行；经过一段时间后火焰熄灭，步进电机反转并回到S1处等待下一次实验。在此过程中，火焰不同高度处的烟颗粒逐渐在相应高度处的SiC纤维上累积，进而获得烟颗粒采集样本。SiC纤维耐高温，直径小，在采集烟颗粒的过程中对火焰的影响可忽略不计，国内外已有学者使用SiC纤维采集火焰位置固定的静态火焰烟颗粒且取得了很好的效果。此外，SiC纤维采集的样品可保存长达一个月而不会毁坏。

所述自动点火装置包括：长方形腔体，底部为方形底座；腔体内部所设弹簧一端与底座相连，另一端与腔体内部的圆柱形铁柱固定连接；中心有圆孔的方形电磁铁嵌在腔体顶端；绝缘管与所述铁柱固定连接，所述绝缘管穿过电磁铁的圆孔且与腔体之间为活动连接；所述绝缘管内部嵌有两根铁棒，且铁棒伸出绝缘管一段距离与电热丝相连；所述绝缘管端部固定有保护帽。所述自动点火装置中的电热丝和电磁铁由控制中心的同一个继电器控制电路通断，当电路接通时，电热丝发热，电磁铁具有磁性并吸合铁柱，与此同时，固定在铁柱上的绝缘管带动两根铁棒和电热丝伸出腔体并为样品导线加热。点火成功后，由继电器控制断开电路，电热丝开始冷却，电磁铁失去磁性，铁柱在弹簧的回复力作用下带动绝缘管回到腔体内。

所述样品台包括：一个底座和两个长方体支架，其中一个支架上固定一个长方体电木板，另一支架由长方体竖梁和长方体横梁固定连接；为使样品导线在燃烧过程中保持水平绷直的状态，一块中空的方形电木板可滑动地套在支架的横梁上，一根弹簧的两端分别连接中空电木板和支架；所述两个电木板上表面各固定一个接线柱，且两接线柱顶端位于同一水平高度；样品导线水平地连接在两接线柱之间。所述样品导线由控制中心的一个继电器控制电流通断。

所述强迫对流产生装置包括：两片匀流板分别竖直地固定在燃烧室左端开口处及右端靠近样品台处，所述两片匀流板为微孔铝蜂窝芯；风机的中心与样品导线位于同一高度处，且固定于右端匀流板的右侧一定距离处；圆形通风管道安装在燃烧室内部，其出风口固定在风机右侧，进风口固定在燃烧室右壁面，与外界相通。所述风机由控制中心的一个继电器控制电流通断，风机风速的调节可通过使用单片机上的PWM功能实现。此外，燃烧室前壁面的右下角设有风机开关和风速调节旋钮用于人工操作。风机开动后，外界气体由进风口进入燃烧室，经过匀流板后形成稳定、均匀的强迫对流环境。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明设计了烟颗粒自动采集系统，能够自动监测火焰中心位置并使得采烟装置与导线火焰同步运动，从而获取火焰不同高度处的烟颗粒形态及分布。本发明的烟颗粒采集过程对导线燃烧的影响可忽略不计。

本发明中的自动点火装置不仅实现了自动点火，而且能在点火成功后自动撤离导线表面，避免电热丝的热辐射对导线的燃烧产生影响；

由于实验操作过程实现了自动化控制，本发明可在一些模拟实验条件的设备(低压舱、落塔及航空、航天器等)中工作，为导线燃烧实验提供通电电流和强迫对流环境，便于进行多条件耦合作用下的导线燃烧实验，为科研工作带来便利。

具体实施例：

如图1和图2所示，本发明包括燃烧室1和控制中心12两部分。所述燃烧室1内部包含样品台5、烟颗粒自动采集装置2、自动点火装置9、强迫对流产生装置。所述燃烧室1为长方体，其左端开口，右壁面设有圆形进风口，前壁面设有长方形观察窗31，窗边固定一台摄像机32用于实时监测样品导线11燃烧过程；前壁面右下角设有风机开关33和风速调节旋钮34。所述控制中心12用于实现燃烧室1中各装置的自动控制，其硬件框图如图5所示：计算机13与摄像机32相连；计算机13与单片机14相接，单片机14的三个接口分别与继电器a15、继电器b16、继电器c17连接，所述三个继电器分别与燃烧室1中的自动点火装置9、样品导线11、风机7相连以控制相应电路的通断；计算机13、步进电机控制卡18、步进电机驱动器22、步进电机21依次相接可实现步进电机调速、正反向旋转的自动控制。

烟颗粒自动采集系统。所述烟颗粒自动采集系统包括：摄像机32、烟颗粒自动采集装置2和控制中心12。如图3所示，所述烟颗粒自动采集装置2包括：保护箱20，其内设有步进电机21、步进电机驱动器22；所述步进电机的输出轴伸出保护箱20并经由联轴器23与螺杆24相连；所述螺杆24左端装有限位挡块25，螺杆24与螺套配合使用，且螺套安装在滑块27中，滑块27为长方体；所述滑块27上方与采烟架28固定连接，下方可在固定于样品台5底座上的水平轨道26上滑动；所述采烟架28由支撑杆和长方形框架构成，长方形框架所在平面垂直于样品导线11，其上均匀搭设SiC纤维29矩阵；所述SiC纤维29的每个自由端都悬挂一定质量的重物30以使其在实验过程中保持水平、拉直状态。以某点为原点沿样品导线11方向建立位置坐标系X，则滑块的右极限位置为S1，左极限位置为S2。样品导线11点火成功后火焰将沿样品导线11做直线运动。摄像机32获取一帧实验图像后立即传输给计算机13，计算机13将获得的RGB图像先转化灰度图，经阈值分割后再转化为二值图，从而识别火焰区域。二值图经像素统计可获得火焰中心位置X，相邻两帧图像的火焰位置变化可求得火焰运动速度V。通过程序判断使得火焰中心位置X小于S1时步进电机21保持静止；当火焰中心位置X在S1和S2之间时，步进电机驱动器22发出一定频率的脉冲信号使步进电机21启动且以转速α＝V/n运行，n为螺杆24的螺距，步进电机21驱动螺杆24旋转并带动滑块27在水平轨道26上滑动，此时与螺杆24连接的采烟架28以速度V和火焰同步运动；当火焰中心位置X继续运动到S2时，步进电机21停止运行；经过一段时间后火焰熄灭，步进电机21反转并回到S1处等待下一次实验。在此过程中，火焰不同高度处的烟颗粒逐渐在相应高度处的SiC纤维29上累积，进而获得动态火焰烟颗粒的采集样本。

如图4所示，自动点火装置9包括：长方形腔体41，底部为方形底座40；腔体41内部所设弹簧b42一端与底座40相连，另一端与腔体41内部的圆柱形铁柱43固定连接；中心有圆孔的方形电磁铁44嵌在腔体41顶端；绝缘管45与所述铁柱43固定连接，所述绝缘管45穿过电磁铁44的圆孔且与腔体41之间为活动连接；所述绝缘管45内部嵌有两根铁棒48，且伸出绝缘管45一段距离与电热丝47相连；所述绝缘管45端部固定有保护帽46。所述自动点火装置9中的电热丝47和电磁铁44同时由继电器a15控制电路通断，当电路接通时，电热丝47发热，电磁铁44具有磁性并吸合铁柱43，与此同时，固定在铁柱43上的绝缘管45带动两根铁棒48和电热丝47伸出腔体41并为样品导线11加热。点火成功后，由继电器a15控制断开电路，电热丝47开始冷却，电磁铁44失去磁性，铁柱43在弹簧b42的回复力作用下带动绝缘管45回到腔体41内。

所述样品台5包括：一个底座和两个长方体支架，其中一个支架上固定一个长方体电木板4，另一支架由长方体竖梁和长方体横梁固定连接；为使样品导线11在燃烧过程中保持水平绷直的状态，一块中空的方形电木板4可滑动地套在支架的横梁上，弹簧a6的两端分别连接中空电木板4和支架；所述两个电木板4上表面各固定一个接线柱3，且两接线柱3顶端位于同一水平高度；样品导线11水平地连接在两接线柱3之间。所述样品导线11由继电器b16控制电流通断。

所述强迫对流产生装置包括：两片匀流板10分别竖直地固定在燃烧室1左端开口处及右端靠近样品台5处，所述两片匀流板10为微孔铝蜂窝芯；风机7的中心与样品导线11位于同一高度处，且固定于右端匀流板10的右侧一定距离处；圆形通风管道8安装在燃烧室1内部，其出风口固定在风机7右侧，进风口固定在燃烧室1右壁面，与外界相通。所述风机7由继电器c17控制电流通断，风速的调节可通过使用单片机14上的PWM功能实现。此外，燃烧室1前壁面的右下角设有风机开关33和风速调节旋钮34用于人工操作。风机7开动后，外界气体由进风口进入燃烧室1，经过匀流板10后形成稳定、均匀的强迫对流环境。

本发明为导线燃烧提供了通电、强迫对流的环境，采集了包括火焰图像特征与火焰烟颗粒在内的研究参数，在实际研究中，可根据研究目标合理选取导线的实验工况。本发明的各个实验流程均采用自动控制，一般地，软件流程可如图6所示，实验过程如下：

开启摄像机32，其获得的图像信息同步传送给计算机13，继电器b16控制样品导线11通电，继电器c17控制风机7开启，此时外界空气由进风口进入燃烧室1并形成均匀、稳定的流场。继电器a15控制自动点火装置9中的电热丝47和电磁铁44同时通电，电磁铁44吸合铁柱43并带动电热丝47伸出腔体41为样品导线11加热。点火成功后，火焰从着火点出发沿着样品导线11水平传播，此时电热丝47和电磁铁44同时断电，铁柱43在弹簧b42回复力作用下回到腔体41。以某点为原点沿着火焰传播的方向建立位置坐标系，则烟颗粒自动采集装置2中滑块27的右极限位置为S1，左极限位置为S2。计算机13对视频图像进行处理获得火焰中心位置X和火焰传播速度V。当X<S1时，步进电机21静止；当S1≤X<S2时，采烟过程开始，步进电机21以转速α＝V/n运行，n为螺杆24的螺距，与步进电机21相连的螺杆24驱动滑块27在水平轨道26上以速度V运动，此时采烟架28和火焰达到了同步运动，SiC纤维29矩阵与火焰持续接触使得烟颗粒不断在其表面累积；当X≥S2时，步进电机21停止，一段时间后步进电机21反向旋转并回到原来的位置，接着继电器b16控制样品导线11断电，继电器c17控制风机7断电，实验结束。SiC纤维29矩阵上采集到的烟颗粒样本用碳胶带取下，再喷洒铂粉后就可以在扫描电镜下观察获得火焰不同高度处的烟颗粒形态及分布。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置，其特征在于，包括燃烧室和控制中心两部分；

所述燃烧室内部设有样品台，所述样品台中部设有烟颗粒自动采集装置，所述样品台的一端设有自动点火装置，所述样品台上固定有样品导线，所述样品导线的控制电路连接有继电器b(16)，所述燃烧室的两端设有强迫对流产生装置，所述燃烧室为长方体，其左端开口，右壁面设有圆形进风口，并在所述圆形进风口处设有风机，前壁面设有长方形观察窗，窗边固定一台摄像机，前壁面右下角设有风机开关和风速调节旋钮；

所述强迫对流产生装置包括两片匀流板，两块匀流板分别竖直地固定在所述燃烧室的左端开口处和右端靠近样品台处，所述两片匀流板为微孔铝蜂窝芯，所述风机的中心与所述样品导线位于同一高度，所述风机通过圆形通风管道安装在燃烧室内右壁面的圆形进风口处，所述风机的控制电路连接有继电器c(17)；

所述烟颗粒自动采集装置包括保护箱，其内设有步进电机、步进电机驱动器，所述步进电机的输出轴伸出保护箱并经由联轴器与螺杆相连，所述螺杆左端装有限位挡块，所述螺杆啮合有螺套，且所述螺套安装在滑块中，所述滑块上方与采烟架固定连接，下方装于固定在样品台的底座上的水平轨道中，所述采烟架包括支撑杆和长方形框架，所述长方形框架所在的平面垂直于所述样品导线，其上均匀搭设SiC纤维矩阵，所述SiC纤维的每个自由端都悬挂重物；

所述自动点火装置包括长方形的腔体，所述腔体的底部设有方形底座，所述腔体的顶壁嵌有中心有圆孔的方形电磁铁，外部套有绝缘管的圆柱形铁柱穿过所述方形电磁铁中心部的圆孔且与腔体之间为活动连接，所述腔体内部在所述圆柱形铁柱与底座之间连接有弹簧，所述绝缘管内部嵌有两根铁棒，两根铁棒伸出绝缘管上端后分别与电热丝的两端相连，所述电热丝和电磁铁的控制电路连接有同一个继电器a(15)。

2.根据权利要求1所述的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置，其特征在于，所述绝缘管的上端固定有保护帽。

3.根据权利要求1所述的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置，其特征在于，所述样品台包括一个底座和两个长方体支架，其中一个支架上固定一块电木板，另一支架上固定有横梁，所述横梁上滑动套有一块中空的电木板，所述中空的电木板与支架之间连接有弹簧，两块电木板上表面各固定一个接线柱，且两接线柱顶端位于同一水平高度，所述样品导线水平地连接在两接线柱之间。

4.根据权利要求1、2或3所述的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置，其特征在于，所述控制中心设有计算机，所述计算机与所述摄像机相连，所述计算机连接有单片机，所述单片机的三个接口分别与继电器a(15)、继电器b(16)和继电器c(17)相连，三个继电器分别与所述自动点火装置、样品导线和风机的控制电路连接，所述计算机与步进电机控制卡、步进电机驱动器、步进电机依次相接。

5.一种权利要求4所述的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置实现通电导线燃烧实验的方法，其特征在于，包括步骤：

开启摄像机，其获得的图像信息同步传送给计算机，继电器b(16)控制样品导线(11)通电，继电器c(17)控制风机(7)开启，此时外界空气由进风口进入燃烧室并形成均匀、稳定的流场，继电器a(15)控制自动点火装置中的电热丝和电磁铁同时通电，电磁铁吸合铁柱并带动电热丝伸出腔体为样品导线加热；

点火成功后，火焰从着火点出发沿着样品导线水平传播，此时电热丝和电磁铁同时断电，铁柱在弹簧回复力作用下回到腔体；

以某点为原点沿着火焰传播的方向建立位置坐标系，则烟颗粒自动采集装置中滑块的右极限位置为S1，左极限位置为S2；

计算机对视频图像进行处理获得火焰中心位置X和火焰传播速度V，并进行以下指令：

当X<S1时，步进电机静止；

当S1≤X<S2时，采烟过程开始，步进电机以转速α＝V/n运行，n为螺杆的螺距，与步进电机相连的螺杆驱动滑块在水平轨道上以速度V运动，此时采烟架和火焰达到了同步运动，SiC纤维矩阵与火焰持续接触使得烟颗粒不断在其表面累积；

当X≥S2时，步进电机(21)停止，一段时间后步进电机(21)反向旋转并回到原来的位置，接着继电器b(16)控制样品导线(11)断电，继电器c(17)控制风机(7)断电，实验结束；

SiC纤维矩阵上采集到的烟颗粒样本用碳胶带取下，再喷洒铂粉后就能在扫描电镜下观察获得火焰不同高度处的烟颗粒形态及分布。