專利名稱：一種用于云霧爆炸場的分布式光譜測溫裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于云霧爆炸場的分布式光譜測溫裝置，屬于信號檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)爆炸事故時有發(fā)生。1989年M&MPC(Marsh&Mclennan Protection Conclusion)對150起工業(yè)災(zāi)害事故的統(tǒng)計分析結(jié)果表明，工業(yè)爆炸災(zāi)害約占總工業(yè)災(zāi)害的60%，是最主要的工業(yè)災(zāi)害之一。在各類工業(yè)爆炸事故中，有相當(dāng)一部分是由于懸浮于空氣中的可燃性物質(zhì)的爆炸引起的。如采煤過程中，瓦斯、煤塵和空氣混合并達(dá)到一定濃度后，遇火花等意外能量即可發(fā)生爆炸事故；石油和化工生產(chǎn)中，泄漏出的可燃?xì)怏w或小液滴散布在空氣中達(dá)到一定濃度時，在適當(dāng)?shù)哪芰孔饔孟?電火花、明火)也可發(fā)生燃燒或爆炸。上述爆炸一般為云霧爆轟，云霧爆炸場的溫度毀傷是一種非常重要的毀傷形式。 然而，由于受到研究手段的限制，現(xiàn)有的爆轟溫度場熱毀傷的研究，還停留在依靠經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行的定性分析。近年來，非接觸式光學(xué)測溫理論發(fā)展很快，出現(xiàn)了許多新的測溫手段。單色測溫是利用物體的單色輻射強(qiáng)度隨著溫度升高而增加的原理來進(jìn)行溫度測量的，這種測量方法對限定譜段的輻射測量是有效的，對爆轟波在大譜段范圍內(nèi)的連續(xù)輻射就不是很適用了。比色測溫是通過測量爆轟產(chǎn)物在兩個狹窄波段上的輻射亮度的比值來確定其溫度，當(dāng)選擇的兩個波長(λ ，λ 2)足夠接近時，就可由在這兩個窄譜段上由雙光路的光電檢測器件測得的與光亮度信號對應(yīng)的電壓測量值Vl和ν2之比求出爆溫來。兩波長相差越小，因發(fā)射率近似的假設(shè)帶來的誤差就會越小，但同時在一定的測溫誤差要求下儀器可允許的相對測量誤差也會變得越小，給儀器的測量精度提出很高的要求。紅外測溫屬于全輻射測溫領(lǐng)域，主要是熱成像技術(shù)，即根據(jù)不同物體或物體的不同部位具有不同的紅外輻射特性，熱成像系統(tǒng)可以探測到這種有差異的輻射信號，將其以可見光圖像的形式顯示出來，優(yōu)點(diǎn)是成像范圍廣，靈敏度較高，能根據(jù)物體溫度的微小變化，輻射能量就有較大改變，可以進(jìn)行微小溫度場的溫度測量和溫度分布測量。但是紅外測溫易于受到背景輻射、大氣、煙塵的影響。云霧爆轟有完全反應(yīng)區(qū)也有非完全反應(yīng)區(qū)，造成環(huán)境較為復(fù)雜，煙、塵比較大，這樣嚴(yán)重影響紅外測溫的精度。單色、比色、紅外測得的都不是物體的真實(shí)溫度，要測到物體的真實(shí)溫度，必須知道物體的另一參數(shù)-材料發(fā)射率ε，才能夠求得物體的真實(shí)溫度，因此，研究學(xué)者發(fā)展的多波長測試方法。多波長溫度測量的基本思想是利用被測物體在多個光譜下的輻射測量信息，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理得到物體的真實(shí)溫度和光譜發(fā)射率。以上這幾種方法在云爆測溫領(lǐng)域都有應(yīng)用，也各有優(yōu)缺點(diǎn)。但是，這些方法都有一個共同的特點(diǎn)，即一方面由于其光學(xué)系統(tǒng)比較復(fù)雜且配合精密，爆炸場內(nèi)強(qiáng)烈震動會使光學(xué)系統(tǒng)發(fā)生紊亂，無法進(jìn)行測試。另一方面，光學(xué)器件抗震能力比較差，有些光學(xué)器件易碎。因此這些精密儀器只能在遠(yuǎn)離云霧爆炸場區(qū)外對整個云爆區(qū)進(jìn)行探測，只能云霧爆炸區(qū)域的表面溫度進(jìn)行測試，而無法得到爆轟中心溫度以及其溫度梯度的分布；雖然紅外探測法能夠顯示其大體的溫度梯度，但是由于云霧爆炸中不透明物質(zhì)以及煙塵比較多，嚴(yán)重影響其測試精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，得到云霧爆炸場內(nèi)中心溫度以及其分布情況， 提出了一種用于云霧爆炸場的分布式光譜測溫裝置。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的一種用于云霧爆炸場的分布式光譜測溫裝置，由一個或者一個以上的光路傳感部件、一個或者一個以上的鋼管支架、一個或者一個以上的光電轉(zhuǎn)換及存儲部件和上位機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成；光路傳感部件位于云霧爆炸場內(nèi)的地上部分，光電轉(zhuǎn)換及存儲部件位于云霧爆炸場內(nèi)的地下部分，鋼管支架的一部分埋在土里；光電轉(zhuǎn)換及存儲部件的數(shù)量與光路傳感部件的數(shù)量相同，且每個光電轉(zhuǎn)換及存儲部件均與一個光路傳感部件配合工作；光路傳感部件由光路保護(hù)殼體、腔內(nèi)光學(xué)裝置、腔內(nèi)短光纖和對外光纖接口組成， 其中光路保護(hù)殼體為不銹鋼材質(zhì)的中空結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流罩，殼體頭部為錐形結(jié)構(gòu)，殼體的主體部分為最大直徑小于3厘米的柱形結(jié)構(gòu)，在殼體的主體部分外側(cè)面上開有光路接收窗口 ； 腔內(nèi)光學(xué)裝置、腔內(nèi)短光纖和對外光纖接口均鑲嵌于光路保護(hù)殼體的主體部分，對外光纖接口鑲嵌于殼體主體部分的尾部；腔內(nèi)光學(xué)裝置負(fù)責(zé)完成光信號的采集、濾波、傳輸功能， 完成所需頻點(diǎn)的光信號的采集傳輸；光電轉(zhuǎn)換及存儲部件包括光電倍增管、運(yùn)算放大電路、存儲器、微處理器、USB通信接口，其中光電倍增管將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)過運(yùn)算放大電路進(jìn)行信號放大后進(jìn)入微處理器的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，微處理器讀取其電壓值并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號， 然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號存入存儲器，光電轉(zhuǎn)換及存儲部件通過USB通信接口與上位機(jī)進(jìn)行通信；光路傳感部件按照現(xiàn)場需要分布于云霧爆炸轟內(nèi)的多個點(diǎn)，用于對應(yīng)區(qū)域的光亮度檢測，光路傳感部件的尾部通過螺栓固定在鋼管支架上，根據(jù)光路傳感部件在爆炸場內(nèi)的位置分布，每個鋼管支架上可固定一個或者一個以上的光路傳感部件；鋼管支架為中空結(jié)構(gòu)，光路傳感部件與光電轉(zhuǎn)換及存儲部件之間連接的光纖從鋼管支架的中空部分經(jīng)過。本發(fā)明的一種用于云霧爆炸場的分布式光譜測溫裝置，其工作過程為云霧爆轟發(fā)生時，位于云霧區(qū)內(nèi)各個測點(diǎn)的光路傳感部件將接收到的光信號由對外光纖接口輸出，經(jīng)過鋼管支架中空部分的光纖將信號送至對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換及存儲部件； 光電轉(zhuǎn)換及存儲部件進(jìn)行光電信號轉(zhuǎn)換并將電信號存儲起來；爆炸結(jié)束光電轉(zhuǎn)換及存儲部件將存儲的數(shù)據(jù)通過USB通信接口與上位機(jī)進(jìn)行通信，利用上位機(jī)處理軟件對接收到的信號進(jìn)行分析解算，從而完成云霧爆炸場內(nèi)各個測點(diǎn)光譜溫度的測試，最后擬合各個測點(diǎn)的數(shù)據(jù)可以得出云霧爆炸場內(nèi)溫度梯度的分布。有益效果本發(fā)明采用光路傳感系統(tǒng)與存儲測試技術(shù)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)云霧爆炸區(qū)內(nèi)溫度的近場探測；光路傳感部件體積小，可以在云霧區(qū)內(nèi)按需求放置，完成多點(diǎn)測試，最后擬合出云霧區(qū)內(nèi)的溫度分布情況；采用存儲測試技術(shù)，使得數(shù)據(jù)在測試后進(jìn)行處理，可以按照現(xiàn)場探測器配置方式，靈活選擇多種數(shù)據(jù)處理方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。


圖1為本發(fā)明的原理示意圖；圖2為本發(fā)明在云霧場中的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例一種用于云霧爆炸場的分布式光譜測溫裝置，由光路傳感部件、鋼管支架、光電轉(zhuǎn)換及存儲部件和上位機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成，如圖1所示，光路傳感部件位于云霧爆炸場內(nèi)的地上部分，光電轉(zhuǎn)換及存儲部件位于云霧爆炸場內(nèi)的地下部分，鋼管支架的一部分埋在土里，光路傳感部件的尾部通過螺栓固定在鋼管支架上，光路傳感部件與光電轉(zhuǎn)換及存儲部件之間連接的光纖從鋼管支架的中空部分經(jīng)過，光電轉(zhuǎn)換及存儲部件通過USB通信接口與上位機(jī)進(jìn)行通信；該測溫裝置用于燃料空氣炸藥靜爆試驗(yàn)，如圖2所示，由4個的光路傳感部件、2個的鋼管支架、4個的光電轉(zhuǎn)換及存儲部件和上位機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成；4個光路傳感部件按照現(xiàn)場需要，2個一組分布于云霧爆炸轟內(nèi)的兩個不同點(diǎn)，用于對應(yīng)區(qū)域的光亮度檢測，根據(jù)光路傳感部件在爆炸場內(nèi)的位置分布，每個鋼管支架上固定2個光路傳感部件。以上所述為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于云霧爆炸場的分布式光譜測溫裝置，其特征在于由一個或者一個以上的光路傳感部件、一個或者一個以上的鋼管支架、一個或者一個以上的光電轉(zhuǎn)換及存儲部件和上位機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成；光路傳感部件位于云霧爆炸場內(nèi)的地上部分，光電轉(zhuǎn)換及存儲部件位于云霧爆炸場內(nèi)的地下部分，鋼管支架的一部分埋在土里；光電轉(zhuǎn)換及存儲部件的數(shù)量與光路傳感部件的數(shù)量相同，且每個光電轉(zhuǎn)換及存儲部件均與一個光路傳感部件配合工作；光路傳感部件由光路保護(hù)殼體、腔內(nèi)光學(xué)裝置、腔內(nèi)短光纖和對外光纖接口組成，其中光路保護(hù)殼體為不銹鋼材質(zhì)的中空結(jié)構(gòu)的導(dǎo)流罩，殼體頭部為錐形結(jié)構(gòu)，殼體的主體部分為最大直徑小于3厘米的柱形結(jié)構(gòu)，在殼體的主體部分外側(cè)面上開有光路接收窗口 ；腔內(nèi)光學(xué)裝置、腔內(nèi)短光纖和對外光纖接口均鑲嵌于光路保護(hù)殼體的主體部分，對外光纖接口鑲嵌于殼體主體部分的尾部；腔內(nèi)光學(xué)裝置實(shí)現(xiàn)光信號的采集、濾波、傳輸功能，完成所需頻點(diǎn)的光信號的采集傳輸；光電轉(zhuǎn)換及存儲部件包括光電倍增管、運(yùn)算放大電路、存儲器、微處理器、USB通信接口，其中光電倍增管將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，電壓信號經(jīng)過運(yùn)算放大電路進(jìn)行信號放大后進(jìn)入微處理器的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，微處理器讀取其電壓值并轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號存入存儲器，光電轉(zhuǎn)換及存儲部件通過USB通信接口與上位機(jī)進(jìn)行通信；光路傳感部件按照現(xiàn)場需要分布于云霧爆炸轟內(nèi)的多個點(diǎn)，用于對應(yīng)區(qū)域的光亮度檢測，光路傳感部件的尾部通過螺栓固定在鋼管支架上，根據(jù)光路傳感部件在爆炸場內(nèi)的位置分布，每個鋼管支架上可固定一個或者一個以上的光路傳感部件；鋼管支架為中空結(jié)構(gòu)， 光路傳感部件與光電轉(zhuǎn)換及存儲部件之間連接的光纖從鋼管支架的中空部分經(jīng)過。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于云霧爆炸場的分布式光譜測溫裝置，其特征在于 云霧爆轟發(fā)生時，位于云霧區(qū)內(nèi)各個測點(diǎn)的光路傳感部件將接收到的光信號由對外光纖接口輸出，經(jīng)過鋼管支架中空部分的光纖將信號送至對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換及存儲部件，光電轉(zhuǎn)換及存儲部件進(jìn)行光電信號轉(zhuǎn)換并將電信號存儲起來；爆炸結(jié)束光電轉(zhuǎn)換及存儲部件將存儲的數(shù)據(jù)通過USB通信接口與上位機(jī)進(jìn)行通信，利用上位機(jī)處理軟件對接收到的信號進(jìn)行分析解算，并擬合各個測點(diǎn)的數(shù)據(jù)得出云霧爆炸場內(nèi)溫度梯度的分布。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于云霧爆炸場的分布式光譜測溫裝置，屬于信號檢測技術(shù)領(lǐng)域。由一個或者一個以上的光路傳感部件、一個或者一個以上的鋼管支架、一個或者一個以上的光電轉(zhuǎn)換及存儲部件和上位機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)構(gòu)成。本發(fā)明采用光路傳感系統(tǒng)與存儲測試技術(shù)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)云霧爆炸區(qū)內(nèi)溫度的近場探測；光路傳感部件體積小，可以在云霧區(qū)內(nèi)按需求放置，完成多點(diǎn)測試，最后擬合出云霧區(qū)內(nèi)的溫度分布情況；采用存儲測試技術(shù)，使得數(shù)據(jù)在測試后進(jìn)行處理，可以按照現(xiàn)場光路探測器配置方式(一個、兩個或多個)，靈活選擇多種數(shù)據(jù)處理方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
文檔編號G01J5/10GK102353457SQ20111017546
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者劉長林, 李建平, 王永強(qiáng), 閆曉鵬 申請人:北京理工大學(xué)