CN106846709B - 一种火灾烟雾颗粒遥控采集装置 - Google Patents

一种火灾烟雾颗粒遥控采集装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种火灾烟雾颗粒遥控采集装置，该装置由采集器和遥控器组成；采集器与遥控器之间为无线连接。采集臂用舵机通过舵机臂Ⅰ控制连接臂，驱动下层的采集臂沿着存储轨道伸出或者缩进；隔离挡板用舵机通过舵机臂Ⅱ驱动隔离挡板左右水平运动，采集臂前端设有一台阶孔，上孔直径大于下孔直径，台阶孔到采集臂前端面设有一连通的开槽；碳支持膜安放在台阶孔中的台阶上。本发明通过操作遥控器即可实现烟雾颗粒的采集与存储，该装置既可在低压低氧环境下使用，又能保证采集过程安全有效。

Description

一种火灾烟雾颗粒遥控采集装置
技术领域
本发明涉及火灾探测研究领域，具体涉及一种火灾烟雾颗粒遥控采集装置。
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，呈圆形面，直径大小为3mm，厚度不到0.1mm，因此非常脆弱，容易破损。目前用碳支持膜采集烟颗粒主要方法是，用尖头镊子夹持碳支持膜，放在烟雾中，采集完毕后，小心的放在碳支持膜储存盒里。现有技术存在的问题是: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，且人员对烟雾容易造成一定扰动，不便烟颗粒的采集；碳支持膜正反面非常容易混淆，使用镊子时更加需要注意；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使得采用碳支持膜采集烟雾颗粒十分困难，因需要人用手夹持镊子，对于人无法直接进入的场所，比如低压低氧的环境，更加不易采集到需要的烟颗粒。
发明内容
本发明的目的是提供一种火灾烟雾颗粒遥控采集装置，该装置集采集、存储烟颗粒为一体，人员与装置分离，能在低压低氧环境下采集烟颗粒，并且大大减小采集过程中碳支持膜掉落的概率，提高采集烟颗粒的成功率。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种火灾烟雾颗粒遥控采集装置，其特点在于：该装置由采集器和遥控器组成；
所述的采集器包括外壳、上支撑板、下支撑板、隔离挡板、采集臂用舵机和隔离挡板用舵机、隔离挡板、控制电路板、电源开关、信号接收器和供电电源；
所述的外壳正前方的下半部分敞开，其余部分均为闭合，上支撑板、下支撑板通过四根铜柱固定；上支撑板将采集器划分为上下两层：上层放置采集臂用舵机、隔离挡板用舵机、控制电路板、供电电源、电源开关、信号接收器，且固定在上支撑板上；下层放置采集臂和储存轨道，储存轨道固定在下支撑板上；
所述的采集臂用舵机输出轴上安装有舵机臂Ⅰ，舵机臂Ⅰ另一端设有圆孔，连接臂一端设有固定轴与圆孔连接，固定轴与圆孔采用动配合；在采集臂与连接臂二者的连接端各设有平行于水平面的通孔，通孔之间安装钢丝卡连接；储存轨道分前后两部分，前部分为能完全包住采集臂前端的圆管管道，后部分是圆管管道的一部分圆弧，起到支撑采集臂的作用,储存轨道限制采集臂仅能直线运动；
所述的采集臂用舵机通过舵机臂Ⅰ控制连接臂，驱动下层的采集臂沿着存储轨道伸出或者缩进；隔离挡板用舵机通过舵机臂Ⅱ驱动隔离挡板左右水平运动，钢丝轴一端穿过舵机臂Ⅱ一端的圆孔，另一端穿过隔离挡板上的一个长方形孔，钢丝轴可以在一定范围内活动，随舵机臂Ⅱ的转动来驱动隔离挡板左右水平运动；
所述的隔离挡板位于采集臂前端的正前方，隔离挡板用舵机控制隔离挡板左右水平运动，封闭或开放储存轨道；所述的采集臂前端设有一台阶孔，上孔直径大于下孔直径，台阶孔到采集臂前端面设有一连通的开槽；碳支持膜安放在台阶孔中的台阶上；
所述的遥控器由壳体、线路板、电池、控制按钮组成；所述的控制按钮设有“开”按钮、 “伸”按钮、“缩”按钮、“闭”按钮和电源按钮。
本发明的特点还在于：
所述的采集器与遥控器之间为无线连接。
所述的采集臂前端的台阶孔，上孔直径为3.2 mm－3.5 mm，下孔直径为2 mm－2.8mm；开槽的槽宽为1 mm －2 mm。
本发明的有益效果为：
1、本发明因为采集器与遥控器之间为无线连接，实现人员与采集器分离，通过人为操作遥控器即可实现烟颗粒的采集与存储，该装置既可在低压低氧环境下使用，又能保证采集过程安全且有效。
2、采集臂前端设有的台阶孔，上孔直径大于下孔直径，碳支持膜安放在台阶孔中的台阶上，下孔径小于碳支持膜，避免了采集过程中碳支持膜的掉落损坏，采集臂前端的开槽便于镊子夹取与放置碳支持膜，提高了碳支持膜的利用率。
附图说明
图1是本发明的整体外观图；
图2是本发明的采集器结构示意图；
图3是本发明的采集臂伸缩结构示意图；
图4是本发明的隔离挡板左右水平运动结构示意图；
图5是本发明的采集臂前端放大图；
图6是碳支持膜放大图。
图中标号：1外壳、2遥控器、3 “开”按钮、4 “伸”按钮、5 “缩”按钮、6 “闭”按钮、7电源按钮、8铜柱、9采集臂用舵机、10隔离挡板用舵机、11上支撑板、12下支撑板、13隔离挡板、14控制电路板、15电源开关、16信号接收器、17供电电源、18舵机臂Ⅰ、19固定轴、20采集臂、21储存轨道、22连接臂、23钢丝卡、24舵机臂Ⅱ、25钢丝轴、26长方形孔、27采集臂前端、28台阶孔、29开槽、30碳支持膜。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
参见图1、图2、图3、图4、图5和图6，图1是本发明的整体外观图；图2是本发明的采集器结构示意图；图3是本发明的采集臂伸缩结构示意图；图4是本发明的隔离挡板左右水平运动结构示意图；图5是本发明的采集臂前端放大图；图6是碳支持膜放大图。
一种火灾烟雾颗粒遥控采集装置，其特征在于：该装置由采集器和遥控器2组成；
所述的采集器包括外壳1、上支撑板11、下支撑板12、隔离挡板13、采集臂用舵机9和隔离挡板用舵机10、隔离挡板13、控制电路板14、电源开关15、信号接收器16和供电电源17；
所述的外壳1正前方的下半部分敞开，其余部分均为闭合，上支撑板11、下支撑板12通过四根铜柱8固定；上支撑板11将采集器划分为上下两层：上层放置采集臂用舵机9、隔离挡板用舵机10、控制电路板14、供电电源17、电源开关15、信号接收器16，且固定在上支撑板11上；下层放置采集臂20和储存轨道21，储存轨道21固定在下支撑板12上；
所述的采集臂用舵机9输出轴上安装有舵机臂Ⅰ18，舵机臂Ⅰ18另一端设有圆孔，连接臂22一端设有固定轴19与圆孔连接，固定轴19与圆孔采用动配合；在采集臂20与连接臂22二者的连接端各设有平行于水平面的通孔，通孔之间安装钢丝卡23连接；储存轨道21分前后两部分，前部分为能完全包住采集臂20前端的圆管管道，后部分是圆管管道的一部分圆弧，起到支撑采集臂20的作用,储存轨道21限制采集臂20仅能直线运动；
所述的采集臂用舵机9通过舵机臂Ⅰ18控制连接臂22，驱动下层的采集臂20沿着存储轨道21伸出或者缩进；隔离挡板用舵机10通过舵机臂Ⅱ24驱动隔离挡板13左右水平运动，钢丝轴25一端穿过舵机臂Ⅱ24一端的圆孔，另一端穿过隔离挡板13上的一个长方形孔26，钢丝轴25可以在一定范围内活动，随舵机臂Ⅱ24的转动来驱动隔离挡板13左右水平运动；
所述的隔离挡板13位于采集臂20前端的正前方，隔离挡板用舵机10控制隔离挡板13左右水平运动，封闭或开放储存轨道22；所述的采集臂20前端设有一台阶孔28，上孔直径大于下孔直径，台阶孔28到采集臂20前端面设有一连通的开槽29；碳支持膜30安放在台阶孔28中的台阶上；
所述的遥控器2由壳体、线路板、电池、控制按钮组成；所述的控制按钮设有“开”按钮3、 “伸”按钮4、“缩”按钮5、“闭”按钮6和电源按钮7。
本发明的特征还在于：
所述的采集器与遥控器2之间为无线连接。
所述的采集臂前端27的台阶孔28，上孔直径为3.2 mm－3.5 mm,下孔直径为2mm－2.8 mm；开槽29的槽宽为1 mm －2 mm。
本实施例，采集器中设计了3套相同的采集臂用舵机9、舵机臂Ⅰ18、连接臂22，采集臂20和存储轨道21，可一次安放三个碳支持膜30进行采集烟雾颗粒。
遥控器2和采集器之间通信，采用nRF24L01芯片进行通讯，采集器中控制电路板14控制采集臂用舵机9和隔离挡板用舵机10，控制信号由ATmega16微控制器提供，舵机型号为MG995。
采集器初始状态：隔离挡板13将三个储存轨道21出口挡住，采集臂20与外界环境隔离，电源开关15关闭，遥控器与采集器未连接。
一、烟颗粒采集的准备过程：
打开电源开关15及遥控器2，完成无线连接。
按下遥控器上的“开”按钮3，信号接收器16接收到“开”信号，通过控制电路板14传输该信号，隔离挡板用舵机10转动舵机臂Ⅱ24，通过钢丝轴25驱动隔离挡板13水平向右运动，使三个储存轨道21出口与隔离挡板13上的三个圆形孔分别对应；
按下“伸”按钮4，信号接收器16接收到“伸”信号，通过控制电路板14传输该信号，控制采集臂用舵机9转动舵机臂Ⅰ18，通过连接臂22，驱动采集臂20沿着存储轨道21伸出约30mm；
使用专用镊子分别沿着三根采集臂前端27的开槽29，将碳支持膜30水平放置在台阶孔28中的台阶上；本实施例采用的碳支持膜30的尺寸为：直径3mm,厚度0.1mm，碳支持膜30上布满细小的圆孔，便于采集微小烟雾颗粒；
按下“缩”按钮5，信号接收器16接收到“缩”信号，通过控制电路板14传输该信号，控制采集臂用舵机9转动舵机臂Ⅰ18，通过连接臂22，驱动采集臂20沿着存储轨道21缩进约30mm；
按下“闭”按钮6，信号接收器16接收到“闭”信号，通过控制电路板14传输该信号，隔离挡板用舵机10转动舵机臂Ⅱ24，通过钢丝轴25驱动隔离挡板13水平向左运动，隔离挡板将三个储存轨道21出口挡住，采集臂20与外界环境隔离。
二、烟雾颗粒采集的操作过程：
将采集器置于烟雾颗粒采集区域，确认无线连接正常工作；
按下“开”按钮3，信号接收器16接收信号，向连接的控制电路板14发出“开”信号，隔离挡板用舵机10转动舵机臂Ⅱ24，通过钢丝轴25驱动隔离挡板13水平向右运动，使三个储存轨道21出口与隔离挡板13上的三个圆形孔分别对应；
按下“伸”按钮，信号接收器16接收到“伸”信号，通过控制电路板14传输该信号，控制采集臂用舵机9转动舵机臂Ⅰ18，通过连接臂22，驱动采集臂20沿着存储轨道21伸出约30mm；碳支持膜暴露于烟颗粒环境下，利用热泳效应对烟颗粒进行采集，并对采集时间进行计时，直到采集完成。
按下“缩”按钮5，信号接收器16接收到“缩”信号，通过控制电路板14传输该信号，控制采集臂用舵机9转动舵机臂Ⅰ18，通过连接臂22，驱动采集臂20沿着存储轨道21缩进约30mm；
按下“闭”按钮6，信号接收器16接收到“闭”信号，通过控制电路板14传输该信号，隔离挡板用舵机10转动舵机臂Ⅱ24，通过钢丝轴25驱动隔离挡板13水平向左运动，隔离挡板13将三个储存轨道21出口挡住，采集臂20与外界环境隔离，并将采集烟雾颗粒后的碳支持膜储存在储存轨道21内。
三、烟颗粒采集的保存过程：
待烟雾颗粒采集区域的烟雾颗粒基本清除，将采集器小心取出，确认无线连接正常工作；
按下“开”按钮3，信号接收器16接收信号，向连接的控制电路板14发出“开”信号，隔离挡板用舵机10转动舵机臂Ⅱ24，通过钢丝轴25驱动隔离挡板13水平向右运动，使三个储存轨道21出口与隔离挡板13上的三个圆形孔分别对应；
按下“伸”按钮4，信号接收器16接收到“伸”信号，通过控制电路板14传输该信号，控制采集臂用舵机9转动舵机臂Ⅰ18，通过连接臂22，驱动采集臂20沿着存储轨道21伸出约30mm；
使用专用镊子分别沿着三根采集臂前端27的开槽29，将碳支持膜30从台阶孔28中的中间位置竖直取出，保存在专用储存盒；
按下“缩”按钮5，信号接收器16接收到“缩”信号，通过控制电路板14传输该信号，控制采集臂用舵机9转动舵机臂Ⅰ18，通过连接臂22，驱动采集臂20沿着存储轨道21缩进约30mm；
按下“闭”按钮6，信号接收器16接收到“闭”信号，通过控制电路板14传输该信号，隔离挡板用舵机10转动舵机臂Ⅱ24，通过钢丝轴25驱动隔离挡板13水平向左运动，隔离挡板将三个储存轨道21出口挡住，采集臂20与外界环境隔离。
断开无线连接，恢复到初始状态。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的保护范畴。

Claims (1)

1.一种火灾烟雾颗粒遥控采集装置，其特征在于：该装置由采集器和遥控器（2）组成；
所述的采集器包括外壳（1）、上支撑板（11）、下支撑板（12）、隔离挡板（13）、采集臂用舵机（9）和隔离挡板用舵机（10）、隔离挡板（13）、控制电路板（14）、电源开关（15）、信号接收器（16）和供电电源（17）；
所述的外壳（1）正前方的下半部分敞开，其余部分均为闭合，上支撑板（11）、下支撑板（12）通过四根铜柱（8）固定；上支撑板（11）将采集器划分为上下两层：上层放置采集臂用舵机（9）、隔离挡板用舵机（10）、控制电路板（14）、供电电源（17）、电源开关（15）、信号接收器（16），且固定在上支撑板（11）上；下层放置采集臂（20）和储存轨道（21），储存轨道（21）固定在下支撑板（12）上；
所述的采集臂用舵机（9）输出轴上安装有舵机臂Ⅰ（18），舵机臂Ⅰ（18）另一端设有圆孔，连接臂（22）一端设有固定轴（19）与圆孔连接，固定轴（19）与圆孔采用动配合；在采集臂（20）与连接臂（22）二者的连接端各设有平行于水平面的通孔，通孔之间安装钢丝卡（23）连接；储存轨道（21）分前后两部分，前部分为能完全包住采集臂（20）前端的圆管管道，后部分是圆管管道的一部分圆弧，起到支撑采集臂（20）的作用，储存轨道（21）限制采集臂（20）仅能直线运动；
所述的采集臂用舵机（9）通过舵机臂Ⅰ（18）控制连接臂（22），驱动下层的采集臂（20）沿着存储轨道（21）伸出或者缩进；隔离挡板用舵机（10）通过舵机臂Ⅱ（24）驱动隔离挡板（13）左右水平运动，钢丝轴（25）一端穿过舵机臂Ⅱ（24）一端的圆孔，另一端穿过隔离挡板（13）上的一个长方形孔（26），钢丝轴（25）可以在一定范围内活动，随舵机臂Ⅱ（24）的转动来驱动隔离挡板（13）左右水平运动；
所述的隔离挡板（13）位于采集臂（20）前端的正前方，隔离挡板用舵机（10）控制隔离挡板（13）左右水平运动，封闭或开放储存轨道（22）；所述的采集臂（20）前端设有一台阶孔（28），上孔直径大于下孔直径，台阶孔（28）到采集臂（20）前端面设有一连通的开槽（29）；碳支持膜（30）安放在台阶孔（28）中的台阶上；
所述的遥控器（2）由壳体、线路板、电池、控制按钮组成；所述的控制按钮设有“开”按钮（3）、 “伸”按钮（4）、“缩”按钮（5）“闭”按钮（6）和电源按钮（7）；
所述的采集器与遥控器（2）之间为无线连接；
所述的采集臂前端（27）的台阶孔（28），上孔直径为3.2 mm－3.5 mm，下孔直径为2mm－2.8 mm；开槽（29）的槽宽为1 mm －2 mm。
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