CN109682475A - 一种基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置及方法 - Google Patents
一种基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109682475A CN109682475A CN201811636361.XA CN201811636361A CN109682475A CN 109682475 A CN109682475 A CN 109682475A CN 201811636361 A CN201811636361 A CN 201811636361A CN 109682475 A CN109682475 A CN 109682475A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- flame
- wooden dust
- host computer
- potassium element
- group
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000428 dust Substances 0.000 title claims abstract description 38
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- 239000011591 potassium Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 58
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 16
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 14
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 5
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 claims description 5
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 2
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 claims description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 abstract description 13
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 4
- 239000002023 wood Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000523 sample Substances 0.000 abstract description 2
- 241000219000 Populus Species 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000002366 mineral element Substances 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000004313 glare Effects 0.000 description 1
- 230000005283 ground state Effects 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 1
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/28—Investigating the spectrum
- G01J3/2803—Investigating the spectrum using photoelectric array detector
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/006—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using measurement of the effect of a material on microwaves or longer electromagnetic waves, e.g. measuring temperature via microwaves emitted by the object
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Fire-Detection Mechanisms (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置，包括：用于检测木质粉尘明火火焰的光电检测组；与光电检测组实现无线数据连通的上位机；为光电检测组、上位机提供不间断供电的供电组。本发明同时公开了利用上述检测装置进行木质粉尘明火火焰检测的方法。本发明利用光电检测方法来检测木材燃烧时的火焰情况，相较于其他检测原理的检测方法，具有特征谱线单一、易于探测的特点，而且可见光探测器的成本相较于红外等其他传感器较低，易于在企业普及使用。另外本发明所述的检测装置中带有无线数据传输装置和备用电池组，前者便于在发生状况时将现场数据第一时间发出，后者可有效解决常规探测器突发断电无法连续检测的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测装置及检测方法，具体涉及一种基于钾元素的木质粉尘明火火焰检测装置及方法，属于检测技术领域。
背景技术
木材是一种可燃烧的生物质材料。在加工生产木质家具的过程中会产生许多可燃烧木质粉尘，这些粉尘弥散在车间空气中、堆积在机器周围，堆积的粉尘内部会囤积大量的能量，一旦工人因操作不当而产生火星或者机器履带因摩擦而产生静电，引发火星致使粉尘燃烧进而导致爆炸，造成无法挽回的损失。因此火灾的检测和控制成为了保护居民财产生命安全的关键。在木质粉尘的燃烧过程中伴随着火焰，火光越大，火焰也就越明显。常用的火焰检测手段是通过检测火灾过程中产生的颜色、温度和烟雾等物理量的含量来进行的。主要的火焰检测装置通常有这几类：①以目标物颜色深浅变化为检测依据的颜色传感器。这种方法在检测过程中通常会用到红外探测仪（波段780nm—2526nm）进行侦测探查，当颜色变深超过某个设定的值时意味着着火。②以燃烧过程中的温度变化作为检测依据的温度传感器。此类方法主要通过测量温度的变化来间接反映燃烧状况。当温度传感器检测到的温度超过所设定的值后便判定为起火了。但是如果温度升高但没有达到材料的燃点（燃点为所设定的温度阙值）就有可能会误报。③依靠火焰燃烧过程中溢出的烟雾浓度检测的烟雾探测器。这种方案通常是通过收集发射光穿过烟雾后所反射的光的强度来判别烟雾的浓度，但是有时候即使有很浓的烟雾（采集到的反射光强度很低）但却没有着火，因而很难准确反映出火焰燃烧的真实情况。在目前常规的探测装置的供电方案中交流供电方案是最常见的，但是这种供电方案在遇到意外断电情况时会中断检测，从而无法得到连续的检测结果；探测器和控制器常通过电缆相连，即采用的是有线传输方式，这在一些大型工厂就会显得有些杂乱，而且这些盘错杂乱的电缆之间很容易产生静电或者火苗，从而埋下了隐患。
木材是枯萎或者被砍伐的树木，在树木生长过程中不断地进行光合作用，吸收空气中的二氧化碳和土壤中的水，以及一些必要的矿物元素，如钙、钠、镁、钾等，这些元素在树木的生长过程中十分重要，必不可少，当树木被加工成木材时，这些矿物元素的一部分被保留了下来。
钾元素是木材中常见的微量化学元素之一，在木材燃烧时，燃烧时的高温可以使得钾原子外围电子发生能级跃迁而释放出可以定性定量的特征光谱，这些特征光谱具有集中在一个或几根谱线上、谱线单一且狭窄、相对于背景谱线信号强度大的特点。因而，将钾原子受热激发所产生的特征光谱可以用来检测火焰状况。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种检测效率高，测量范围广的木质粉尘明火火焰检测装置。
为了实现上述目标，本发明基于以下检测原理：
根据卢瑟福—波尔模型，钾原子具有1个原子核和19个绕核电子，前18个电子处于饱和
的内层，较为稳定；第19个电子在未饱和的最外层运动，十分活跃，称之为价电子，充当着光
谱辐射的关键角色。当价电子从最内层轨道（含能量）跃迁到外层轨道（含能量）时，整
个原子从基态转变成具有高能量的激发态。而当价电子由含能的外层轨道跃迁到含能
的内层轨道，所释放出的能量：过程中所释放的能量要么与其他粒子碰撞形
成动能，要么以发射光量子的形式发出。根据普朗克定律 ，
其中T表示火焰温度，ε为火焰发射率，C1和C2为常数，E为火焰发射强度，λ为原子辐射波长，
由此可知原子辐射强度和温度具有相关性，即，当温度达到一定时候，原子会辐射出能量，
反之，通过原子辐射强度亦可得到此时温度。
基于以上原理，本发明采取的技术方案为：
一种基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置，包括：用于检测木质粉尘明火火焰的光电检测组；与光电检测组实现无线数据连通的上位机；为光电检测组、上位机提供不间断供电的供电组。所述的光电检测组包括光谱探测仪、只能通过钾原子特征光谱的带通滤镜和凸透镜，带通滤镜设置在光谱探测仪的前端，以便让具有钾原子特征光谱的光线通过，可以有效减少环境背光和燃烧时杂光的干扰，提高检测有效性，而凸透镜则设置在带通滤镜的前端，可增大观察的视野，扩大探测范围。
上述的上位机包括中央处理器，用于对光电检测组检测到的光谱数据进行收集、分析、判定和输出呈现。
此外，为了保持检测供电的连续性，供电组不仅包括交流电源，还包括与交流电源连接的充电备用电源模块，交流电源和备用电源均与上位机和光电检测组连通，检测过程中一旦出现交流电源供电中断，可自动切换到备用电源，确保检测与数据无线传射不中断，提高检测设备使用的可靠性。
本发明目的还在于提供一种利用上述的基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置进行木质粉尘火焰检测方法，具体包括以下步骤：
（1）将基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置朝向待检测的木质粉尘放置，且所述的检测装置处于自然光环境下；
（2）光电检测组检测到的光谱数据经无线传输模块上传至上位机，经上位机分析处理后以谱图的方式呈现，从而确认是否出现木质粉尘的明火火焰。
更进一步，还包括利用步骤（2）得到的谱图确定火焰温度的步骤，具体为：根据普
朗克定律 ，其中T表示火焰温度，ε为火焰发射率，C1和C2为
常数，E为火焰发射强度，λ为原子辐射波长，由此可知原子辐射强度和温度具有相关性，即，
当温度达到一定时候，原子会辐射出能量，反之，通过原子辐射强度亦可推出此时温度。
本发明的有益之处在于：本发明利用光电检测方法来检测木材燃烧时的火焰情况，相较于其他检测原理的检测方法，具有特征谱线单一、易于探测的特点，而且可见光探测器的成本相较于红外等其他传感器较低，易于在企业普及使用。另外本发明所述的检测装置中带有无线数据传输装置和备用电池组，前者便于在发生状况时将现场数据第一时间发出，后者可有效解决常规探测器突发断电无法连续检测与收集传送数据的情况。
附图说明
图1为本发明所述的检测装置的结构示意图。
图2为杨木粉尘无燃烧状态下的背景光谱图；
图3为杨木粉尘燃烧状态下的光谱图。
图中主要附图标记含义为：
1、光电检测组 11、光谱探测器 12、带通滤波 13、凸透镜
2、供电组 21、交流电源 22、备用电源 23、充电模块
3、上位机 31、中央处理器 32、无线传输模块。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
图1为本发明所述的检测装置的结构示意图。
如图1所示：基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置，包括：用于检测木质粉尘明火火焰的光电检测组1、与光电检测组1实现无线数据连通的上位机3；为光电检测组1、上位机3提供不间断供电的供电组2。
其中，光电检测组1包括光谱探测仪11、带通滤镜12和凸透镜13，带通滤镜12设置在光谱探测仪11的前端，只能通过钾原子特征光谱，凸透镜13则设置在带通滤镜12的前端。上位机3包括中央处理器31（CPU），其通过无线传输模块32与光电检测组通信。在本实施方式中，供电组2不仅包括交流电源21，还包括备用电源22，且交流电源21通过充电模块23与备用电源22连通，且交流电源21和备用电源22均与上位机3和光电检测组1连通。
利用上述的基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置对杨木粉尘进行检测。
实施例1：
在杨木粉尘无燃烧状态下，将基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置朝向待检测的杨木粉尘放置，且所述的检测装置处于自然光环境下；光电检测组1检测到的光谱数据经无线传输模块32上传至上位机3，经上位机3分析处理后以谱图的方式呈现，如图2所示：在可见光波段，光谱整体强度都比较弱，基本没有突出的峰，可将图2所示的谱图定义为背景光谱。
实施例2：
人为将杨木粉尘点燃，在杨木粉尘燃烧情况下，利用基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置检测火焰产生初期时，光电检测组1检测到的光谱数据经无线传输模块32上传至上位机3，经上位机3分析处理后以谱图的方式呈现，如图3所示：光谱辐射强度随着火焰辐射波长的增加呈不断增加的趋势，而且在767.94nm处的钾谱线发生了突变，十分特征，因此可以作为整个光谱的特征峰。
通过实施例1和实施例2的对比可知，钾处的特征峰成为有火焰的检测依据。
实施例3：
利用图3所述的谱图，根据普朗克定律 ，其中T表示火
焰温度，ε为火焰发射率，C1和C2为常数，E为火焰发射强度，λ为原子辐射波长，由此可知原
子辐射强度和温度具有相关性，即，当温度达到一定时候，原子会辐射出能量，反之，通过原
子辐射强度亦可推出此时温度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置，包括用于检测木质粉尘明火火焰的光电检测组；与光电检测组实现无线数据连通的上位机；为光电检测组、上位机提供不间断供电的供电组，其特征在于，所述的光电检测组包括光谱探测仪、只能通过钾原子特征光谱的带通滤镜和凸透镜，所述的带通滤镜设置在光谱探测仪的前端，而凸透镜则设置在带通滤镜的前端。
2.根据权利要求1所述的一种基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置，其特征在于，所述的上位机包括中央处理器。
3.根据权利要求1所述的一种基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置，其特征在于，所述的供电组包括交流电源和备用电源，且所述的交流电源通过充电模块与备用电源连通，而交流电源和备用电源均与上位机和光电检测组连通。
4.一种利用权利要求1-3任一项权利要求所述的基于钾元素的检测装置进行木质粉尘火焰检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置朝向待检测的木质粉尘放置，且所述的检测装置处于自然光环境下；
（2）光电检测组检测到的光谱数据经无线传输模块上传至上位机，经上位机分析处理后以谱图的方式呈现，从而确认是否出现木质粉尘的明火火焰。
5.根据权利要求4所述的一种基于钾元素的木质粉尘火焰检测方法，其特征在于，还包
括利用步骤（2）得到的谱图确定火焰温度的步骤，具体为：根据普朗克定律，其中T表示火焰温度，ε为火焰发射率，C1和C2为常数，E为
火焰发射强度，λ为原子辐射波长，可知：原子辐射强度和温度具有相关性，可根据原子辐射
强度来计算此时温度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811636361.XA CN109682475A (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 一种基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811636361.XA CN109682475A (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 一种基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109682475A true CN109682475A (zh) | 2019-04-26 |
Family
ID=66191272
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811636361.XA Pending CN109682475A (zh) | 2018-12-29 | 2018-12-29 | 一种基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109682475A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021083163A1 (zh) * | 2019-10-30 | 2021-05-06 | 南京大学 | 一种用于火焰拍摄的高速高精度光谱视频系统及方法 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1960218A1 (de) * | 1969-12-01 | 1971-06-03 | Rainer Portscht | Temperaturstrahlungsdetektor zur automatischen Brandentdeckung oder Flammenueberwachung |
| WO2009080094A1 (en) * | 2007-12-19 | 2009-07-02 | Abb Research Ltd | Flame scanning device and method for its operation |
| CN106768330A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-05-31 | 君都智能科技(上海)有限公司 | 一种基于光谱的火焰检测装置 |
-
2018
- 2018-12-29 CN CN201811636361.XA patent/CN109682475A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1960218A1 (de) * | 1969-12-01 | 1971-06-03 | Rainer Portscht | Temperaturstrahlungsdetektor zur automatischen Brandentdeckung oder Flammenueberwachung |
| WO2009080094A1 (en) * | 2007-12-19 | 2009-07-02 | Abb Research Ltd | Flame scanning device and method for its operation |
| CN106768330A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-05-31 | 君都智能科技(上海)有限公司 | 一种基于光谱的火焰检测装置 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 桂欣扬 等: "煤粉燃烧火焰辐射光谱实验研究", 《光谱学与光谱分析》, vol. 36, no. 11 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2021083163A1 (zh) * | 2019-10-30 | 2021-05-06 | 南京大学 | 一种用于火焰拍摄的高速高精度光谱视频系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2815388B1 (en) | Combustion product detection | |
| Chen et al. | Fire detection using smoke and gas sensors | |
| CA2744091C (en) | System and method for controlling fired heater operations | |
| CN102232183B (zh) | 微粒特性的光学探测 | |
| Arora et al. | Physical characterization of particulate matter emitted from wood combustion in improved and traditional cookstoves | |
| EP1061356A2 (en) | In-line particulate detector | |
| KR20130143545A (ko) | 허위 경보 거절을 위한 광학적으로 예비적인 화재 검출장치 | |
| JP6420651B2 (ja) | 光電式煙感知器 | |
| CN109682475A (zh) | 一种基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置及方法 | |
| Singh et al. | Size-segregated characteristics of carbonaceous aerosols over the Northwestern Indo-Gangetic Plain: Year round temporal behavior | |
| CN106128008B (zh) | 一种火花检测系统 | |
| CN106066314B (zh) | 一种碳氢燃烧火焰中气相碱金属浓度的检测方法 | |
| AU703685B2 (en) | Method of detecting a flame and flame detector for carrying out the method | |
| CN106768330B (zh) | 一种基于光谱的火焰检测装置 | |
| TW202104872A (zh) | 微粒感測器 | |
| CN105920761A (zh) | 一种工贸行业可燃性粉尘作业场所灭火抑爆装置 | |
| CN206292939U (zh) | 一种基于闪烁频率的光谱火焰探测器 | |
| CN117268550A (zh) | 一种工业炉燃烧器火焰在线识别系统 | |
| CN106767200A (zh) | 烟花爆竹环保性能检测装置 | |
| Deng et al. | A review on aircraft cargo compartment fire detection using dual-wavelength sensors | |
| CN209894646U (zh) | 一种极早期的消防安全火灾预警检测装置 | |
| CN108592078B (zh) | 一种基于光谱特征的燃烧状态监测装置及其监测方法 | |
| JP3524407B2 (ja) | バーナ燃焼診断装置 | |
| RU124964U1 (ru) | Комплекс пожарной сигнализации и контроля загазованности опасного промышленного объекта | |
| Bao et al. | Impacts of Regional-transported Biomass Burning Emissions on Chemical and Optical Properties of Carbonaceous Aerosols in Nanjing, East China |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190426 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |