CN105181397A - 一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统，该系统包括一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置，以及与该装置无线连接的后台监控单元。具体的，该装置包括安全保护单元，以及安装于所述安全保护单元内部的气体采样预处理单元、气体混合稀释单元、气体检测单元、通讯控制单元。该混合气体采样检测系统具有方便携带、快速部署、准确检测的特点，通过自动取样、混合气体稀释、分样检测的方式，实现了对弹药爆炸杀伤区内对混合气体中各种浓度的检测，通过分析混合气体浓度，有助于研究不同弹药组份及综合杀伤因子之间的理化性质和因果关系，不但是武器效能试验中的一种必要手段，也是战场医疗救护中不可忽视的次生伤害信息。

Description

一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统

技术领域

本发明涉及气体检测领域，特别涉及一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统。

背景技术

随着时代发展与需要，气体的采样检测技术已经在各种领域有着广泛的应用，尤其是在石油化工、制药、食品、水处理及烟草等领域，然而，还没有针对弹药爆炸杀伤区中的气体取样检测系统。

一方面，在弹药发生爆炸时，弹药效能的瞬间释放不仅伴随着多重物理杀伤，如破片、土石、冲击波、高温、火焰等，同时也会产生一定的化学伤害，如CO气体和NO气体会使生物中毒，CO2气体饱和以及O2燃烧会导致缺氧窒息等，往往这些伤害又相互叠加。因此，对弹药爆炸杀伤区内多种有害气体(这里简称为混合气体)进行即时采样检测是非常有必要的。

另一方面，目前市场上的气体检测装置可分为固定式或便携式，多数都是基于防范有毒气体对人体造成中毒伤害或可燃气体达到着火、爆炸的极限浓度的安全检测类仪表，其量程设计取决于人体耐受有毒气体的最高浓度(瞬间致死量ID)和可燃气体是否达到的爆炸下限(LEL)，而弹药爆炸杀伤区现场气体的真实浓度远远超出常规气体检测装置仪表所能检测的最大量程，而只有部分气相色谱仪可以对气体进行检测，但目前只能用于实验室，而无法用于野外试验这种特殊环境。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种采样检测弹药爆炸杀伤区混合气体的系统。

本发明采用以下技术方案：

一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统，包括一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置，以及与所述弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置无线连接的后台监控单元。所述弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置包括安全保护单元，以及安装于所述安全保护单元内部的气体采样预处理单元、气体混合稀释单元、气体检测单元、气体排出单元、通讯控制单元；其中：所述安全保护单元用于对其内部的各个单元提供装配平台和安全保护；所述气体采样预处理单元用于对所述弹药爆炸杀伤区现场混合气体进行采样及预处理，以提供给所述气体混合稀释单元进行稀释，和/或提供给所述气体检测单元进行检测；所述预处理包括对采样的混合气体进行过滤、干燥，以及压力与温度监测；所述气体混合稀释单元用于对采样的混合气体进行稀释，从而为所述气体检测单元提供符合稀释比例的混合气气样；所述气体检测单元用于检测采样的混合气体和/或所述混合气气样中各种气体的浓度；所述气体排出单元用于在所述气体检测单元检测完气体浓度之后将气体排出；所述通讯控制单元用于接收、存储和发送信息，以及控制上述各个单元正常工作，除此以外，还可以用于给上述各个单元供电；所述后台监控单元用于远程控制所述弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置的启停，并且接收、显示、存储并分析实验结果。

进一步，所述安全保护单元为外壳保护箱，所述外壳保护箱为316不锈钢材质，所述外壳保护箱的体积为600mm×600mm×600mm，方便携带。

进一步，所述气体采样预处理单元包括采样管、吸气泵，以实现通过吸气泵经采样管对混合气体进行采样。所述采样管和所述吸气泵的第一端之间连接有过滤器，所述吸气泵的第二端连接有压力/温度传感器，以实现对采样的混合气体进行预处理,所述预处理包括对采样的混合气体进行过滤、干燥，以及压力与温度监测。所述采样管为自动伸缩采样管。

进一步，所述气体混合稀释单元包括气体质量流量控制器、混气调节控制器、压缩空气储气罐、螺旋混气罐，以实现通过控制所述气体质量流量控制器将所述压缩空气储气罐中的空气与采样的混合气体在所述螺旋混气罐中稀释成适当比例。

进一步，所述通讯控制单元包括CPU模块、无线通信模块、电源模块，存储模块。所述无线通信模块为ZigBit无线模块。

进一步，所述气体检测单元包括O₂气体检测仪、CO₂气体检测仪、CO气体检测仪、NO气体检测仪，以实现对CO₂、CO、NO和O₂浓度的检测，其中所述O₂检测仪可以对所述气体采样预处理单元采样的混合气体中的O2浓度直接进行检测，所述CO2气体检测仪检、所述CO气体检测仪、所述NO气体检测仪可以对所述符合稀释比例的混合气气样进行检测。送达所述CO检测仪的混合气气样的稀释比例为200倍，送达所述NO检测仪的混合气气样的稀释比例为20倍，送达所述CO₂检测仪的混合气气样的稀释比例为4倍。

进一步，所述后台监控单元为无线通信终端。所述无线通信终端为笔记本电脑。

本发明的有益效果：本混合气体采样检测系统具有方便携带、快速部署、准确检测的特点，通过自动取样、混合气体稀释、分样检测的方式，实现了同时对弹药爆炸杀伤区内混合气体中各种气体浓度的检测，通过分析混合气体浓度，有助于研究不同弹药组份及综合杀伤因子之间的理化性质和因果关系，不但是武器效能试验中的一种必要手段，也是战场医疗救护中不可忽视的次生伤害信息。

附图说明

图1所示本发明一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统的结构框图；

图2为本发明所提供的一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明一种具体实施例中箱体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

由于弹药爆炸杀伤区现场混合气体的浓度远远超出各种常规气体检测装置仪表所能检测的最大量程，为了实现对如此高浓度的混合气体进行即时检测，本发明在对混合气体进行稀释的基础上再送达各个气体检测装置进行检测，然而，混合气体中不同气体的浓度范围不同，所适用的气体检测装置的量程、传感器性能也不同，要做到同时检测、准确检测，本发明采用了一种自动取样、混气稀释、分样检测的方式。具体的技术方案如下：

图1所示本发明一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统的结构框图，该系统包括一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置10，以及与该弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置10无线连接的后台监控单元20。

具体的，弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置10包括安全保护单元100，以及安装于安全保护单元100内部的气体采样预处理单元200、气体混合稀释单元300、气体检测单元400、气体排出单元500、通讯控制单元600。其中：

安全保护单元100用于对其内部的各个单元提供装配平台和安全保护，进一步，安全保护单元100为外壳保护箱。为了适应野外试验，特别是爆炸试验这种特殊环境，优选的，安全保护单元100为具有钛铝合金材质框架结构体的316不锈钢材质的外壳保护箱。

气体采样预处理单元200用于对所述弹药爆炸杀伤区现场混合气体进行采样及预处理，以提供给气体混合稀释单元300进行稀释，和/或提供给气体检测单元400进行检测。所述预处理包括对采样的混合气体进行过滤、干燥，以及压力与温度监测。进一步，气体采样预处理单元200包括采样管、吸气泵，以实现通过吸气泵经采样管对混合气体进行采样，优选的，所述采样管为自动伸缩采样管。更进一步，所述采样管和所述吸气泵的第一端之间连接有过滤器，所述吸气泵的第二端连接有压力/温度传感器，以实现对采样的所述混合气体进行预处理。

气体混合稀释单元300用于对采样的混合气体进行稀释，从而为气体检测单元400提供符合稀释比例的混合气气样。进一步，气体混合稀释单元300包括气体质量流量控制器、压缩空气储气罐、螺旋混气罐，以实现通过控制所述气体质量流量控制器将所述压缩空气储气罐中的空气与采样的混合气体在所述螺旋混气罐中稀释成适当比例。

气体检测单元400用于检测采样的所述混合气体和/或所述混合气气样中各种气体的浓度。

气体排出单元500用于在气体检测单元400检测完气体浓度之后将气体排出。进一步，气体排出单元500包括排气管。

通讯控制单元600可通过无线方式与后台监控单元20进行连接，用于接收、存储和发送信息，以及控制所述气体采样预处理单元、所述气体混合稀释单元、所述气体检测单元正常工作，除此以外，还可以用于给上述各个单元供电。进一步，通讯控制单元15包括CPU模块、无线通信模块、电源模块、存储模块等。优选的，所述无线通信模块为ZigBit无线模块。

后台监控单元20，用于远程控制所述弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置10的启停，并且接收、显示、存储并分析实验结果。进一步，后台监控单元20为无线通信终端，优选的，所述无线通信终端为笔记本电脑。为了防止笔记本电脑损坏或他人窃取笔记本电脑中的信息，可以将其放入便携式密码箱中。

在一种具体实施方式中，对于弹药爆炸杀伤区混合气体的采样检测主要针对4种气体，分别是氧气(O₂)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)和一氧化氮(NO)。由于O₂气体检测仪的量程满足用户的检测要求，因此O₂浓度的检测不需要对混合气体进行稀释就可以直接检测，其过程为直接吸气——检测——外排；然而爆炸现场中其他三种气体浓度远远超出各种常规气体检测装置仪表所能检测的最大量程，依次对应的气体检测仪在检测气体浓度前需要将采样的混合气体进行稀释，其过程为吸气——稀释——检测——外排，因此气体混合稀释单元在整个系统中的结构最为复杂，其作用十分关键，三个不同的稀释比例意味着要有三条气路将采样的混合气体分别在三个螺旋混气罐中进行稀释，再分别把不同稀释比例的混合气体气样送达各自的气体检测仪。其中，送达CO检测仪的混合气气样的稀释比例为200倍，送达CO₂检测仪的混合气气样的稀释比例为4倍，送达NO检测仪的混合气气样的稀释比例为20倍。

如图2所示，一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统包括一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置11和与该弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置11无线连接的笔记本电脑21。

在一种具体实施方式中，结合图3所示，该弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置11包括外壳保护箱101，外壳保护箱101外部的两侧设置有搬运把手102，外壳保护箱101上表面中心具有装卸吊环103，除此以外，外壳保护箱101上表面还开有O₂检测进气口104、O₂检测排气口105、CO检测进气口106、CO检测排气口107、CO₂检测进气口108、CO₂检测排气口109、NO检测进气口110、NO检测排气口111。优选的，外壳保护箱101的体积为600mm×600mm×600mm。

外壳保护箱101内部可以分上下两层，压缩空气储气罐301、通讯控制模块601以及设备供电电源602位于外壳保护箱101的下层，其他部件及相关管路位于外壳保护箱101的上层。其中：

O₂自动伸缩采样管201、CO自动伸缩采样管202、CO₂自动伸缩采样管203、NO自动伸缩采样管204，O₂气体吸气泵205、CO气体吸气泵206、CO₂气体吸气泵207、NO气体吸气泵208以及连接管路等共同构成了气体采样预处理单元200。

压缩空气储气罐301，第一气体质量流量控制器302、第二气体质量流量控制器303、第三气体质量流量控制器304、第四气体质量流量控制器305、第五气体质量流量控制器306、第六气体质量流量控制器307，CO气体螺旋混气罐308、CO₂气体螺旋混气罐309、NO气体螺旋混气罐310以及连接管路等共同构成了气体混合稀释单元300。

O₂气体检测仪401、CO气体检测仪402、CO₂气体检测仪403、NO气体检测仪404构成了气体检测单元400。

O₂排气管501、CO排气管502、CO₂排气管503、NO排气管504等共同构成了气体排出单元500。

通讯控制模块601以及设备供电电源602构成了通讯控制单元600。其中，通讯控制模块601包括CPU603，ZigBit无线模块604以及存储模块605。更为具体的，设备供电电源602、ZigBit无线模块604以及存储模块605分别与CPU603连接，除此以外，气体采样预处理单元200、气体混合稀释单元300以及气体检测单元400也与CPU603连接。

具体管路连接关系如下：

O₂自动伸缩采样管201的第一端从O₂检测进气口104伸出，O₂自动伸缩采样管201的第二端与O₂气体吸气泵205的第一端管路连接，O₂气体吸气泵205的第二端与O₂气体检测仪401的第一端管路连接，O₂气体检测仪401的第二端与O₂排气管501的第一端管路连接，O₂排气管501的第二端从O₂检测排气口105伸出。

CO自动伸缩采样管202的第一端从CO检测进气口106伸出，CO自动伸缩采样管202的第二端与CO气体吸气泵206的第一端管路连接，CO气体吸气泵206的第二端与第二气体质量流量控制器303的第一端管路连接，压缩空气储气罐301与第一气体质量流量控制器302的第一端管路连接，第一气体质量流量控制器302的第二端和第二气体质量流量控制器303的第二端与CO气体螺旋混气罐308的第一端管路连接，CO气体螺旋混气罐308的第二端与CO气体检测仪402的第一端管路连接，CO气体检测仪402的第二端与CO排气管502的第一端管路管路连接，CO排气管502的第二端从CO检测排气口107伸出。

CO₂自动伸缩采样管203的第一端从CO₂检测进气口108伸出，CO₂自动伸缩采样管203的第二端与CO₂气体吸气泵207的第一端管路连接，CO₂气体吸气泵207的第二端与第四气体质量流量控制器305的第一端管路连接，压缩空气储气罐301与第三气体质量流量控制器304的第一端管路连接，第三气体质量流量控制器304的第二端和第四气体质量流量控制器305的第二端与CO₂气体螺旋混气罐309的第一端管路连接，CO₂气体螺旋混气罐309的第二端与CO₂气体检测仪403的第一端管路连接，CO₂气体检测仪403的第二端与CO₂排气管503的第一端管路管路连接，CO₂排气管503的第二端从CO₂检测排气口109伸出。

NO自动伸缩采样管204的第一端从NO检测进气口110伸出，NO自动伸缩采样管204的第二端与NO气体吸气泵208的第一端管路连接，NO气体吸气泵208的第二端与第六气体质量流量控制器307的第一端管路连接，压缩空气储气罐301与第五气体质量流量控制器306的第一端管路连接，第五气体质量流量控制器306的第二端和第六气体质量流量控制器307的第二端与NO气体螺旋混气罐310的第一端管路连接，NO气体螺旋混气罐310的第二端与NO气体检测仪404的第一端管路连接，NO气体检测仪404的第二端与NO排气管504的第一端管路管路连接，NO排气管504的第二端从NO检测排气口111伸出。

本弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置11中起连接作用的各种卡套、活结、减压阀、止回阀、安全阀、截止阀、管路、管件等均采用316不锈钢材质，以保证整个气路具有良好的气密性。该弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置11的重量不超过40KG。

相应的，对于弹药爆炸杀伤区混合气体中O₂、CO、CO₂、NO浓度的检测过程如下：

步骤1，笔记本电脑21与弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置11的通讯控制模块601中的ZigBit无线模块604建立无线连接，并且发出开启指令；

步骤2，通过ZigBit无线模块604接收指令，弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置11开始工作，在CPU603控制下分别对混合气体中的O₂、CO、CO₂、NO浓度进行检测，并将检测结果信息存入存储模块605中，检测过程具体为：

CPU603控制O₂气体吸气泵205经O₂自动伸缩采样管201将弹药爆炸杀伤区混合气体进行采样，再由O₂气体检测仪401对混合气体中的O₂浓度进行检测，最后通过O₂排气管501排出；

CPU603控制CO气体吸气泵206经CO自动伸缩采样管202将弹药爆炸杀伤区混合气体进行采样，再分别控制第一气体质量流量控制器302和第二气体质量流量控制器303将压缩空气储气罐301中的干洁空气与采样的混合气体在CO气体螺旋混气罐308中混合，混合气体被稀释的比例为200倍，再由CO检测仪402对混合气体中的CO浓度进行检测，最后通过CO排气管502排出。

CPU603控制CO₂气体吸气泵207经CO₂自动伸缩采样管203将弹药爆炸杀伤区混合气体进行采样，再分别控制第三气体质量流量控制器304和第四气体质量流量控制器305将压缩空气储气罐301中的干洁空气与采样的混合气体在CO₂气体螺旋混气罐309中混合，混合气体被稀释的比例为4倍，再由CO₂检测仪403对混合气体中的CO₂浓度进行检测，最后通过CO₂排气管503排出。

CPU603控制NO气体吸气泵208经NO自动伸缩采样管204将弹药爆炸杀伤区混合气体进行采样，再分别控制第五气体质量流量控制器306和第六气体质量流量控制器307将压缩空气储气罐301中的干洁空气与采样的混合气体在NO气体螺旋混气罐310中混合，混合气体被稀释的比例为20倍，再由NO检测仪404对混合气体中的NO浓度进行检测，最后通过NO排气管504排出。

步骤3，CPU503控制ZigBit无线模块604将存储模块605存储的检测结果信息发送给笔记本电脑21；

步骤4，笔记本电脑21接收、显示并存储检测结果信息，并且发出停止指令；

步骤5，通过ZigBit无线模块604接收指令，弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置11停止工作；

步骤6，笔记本电脑21对实验结果信息进一步处理，包括气体浓度曲线分析、报表生成、支持电子地图等功能，并可根据用户需求做深度开发应用。

由于弹药爆炸杀伤区混合气体夹杂着粉末杂质，对采样的混合气体进行过滤、干燥，以及压力与温度监测是很有必要的。在以上具体实施方式的基础上，在O₂自动伸缩采样管201的第二端与O₂气体吸气泵205的第一端之间、CO自动伸缩采样管202的第二端与CO气体吸气泵206的第一端之间、CO₂自动伸缩采样管203的第二端与CO₂气体吸气泵207的第一端、NO自动伸缩采样管204的第二端与NO气体吸气泵208的第一端之间分别连接有过滤器，O₂气体吸气泵205的第二端与O₂气体检测仪401的第一端之间、CO气体吸气泵206的第二端与第二气体质量流量控制器303的第一端之间、CO₂气体吸气泵207的第二端与第四气体质量流量控制器305的第一端之间、NO体吸气泵208的第二端与第六气体质量流量控制器307的第一端之间分别连接有压力/温度传感器。

为了避免爆炸破片和冲击波毁损弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置，该混合气体采样检测装置不能部署在地面之上，而只能部署在土石覆盖层，也称为埋地监测。由于爆炸现象被测混合气体很难扩散至检测装置被传感器检知，加之爆炸后形成的气体受冲击波和现场风速、风向、地形、气压、湿度等因素的影响，气体烟雾会很快上升、扩撒，且气体浓度的分布会因测点距炸点的远近及扩散的速度影响而不同，要准确检测各测点的浓度必须通过采气泵进行自动吸气，采样进气口出地面部分的高度和气孔设计还需考虑烟雾气团的浓度分布。一般来讲气团中心位置浓度最高，贴地点和气团上部浓度较低，为了达到准确取样的目的，需兼顾贴地点、中心点两个高度。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统，其特征在于：包括一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置，以及与所述弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置无线连接的后台监控单元；

所述弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置包括安全保护单元，以及安装于所述安全保护单元内部的气体采样预处理单元、气体混合稀释单元、气体检测单元、气体排出单元、通讯控制单元；其中：

所述安全保护单元用于对其内部的各个单元提供装配平台和安全保护；

所述气体采样预处理单元用于对所述弹药爆炸杀伤区现场混合气体进行采样及预处理，以提供给所述气体混合稀释单元进行稀释和/或提供给所述气体检测单元进行检测；

所述气体混合稀释单元用于对采样的混合气体进行稀释，从而为所述气体检测单元提供符合稀释比例的混合气气样；

所述气体检测单元用于检测采样的混合气体和/或所述混合气气样中各种气体的浓度；

所述气体排出单元用于在所述气体检测单元检测完气体浓度之后将气体排出；

所述通讯控制单元用于接收、存储和发送信息，以及控制所述气体采样预处理单元、所述气体混合稀释单元、所述气体检测单元正常工作，除此以外，还可以用于给上述各个单元供电；

所述后台监控单元用于远程控制所述弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置的启停，并且接收、显示、存储并分析实验结果。

2.根据权利要求1所述的一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统，其特征在于：所述安全保护单元为316不锈钢材质的外壳保护箱。

3.根据权利要求1所述的一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统，其特征在于：所述气体采样预处理单元包括采样管、吸气泵，以实现通过吸气泵经采样管对混合气体进行采样，所述采样管为自动伸缩采样管。

4.根据权利要求3所述的一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统，其特征在于：所述采样管和所述吸气泵的第一端之间连接有过滤器，所述吸气泵的第二端连接有压力/温度传感器，以实现对采样的混合气体进行预处理，所述预处理包括对采样的混合气体进行过滤、干燥，以及压力与温度监测。

5.根据权利要求1所述的一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统，其特征在于：所述气体混合稀释单元包括气体质量流量控制器、压缩空气储气罐、螺旋混气罐，以实现通过控制所述气体质量流量控制器将压缩空气储气罐中的空气与采样的混合气体在所述螺旋混气罐中稀释成适当比例。

6.根据权利要求1所述的一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统，其特征在于：所述通讯控制单元包括CPU模块、无线通信模块、电源模块，存储模块。

7.根据权利要求6所述的一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测装置，其特征在于：所述无线通信模块为ZigBit无线模块。

8.根据权利要求1所述的一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统，其特征在于：所述后台监控单元为无线通信终端，所述无线通信终端为笔记本电脑。

9.根据权利要求1所述的一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统，其特征在于：所述气体检测单元包括O₂气体检测仪、CO₂气体检测仪、CO气体检测仪、NO气体检测仪，以实现对CO₂、CO、NO和O₂浓度的检测，其中所述O₂检测仪可以对所述气体采样预处理单元采样的混合气体中的O2浓度直接进行检测，送达所述CO检测仪的混合气气样的稀释比例为200倍，送达所述NO检测仪的混合气气样的稀释比例为20倍，送达所述CO₂检测仪的混合气气样的稀释比例为4倍。

10.根据权利要求1或9所述的一种弹药爆炸杀伤区混合气体采样检测系统，其特征在于：所述外壳保护箱的体积为600mm×600mm×600mm，重量不超过40千克。