本實用新型涉及固體材料火焰蔓延領域，更具體的說，涉及一種固體材料逆流火焰蔓延前鋒空間位置自動駐定裝置。

背景技術：

固體材料火蔓延過程中的火焰前鋒附近的傳熱與傳質過程是影響其火蔓延特性的主要因素。因此，火焰前鋒位置及其臨近區(qū)域的溫度場、組分場的測量，對于洞察火焰蔓延機理具有重要的作用。然而在常規(guī)條件下，固體火焰蔓延的基本特征，正是其火焰前鋒的空間位置隨著時間的推進而向前移動，從而使得我們難以準確捕捉火焰前鋒附近的傳熱傳質特征?，F(xiàn)有的火焰蔓延機理研究的實驗方法與裝置(如：《火災科學》2001年第2期第88-91頁的文章“垂直壁面火蔓延速率的實驗測量”、發(fā)明專利201320244793.2、發(fā)明專利 201510870178.6)，都是采用攝像機從正、側面直接錄制整個動態(tài)火蔓延錄像，同時，因為測量火蔓延的儀器的動態(tài)布置難以實現(xiàn)，因而只能采用靜態(tài)布置替代，這導致無法在實驗中準確有效的對火焰前鋒、熱解前緣進行分離和定位，這也阻礙了后續(xù)的對于其鄰域的氣體溫度場以及組分場的實時測量，而該溫度場以及組分場的精確測量對于分析和建立材料火蔓延模型中“高溫火焰對熱解區(qū)和預熱區(qū)材料的傳熱以及化學反應動力學機理”具有重要意義。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提出一種可以結合圖像處理與微機控制的自動化技術，使得固體材料逆流火焰蔓延前鋒的空間位置相對駐定，從而便于布置測量儀器、傳感器以及設備，進而可以觀測、定位火焰前鋒以及測量其附近氣體溫度場和組分場。該固體材料火焰前鋒空間位置的自動駐定過程為：將待測固體材料安裝于一個可由電機自動控制沿滑軌運動的逆流火焰蔓延實驗架上，通過攝像機實時拍攝待測固體材料火焰前鋒與其附近某一固定參考基線的相對位置關系及其相對運動速度，微機控制系統(tǒng)實時獲得這些參數(shù)，從而調(diào)節(jié)控制逆流火焰蔓延實驗架位置的電機，使得火焰前鋒相對該固體參考基線的位置始終不變，這樣，通過移動整個固體材料的相對位置從而實現(xiàn)了火焰前鋒位置的空間駐定。

本實用新型采用的技術方案為：一種固體材料逆流火焰蔓延前鋒空間位置自動駐定裝置，包括一個導螺桿1，所述導螺桿上安置一個滑板2可通過滑塊3沿著左側的第一滑軌4 以及右側的第二滑軌5運動，兩個滑軌兩端都由固定錨6固定在裝置固定板7上，滑板2通過連接桿8連接一個實驗架9，實驗架9采用防火棉10進行左、右、背三面絕熱，實驗架9 上可以安放待測樣品板材11，待測固體板材正前方布置第一攝像機12，攝像機實時拍攝的逆流火蔓延圖像信號通過數(shù)據(jù)傳輸線13自動傳輸?shù)娇刂剖业挠嬎銠C14。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型具有如下技術優(yōu)勢：

(1)一種固體材料逆流火焰蔓延前鋒空間位置自動駐定裝置，利用該裝置，對固體材料逆流火焰蔓延隨時間在空間移動的動態(tài)特性進行了相對的時間和空間的解耦合，因此將固體材料逆流火焰蔓延轉變?yōu)橄鄬o態(tài)的駐定火焰。

(2)一種固體材料逆流火焰蔓延前鋒空間位置自動駐定裝置，通過使逆流火焰的空間位置駐留，這將便于測量傳感器以及裝置的固定安裝以及測量，進而可以對于火焰前鋒附近的氣體溫度場、組分場以及火焰動態(tài)結構進行精細的觀測，而該溫度場以及組分場的精確測量對于分析和建立材料火蔓延模型中“高溫火焰給熱解區(qū)以及預熱區(qū)的材料的傳熱以及化學反應動力學機理”具有重要意義。

附圖說明

圖1為一種固體材料逆流火焰蔓延前鋒空間位置自動駐定裝置的整體結構示意圖；

圖2為整個裝置主體部分的側視圖；

其中：1為導螺桿，2為滑板，3為滑塊，4為第一滑軌，5為第二滑軌，6為固定錨，7 為裝置固定板，8為連接桿，9為實驗架，10為防火棉，11為待測固體實驗材料板，12為第一攝像機，13為數(shù)據(jù)傳輸線，14為控制室計算機，15為基準線，16為異步電機，17為微機芯片，18為分度器，19為軸承，20為滾珠絲桿，21為第二攝像機，22為集煙罩，23為排煙管道。

具體實施方式

以下結合附圖說明本實用新型的具體實施方式。

圖1給出了一種固體材料逆流火焰蔓延前鋒空間位置自動駐定裝置的整體結構示意圖，圖2為整個裝置主體部分的側視圖。

如圖1、2所示，直徑10厘米、長度1.7米的導螺桿1上安置一個滑板2可通過滑塊3 沿著直徑4厘米、長度為1.7米的第一滑軌4以及第二滑軌5運動，兩個滑軌兩端都由固定錨6固定在2米長、0.5米寬、2米高的裝置固定板7上，滑板2通過長度為0.5米的連接桿 8連接一個長為0.5米、高為1米的實驗架9，實驗架9采用防火硅酸棉10進行左、右、背三面絕熱，實驗架9上可以安放待測固體材料11，待測板材正前方布置第一攝像機12，實時拍攝待測固體材料11火焰前鋒圖像，通過數(shù)據(jù)傳輸線13連接控制室的計算機14，經(jīng)過圖像程序處理，讀取出火焰前鋒的相對基線15的位置，進而計算出火焰前鋒相對基線的運動速度，將調(diào)節(jié)信號傳輸給芯片17，微機芯片17可以程控平滑調(diào)節(jié)異步電機16運轉，通過分度器18、軸承19連接導螺桿1，帶動滾珠絲桿20、進而帶動固定在滾珠絲桿上的滑板2、通過連接桿8固定在滑板上的實驗架9以及待測固體材料11通過滑塊3沿滑軌方向進行相對運動。布置第二攝像機21對于固體材料運動以及火焰蔓延的整體情形進行錄制。整個裝置置于集煙罩22正下方，實驗完畢及時通過排煙管道23排煙。

本實施例中的導螺桿1和滾珠絲桿20，將電機的圓周運動轉變?yōu)橹本€運動，并且能夠承載實驗架的重量。

本實施例中的位于控制室的計算機14，讀取通過數(shù)據(jù)傳輸線13傳輸過來的第一攝像機 12拍攝的固體實驗材料11的火焰前鋒圖像信號，并且同步進行圖像處理，進而計算出火焰前鋒的相對基線15的位置和運動速度以及調(diào)節(jié)火焰前鋒相對位置回歸基線并保持相對運動速度為0的異步電機16運行速率，將異步電機調(diào)節(jié)信號傳輸給控制異步電機16的微機芯片 17。

本實施例中的微機芯片17，可以采用具有較高靈敏度的ARDUINO芯片，采用PID平滑控制算法，對電機轉速進行平穩(wěn)、精確的控制和調(diào)節(jié)。

進行實驗時，首先進行實驗前的材料安裝與測量儀器布置，包括：將實驗架底端降至滑軌底部和地面微微貼合、將待測試的板材安裝于實驗架上、安放板材前方的第一攝像機并調(diào)節(jié)好焦距對準火焰靜態(tài)位置的基準線、安放第二攝像機進行整體動態(tài)拍攝、控制室內(nèi)的監(jiān)控計算機程控確認，準備完畢之后，依次：開啟排煙風機、開啟視頻記錄、點燃材料、人員離開燃燒室、關閉燃燒室門、進入控制室的計算機進行自動程控，實驗進行過程中，通過攝像裝置監(jiān)控的實時視頻圖像，掌握火焰前鋒的靜態(tài)化情況，并且結合肉眼觀測實驗架的實際位置，掌握實驗進行度，及時通過電腦程控停止實驗，防止滑板上升超出最大距離，對整個裝置造成損害。實驗結束之后，保存實驗數(shù)據(jù)，繼續(xù)排除燃燒室內(nèi)的煙氣，之后，人員進入燃燒室內(nèi)，對被測試板材燃燒結束之后的殘余狀況進行記錄，所有記錄完畢之后，對實驗現(xiàn)場進行清理與恢復，為下一組測試做準備。