CN111122653A - 实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统和方法，该系统包括激波管、预混气体供给系统、阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、数据采集系统、激光纹影系统、高压点火系统以及对各系统进行控制的同步控制系统；激波管包括依次相连的多个实验管道和1个可视化观察窗实验段；预混气体供给系统与激波管内部连通，产生预设当量比的预混气体并输入激波管内；阻燃剂喷射系统与可视化观察窗实验段相连；火焰信号采集系统和压力信号采集系统布置在每段实验管道的侧壁上；激光纹影系统用于对爆燃流场典型自由基浓度和温度的分布图像进行测量；高压点火系统与激波管端部连接，用于点火。本发明可以广泛应用于安全科学与技术领域。

Description

实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统和方法

技术领域

本发明属于安全科学与技术领域，涉及一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统和方法。

背景技术

煤矿井下瓦斯/空气预混气体爆燃给矿山安全生产带来了极大的灾害，同时该类问题也一直是力学学科和安全学科所研究的经典问题和前沿问题。

近年来，学者们对其研究方法可分为数值模拟研究和激波管实验研究两类。目前虽然数值模拟研究已经可以揭示火焰传播过程中的流动现象，有助于理解层流火焰向湍流火焰转变、燃烧不稳定性和火焰形态变化等，但是其计算结果却可能因为受到算法及网格的影响而产生偏差，因此激波管实验研究仍然是该类问题不可替代的研究方法。

目前激波管实验研究大多还采用压力、火焰速度测试系统，这些方法只能给出预混气体爆燃流场内多个单一的点源信息，只能定性的分析压力峰值和火焰速度在巷道内的变化趋势以及影响因素，而对激波和火焰结构、障碍物对火焰的加速机制及阻燃剂抑制机理等微观科学问题却无能为力。因此，必须由现代的超高速激光纹影和瞬态光谱测试系统取代传统的压力、火焰速度传感器测试系统，才可以得到预混气体爆燃过程中激波的演化过程及火焰的微观结构。然而，在激波管配合超高速激光纹影和瞬态光谱测试系统进行微观流场测试时却涉及到多个大时间差目标的时间尺度控制问题，如电火花点火响应时间、激波阵面到达观察窗时间、火焰阵面到达观察窗时间、控制惰性阻燃剂喷射系统的响应时间、瞬态光谱ICCD相机电子快门响应时间和超高速相机CCD电子快门响应时间等。上述目标的时间特征分别从秒到纳秒量级，为得到清晰的流场微观结构和光谱图像，需协调多个目标的时间，解决测试系统的同步控制问题。

发明内容

针对上述提出的问题，本发明的目的是提供一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统和方法，通过分析不同目标的时间特征，提出一种合理的延时时间控制方法，为完成系统中预混气体爆燃过程中激波演化及火焰微观结构的测试奠定基础。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明的第一个方面，是提供一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其包括激波管、预混气体供给系统、阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、数据采集系统、激光纹影系统、高压点火系统和同步控制系统；所述激波管包括依次相连的多个实验管道和1个可视化观察窗实验段；所述预混气体供给系统与所述激波管内部连通，用于根据实验要求产生预设当量比的预混气体并输入所述激波管内；所述阻燃剂喷射系统通过所述可视化观察窗实验段上设置的惰性介质喷射孔与所述激波管内部连通，用于研究阻燃剂参数对瓦斯爆炸传播特性及DDT过程的影响；所述火焰信号采集系统和压力信号采集系统布置在每段所述实验管道的侧壁上，用于对所述激波管内全程的压力和火焰传播速度的规律进行测量，测量结果经所述数据采集系统发送到所述同步控制系统；所述激光纹影系统设置在所述可视化观察窗实验段，用于对爆燃流场典型自由基浓度和温度的分布图像进行测量；所述高压点火系统与所述激波管的实验管道端部连接，用于对所述激波管内的预混气体进行点火；所述同步控制系统用于对所述阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、激光纹影系统和高圧点火系统进行同步控制。

进一步的，所述激波管中各所述实验管道采用截面形状为200mm×200mm的正方形管道，每一段所述实验管道长度为2500mm，共14段，总长为35m；所述可视化观察窗实验段采用两块直径为200mm的K9石英有机玻璃，长度为1000mm。

进一步的，所述预混气体供给系统包括预混系统、抽真空系统、第一控制柜和第二控制柜；所述预混系统包括预混罐，所述预混罐通过球阀和高压气泵线与所述第一控制柜相连；所述抽真空系统包括旋片泵和罗茨泵，所述旋片泵和罗茨泵通过高压气泵线与所述激波管内部相连通，所述旋片泵和罗茨泵的控制端与所述第一控制柜和第二控制柜相连，用于根据所述第一控制柜和第二控制柜的控制信号对所述激波管抽真空和充配气；所述第一控制柜的输出端口分别与所述空压机、甲烷气瓶以及第二控制柜相连，用于按照分压定律将甲烷和空气分别按照预定的体积百分数充入所述预混罐中。

进一步的，所述阻燃剂喷射系统包括氮气储罐、电磁阀和喷嘴，所述氮气储罐的出口端通过喷射管线与所述喷嘴相连，所述喷嘴设置在所述激波管中可视化观察窗实验段设置的惰性气质喷射孔内，所述电磁阀设置在所述喷射管线上，由所述同步控制系统控制；所述火焰信号采集系统包括光电二极管，所述光电二极管用于将火焰产生的光信号通过光纤导入并转化为电信号，并通过所述数据采集系统发送到所述同步控制系统。

进一步的，所述压力信号采集系统包括16个压电式压力传感器，各所述压电式压力传感器等间隔设置在所述激波管的各实验管道上，且各所述压电式压力传感器采集到的压力信号通过数据线发送到所述数据采集系统。

进一步的，所述激光纹影系统包括脉冲激光发射平台、两凹球反射镜、超高速相机和瞬态光谱仪；两所述凹球反射镜对称设置在所述激波管的可视化观察窗实验段两侧，所述脉冲激光发射平台发射的激光经两所述凹球反射镜反射后，分别由所述超高速相机和瞬态光谱仪进行图像和光谱采集。

进一步的，所述同步控制系统包括信号函数发生器、时间延时器和固体继电器；所述函数信号发生器的输出端口与所述时间延时器的输入端口相连，所述时间延时器的各输出端口分别与所述超高速相机、瞬态光谱仪、固体继电器和数据采集系统相连，所述固体继电器的输出端口与所述阻燃剂喷射系统和高圧点火系统相连。

本发明的第二个方面，是提供一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的方法，其包括以下步骤：

1)搭建爆燃实验测试系统，并对爆燃实验测试系统中各个变量的时间特征进行分析，确定需要同步控制的各时间变量及时间关系式；所述爆燃实验测试系统包括激波管、预混气体供给系统、阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、数据采集系统、激光纹影系统、高压点火系统和同步控制系统；

2)对高压点火系统的点火时间进行测试，得到高圧点火系统的放电响应时间；

3)对阻燃剂喷射系统工作响应时间进行测试，得到阻燃剂喷射系统工作响应时间的平均值；

4)采用火焰信号采集系统和压力信号采集系统对激波管内全程的压力和火焰传播速度的规律进行测量，得到火焰运动到可视化观察窗的时间；

5)根据步骤1)中的时间关系式以及得到的高压点火系统的放电响应时间、阻燃剂喷射系统的响应时间以及火焰运动到可视化观察窗的时间，得到触发激光纹影系统中瞬态光谱仪和超高速相机的时间，使得多个目标在同一时间同时动作。

进一步的，所述步骤2)中，对高压点火系统的点火时间进行测试，得到高圧点火系统的放电响应时间的方法，包括以下步骤：①搭建高圧点火实验系统：该实验系统包括函数信号发生器、固态继电器、高圧点火系统、火焰传感器和示波器；其中，函数信号发生器的输出通道分别连接固态继电器和示波器的输入端，固态继电器的输出端与高圧点火系统相连，高压点火系统包括点火装置、点火端和点火电极，点火装置分别与固态继电器和点火端相连，点火端通过尼龙法兰安置在实验台上；火焰传感器通过支架固定在点火电极附近，火焰传感器与示波器的另一输入端相连，示波器的输出端与计算机终端相连；

②将激波管道点火端的尼龙法兰安置在实验台上；

③将火焰测速光纤利用支架固定在高压点火电极附近；

④示波器分别记录函数信号发生器产生的TTL信号启动固态继电器的时刻t₁₁和测速光纤连接的光电管PD或光电倍增管PMT输出信号时刻t₁₂，则t₁＝t₁₂-t₁₁；

⑤重复上述测试过程，求得N次实验的平均值作为高压点火系统的放电响应时间。

进一步的，所述步骤3)中，对阻燃剂喷射系统工作响应时间进行测试，得到阻燃剂喷射系统工作响应时间的方法，包括以下步骤：

①将一张打印纸覆盖在激波管实验管道内惰性介质喷射孔上，通过可视化观察窗实验段拍摄打印机运动轨迹；

②利用函数信号发生器产生标准TTL电平，经过时间延时器后分出两路信号，同时作用于固态继电器和超高速相机的外触发端口；

③数据采集系统和示波器分别记录超高速相机外触发时刻t₂₁和打印纸运动时刻t₂₂，则t₂＝t₂₂-t₂₁，打印纸运动时刻根据阻燃剂喷射后高速摄影的图像帧数以及帧数的间隔时间确定；

④重复上述测试过程，求得N次实验的平均值作为阻燃剂喷射系统工作响应时间。

由于本发明采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明搭建的爆燃实验测试系统，包括阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、多通道高分辨率数据采集系统、激光纹影系统、高压点火系统和同步控制系统，能够更精确地研究激波管内瓦斯/空气预混气体爆炸过程中激波形成过程、最大压力和火焰传播速度以及火焰与惰性阻燃剂相互作用的流场演化图像进行研究，研究结果更加全面准确。2、本发明激波管包括首尾相连的多个实验管道和1个可视化观察窗实验段，实现了对激波管压力进行采集的同时，通过可视化观察窗对火焰图像进行采集。3、本发明预混系统采用罐外预混的思想，预混气体能够充分混合后再充入试验系统中，避免了由于预混气体混合不充分对实验结果造成的影响。4、本发明抽真空系统包括旋片泵和罗茨泵，通过两泵的相互配合，对激波管进行抽真空，保证了激波管内部的真空度，进一步保证了结果的准确性。5、本发明首先对爆燃实验测试系统中各个变量的时间特征进行分析，通过对实验测试系统中电火花响应时间、数据采集系统响应时间、激光器响应时间、阻燃剂喷射系统响应时间、CCD/ICCD快门响应时间等进行研究，实现了对爆燃实验测试系统中多个大时间差目标的同步控制的时间关系式。6、本发明通过实验对高圧点火系统和阻燃剂喷射系统的响应时间进行多次测试，以其平均值为基础进行同步控制，同步控制结果更加符合实际情况。综上，本发明可以广泛应用于井下瓦斯/空气预混气体爆燃技术领域。

附图说明

图1是本发明实现爆燃实验测试系统中多目标同步控制系统的实验原理图；

图2是本发明高压点火系统与阻燃剂喷射系统同步控制实验方案示意图；

图3是本发明高压点火系统放电响应时间t₁测量方案示意图；

图4是本发明阻燃剂喷射系统响应时间t₂测量方案示意图；

图5a和图5b分别是本发明高压点火系统放电响应时间t₁实测数据。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

为了更精确地获得爆炸激波管内瓦斯/空气预混气体爆燃过程中，激波形成过程、最大压力和火焰传播速度以及火焰与惰性阻燃剂相互作用的流场演化图像。本发明通过分析激波管测试系统中多个目标的时间响应特征及控制方式，利用超高速相机、光电倍增管、时间延时器、固态继电器、电荷放大器和数据采集系统等设备，提出一种对激波管中瓦斯/空气预混气体爆燃高压点火系统响应时间和惰性介质阻燃剂喷射系统响应时间的测试方法。

如图1所示，本发明提出的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其包括激波管1、预混气体供给系统2、阻燃剂喷射系统3、火焰信号采集系统4、压力信号采集系统5、数据采集系统6、激光纹影系统7、高压点火系统8和同步控制系统9。其中，激波管1包括依次相连的多个实验管道和1个可视化观察窗实验段；预混气体供给系统2与激波管1内部连通，用于根据实验要求产生预设当量比的预混气体并输入激波管1内；阻燃剂喷射系统3与可视化观察窗实验段相连，用于研究阻燃剂参数对瓦斯爆炸传播特性及DDT过程的影响；火焰信号采集系统4和压力信号采集系统5布置在每段实验管道的侧壁上，用于对激波管1内全程的压力和火焰传播速度的规律进行测量，测量结果经数据采集系统6发送到同步控制系统9；激光纹影系统7通过多通道光纤与可视化观察窗实验段连接，用于对爆燃流场典型自由基浓度和温度的分布图像进行测量，进而从基元反应层面认识瓦斯爆燃的本质以及阻燃剂抑制作用的机理；高压点火系统8与激波管1端部连接，用于对激波管1内的预混气体进行点火；同步控制系统9用于对阻燃剂喷射系统3、火焰信号采集系统4、压力信号采集系统5、激光纹影系统7和高压点火系统8进行同步控制。

进一步的，激波管1中各实验管道采用截面形状为200mm×200mm的正方形管道，每段实验管道的长度为2500mm，本发明中激波管共包含14段实验管道，总长为35m；可视化观察窗实验段为两块直径为200mm的K9石英有机玻璃，其长度为1000mm。

进一步的，激波管1的可视化观察窗实验段还与泄爆仓10相连通，泄爆仓10通过气泵线与泵11相连。

进一步的，预混气体供给系统2包括预混系统21、抽真空系统22、控制柜23和控制柜24。其中，预混系统21采用的是罐外预混的思想，其包括预混罐211，预混罐211通过球阀212和高压气泵线与控制柜23相连；抽真空系统22包括旋片泵和罗茨泵，旋片泵和罗茨泵通过高压气泵线与激波管1内部相连通，旋片泵和罗茨泵的控制端与控制柜23和控制柜24相连，用于根据控制柜23和控制柜24的控制信号对激波管1抽真空和充配气使用；控制柜23的输出端口分别与空压机25、甲烷气瓶26以及控制柜24相连，用于按照道尔顿分压定律将甲烷和空气分别按照预定的体积百分数充入预混罐211中，待预混气体静止6-8小时后充入激波管1内作为实验气体备用。

进一步的，旋片泵的抽气速度为90m³/h，极限真空度为0.7Pa，罗茨泵的抽气速度为500m³/h，极限真空度为0.4Pa。在对激波管1抽真空的初期(本系统激波管中初始压力为1个大气压)，启动旋片泵，当压力降低到一定量级时(通常是0.01个大气压)，停止旋片泵，同时启动罗茨泵。

进一步的，如图2所示，阻燃剂喷射系统3包括氮气储罐31、电磁阀32和喷嘴33，其中，氮气储罐31的出口端通过喷射管线与喷嘴33相连，喷嘴33设置在激波管1中可视化观察窗实验段设置的惰性气质喷射孔内，电磁阀32设置在喷射管线上，由同步控制系统9控制。

进一步的，火焰信号采集系统4包括光电二极管，光电二极管用于将火焰产生的光信号通过光纤导入并转化为电信号，并发送到数据采集系统6。

进一步的，压力信号采集系统5包括16个压电式压力传感器，各压电式压力传感器等间隔设置在激波管1的各实验管道上，且各压电式压力传感器采集到的压力信号通过数据线发送到多通道高分辨率数据采集系统6。其中，压电式压力传感器的采样频率为500KHz，最大量程为6.9MPa。

进一步的，数据采集系统6采用多通道高分辨率数据采集系统，其最高采样频率为20MHz。

进一步的，激光纹影系统7包括脉冲激光发射平台71、凹球反射镜72～73、超高速相机74和瞬态光谱仪75；其中，凹球反射镜72和凹球反射镜73对称设置在激波管1的可视化观察窗实验段两侧，脉冲激光发射平台71发射的激光经凹球反射镜72和凹球反射镜73反射后，分别由超高速相机74和瞬态光谱仪75进行图像和光谱采集，并上传到同步控制系统9。超高速相机74和瞬态光谱仪75均指电子快门响应时间达到纳秒量级的设备，优选的，本发明中，超高速相机74采用CCD相机，瞬态光谱仪75采用瞬态光谱ICCD相机。

进一步的，如图2所示，高压点火系统8包括电容81和二极管82，电容81的正极和二极管82负极与220V电源连接，电容81的负极和二极管82的正极与地线连接，电容81的正极作为高压点火系统的高压正极，由地线与同步控制系统9输出的低压正极产生放电，击穿高压正极和地线间的空气介质，完成瓦斯空气预混气体点火。

进一步的，同步控制系统9包括函数信号发生器91、时间延时器92和固体继电器93。其中，函数信号发生器91的输出端口与时间延时器92的输入端口相连，时间延时器92的各输出端口分别与超高速相机74、瞬态光谱仪75、固体继电器93和数据采集系统6相连，固体继电器93的输出端口与阻燃剂喷射系统3和高圧点火系统8相连。

如图2所示，本发明系统中高压点火系统8和阻燃剂喷射系统3的工作原理为：函数信号发生器91产生标准的TTL信号(例如电平TTL0)送入时间延时器92(本发明采用DG645)的输入端，时间延时器92输出端的两个通道CH1和CH2分别产生电平TTL1和TTL2；电平TTL1经过固态继电器93控制高压点火系统8中的低压正极和地线产生放电，其能量可击穿系统中高压正极和地线间的介质，实现高压放电；电平TTL2经过固态继电器93启动阻燃剂喷射系统3，喷射CO₂/N₂/H₂O等。

基于上述预混气体爆燃实验系统中多目标同步控制系统，本发明提出了一种实现爆燃实验测试系统中多目标同步控制的方法，其包括以下步骤：

1)对爆燃实验测试系统中各个变量的时间特征进行分析，确定需要同步控制的各时间变量及时间关系式。

为了通过超高速纹影系统获得更好的火焰与阻燃剂相互作用的流场图像，需要对实验系统中各个变量的时间特征加以分析，目的是使火焰到达观察窗时，阻燃剂刚好喷射与火焰作用并且同时打开CCD和ICCD电子快门，获得爆炸流场微观信息。在整套实验系统中需要同步控制的时间变量如表1所示，分析可知实现同步控制的时间关系式为：

t₁+t₂+t₃＝t₄+t₅+t_d＝t₆＝t₇ (1)

此处仍有必要对(1)式加以分析，定义T₁＝t₁+t₂+t₃、T₂＝t₄+t₅+t_d，①若T₁>T₂，说明通道设置的延时时间t_d过小，则在火焰未达到观察窗前，阻燃剂喷射系统3已经开始工作，惰性介质就会干扰观察窗附近预混气体的组分，改变爆炸流场的微观信息；②若T₁<T₂，说明通道设置的延时时间t_d过大，则在火焰到达观察窗后，阻燃剂喷射系统仍未工作，影响惰性介质对阻燃效果的分析。

表1同步控制实验系统中的变量

2)对高压点火系统中，低压正极与地线产生放电到击穿高压正极与地线间介质的响应时间进行测试，得到其平均值。

如图3所示，为了实现实验系统中多个目标的同步控制，本发明通过实验确定高压点火系统中，低压正极与地线产生放电到击穿高压正极与地线间介质的响应时间，测试方案如下：

①搭建高圧点火实验系统：该实验系统包括函数信号发生器、固态继电器、高圧点火系统、火焰传感器和示波器(例如DH5960)；其中，函数信号发生器的输出通道分别连接固态继电器和示波器的输入端，固态继电器的输出端与高圧点火系统相连，高压点火系统包括点火装置、点火端和点火电极，点火装置分别与固态继电器和点火端相连，点火端通过尼龙法兰安置在实验台上；火焰传感器通过支架固定在点火电极附近，火焰传感器与示波器的另一输入端相连，示波器的输出端与计算机终端相连。火焰传感器采用集成为一体的火焰测速光纤和光电二极管PD或集成为一体的火焰测速光纤和光电倍增管PMT。

②启动函数信号发生器，采用示波器分别记录函数信号发生器产生的TTL信号启动固态继电器的时刻t₁₁和火焰传感器输出信号的时刻t₁₂。

③根据示波器记录的函数信号发生器产生的TTL信号启动固态继电器的时刻t₁₁和火焰传感器输出信号的时刻t₁₂，计算得到高压点火系统中，低压正极与地线产生放电到击穿高压正极与地线间介质的响应时间t₁＝t₁₂-t₁₁；

④重复上述测试过程(即步骤②～③)，求得N次实验的平均值。

3)对阻燃剂喷射系统的工作响应时间进行测试，得到阻燃剂喷射系统工作响应时间的平均值。

如图4所示，对阻燃剂喷射系统工作响应时间进行测试的方法，包括以下步骤：

①将一张打印纸覆盖在激波管1的可视化观察窗实验段内惰性介质喷射孔上，通过有机玻璃观察窗拍摄打印纸运动轨迹；

②利用函数信号发生器产生标准TTL电平，经过时间延时器后分出两路信号，同时作用于固态继电器和CCD相机的外触发端口；

③采用示波器分别记录CCD相机的外触发时刻t₂₁和打印纸运动时刻t₂₂，则t₂＝t₂₂-t₂₁，其中，打印纸运动时刻可以根据阻燃剂喷射后高速摄影的图像帧数以及帧数的间隔时间确定；

④重复上述测试过程，求得N次实验的平均值。

4)采用火焰信号采集系统和压力信号采集系统对激波管1内全程的压力和火焰传播速度的规律进行测量，得到火焰运动到可视化观察窗的时间。

5)根据步骤1)中的时间关系式以及得到的高圧点火系统的放电响应时间、阻燃剂喷射系统的响应时间以及火焰运动到可视化观察窗的时间，得到触发瞬态光谱仪和超高速相机的时间，使得多个目标在同一时间同时动作。

实施例：

本实施例中，通过对高压点火系统的响应时间进行了8组测试。

如图5所示，为高压点火系统响应时间实测信号，其中点火电压5000V，数据采集卡采样频率1MHz，火焰信号灵敏度1mv/mv，TTL信号10mv/mv，触发方式为信号触发，07通道信号为TTL电平信号，09通道为电火花信号。重复上述实验，数据如表2所示：

表2高压点火系统放电响应时间t₁实验数据

实验序号	响应时间t<sub>1</sub>/μs	实验序号	响应时间t<sub>1</sub>/μs
				1	26	5	23
2	24	6	24
				3	22	7	20
4	21	8	22

8组实验所测得的高压点火系统放电响应时间平均值为22.75μs，放电产生的电火花光照强度介于500mv-900mv之间，本实施例的火焰测试系统存在干扰信号，波形特殊，幅值在275mv左右。

本实施例对惰性介质阻燃剂喷射系统响应时间进行了6组测试，6组实验得到的惰性阻燃剂喷射系统响应时间平均值为4.492ms,表3给出每组实验数据。

表3惰性介质阻燃剂喷射系统响应时间t₂实验数据

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其特征在于：其包括激波管、预混气体供给系统、阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、数据采集系统、激光纹影系统、高压点火系统和同步控制系统；

所述激波管包括依次相连的多个实验管道和1个可视化观察窗实验段；

所述预混气体供给系统与所述激波管内部连通，用于根据实验要求产生预设当量比的预混气体并输入所述激波管内；

所述阻燃剂喷射系统通过所述可视化观察窗实验段上设置的惰性介质喷射孔与所述激波管内部连通，用于研究阻燃剂参数对瓦斯爆炸传播特性及DDT过程的影响；

所述火焰信号采集系统和压力信号采集系统布置在每段所述实验管道的侧壁上，用于对所述激波管内全程的压力和火焰传播速度的规律进行测量，测量结果经所述数据采集系统发送到所述同步控制系统；

所述激光纹影系统设置在所述可视化观察窗实验段，用于对爆燃流场典型自由基浓度和温度的分布图像进行测量；

所述高压点火系统与所述激波管的实验管道端部连接，用于对所述激波管内的预混气体进行点火；

所述同步控制系统用于对所述阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、激光纹影系统和高圧点火系统进行同步控制。

2.如权利要求1所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其特征在于：所述激波管中各所述实验管道采用截面形状为200mm×200mm的正方形管道，每一段所述实验管道长度为2500mm，共14段，总长为35m；所述可视化观察窗实验段采用两块直径为200mm的K9石英有机玻璃，长度为1000mm。

3.如权利要求1所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其特征在于：所述预混气体供给系统包括预混系统、抽真空系统、第一控制柜和第二控制柜；

所述预混系统包括预混罐，所述预混罐通过球阀和高压气泵线与所述第一控制柜相连；

所述抽真空系统包括旋片泵和罗茨泵，所述旋片泵和罗茨泵通过高压气泵线与所述激波管内部相连通，所述旋片泵和罗茨泵的控制端与所述第一控制柜和第二控制柜相连，用于根据所述第一控制柜和第二控制柜的控制信号对所述激波管抽真空和充配气；

所述第一控制柜的输出端口分别与所述空压机、甲烷气瓶以及第二控制柜相连，用于按照分压定律将甲烷和空气分别按照预定的体积百分数充入所述预混罐中。

4.如权利要求1所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其特征在于：所述阻燃剂喷射系统包括氮气储罐、电磁阀和喷嘴，所述氮气储罐的出口端通过喷射管线与所述喷嘴相连，所述喷嘴设置在所述激波管中可视化观察窗实验段设置的惰性气质喷射孔内，所述电磁阀设置在所述喷射管线上，由所述同步控制系统控制；

所述火焰信号采集系统包括光电二极管，所述光电二极管用于将火焰产生的光信号通过光纤导入并转化为电信号，并通过所述数据采集系统发送到所述同步控制系统。

5.如权利要求1所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其特征在于：所述压力信号采集系统包括16个压电式压力传感器，各所述压电式压力传感器等间隔设置在所述激波管的各实验管道上，且各所述压电式压力传感器采集到的压力信号通过数据线发送到所述数据采集系统。

6.如权利要求1所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其特征在于：所述激光纹影系统包括脉冲激光发射平台、两凹球反射镜、超高速相机和瞬态光谱仪；两所述凹球反射镜对称设置在所述激波管的可视化观察窗实验段两侧，所述脉冲激光发射平台发射的激光经两所述凹球反射镜反射后，分别由所述超高速相机和瞬态光谱仪进行图像和光谱采集。

7.如权利要求6所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其特征在于：所述同步控制系统包括信号函数发生器、时间延时器和固体继电器；所述函数信号发生器的输出端口与所述时间延时器的输入端口相连，所述时间延时器的各输出端口分别与所述超高速相机、瞬态光谱仪、固体继电器和数据采集系统相连，所述固体继电器的输出端口与所述阻燃剂喷射系统和高圧点火系统相连。

8.一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)搭建爆燃实验测试系统，并对爆燃实验测试系统中各个变量的时间特征进行分析，确定需要同步控制的各时间变量及时间关系式；所述爆燃实验测试系统包括激波管、预混气体供给系统、阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、数据采集系统、激光纹影系统、高压点火系统和同步控制系统；

2)对高压点火系统的点火时间进行测试，得到高圧点火系统的放电响应时间；

3)对阻燃剂喷射系统工作响应时间进行测试，得到阻燃剂喷射系统工作响应时间的平均值；

4)采用火焰信号采集系统和压力信号采集系统对激波管内全程的压力和火焰传播速度的规律进行测量，得到火焰运动到可视化观察窗的时间；

5)根据步骤1)中的时间关系式以及得到的高压点火系统的放电响应时间、阻燃剂喷射系统的响应时间以及火焰运动到可视化观察窗的时间，得到触发激光纹影系统中瞬态光谱仪和超高速相机的时间，使得多个目标在同一时间同时动作。

9.如权利要求1所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的方法，其特征在于：所述步骤2)中，对高压点火系统的点火时间进行测试，得到高圧点火系统的放电响应时间的方法，包括以下步骤：①搭建高圧点火实验系统：该实验系统包括函数信号发生器、固态继电器、高圧点火系统、火焰传感器和示波器；其中，函数信号发生器的输出通道分别连接固态继电器和示波器的输入端，固态继电器的输出端与高圧点火系统相连，高压点火系统包括点火装置、点火端和点火电极，点火装置分别与固态继电器和点火端相连，点火端通过尼龙法兰安置在实验台上；火焰传感器通过支架固定在点火电极附近，火焰传感器与示波器的另一输入端相连，示波器的输出端与计算机终端相连；

②将激波管道点火端的尼龙法兰安置在实验台上；

③将火焰测速光纤利用支架固定在高压点火电极附近；

④示波器分别记录函数信号发生器产生的TTL信号启动固态继电器的时刻t₁₁和测速光纤连接的光电管PD或光电倍增管PMT输出信号时刻t₁₂，则t₁＝t₁₂-t₁₁；

⑤重复上述测试过程，求得N次实验的平均值作为高压点火系统的放电响应时间。

10.如权利要求1所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的方法，其特征在于：所述步骤3)中，对阻燃剂喷射系统工作响应时间进行测试，得到阻燃剂喷射系统工作响应时间的方法，包括以下步骤：

①将一张打印纸覆盖在激波管可视化观察窗实验段内的惰性介质喷射孔上，通过可视化观察窗实验段拍摄打印机运动轨迹；

②利用函数信号发生器产生标准TTL电平，经过时间延时器后分出两路信号，同时作用于固态继电器和超高速相机的外触发端口；

③数据采集系统和示波器分别记录超高速相机外触发时刻t₂₁和打印纸运动时刻t₂₂，则t₂＝t₂₂-t₂₁，打印纸运动时刻根据阻燃剂喷射后高速摄影的图像帧数以及帧数的间隔时间确定；

④重复上述测试过程，求得N次实验的平均值作为阻燃剂喷射系统工作响应时间。

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