CN113503963B - 火花探测器性能检测装置及性能检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火花探测器性能检测装置及性能检测方法，检测装置包括不透光管道，管道内沿管道轴向布置有直线导轨；单轴云台，和直线导轨滑动连接；火花模拟单元，安装在单轴云台上；待测火花探测器安装在不透光管道侧壁；单轴云台能够沿直线导轨双向移动，形成相对于被测火花探头不同角度的模拟火花；火花模拟单元通过单轴云台控制辐射方向；控制模块通过控制红外发光管驱动电流的频率/大小，调节模拟火花的频率/辐射强度，形成不同速度/辐射强度的模拟火花；上述各状态模拟火花的实际辐射强度通过辐照计检测。本发明能够对不同型号火花探测器进行统一有效的性能测试，在火花探测器性能检测领域具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及火花探测器测试技术领域，尤其涉及一种火花探测器性能检测装置，同时还涉及一种火花探测器性能检测方法。
背景技术
工业生产过程通常会伴随产生大量需要治理的粉尘，尤其在金属、木材、烟草、食品、饲料、纺织、造纸等加工制造行业的粉尘治理需求更为严格；粉尘治理一般通过气力输送管道将各工艺环节产生的粉尘输送到集中除尘设备；但由于设备因素、工艺因素或物料因素的影响，偶尔会出现火花伴随粉尘一起进入除尘系统，引发火宅或爆炸，此类情况屡见不鲜；火花探测及熄除装置能有效的预防和阻止火灾和爆炸事故的发生，通过感知管道或密闭空间内高温粒子或火花的红外辐射，触发喷射水幕等熄灭介质，达到将火花熄灭或将高温粒子有效降温的效果，消除安全隐患；目前，市面上存在国内外多种类型的火花探测与熄灭系统，其性能参数的描述方式也各不相同，缺乏有效统一的检测方法。
实用新型专利CN210096761U公开了一种新型火花探测及熄除系统检测试验装置，模拟实际现场的火花探测器的使用工况，通过人工观测的方法对被测火花探测及熄除系统的功能进行评估，未能将被测火花探测及熄除系统的具体性能参数量化。
发明专利CN110595614A公开了一种火花探测器性能测试装置及其测试方法，采用黑体炉和辅助机电装置，模拟出不同形状、不同大小、不同速度、不同温度的模拟火花，在此基础上测试火花探测器的敏感距离和敏感角度范围。
在黑体炉口两层开孔挡板相对旋转的过程中，孔口尺寸非稳定值，辐射受开孔面积、开孔形状、实时炉温、挡板相对转速的综合影响，辐射强度存在从小到大再到小的变化规律；实际的红外辐射与理想黑体辐射之间存在较大光谱分布差异(即使总的辐射功率相同，但探测器的响应却不相同)。
红外LED管球端各角度方向上的辐射强度并不一致，在使用LED模拟火花还需要考虑相对角度。发明专利CN110375858A公开了一种火花探测器探头性能测试方法，该方法用普朗克定律计算了特定温度条件下、特定波段内的黑体辐射强度，并据此设定LED的工作电流，模拟理论辐射强度的火花，在此基础上测试火花探测器的响应延时、敏感距离、敏感角度范围等参数。而用理论计算推导出的电流来控制辐射强度会存在较大偏差。
实际红外LED的光谱分布与黑体辐射的光谱分布存在显著差异；辐射强度与工作电流之间并非恒定关系，事实上各型红外LED的技术手册都会给典型条件下辐射强度的最小值、典型值和最大值。
发明内容
发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种火花探测器性能检测装置，本发明的另一目的是提供一种火花探测器性能检测方法，能够实现对不同型号火花探测器的最低响应辐射强度-波长特性、脉冲响应特性、角度特性进行有效测试。
技术方案：一种火花探测器性能检测装置，包括：
不透光管道，管道内沿管道轴向布置有直线导轨；
单轴云台，和直线导轨滑动连接；
火花模拟单元，安装在单轴云台上；所述火花模拟单元包括红外发光管、不透光导光圆管和滤光片，不透光导光圆管与红外发光管同轴，滤光片位于不透光导光圆管的末端，形成窄带定向红外辐射；
控制模块，和红外发光管电连接，用于控制红外发光管驱动电流的大小和频率；
待测火花探测器安装在不透光管道侧壁；所述单轴云台能够沿直线导轨双向移动，形成相对于被测火花探头不同角度的模拟火花；所述火花模拟单元通过单轴云台控制辐射方向；所述控制模块通过控制红外发光管驱动电流的频率/大小，调节模拟火花的频率/辐射强度，形成不同速度/辐射强度的模拟火花；上述各状态模拟火花的实际辐射强度通过辐照计检测。
进一步的，还包括测控计算机；所述不透光管道两端配置有不透光密封端盖，端盖配置接插件；所述测控计算机和控制模块位于管道外，通过电缆和接插件连接，用于发出控制指令、采集管道内的检测信号。
进一步的，所述不透光管道两端的一侧端盖开孔，用于辐照计的安装，开孔中心与单轴云台回转中心的连线平行于管道轴线。在直线导轨相对于管道轴线另一侧的管道侧壁开孔，所述待测火花探测器安装在管道侧壁开孔位置。
优选的，所述不透光管道内贴敷黑色亚光材料或进行亚光涂黑，用于消除管道内壁的漫反射。
一种基于所述火花探测器性能检测装置的火花探测器性能检测方法，将被测火花探测器安装于管道侧壁，辐照计探头安装于管道端面；被测火花探测器所配火花计数系统的远端联动触发信号通过开关量采集卡输入至测控计算机；所述单轴云台在被测火花探测器和辐照计所在的平面内旋转，定义被测火花探测器探头末端与单轴云台旋转轴之间的距离为D，模拟火花单元辐射方向与管道轴线的夹角为θ；
进行如下最低响应辐射强度-波长特性测试：
(1.1)调节单轴云台，使θ角呈90度；调节火花模拟单元在直线导轨上的位置，使火花模拟单元的导光圆管正对被测火花探测器探头中心；
(1.2)驱动电流占空比为100％，通过程控方式从零开始逐步增加火花模拟单元发光管的驱动电流，直至被测火花探测器的火花计数系统发生响应，此时火花探测器接收到的辐射强度即为该波长条件下的最低响应辐射强度；
(1.3)保持红外发光管的驱动电流不变，调节单轴云台角度，θ角呈0度，使火花模拟单元的导光圆管正对辐照计探头中心；沿直线导轨移动火花模拟单元，使得辐照计探头受光面至云台旋转轴的距离为D，测试并记录此时的模拟火花辐射强度和滤光片的中心波长；
(1.4)更换滤光片选取不同的波长，重复(1.1)～(1.3)测试过程，测试待测火花探测器在不同波长条件下的最低响应辐射强度；拟合并绘制最低响应辐射强度-波长特性曲线；
(1.5)根据所绘制最低响应辐射强度-波长特性曲线获得被测火花探测器的峰值响应波长，峰值响应波长位于曲线最低点。
进一步的，还包括角度特性测试的步骤；在获取被测火花探测器的峰值响应波长后，进行如下角度特性测试：
(2.1)按被测火花探测器的峰值响应波长选取滤光片；
(2.2)调节单轴云台，使θ角初始角度为90度；
(2.3)根据θ调节火花模拟单元在直线导轨上的位置，使火花模拟单元的导光圆管轴线正对被测火花探测器探头中心；
(2.4)通过程控方式从零开始逐步增加火花模拟单元发光管的驱动电流，直至被测火花探测器的计数器发生响应，此时火花探测器接收到的辐射强度即为该角度条件下的响应辐射强度，记录当前角度θ；
(2.5)保持红外发光管的驱动电流不变，调节单轴云台角度使火花模拟单元的导光圆管正对辐照计探头中心；沿直线导轨移动火花模拟单元，使得辐照计探头受光面至云台旋转轴的距离为D/sinθ，测试并记录此时的模拟火花辐射强度；
(2.6)按1°步距逐步减小θ，重复(2.3)～(2.5)进行角度特性测试；
(2.7)直至模拟火花的辐射强度达到10倍最低响应辐射强度；
(2.8)根据记录的角度和对应的辐射强度，绘制角度特性曲线
一种基于所述火花探测器性能检测装置的火花探测器性能检测方法，将被测火花探测器安装于管道侧壁，辐照计探头安装于管道端面；被测火花探测器所配火花计数系统的远端联动触发信号通过开关量采集卡输入至测控计算机；所述单轴云台在被测火花探测器和辐照计所在的平面内旋转，定义被测火花探测器探头末端与单轴云台旋转轴之间的距离为D，模拟火花单元辐射方向与管道轴线的夹角为θ；
进行如下脉冲响应特性测试：
(3.1)调节单轴云台角度，θ角呈0度，使火花模拟单元的导光圆管正对辐照计探头中心；沿直线导轨移动火花模拟单元，使得辐照计探头受光面至云台旋转轴的距离为D；
(3.2)设置驱动电流的占空比为100％，调节火花模拟单元红外发光管的驱动电流的幅值，将初始模拟火花辐射强度设定为5倍最低响应辐射强度；
(3.3)设置火花模拟单元红外发光管驱动电流的频率为10Hz、占空比为50％；
(3.4)调节单轴云台，使θ角呈90度；调节火花模拟单元在直线导轨上的位置，使火花模拟单元的导光圆管正对被测火花探测器探头中心；
(3.5)连续输出n个的驱动电流脉冲，n≥100；比对输出脉冲数和被测火花探测器的计数个数，若无偏差则按1％的步距降低火花模拟单元红外发光管驱动电流的占空比后重复n个驱动脉冲进行计数比对，直至被测火花探测器计数对比出现偏差为止，此时驱动电流高电平每周期的维持时间即为当前辐射条件下被测火花探测器的脉冲响应阈值；记录火花模拟单元当前的辐射强度和驱动电流高电平宽度；
(3.6)逐步降低模拟火花单元的辐射强度，重复(3.2)～(3.5)进行脉冲响应测试；记录各种辐射条件下的脉冲响应阈值；
(3.7)直至辐射强度降至最低响应辐射强度；
(3.8)绘制脉冲响应阈值与辐射强度之间的关系曲线
有益效果：
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
(1)本发明适用于国内外多种类型火花探测与熄灭系统的性能检测，能够模拟出不同辐射强度、不同频率以及不同速度的火花，在不同火花探测与熄灭系统性能参数的描述方式不相同的情况下，对火花探测与熄灭系统进行有效统一的检测。
(2)本发明提供了一种有效的最低响应辐射强度-波长特性测试方法，其考虑到光电类红外辐射传感器的输出响应与被测红外辐射的波长有关系，提出在进行火花探测器性能测试时应考虑辐射波长因素。
(3)本发明提供了一种有效的脉冲响应特性方法，其考虑到光电器件结电容和信号处理电路的限制，提出在进行火花探测器性能测试时应考虑火花频率因素。
(4)本发明提供了一种有效的角度特性测试方法，其考虑到光电类红外辐射传感器的输出响应都和被测红外辐射的入射角有关系，因此火花探测器在进行性能测试时应考虑辐射入射方向因素。
附图说明
图1是火花探测器性能检测装置的测试平台剖视图；
图2是火花探测器性能检测装置的测试原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，详细阐述本发明的技术方案。
如图1-2所示，不透光的管道1作为测试平台，管道1内沿管道长度方向设有平行于管道轴线的直线导轨2；直线导轨2上设置单轴云台3，单轴云台3上设置火花模拟单元4；火花模拟单元4包括红外发光管、不透光的导光圆管和窄波段滤光片，导光圆管与红外发光管同轴，窄波段滤光片位于导光圆管的末端，形成窄带定向红外辐射；管道两端配置有不透光密封端盖5，端盖配置接插件用于测试空间的供电和信号传递；管道内壁和密封端盖内壁均亚光涂黑或贴敷黑色亚光材料，消除内壁的漫反射；一侧密封端盖开孔，用于辐照计6的安装，开孔中心与单轴云台回转中心的连线平行于管道轴线；在直线导轨2相对于管道轴线另一侧的管道侧壁开孔，通过辅助工装安装待测火花探测器7；测控计算机和控制模块位于管道之外，通过电缆和测试平台连接。
电机通过驱动模块驱动单轴云台3旋转或者沿导轨移动，单轴云台3旋转时，火花模拟单元4的辐射方向会发生改变，单轴云台3沿直线导轨2双向移动时，能够形成相对于被测火花探头不同角度的模拟火花；控制模块通过控制红外发光管驱动电流的大小，调节模拟火花的辐射强度，形成不同辐射强度的模拟火花；控制模通过控制红外发光管驱动电流的频率，调节模拟火花的频率，模拟速度不同的火花；各种状态模拟火花的实际辐射强度通过辐照计来精确检测。
单轴云台3在被测火花探测器7和辐照计6所在的管道截面内旋转，被测火花探测器探头末端与单轴云台旋转轴之间的距离D，模拟火花单元辐射方向与管道轴线的夹角θ(辅助工装用于满足不同型号的探测器，导轨用于入射方向特性测试)。
基于上述测试平台，进行火花探测器的多种性能检测，具体包括最低响应辐射强度-波长特性测试、脉冲响应特性测试、角度特性测试；以下对三种特性测试方法进行详细地说明。
测试平台的安装：通过辅助工装将被测火花探测器安装于测试平台管道的侧面，辐照计探头安装于测试平台管道端面，被测火花探测器所配火花计数系统的远端联动触发信号通过开关量采集卡输入至测控计算机，环境温度保持在25±5℃范围之内。
最低响应辐射强度-波长特性测试：
测试典型红外波段(780-1100nm)范围内在被测火花探测器的响应阈值，通过更换窄带滤光片来设定测试波长。典型地，滤光片中心波长分别为780、850、940、1020和1100nm，滤光片的通光半带宽10nm。
(1)调节单轴云台，使θ角呈90度；调节火花模拟单元在导轨上的位置，使火花模拟单元的导光圆管正对被测火花探测器探头中心。
(2)驱动电流占空比为100％，通过程控方式从零开始按逐步增加火花模拟单元发光管的驱动电流，直至被测火花探测器的计数器发生响应，此时火花探测器接收到的辐射强度即为该波长条件下的最低响应辐射强度(目前火花探测器的输出信号无标准，需要依赖各厂商配套的计数器进行信号识别和计数)。
(3)保持LED的驱动电流不变，调节单轴云台角度，θ角呈0度，使火花模拟单元的导光圆管正对辐照计探头中心；沿直线导轨移动火花模拟单元，使得辐照计探头受光面至云台旋转轴的距离为D，测试并记录此时的模拟火花辐射强度和滤光片的中心波长。
(4)更换窄带滤光片选取不同的波长，重复(1)～(3)测试过程，测试待测火花探测器在不同波长条件下的最低响应辐射强度；拟合并绘制最低响应辐射强度-波长特性曲线；
(5)根据所绘制最低响应辐射强度-波长特性曲线获得被测火花探测器的峰值响应波长，峰值响应波长位于曲线最低点。
脉冲响应特性测试：
脉冲响应特性用于测试被测火花探测器对高速火花的探测性能；按被测火花探测器峰值响应波长的选取滤光片。
(1)调节单轴云台角度，θ角呈0度，使火花模拟单元的导光圆管正对辐照计探头中心；沿直线导轨移动火花模拟单元，使得辐照计探头受光面至云台旋转轴的距离为D。
(2)设置驱动电流的占空比为100％，调节火花模拟单元红外发光管的驱动电流的幅值，将初始模拟火花辐射强度设定为5倍最低响应辐射强度。
(3)设置火花模拟单元红外发光管驱动电流的频率为10Hz、占空比为50％。
(4)调节单轴云台，使θ角呈90度；调节火花模拟单元在导轨上的位置，使火花模拟单元的导光圆管正对被测火花探测器探头中心。
(5)连续输出n个的驱动电流脉冲，比对输出脉冲数和被测火花探测器的计数个数，若无偏差则按1％的步距降低火花模拟单元红外发光管驱动电流的占空比后重复n个驱动脉冲进行计数比对，直至被测火花探测器计数对比出现偏差为止，此时驱动电流高电平每周期的维持时间即为当前辐射条件下被测火花探测器的脉冲响应阈值；记录火花模拟单元当前的辐射强度和驱动电流高电平宽度。其中，n≥100，优选为100～500。
(6)逐步降低模拟火花单元的辐射强度，重复(2)～(5)进行脉冲响应测试；记录各种辐射条件下的脉冲响应阈值。
(7)直至辐射强度降至最低响应辐射强度。
(8)绘制脉冲响应阈值与辐射强度之间的关系曲线。
角度特性测试：
角度特性用于测试被测火花探测器对不同角度上火花的探测性能；光电类红外辐射传感器的输出响应与红外辐射的入射角(红外辐射与探测器镜头光轴的夹角)之间存在对应关系，理论上入射角越大输出响应越小。
(1)按被测火花探测器的峰值响应波长选取滤光片。
(2)调节单轴云台，使θ角初始角度为90度。
(3)根据θ调节火花模拟单元在导轨上的位置，使火花模拟单元的导光圆管轴线正对被测火花探测器探头中心。
(4)通过程控方式从零开始按逐步增加火花模拟单元发光管的驱动电流，直至被测火花探测器的计数器发生响应，此时火花探测器接收到的辐射强度即为该角度条件下的响应辐射强度，记录当前角度θ。
(5)保持LED的驱动电流不变，调节单轴云台角度使火花模拟单元的导光圆管正对辐照计探头中心；沿直线导轨移动火花模拟单元，使得辐照计探头受光面至云台旋转轴的距离为D/sinθ，测试并记录此时的模拟火花辐射强度。
(6)按1°步距逐步减小θ，重复(3)～(5)进行角度特性测试。
(7)直至模拟火花的辐射强度达到10倍最低响应辐射强度。
(8)根据记录的角度和对应的辐射强度，绘制角度特性曲线。
Claims (2)
1.一种火花探测器性能检测方法，采用火花探测器性能检测装置，其特征在于：所述火花探测器性能检测装置包括：
不透光管道，管道内沿管道轴向布置有直线导轨；
单轴云台，和直线导轨滑动连接；
火花模拟单元，安装在单轴云台上；所述火花模拟单元包括红外发光管、不透光导光圆管和滤光片，不透光导光圆管与红外发光管同轴，滤光片位于不透光导光圆管的末端，形成窄带定向红外辐射；
控制模块，和红外发光管电连接，用于控制红外发光管驱动电流的大小和频率；
待测火花探测器安装在不透光管道侧壁；所述单轴云台能够沿直线导轨双向移动，形成相对于待测火花探测器探头不同角度的模拟火花；所述火花模拟单元通过单轴云台控制辐射方向；所述控制模块通过控制红外发光管驱动电流的频率/大小，调节模拟火花的频率/辐射强度，形成不同速度/辐射强度的模拟火花；上述各状态模拟火花的实际辐射强度通过辐照计检测；
所述火花探测器性能检测装置还包括测控计算机；所述不透光管道两端配置有不透光密封端盖，端盖配置接插件；所述测控计算机和控制模块位于管道外，通过电缆和接插件连接，用于发出控制指令、采集管道内的检测信号；
所述不透光管道两端的一侧端盖开孔，用于辐照计的安装，开孔中心与单轴云台回转中心的连线平行于管道轴线；在直线导轨相对于管道轴线另一侧的管道侧壁开孔，所述待测火花探测器安装在管道侧壁开孔位置；
所述火花探测器性能检测方法包括最低响应辐射强度-波长特性测试、角度特性测试和脉冲响应特性测试；
当进行最低响应辐射强度-波长特性测试时，将待测火花探测器安装于管道侧壁，辐照计探头安装于管道端面；待测火花探测器所配火花计数系统的远端联动触发信号通过开关量采集卡输入至测控计算机；所述单轴云台在待测火花探测器和辐照计所在的平面内旋转，定义待测火花探测器探头末端与单轴云台旋转轴之间的距离为D，模拟火花单元辐射方向与管道轴线的夹角为θ；进行如下最低响应辐射强度-波长特性测试：
（1.1）调节单轴云台，使θ角成90度；调节火花模拟单元在直线导轨上的位置，使火花模拟单元的导光圆管正对待测火花探测器探头中心；
（1.2）驱动电流占空比为100%，通过程控方式从零开始逐步增加火花模拟单元发光管的驱动电流，直至待测火花探测器的火花计数系统发生响应，此时火花探测器接收到的辐射强度即为该波长条件下的最低响应辐射强度；
（1.3）保持红外发光管的驱动电流不变，调节单轴云台角度，θ角成0度，使火花模拟单元的导光圆管正对辐照计探头中心；沿直线导轨移动火花模拟单元，使得辐照计探头受光面至云台旋转轴的距离为D，测试并记录此时的模拟火花辐射强度和滤光片的中心波长；
（1.4）更换滤光片选取不同的波长，重复（1.1）~（1.3）测试过程，测试待测火花探测器在不同波长条件下的最低响应辐射强度；拟合并绘制最低响应辐射强度-波长特性曲线；
（1.5）根据所绘制最低响应辐射强度-波长特性曲线获得待测火花探测器的峰值响应波长，峰值响应波长位于曲线最低点；
获取待测火花探测器的峰值响应波长后，进行如下角度特性测试：
（2.1）按待测火花探测器的峰值响应波长选取滤光片；
（2.2）调节单轴云台，使θ角初始角度为90度；
（2.3）根据θ调节火花模拟单元在直线导轨上的位置，使火花模拟单元的导光圆管轴线正对待测火花探测器探头中心；
（2.4）通过程控方式从零开始逐步增加火花模拟单元发光管的驱动电流，直至待测火花探测器的计数器发生响应，此时火花探测器接收到的辐射强度即为该角度条件下的响应辐射强度，记录当前角度θ；
（2.5）保持红外发光管的驱动电流不变，调节单轴云台角度使火花模拟单元的导光圆管正对辐照计探头中心；沿直线导轨移动火花模拟单元，使得辐照计探头受光面至云台旋转轴的距离为D/sinθ，测试并记录此时的模拟火花辐射强度；
（2.6）按1°步距逐步减小θ，重复（2.3）~（2.5）进行角度特性测试；
（2.7）直至模拟火花的辐射强度达到10倍最低响应辐射强度；
（2.8）根据记录的角度和对应的辐射强度，绘制角度特性曲线；
当进行脉冲响应特性测试时，将待测火花探测器安装于管道侧壁，辐照计探头安装于管道端面；待测火花探测器所配火花计数系统的远端联动触发信号通过开关量采集卡输入至测控计算机；所述单轴云台在待测火花探测器和辐照计所在的平面内旋转，定义待测火花探测器探头末端与单轴云台旋转轴之间的距离为D，模拟火花单元辐射方向与管道轴线的夹角为θ；进行如下脉冲响应特性测试：
（3.1）调节单轴云台角度，θ角呈0度，使火花模拟单元的导光圆管正对辐照计探头中心；沿直线导轨移动火花模拟单元，使得辐照计探头受光面至云台旋转轴的距离为D；
（3.2）设置驱动电流的占空比为100%，调节火花模拟单元红外发光管的驱动电流的幅值，将初始模拟火花辐射强度设定为5倍最低响应辐射强度；
（3.3）设置火花模拟单元红外发光管驱动电流的频率为10Hz、占空比为50%；
（3.4）调节单轴云台，使θ角呈90度；调节火花模拟单元在直线导轨上的位置，使火花模拟单元的导光圆管正对待测火花探测器探头中心；
（3.5）连续输出n个的驱动电流脉冲，n≥100；比对输出脉冲数和待测火花探测器的计数个数，若无偏差则按1%的步距降低火花模拟单元红外发光管驱动电流的占空比后重复n个驱动脉冲进行计数比对，直至待测火花探测器计数对比出现偏差为止，此时驱动电流高电平每周期的维持时间即为当前辐射条件下待测火花探测器的脉冲响应阈值；记录火花模拟单元当前的辐射强度和驱动电流高电平宽度；
（3.6）逐步降低模拟火花单元的辐射强度，重复（3.2）~（3.5）进行脉冲响应测试；记录各种辐射条件下的脉冲响应阈值；
（3.7）直至辐射强度降至最低响应辐射强度；
（3.8）绘制脉冲响应阈值与辐射强度之间的关系曲线。
2.根据权利要求1所述的火花探测器性能检测方法，其特征在于：所述不透光管道内贴敷黑色亚光材料或进行亚光涂黑，用于消除管道内壁的漫反射。
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