專利名稱：一種檢測可燃物燃燒煙氣量的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及對可燃物在燃燒時產生的煙氣量的檢測，具體的是涉及一種檢測可燃物燃燒煙氣量的裝置。
背景技術：
近年我國火災頻發，特別是央視配送大樓大火及上海膠州路大火等特大火災，造成了巨大的人命與財產損失，凸顯出我國消防安全形勢已非常嚴峻。鑒于此，公安部出臺多部消防法令，進一步從嚴提高了材料的防火性能要求。但目前我國材料防火性能測試種類繁多，未能在短時間內對材料的防火性能做出鑒別，延緩了防火材料的研發與應用。本發明通過檢測材料燃燒所產生的對人生安全威脅最大的因素一煙霧濃度，能便捷地鑒別材料在火災中產生的煙霧對人的危害性。現代建筑物內可燃裝飾、化纖地毯和泡沫塑料填充的家具陳設較多，這些可燃物在燃燒過程中會產生大量的有毒煙氣和熱量，同時要消耗大量的氧氣。在建筑火災中，煙霧是阻礙人們逃生，導致被困人員死亡的主要原因。火災煙氣的危害性主要表現在毒害性、減光性和恐怖性三個方面。火災時，由于燃燒使空氣中的氧濃度明顯下降，會造成人體呼吸障礙、失往理智、痙攣、臉色發青，甚至窒息死亡，建筑物內當火災燃燒旺盛時，還會產生大量的二氧化碳，當人接觸10% 20%濃度的二氧化碳后，會引起頭暈、昏迷、呼吸困難，甚至神經中樞系統出現麻痹，使人失往知覺，導致死亡。火災時可燃物燃燒還會產生一些對人體有較強刺激作用的氣體，讓人無法看清方向，逃離現場就非常困難。同時，人在煙霧中心理極不穩定，煙氣有遮光作用，會產生恐怖感，以致驚慌失措，給組織疏散滅火行動造成很大困難。燃燒時產生的高溫煙霧，也是造成人傷亡的主要原因之一。高溫煙霧不僅可能使心率加快，人體大量出汗，很快出現疲憊和脫水現象，而且會把人燒傷燒死。據國內外大量火災案例表明，因火災而傷亡者中，大多數是因煙害所致。在火災中受煙害直接致死的約占死亡總數的40% 50%，而在火燒死中的大多數是先受煙毒暈倒而后燒死。由燃燒或熱解作用所產生的懸浮在氣相中的固體和液體微粒稱為煙或煙粒子，含有煙粒子的氣體稱為煙霧。火災過程中會產生大量的煙霧，其成分非常復雜，主要由三種類型的物質組成
(1)氣相燃燒產物；
(2)未燃燒的氣態可燃物；
(3)未完全燃燒的液、固相分解物和冷凝物微小顆粒。火災煙氣中含有眾多的有毒、有害成分、腐蝕性成分以及顆粒物等，加之火災環境高溫缺氧，必然對人生安全和生態環境都造成很大的危害。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術而提供一種檢測可燃物燃燒煙氣量的裝置，可以對火災時產生的煙霧量進行檢測分析，從而有助于火災原因的分析和建筑防火板材的選取。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是一種檢測可燃物燃燒煙氣量的裝置，其特征在于包括有依次連接的燃燒箱體、煙霧排氣筒和檢測裝置，所述的燃燒箱體為豎式燃燒箱體或臥式燃燒箱體，所述的煙霧排氣筒的后方設置有排氣扇，所述的檢測裝置包括有設置于煙霧排氣筒中部的煙霧采集裝置和電子檢測設備，可燃物樣品在燃燒箱體中燃燒，產生煙霧，使煙霧經過煙霧采集裝置，并通過排氣扇排出，通過檢測裝置檢測出可燃物樣品的煙霧濃度，所述的煙霧采集裝置與電子檢測設備相連接，所述的電子檢測設備包括有電源模塊、中央處理模塊、信號調理模塊、模數轉換模塊、SD卡存儲模塊和LCD顯示模塊，其中，
所述的煙霧濃度采集模塊由光源和光敏傳感器構成，其分別位于煙霧排氣筒的中部，且兩者位置在一條直線上，光源外部設有一個焦距為5 6cm的透鏡使光源發出的直徑為5 6cm的圓柱形光線聚集在光敏傳感器上，光敏傳感器的感光面外部設置Φ6cm圓形網格箱，網格呈暗黑拋光，開口深度為3cm，保護光敏傳感器免受散光照射；
所述的信號調理模塊由隔離電路和放大電路組成，將煙霧濃度采集模塊采集的微弱電信號進行放大和偏置濾波得到調理后的模擬電信號，并防止靜電和其他強電干擾；所述的模數轉換模塊將調理后的模擬電信號轉換成數字信號送至中央處理模塊；所述的中央處理模塊處理轉換后的數字信號，控制LCD顯示模塊完成顯示功能并將相關數據存入SD卡存儲模塊，方便完成數據的后期處理與分析。按上述方案，所述的光敏傳感器為光敏電阻，所述的光源為普通的3. 8W小燈泡或LED光源。按上述方案，所述的豎式燃燒箱體由防銹蝕的鋁合金板構成，其中一個側面裝有耐熱玻璃門，豎式燃燒箱體底部設置有一個通氣口，豎式燃燒箱體的中心設置有一正方形支架，用于放置可燃物樣品，其與豎式燃燒箱體的各側邊距離相等。按上述方案，所述的臥式燃燒箱體由防銹蝕的鋁合金板構成，其中一個側面裝有耐熱玻璃門，臥式燃燒箱體的側面底部設置有一個通氣口，其頂部設置有插銷，用于固定可燃物樣品。按上述方案，所述的排氣扇排氣量為1. 5m7min，功率為30w，使煙霧能恒定流暢地通過光敏器件，以方便檢測。本發明的燃燒箱體分為豎式和臥式兩種，可任意與檢測裝置結合，根據測試材料的形態尺寸不同，顆粒狀和較厚(大于等于3cm)的塊狀材料可選擇豎式燃燒箱體進行測試，較薄的(小于3cm)塊狀材料選擇臥式燃燒箱體進行測試，煙霧排氣筒安裝有排風扇，可使煙霧恒定流暢地通過光敏傳感器，以方便檢測。本發明的電源模塊、中央處理模塊、信號調理模塊、模數轉換模塊、SD卡存儲模塊都集成在一塊電路板上，板上架IXD液晶顯示屏，外部由塑料包裝殼包裝。電路板上設有SD卡插口和USB 口，USB插口給提供光源的小燈泡供電，SD插口插存儲卡，記錄試驗數據。用于顯示煙霧波形圖的LCD顯示屏為觸摸屏，顯示屏上設置有開始、停止、繼續、重置、存儲等按鈕。本發明的煙氣量的檢測是利用可燃物樣品燃燒產生的煙霧通過光敏傳感器時，會遮擋光源光線，從而使傳感器接受到的光源強度產生變化，并轉變為電壓信號變化，信號經處理，與標準樣品煙霧校對，可以得出測試樣品的相對煙氣總量。檢測出的煙霧濃度數據，通過對時間的積分可得到該樣品煙霧的檢測總量，同時以相同尺寸大小的紅橡木標準試樣燃燒產生的煙霧總量作為測試其他樣品煙霧總量的基數，即可得樣品的煙霧總量。本發明的有益效果
1)本發明輕巧簡單，方便易于攜帶，可接家用220V交流電，可以用于泡沫塑料填充材料、可燃裝飾、外保溫板材等材料燃燒和一般環境下的火災分析，用于檢測煙霧濃度，以動態波形的形式在顯示屏上顯示，直觀清晰易分析；
2)本發明可任意重復實驗，每次實驗能自動記錄實驗數據，可記錄多次實驗的煙霧濃度數據，以電腦識別的文本格式和數據格式保存，從而能快捷地轉移到電腦上進行分析；
3)本發明根據材料的粉狀、顆粒狀和塊狀，可選擇豎式測試儀或臥式測試儀。采集數據頻率高，數據精確，運算穩定，測試頻率為Is/次，測試范圍為IOOppm lOOOOppm，能較為精準的記錄每次燃燒情況。


圖1為豎式箱體煙氣量檢測裝置的結構示意圖；圖2為臥式箱體煙氣量檢測裝置的結構示意圖3是煙霧采集模塊的相對位置圖；圖4是測試EPS聚苯板的煙氣濃度圖形；圖5是煙霧檢測裝置的運行結構圖；圖6是煙氣量檢測儀的運行原理。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明做進一步詳細的說明，但是此說明不會構成對本發明的限制。一種檢測可燃物燃燒煙氣量的裝置，包括有依次連接的燃燒箱體、煙霧排氣筒7和檢測裝置11，所述的燃燒箱體為豎式燃燒箱體4或臥式燃燒箱體14，所述的煙霧排氣筒的后方設置有排氣扇10，煙霧排氣筒為cin0CmX60Cm圓柱體，排氣扇采用正禾APC10-G，風扇口徑Φ 10cm，排氣量為1. 5m7min，功率為30w，使煙霧能恒定流暢地通過光敏器件，以方便檢測，所述的檢測裝置包括有設置于煙霧排氣筒中部的煙霧采集裝置和電子檢測設備，其運行結構見圖5，可燃物樣品15在燃燒箱體中燃燒，產生煙霧6，使煙霧經過煙霧采集裝置，并通過排氣扇排出，通過檢測裝置檢測出可燃物樣品的煙霧濃度，所述的煙霧采集裝置與電子檢測設備相連接，所述的電子檢測設備包括有電源模塊、中央處理模塊、信號調理模塊、模數轉換模塊、SD卡存儲模塊和LCD顯示模塊12，其中，
所述的煙霧濃度采集模塊由光源8和光敏傳感器9構成，光敏傳感器為光敏電阻，所述的光源為普通的3. 8W小燈泡或LED光源，其分別位于煙霧排氣筒的中部，且兩者位置在一條直線上，光源外部設有一個焦距為5 6cm的透鏡16使光源發出的直徑為5 6cm的圓柱形光線聚集在光敏傳感器上，光敏傳感器的感光面外部設置Φ6( πι圓形網格光柵17，網格呈暗黑拋光，開口深度為3cm，保護光敏傳感器免受散光照射；由光源提供穩定的環境光源光線18，光敏傳感器對光線的強弱很敏感，通過將光線強弱轉換為煙霧濃度實現煙霧濃度的檢測；
所述的信號調理模塊由隔離電路和放大電路組成，將煙霧濃度采集模塊采集的微弱電信號進行放大和偏置濾波得到調理后的模擬電信號，并防止靜電和其他強電干擾；
所述的模數轉換模塊(AD模塊)將調理后的模擬電信號轉換成數字信號送至中央處理模塊；
所述的中央處理模塊處理轉換后的數字信號，控制LCD顯示模塊完成顯示功能并將相關數據存入SD卡存儲模塊，方便完成數據的后期處理與分析。當采用豎式燃燒箱體時，其長寬高尺寸規格為25CmX25CmX60Cm，由防銹蝕的鋁合金板構成，其中一個側面裝有耐熱玻璃門2，豎式燃燒箱體底部設置有一個通氣口1，豎式燃燒箱體的中心設置有一正方形支架3，距箱體底部20cm，支架邊長為15cm，由0. 15cmX0. 15cmX0. Icm不銹鋼網格構成，用于放置可燃物樣品，其與豎式燃燒箱體的各側邊距離相等，可燃物樣品可為顆粒狀或塊狀固體，豎式燃燒箱體與煙霧排氣筒通過方口轉圓口 5裝置連接。當采用臥式燃燒箱體時，其長寬高尺寸規格為20CmX20CmX80Cm，由防銹蝕的鋁合金板構成，其中一個側面(20CmX80Cm)裝有耐熱玻璃門2，臥式燃燒箱體的側面底部設置有一個2.5cmX20cm的長方形開口作為通氣口 1。可燃物樣品放在燃燒箱內頂部并用插銷與上頂面固定，可燃物樣品為塊狀固體。下面詳細介紹本發明各模塊電源模塊
本發明配有標準AC/DC轉換電源。該電源輸入電壓范圍為交流100V M0V，頻率50Hz/60Hz，輸出電壓為直流5V，最大輸出電流為2A。電源輸出接口為標準2.0電源接口，可直接與系統電源插座連接，系統輸入電壓范圍為直流4. 5V 5. 5V，正常工作時系統功耗為 200mW。中央處理模塊
中央處理模塊以TI (美國德州儀器)公司生產的MSP430M618為核心，配備外圍電路構成單片機最小系統，作為該系統的中央處理模塊。系統最高工作頻率為16MHz ；內部定時器可為系統提供準確的計時時間。提供6組通用I/O 口可用于控制模數轉換、液晶顯示等；并內置SPI接口可以方便的進行SD卡的數據存儲。煙霧濃度采集模塊
煙霧濃度采集模塊由光源和光敏電阻構成，光源提供穩定的環境光，光敏電阻對光線的強弱很敏感，通過將光線強弱轉換為煙霧濃度實現煙霧濃度的檢測。模數轉換模塊
模數轉換器采用TI公司生產的ADS1147。具有16位無誤碼精度，數據最高傳輸速率為2KSPS,可配置成2路差分輸入或3路單端輸入。內部帶有超低噪聲可編程增益放大器和單周期數字濾波器，最大限度地簡化了信號調理部分電路的復雜程度；
系統采用2路差分輸入模式，提高信噪比。用于采集電信號AD的PGA設置為1 倍放大，極大的提高了 AD轉換的精度，考慮到數據的有效性，數據傳輸速率設置為20SPS。
SD卡存儲模塊
為方便數據的后期處理，系統增加了 SD卡存儲模塊。系統工作過程中采集到的所有數據都將存儲在SD卡中對應的文件中，測量完成后可將SD卡中的數據上傳至計算機中，完成進一步的數據處理和分析；
SD卡硬件上有兩種接線模式SD卡模式和SPI模式，為節省處理器的I/O 口，系統采用SPI模式。為實現單片機與電腦的數據共享，方便數據處理，需在SD卡中構建FAT文件系統。目前FAT文件系統有三種FAT12、FAT16、FAT32。系統采用FAT16文件系統，可支持2G以內的存儲卡。每個傳感器每次采集的數值都將以單獨的TXT格式文件存儲。IXD顯示模塊
顯示模塊采用5. 7寸工控屏，分辨率為320XM0，內部帶有字庫，配備四線電阻觸摸屏。利用觸摸可實現測量控制和現實切換等功能。操作簡單靈活。電源模塊、中央處理模塊、煙霧濃度采集模塊、信號調理模塊、模數轉換模塊、SD卡存儲模塊都集成在一塊電路板上，板上架LCD液晶顯示屏，電路板上設有SD卡插口和USB口，USB插口給提供光源的小燈泡供電，SD插口插存儲卡，記錄試驗數據。操作過程
本發明的豎式燃燒箱體煙氣量檢測裝置主要由于檢測顆粒狀和較厚(大于等于3cm)的塊狀可燃物燃燒的煙氣量，臥式燃燒箱體煙氣量檢測裝置主要用于塊狀較薄(小于3cm)的可燃物燃燒煙氣量的檢測。將樣品放在樣品架上，點燃樣品，通過煙霧檢測儀對煙霧濃度變化進行監測，同時以相同形態和尺寸大小的紅橡木標準試樣燃燒產生的煙霧總量作為測試其他樣品煙霧總量的基數，繼而得到樣品燃燒的煙氣總量，工作原理圖見圖6。1. 打開臥式燃燒箱，將尺寸大小15CmX80CmX2Cm阻燃EPS聚苯板放置在臥式燃燒箱頂部，用插銷固定；
2.將本發明接家用的220V電源13，再將光敏傳感器和光源安裝在排氣筒中部相對應的位置，插入儲存卡，排氣扇開始工作；
3.點燃放置燃燒箱體內的蠟燭或酒精燈，燃燒樣品。通過側面玻璃觀測樣品燃燒情
況；
4.此時啟動測試裝置，按煙霧檢測裝置盒上的power打開。進入系統后，用手指觸碰LCD顯示屏上的“開始”鍵，伴有“滴”的響聲，測試儀器開始進入測試狀態了。光敏傳感器開始采集數據，屏幕上開始有波形在移動；
5.如若中途遇到干擾需要暫停實驗，便可按下“停止”鍵暫停，再開始時，可按“繼續”鍵繼續。若開始試驗后，發現實驗樣品等未設置好，可按“重置”鍵，進行重新記錄；
6.待樣品燃燒完全，按下“停止”鍵，此時完整的清晰的煙霧濃度波形圖便在LCD屏上顯示出來了。按下“儲存”鍵，實驗數據便儲存在SD卡中；
7.將SD卡接入電腦，將卡中的數據文本復制到電腦上存儲或分析。數據中所記錄的是每個時間點對應的煙霧濃度值；
8.檢測出的煙氣濃度曲線，對其積分，以標準的紅橡木為基數，得到其煙氣總量。測試出的煙氣量隨時間變化的波形圖可以實時儲存，數據以測試開始時記錄，每秒采集煙氣量信息，并實時存儲。測試完畢后能形成一套完整的實驗數據。數據以軟件易分析的文本數據形式儲存在SD卡上。再通過讀卡器轉存到個人電腦上。
如圖4，EPS聚苯板在開始測試96s時完成燃燒，系統記錄了 IOOs內EPS聚苯板燃燒產生的煙霧濃度w，做煙霧濃度曲線對燃燒時間的積分，并乘以IOOs內煙霧排氣筒的通氣量V (通氣量1. 5m7min)，得到EPS聚苯板燃燒產生的煙氣總量為0. 1865 m3。
權利要求
1.一種檢測可燃物燃燒煙氣量的裝置，其特征在于包括有依次連接的燃燒箱體、煙霧排氣筒和檢測裝置，所述的燃燒箱體為豎式燃燒箱體或臥式燃燒箱體，所述的煙霧排氣筒的后方設置有排氣扇，所述的檢測裝置包括有設置于煙霧排氣筒中部的煙霧采集裝置和電子檢測設備，可燃物樣品在燃燒箱體中燃燒，產生煙霧，使煙霧經過煙霧采集裝置，并通過排氣扇排出，通過檢測裝置檢測出可燃物樣品的煙霧濃度，所述的煙霧采集裝置與電子檢測設備相連接，所述的電子檢測設備包括有電源模塊、中央處理模塊、信號調理模塊、模數轉換模塊、SD卡存儲模塊和LCD顯示模塊，其中，所述的煙霧濃度采集模塊由光源和光敏傳感器構成，其分別位于煙霧排氣筒的中部，且兩者位置在一條直線上，光源外部設有一個焦距為5 6cm的透鏡使光源發出的直徑為5 6cm的圓柱形光線聚集在光敏傳感器上，光敏傳感器的感光面外部設置Φ6( πι圓形網格箱，網格呈暗黑拋光，開口深度為3cm，保護光敏傳感器免受散光照射；所述的信號調理模塊由隔離電路和放大電路組成，將煙霧濃度采集模塊采集的微弱電信號進行放大和偏置濾波得到調理后的模擬電信號，并防止靜電和其他強電干擾；所述的模數轉換模塊將調理后的模擬電信號轉換成數字信號送至中央處理模塊；所述的中央處理模塊處理轉換后的數字信號，控制LCD顯示模塊完成顯示功能并將相關數據存入SD卡存儲模塊，方便完成數據的后期處理與分析。
2.按權利要求1所述的檢測可燃物燃燒煙氣量的裝置，其特征在于所述的光敏傳感器為光敏電阻，所述的光源為普通的3. 8W小燈泡或LED光源。
3.按權利要求1或2所述的檢測可燃物燃燒煙氣量的裝置，其特征在于所述的豎式燃燒箱體由防銹蝕的鋁合金板構成，其中一個側面裝有耐熱玻璃門，豎式燃燒箱體底部設置有一個通氣口，豎式燃燒箱體的中心設置有一正方形支架，用于放置可燃物樣品，其與豎式燃燒箱體的各側邊距離相等。
4.按權利要求1或2所述的檢測可燃物燃燒煙氣量的裝置，其特征在于所述的臥式燃燒箱體由防銹蝕的鋁合金板構成，其中一個側面裝有耐熱玻璃門，臥式燃燒箱體的側面底部設置有一個通氣口，其頂部設置有插銷，用于固定可燃物樣品。
5.按權利要求1所述的檢測可燃物燃燒煙氣量的裝置，其特征在于所述的排氣扇排氣量為1. 5m7min，功率為30w，使煙霧能恒定流暢地通過光敏器件，以方便檢測。
全文摘要
本發明涉及一種檢測可燃物燃燒煙氣量的裝置，包括有依次連接的燃燒箱體、煙霧排氣筒和檢測裝置，所述的燃燒箱體為豎式燃燒箱體或臥式燃燒箱體，所述的煙霧排氣筒的后方設置有排氣扇，所述的檢測裝置包括有設置于煙霧排氣筒中部的煙霧采集裝置和電子檢測設備。本發明的有益效果本發明輕巧簡單，方便易于攜帶，可接家用220V交流電，可以用于泡沫塑料填充材料、可燃裝飾、外保溫板材等材料燃燒和一般環境下的火災分析，用于檢測煙霧濃度，以動態波形的形式在顯示屏上顯示，直觀清晰易分析。
文檔編號G01N21/17GK102564959SQ201210004370
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月9日 優先權日2012年1月9日
發明者宋雪峰, 段超群, 馬保國, 黃健 申請人:武漢理工大學