RU76808U1

RU76808U1 - DEVICE FOR DETERMINING FIRE HAZARD OF CONIFEROUS FORESTRY ARRAY

Info

Publication number: RU76808U1
Application number: RU2008115323/22U
Authority: RU
Inventors: Алексей Андреевич Абрамовских; Александр Николаевич Голованов; Анатолий Михайлович Гришин; Ярослав Васильевич Суков
Priority date: 2008-04-18
Filing date: 2008-04-18
Publication date: 2008-10-10

Abstract

Полезная модель относится к области охраны лесов и может быть использована для определения пожароопасности хвойного лесного массива. Устройство работает на принципе зависимости электрической проводимости лесных горючих материалов (ЛГМ) от их влагосодержания. Содержит мегомметр со встроенным блоком генерации электроэнергии, контактными клеммами и измерительным прибором. Клеммы выполнены в виде двух зажимов для образца хвойных ЛГМ с возможностью относительного перемещения от 20 до 60 мм, а шкала стрелочного прибора градуирована либо в единицах омического сопротивления, либо в единицах удельного электрического сопротивления (УЭС). Мегомметр оборудован переключателем диапазонов шкалы для каждого из фиксированных расстояний между зажимами и подстроечным регулятором. Сектор шкалы в области критического значения УЭС, соответствующий критическому влагосодержанию W_*=13±2%, выделен другим цветом. При работе используют график зависимости влагосодержания от удельного сопротивления, который строят в лабораторных условиях. Прибор заключен в защитный кожух с крышкой и оборудован переносным ремнем, а на внутренней поверхности крышки закреплены график зависимости влагосодержания ЛГМ от его удельного электрического сопротивления и измерительная линейка. Прибор компактен, электронезависим, пригоден для работы в полевых условиях. 3 п.ф-лы, 2 илл., библ. - 4 наим.The utility model relates to the field of forest protection and can be used to determine the fire hazard of coniferous forests. The device operates on the principle of the dependence of the electrical conductivity of forest combustible materials (LGM) on their moisture content. It contains a megger with an integrated power generation unit, contact terminals and a measuring device. The terminals are made in the form of two clamps for a sample of coniferous LGM with the possibility of relative movement from 20 to 60 mm, and the scale of the dial gauge is graduated either in units of ohmic resistance or in units of electrical resistivity. The megger is equipped with a scale range switch for each of the fixed distances between the clamps and the adjustment knob. The sector of the scale in the region of the critical value of the resistivity corresponding to the critical moisture content W _* = 13 ± 2% is highlighted in a different color. When using a graph of moisture content versus resistivity, which is built in the laboratory. The device is enclosed in a protective casing with a lid and equipped with a portable belt, and on the inner surface of the lid there is a graph of the moisture content of the LGM versus its electrical resistivity and a measuring ruler. The device is compact, electronically independent, suitable for working in the field. 3 pp., 2 ill., Bibl. - 4 characters

Description

Устройство может быть использовано службой охраны лесов в качестве прибора оперативного контроля пожароопасной ситуации.The device can be used by the forest protection service as a device for operational control of a fire hazard situation.

Пожароопасность лесов обычно определяют путем взятия образцов лесных горючих материалов (ЛГМ) и определения их влагосодержания в лабораторных условиях, например, с использованием аналитических весов и сушильного шкафа. При снижении среднего влагосодержания ЛГМ ниже определенного (критического) уровня контролируемый участок относят к пожароопасным [1]. Определение текущего влагосодержания ЛГМ - весьма трудоемкий и дорогостоящий процесс, вплоть до использования авиационных и космических средств мониторинга [2]. Специальные портативные устройства для оперативного контроля пожароопасности лесного массива неизвестны.The fire hazard of forests is usually determined by taking samples of forest combustible materials (LGM) and determining their moisture content in the laboratory, for example, using an analytical balance and an oven. With a decrease in the average moisture content of LGM below a certain (critical) level, the controlled area is classified as fire hazardous [1]. Determining the current moisture content of LGM is a very laborious and expensive process, up to the use of aviation and space monitoring tools [2]. Special portable devices for operational fire hazard monitoring of the forest are unknown.

Пожароопасность лесного массива может оценить по величине удельного электрического сопротивления типичных для этого массива горючих материалов, поскольку этот показатель является не менее достоверным, чем текущее влагосодержание. Особую опасность с точки зрения борьбы с лесопожарами занимают хвойные массивы. Например, в Сибири, хвойные леса занимают более 74% лесопокрытых площадей.The fire hazard of the forest can be estimated by the value of the electrical resistivity of the combustible materials typical for this array, since this indicator is no less reliable than the current moisture content. Of particular danger from the point of view of combating forest fires is coniferous forests. For example, in Siberia, coniferous forests occupy more than 74% of forested areas.

Технической задачей является снижение трудоемкости определения текущего влагосодержания хвойных ЛГМ и повышение оперативности оценки пожароопасности лесного массива. Задача решается с помощью предлагаемого устройства, основанного на определении удельного электрического сопротивления (УЭС) образцов хвойных ЛГМ и представляющего собой модифицированный мегомметр (фиг.1). Удельное электрическое сопротивление ρ на единицу длины рассчитывают по известной формуле:The technical task is to reduce the complexity of determining the current moisture content of coniferous LGM and increase the efficiency of assessing the fire hazard of the forest. The problem is solved using the proposed device, based on the determination of the electrical resistivity (resistivity) of samples of coniferous LGM and which is a modified megger (figure 1). The electrical resistivity ρ per unit length is calculated by the well-known formula:

, (1) , (one)

где R - измеренное электрическое сопротивление ЛГМ, l - длина образца, s=β·πd²/4 - площадь его поперечного сечения, d - диаметр, β - коэффициент отличия от сечения от круга, β<1. Если в качестве ЛГМ взять хвою сосны, кедра, ели (типичная растительность для регионов Сибири и Дальнего востока), то миделево сечение представляет собой полукруг, т.е. β=0,5. Как показали эксперименты, величина ρ хорошо коррелирует с влагосодержанием ЛГМ, и эта зависимость может быть отображена на графике W(ρ) (фиг.2). Электрическое сопротивление хвои измеряют высокоточным мегомметром, длину - линейкой, диаметр - микрометром. Набором статистических данных можно определить среднюю площадь сечения хвои для типичного вида растительности контролируемого участка. Тогда формула (1) упростится:where R - LGM measured electrical resistivity, l - length of the sample, s = β · πd ^2/4 - cross-sectional area, d - diameter, β - coefficient differences on the section of the circle, β <1. If we take pine, cedar and spruce needles (typical vegetation for the regions of Siberia and the Far East) as LGM, then the mid-section is a semicircle, i.e. β = 0.5. As experiments showed, the ρ value correlates well with the moisture content of the LGM, and this dependence can be displayed on the graph of W (ρ) (figure 2). The electrical resistance of the needles is measured with a high-precision megger, the length with a ruler, and the diameter with a micrometer. A set of statistical data can determine the average cross-sectional area of needles for a typical type of vegetation of a controlled area. Then the formula (1) will be simplified:

ρ=klR, где k=const. (2)ρ = klR, where k = const. (2)

При фиксированной длине образца l=const величина сопротивления образца пропорциональна величине его удельного электрического сопротивления, ρ~R, что позволяет проградуировать шкалу устройства непосредственно в значениях удельного сопротивления.For a fixed sample length l = const, the value of the resistance of the sample is proportional to the value of its specific electrical resistance, ρ ~ R, which makes it possible to calibrate the scale of the device directly in the values of specific resistance.

Для образцов различной длины используют различное фиксированное расстояние между зажимами, например, 20 мм, 40 мм и др., поэтому шкала имеет несколько диапазонов измерения, переход между которыми осуществляется переключателем диапазонов. Таким образом, снимая числовое показание со шкалы заявляемого устройства, оператор может без вычислений войти в график W(ρ) и определить, насколько текущее влагосодержание отличается от критического. Эта особенность метода незаменима при возникновении пожароопасной ситуации (пожары в соседних регионах, засуха и т.п.), когда возникает необходимость в частом оперативном контроле. Погрешность метода зависит от величины доверительного интервала графической зависимости.For samples of different lengths, a different fixed distance between the clamps is used, for example, 20 mm, 40 mm, etc., therefore, the scale has several measurement ranges, the transition between which is carried out by the range switch. Thus, taking a numerical reading from the scale of the claimed device, the operator can enter the W (ρ) graph without calculations and determine how much the current moisture content differs from critical. This feature of the method is indispensable in the event of a fire hazard (fires in neighboring regions, drought, etc.), when there is a need for frequent operational monitoring. The error of the method depends on the value of the confidence interval of the graphical dependence.

Предлагаемое устройство может быть реализовано на базе подходящего по пределам измерения мегомметра. Для повышения The proposed device can be implemented on the basis of a suitable megohmmeter measurement limits. For increase

достоверности используют необходимое количество образцов хвои в пределах контролируемого участка. При этом определяют удельное электрическое сопротивление ЛГМ, с помощью графика W(ρ) определяют текущее влагосодержание W и сопоставляют его с критическим значением W_*. По соотношению этих величин делают вывод о степени пожароопасности лесного массива.reliability use the required number of samples of needles within the controlled area. In this case, the specific electrical resistance of the LGM is determined, using the graph W (ρ), the current moisture content of W is determined and compared with the critical value of W _* . By the ratio of these values make a conclusion about the degree of fire hazard of the forest.

На фиг.1 показана схема устройства, на фиг.2 - график W(ρ).Figure 1 shows a diagram of the device, figure 2 is a graph of W (ρ).

Устройство для определения пожароопасности лесного массива (фиг.1) содержит мегомметр 3, встроенный блок генерации электроэнергии с приводом 5, измерительный прибор 4 стрелочного или цифрового типа, зажимы 1 для образца ЛГМ, провода 2, регулировочные ручки, переключатель диапазонов (на схеме не показаны). Расстояние между зажимами может устанавливаться от ab до ас (20-60 мм). Шкала стрелочного прибора 4 может быть градуирована как в единицах сопротивления, так и в значениях УЭС с выделенным сектором в области критического УЭС, соответствующего критическому значению влагосодержания W_*.A device for determining the fire hazard of a forest (Fig. 1) contains a megger 3, an integrated power generation unit with drive 5, a measuring device 4 of an arrow or digital type, clamps 1 for a LGM sample, wires 2, adjusting knobs, a range switch (not shown in the diagram ) The distance between the clamps can be set from ab to ac (20-60 mm). The dial gauge 4 scale can be graduated both in units of resistance and in resistivity values with a selected sector in the critical resistivity region corresponding to the critical value of moisture content W _* .

Критическое значение W_* получено в результате теоретических расчетов и экспериментальной проверки [3]. Его величина зависит от относительной влажности воздуха, точки росы, температуры, типа ЛГМ и других характеристик. Однако с достаточной для практики степенью точности можно считать критическое значение влагосодержания ЛГМ величиной постоянной, W_*=13%, что подтверждено экспериментами по условиям возгорания от типичных причин пожара. График для определения текущего влагосодержания ЛГМ удобно иметь в составе прибора, например, закрепить его на корпусе. Периодические измерения и набор статистики позволяют следить за тенденцией и прогнозировать пожароопасную ситуацию.The critical value of W _{* was} obtained as a result of theoretical calculations and experimental verification [3]. Its value depends on the relative humidity, dew point, temperature, type of LGM and other characteristics. However, with a sufficient degree of accuracy for practice, the critical value of the LHM moisture content can be considered as constant, W _* = 13%, which is confirmed by experiments on conditions of fire from typical causes of a fire. It is convenient to have a graph for determining the current moisture content of LGM as part of the device, for example, to fix it on the housing. Periodic measurements and a set of statistics allow you to monitor the trend and predict a fire hazard situation.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Источником измерительного напряжения служит встроенное магнето с ручным приводом. Между зажимами 1 укрепляют тарированный образец и регулятором подстраивают показания прибора. Затем между зажимами помещают образец ЛГМ и вращением ручки 5 блока генерации обеспечивают постоянный электрический ток. Значение сопротивления R образца считывают со шкалы. Измеряют геометрические параметры образца линейкой и микрометром. По формуле (1) рассчитывают удельное электрическое сопротивление ρ. Значение текущего влагосодержания W находят из графика W(ρ).The voltage source is a built-in magneto with a manual drive. Between the clamps 1 strengthen the calibrated sample and the regulator adjusts the readings of the device. Then, an LGM sample is placed between the clamps and a constant electric current is provided by rotation of the handle 5 of the generation unit. The resistance value R of the sample is read from the scale. Measure the geometric parameters of the sample with a ruler and micrometer. The electrical resistivity ρ is calculated by the formula (1). The value of the current moisture content W is found from the graph of W (ρ).

При достаточной изученности лесного участка и информации о типичных ЛГМ шкалу градуируют в единицах УЭС. Показания прибора в зоне выделенного сектора шкалы свидетельствуют о пожарной опасности района. Достоверность информации лежит в пределах методической погрешности способа.With sufficient knowledge of the forest area and information about typical LGM, the scale is graduated in units of resistivity. The readings of the device in the area of the selected sector of the scale indicate a fire hazard in the area. The reliability of the information lies within the methodological error of the method.

Для удобства использования прибора в полевых условиях он может быть заключен в защитный кожух с крышкой и оборудован переносным ремнем. На внутренней поверхности крышки закреплены график зависимости влагосодержания ЛГМ от его удельного электрического сопротивления и измеритель геометрических параметров образца. График с одной или несколькими кривыми может быть построен в лабораторных условиях по образцам ЛГМ, характерным для данного лесного массива. Типичный график зависимости влагосодержания хвои от ее удельного электрического сопротивления приведен на фиг.2.For the convenience of using the device in the field, it can be enclosed in a protective casing with a cover and equipped with a portable belt. On the inner surface of the lid there is fixed a graph of the moisture content of the LGM on its specific electrical resistance and a meter for geometric parameters of the sample. A graph with one or more curves can be constructed in laboratory conditions using LGM samples characteristic of a given forest. A typical graph of the dependence of the moisture content of the needles on its specific electrical resistance is shown in figure 2.

К достоинствам предлагаемой полезной модели относятся небольшие габариты, малые затраты времени оператора, независимость от источников электроэнергии, надежность и оперативность определения влагосодержания образцов. Прибор легко модифицируется для других видов ЛГМ. В приобретении предложенного устройства заинтересованы службы охраны лесов, региональные организации МЧС, экологические службы.The advantages of the proposed utility model include small dimensions, low operator time, independence from electricity sources, reliability and efficiency of determining the moisture content of samples. The device is easily modified for other types of LGM. Forest protection services, regional organizations of the Ministry of Emergencies, and environmental services are interested in acquiring the proposed device.

Источники информации.Information sources.

1. Указания по обнаружению и тушению лесных пожаров. М.: Гослесхоз СССР, 1976. 110 с.1. Guidelines for the detection and suppression of forest fires. M.: Gosleskhoz USSR, 1976.110 s.

2. Спутниковый мониторинг лесных пожаров в России. Итоги. Проблемы. Перспективы: Аналит. обзор/СОРАН. ИОА. ГПНТБ/Ред. В.В.Белов. Новосибирск, 2003. 135 с.2. Satellite monitoring of forest fires in Russia. The results. Problems. Prospects: Analit. review / SORAN. IOA. GPNTB / Ed. V.V. Belov. Novosibirsk, 2003.135 s.

3. Гришин A.M. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. Новосибирск: Наука, 1992. 408 с.; Гришин A.M., Голованов А.Н. Определение характеристик массопереноса в некоторых ЛГМ//ИФЖ. т.74, №4, 2001. С.53-57.3. Grishin A.M. Mathematical modeling of forest fires and new ways to deal with them. Novosibirsk: Nauka, 1992. 408 p .; Grishin A.M., Golovanov A.N. Determination of mass transfer characteristics in some LGM // IFZh. t. 74, No. 4, 2001. S.53-57.

Claims

1. A device for determining the fire hazard of a coniferous forest, containing a megger equipped with a built-in power generation unit, measuring contacts, a pointer measuring device and adjustment knobs, characterized in that the contacts are made in the form of clamps for a sample of coniferous forest combustible materials having the ability to change the distance within 20-60 mm, depending on the size of the LGM sample, electrically connected to the measuring contacts of the megger.

2. The device according to claim 1, characterized in that the pointer device is made pointer, its scale is graduated in the values of electrical resistivity, the megohmmeter is equipped with a regulator for adjusting readings according to a calibrated sample and a switch of measurement limits, with the ability to switch bypass electric circuits corresponding to the selected the distance between the clamps, and on the measurement scale there are marks, for example, highlighted in a different color, corresponding to the critical value of the specific electrical resistance otivleniya.

3. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the megohmmeter is enclosed in a protective casing with a lid and equipped with a portable belt, and on the inner surface of the lid there are fixed graphs of the moisture content of the forest combustible material on its electrical resistivity and a meter for geometric parameters of the sample.