CN204536201U - 光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，包括烟幕箱体、粒子喷洒器和搅拌风扇，所述烟幕箱体为长方体形空腔箱体，其顶壁、底壁、左侧壁、右侧壁和后侧壁均为固定箱壁，其左侧壁和右侧壁上分别标注有以后侧壁为起点的距离刻度，其左侧壁、右侧壁与顶壁、底壁的接缝处设有滑轨，其前侧壁为对开门式箱壁，并与所述滑轨滑动配合，其前侧壁与后侧壁、其左侧壁与右侧壁上分别开设有面对面布置的探测窗口。本实用新型取代了现有的光程固定、体积庞大、耗费样品量大的烟幕箱实验系统，提高了测试结果的客观性和准确度，增强了测试的通用性。

Description

光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置

技术领域

本实用新型涉及气溶胶粒子和烟幕粒子消光系数测试技术领域，具体是一种光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置。

背景技术

气溶胶或烟幕粒子对电磁辐射的吸收和散射衰减总体上称为消光，研究这些粒子对特定波段电磁波的消光作用，对描述大气的电磁波传输特性、大气洁净度以及特定粒子对特定电磁波的消光特性均具有重要作用。

质量消光系数指单位质量气溶胶的遮蔽面积，用于表征气溶胶粒子对电磁辐射衰减的能力大小，其数值越大，说明衰减效果越好。

根据Lambert-Beer定律，质量消光系数α的计算公式为:

$\mathrm{\α}=-\frac{1}{C_{m}L}\ln \frac{I_O}{I}---\left(1\right)$

式中，τ为透过率，I_O和I分别为烟幕遮蔽前后探测系统接收到的来自辐射源的辐射值；C_m为气溶胶质量浓度，g/m³；L为光程，即辐射源与接收探测设备的距离，m。

因此，根据光程L、透过率τ、烟幕质量浓度C_m，就可以计算气溶胶粒子的质量消光系数。

当前测试烟幕消光系数的常用装置是固定光程的烟幕箱实验系统，由大型烟幕箱体、发烟剂、发烟器、搅拌风扇、质量浓度采样头、面对面探测窗口、辐射源、探测器、计算机等组成。

测试时，首先调试好烟幕透过率测试系统，在无烟幕情况下，探测来自辐射源的辐射，记录为初始测量值I_O。然后，点燃发烟器，并启动内置风扇充分搅动，使箱内粒子处于相对均匀状态，探测来自辐射源的辐射经过烟幕到达探测器后的变化情况，记录为测量值I。同时，启动烟幕质量浓度采样装置，采样1～3次，求均值即为烟幕质量浓度C_m。将上述测量值和烟箱光程L代入(1)式，即可求得粒子的质量消光系数。

但是，随着烟幕干扰技术的发展，通过发烟剂燃烧产生滚滚浓烟的传统烟幕技术，正逐渐被直接喷洒高性能干扰材料的方法所取代，对消光性能测试装置也提出了新要求。现有烟幕测试装置体积庞大，形状、光程和容积固定。一次测试往往需要耗费大量试样，若需测试不同质量浓度下消光系数，试样耗费量更大。而且，固定的光程和容积导致箱内烟幕分布状态基本固定，即使重复测量几次，所得结果仍是该分布状态下消光特性，不能全面客观地描述烟幕的消光现象。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，该测试装置的容积和光程可调，能够满足不同测试样品用量，获得不同烟幕浓度或不同光程下粒子的平均消光系数。

本实用新型的技术方案为：

一种光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，该装置包括烟幕箱体、粒子喷洒器和搅拌风扇，所述烟幕箱体为长方体形空腔箱体，其顶壁、底壁、左侧壁、右侧壁和后侧壁均为固定箱壁，其左侧壁和右侧壁上分别标注有以后侧壁为起点的距离刻度，其左侧壁、右侧壁与顶壁、底壁的接缝处设有滑轨，其前侧壁为对开门式箱壁，并与所述滑轨滑动配合，其前侧壁与后侧壁、其左侧壁与右侧壁上分别开设有面对面布置的探测窗口。

所述的光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，所述烟幕箱体的前侧壁由对开门式箱门和带有侧翼的移动框架组成，所述对开门式箱门铰接在移动框架上，所述侧翼的边缘设有与滑轨配合的滑轮。

所述的光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，所述粒子喷洒器由喇叭形喷洒头和漏斗式送料管组成，所述漏斗式送料管内装有待分散粒子，其一端连接鼓风机，另一端连接喇叭形喷洒头，所述喇叭形喷洒头穿过其中一个探测窗口伸入烟幕箱体内。

所述的光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，所述搅拌风扇的数量为两个，分别设置在烟幕箱体的对角线两端。

所述的光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，所述烟幕箱体的顶壁上设有带滤网的排烟口。

所述的光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，该装置还包括移动承载底座，所述移动承载底座设置在烟幕箱体下方，用于固定、承载和移动烟幕箱体；所述移动承载底座由金属框架及其四角处的滚轮组成或者由金属板及其四角处的滚轮组成。

本实用新型的有益效果为：

(1)通过在箱体内设计滑轨、设计对开门式带侧翼的可移动箱壁，实现了烟幕箱光程和容积的连续可调，取代了现有的光程固定、体积庞大、耗费样品量大的烟幕箱实验系统；

(2)通过在前后、左右四壁开设面对面探测窗口、并在侧壁标注距离刻度，既可以直接测试固定光程下的烟幕消光系数，也可以测试不同光程下的烟幕消光系数，在无需繁琐操作的情况下，可以在多个测试条件下获得粒子的平均质量消光系数，从而提高测试结果的客观性和准确度；

(3)本实用新型的测试装置通过推拉前侧壁实现了箱体容积的调节，可以满足测试实验时对大型烟幕箱和小型烟幕箱的不同需求，增强了测试的通用性。

附图说明

图1是本实用新型装置的结构示意图；

图2是本实用新型装置的对开门式箱壁结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图和具体实施例进一步说明本实用新型。

如图1所示，一种光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，包括烟幕箱体1和移动承载底座3。移动承载底座3置于烟幕箱体1的下方，由金属框架或金属板3b及其四角处的滚轮3a组成，用于固定、承载和移动烟幕箱体1。烟幕箱体1为内部密闭的长方体形空腔箱体，其顶壁、底壁、左侧壁、右侧壁和后侧壁为固定箱壁，其左侧壁和右侧壁上分别标注有以后侧壁为起点的距离刻度6，其左侧壁、右侧壁与顶壁、底壁的接缝处设有滑轨7，其前侧壁2为对开门式箱壁，并可沿着滑轨7前后移动。

烟幕箱体1的前侧壁、后侧壁、左侧和右侧壁均由透明有机玻璃构成，其中，前侧壁、后侧壁上开设有面对面的探测窗口1a、1b，左侧壁、右侧壁上开设有面对面的探测窗口1c，探测窗口1a、1b、1c上均设有可移动的盖板。烟幕箱体1的顶壁上设有带滤网的排烟口8。烟幕箱体1上设有由喇叭形喷洒头4a和漏斗式送料管4b组成的粒子喷洒器4；漏斗式送料管4b内散装有待分散粒子，其一端连接喇叭形喷洒头4，另一端连接鼓风机，在如图1所示的实施例中，粒子喷洒器4通过探测窗口1c进入烟幕箱体1内。烟幕箱体1内部在其对角线两端各设有一个搅拌风扇5。

如图2所示，烟幕箱体1的前侧壁2由箱门9和移动框架10组成，箱门9镶嵌于移动框架10中，移动框架10带有四个侧翼11，侧翼11边缘装有小型滑轮，小型滑轮镶嵌于滑轨7中。箱门9由两面大小相同、分别固定于移动框架10的竖边上、可对开的面板组成，其上分别开设有探测窗口1a、1b。箱门9设置成对开门式，便于对烟幕箱体1内部进行清理。移动框架10的上、下边缘处均粘接有硅胶密封条。沿滑轨7推动前侧壁2至左侧壁/右侧壁的某一距离刻度6处，即可开展该光程或容积下粒子的消光系数测试实验。

本实用新型的工作原理：

(1)不同光程下不同质量浓度粒子的平均质量消光系数的测试

测试时，首先依据测试方案中的预设光程L₁或者预设容积V₁对应的光程L₁，沿滑轨7推拉烟幕箱体1的前侧壁2，使箱门9与左侧壁和右侧壁上相应的光程刻度值L₁对齐。

然后，在未释放烟幕的条件下，通过探测窗口1a和1b构成的可调光程探测窗口，获取辐射源辐射经过空的烟幕箱体1的初始测量值I_O，并由与探测器相连的计算机记录。

接着，称取质量为m₁的待测粒子，将其散装于粒子喷洒器4中，打开鼓风机开关，送风将待测粒子喷洒至烟幕箱体1内，同时，开启搅拌风扇5，使待测粒子分布均匀。再次通过探测窗口1a和1b，获取辐射源辐射经过烟幕箱体1中待测粒子到达探测器的测量值I₁，并由与探测器相连的计算机记录。

则一定分散浓度下待测粒子的透过率τ₁由下式可得：

$\mathrm{\τ}=\frac{I}{I_O}\×100\%---\left(2\right)$

将喷洒的待测粒子质量m₁、烟幕箱体容积V₁代入求出待测粒子质量浓度C_m1，由箱门9对应的侧壁刻度得到光程L₁；于是，将光程L₁、所测透过率τ₁、待测粒子质量浓度C_m1代入公式(1)即可计算出待测粒子的质量消光系数α₁。

同样，依据测试方案中的预设光程L₂、L₃……L_n，或预设容积V₂、V₃……V_n对应的光程L₂、L₃……L_n，沿滑轨7推拉烟幕箱体1的前侧壁2，使箱门9对齐左侧壁和右侧壁上相应的光程刻度值L₂、L₃……L_n，依次重复上述实验过程。

于是，依次得到粒子透过率τ₂、τ₃……τ_n，将其与对应的光程L₂、L₃……L_n，以及待测粒子质量浓度C_m2、C_m3……C_mn分别代入消光系数α的计算公式(1)中，可以依次得到相应测试条件下的待测粒子质量消光系数α₂、α₃……α_n，然后由下式求得平均消光系数

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}=\frac{{\mathrm{\α}}_1+{\mathrm{\α}}_2+...+{\mathrm{\α}}_n}{n}---\left(3\right)$

(2)固定光程下不同质量浓度粒子的平均质量消光系数的测试

本实用新型设计中，还可以将辐射源和探测器架设于固定光程的探测窗口1c处，在光程L固定的前提下，通过推拉烟幕箱体1的前侧壁2调节烟幕箱体1的容积V₁、V₂……V_n，进而控制待测粒子质量浓度C_m1、C_m2……C_mn，再按上述透过率测试过程，测得该质量浓度下相应的透过率τ₁、τ₂……τ_n。将上述相关数值代入公式(1)中，得到固定光程、不同质量浓度下的待测粒子质量消光系数α₁、α₂……α_n，然后由公式(3)求得待测粒子平均消光系数

由上述可知，本实用新型通过设计可移动式箱壁，并在箱壁上标注光程数值刻度，实现了光程的连续可调和直观控制，并间接实现了箱体容积和粒子质量浓度的灵活控制。本实用新型不仅可以测试不同光程下不同质量浓度粒子的平均质量消光系数，还可以测试固定光程下不同质量浓度粒子的平均质量消光系数，能够尽可能地避免因粒子分布状态差异给测试结果带来得误差，所得平均质量消光系数可以较客观地反映粒子的真实消光特性。

同时，本实用新型通过调节烟幕箱体1的容积，既解决了大型烟幕箱对测试样品耗费量大的问题，也解决了少量试样在大型烟幕箱中质量浓度过低、测试结果不准的问题。

以上所述实施方式仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，该装置包括烟幕箱体、粒子喷洒器和搅拌风扇，其特征在于：所述烟幕箱体为长方体形空腔箱体，其顶壁、底壁、左侧壁、右侧壁和后侧壁均为固定箱壁，其左侧壁和右侧壁上分别标注有以后侧壁为起点的距离刻度，其左侧壁、右侧壁与顶壁、底壁的接缝处设有滑轨，其前侧壁为对开门式箱壁，并与所述滑轨滑动配合，其前侧壁与后侧壁、其左侧壁与右侧壁上分别开设有面对面布置的探测窗口。

2.根据权利要求1所述的光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，其特征在于：所述烟幕箱体的前侧壁由对开门式箱门和带有侧翼的移动框架组成，所述对开门式箱门铰接在移动框架上，所述侧翼的边缘设有与滑轨配合的滑轮。

3.根据权利要求1所述的光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，其特征在于：所述粒子喷洒器由喇叭形喷洒头和漏斗式送料管组成，所述漏斗式送料管内装有待分散粒子，其一端连接鼓风机，另一端连接喇叭形喷洒头，所述喇叭形喷洒头穿过其中一个探测窗口伸入烟幕箱体内。

4.根据权利要求1所述的光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，其特征在于：所述搅拌风扇的数量为两个，分别设置在烟幕箱体的对角线两端。

5.根据权利要求1所述的光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，其特征在于：所述烟幕箱体的顶壁上设有带滤网的排烟口。

6.根据权利要求1所述的光程和容积连续可调式粒子消光系数测试装置，其特征在于：该装置还包括移动承载底座，所述移动承载底座设置在烟幕箱体下方，用于固定、承载和移动烟幕箱体；所述移动承载底座由金属框架及其四角处的滚轮组成或者由金属板及其四角处的滚轮组成。