一种射频电磁能防爆点火试验装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种射频电磁能防爆点火试验装置及方法，包括第一功率计、第二功率计、定向耦合器、爆炸发生器和功率计算电路。通过驱动电机实现金属盘和钨丝电极的相对运动，在爆炸发生器中充入可燃性气体；控制射频源通过定向耦合器向爆炸发生器输出射频信号；在传感器检测到爆炸发生器内发生爆炸时，通过功率计算电路获得第一功率计检测的第一功率值和第二功率计检测的第二功率值，并基于第一功率值和第二功率值获得爆炸发生器的当前馈入能量，并将当前馈入能量确定为射频源的安全能量阈值，本发明专利技术能够准确评估5G技术在不同爆炸环境下的功率安全阈值，充分安全发挥5G通信技术在特殊爆炸场所应用的效能。殊爆炸场所应用的效能。殊爆炸场所应用的效能。

【技术实现步骤摘要】
一种射频电磁能防爆点火试验装置及方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，尤其涉及一种射频电磁能防爆点火试验装置及方法。

技术介绍

[0002]5G技术的大带宽、低延时和广连接是实现智能化各系统协调高效运行的技术基础。我国积极推进5G技术在各种工业场景下的应用，然而GB/T 3836.1《炸性环境 第1部分：设备 通用要求》中要求，针对，9kHz～60GHz的射频源，I类爆炸性环境射频信号阈功率不得超过6W（平均时间200us），IIA类爆炸性环境射频信号阈功率不得超过6W（平均时间100us），IIB类爆炸性环境射频信号阈功率不得超过3.5W（平均时间80us），IIC类爆炸性环境射频信号阈功率不得超过2W（平均时间20us），这大大制约了5G通信技术在特殊场景的应用。例如，5G技术在煤矿井下实际应用中，为满足目前防爆标准字面意义上的电磁波防爆限值，普遍采用的是标称发射功率为250mW的室分设备，经防爆改造后，考虑馈线损耗和隔离元器件的损耗，实际发射功率更小，实测运输大巷中最大通信距离覆盖范围不到300m，采煤工作面中最大通信覆盖范围只有30m~40m，边缘传输速率只有10Mbit/s左右。在此限制上，5G技术的优势完全没有充分发挥出来。
[0003]值得注意的是，上述指标来源于上世纪80年代，受相关技术发展的制约，试验方法和理论研究都存在一定的缺陷，已经不适用于作为5G技术的标准，现有的测量电路一般也是测量射频源的功率，但在射频源连接发射天线的发射端存在很多功率会被反射的问题，难以得到精确地测量和估计。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例提供了一种射频电磁能防爆点火试验装置及方法，实现了射频源在爆炸场所中的功率安全阈值的精确测定，针对5G通信技术在各种爆炸性场所的推广应用，为射频电磁能在5G频段功率安全阈值标准修订提供依据，充分发挥5G通信技术效能。
[0005]第一方面，本申请通过一实施例提供如下技术方案：一种射频电磁能防爆点火试验装置，包括第一功率计、第二功率计、定向耦合器、爆炸发生器和功率计算电路；所述定向耦合器的耦合端连接所述第一功率计；所述定向耦合器的直通端与所述爆炸发生器连接，所述第二功率计连接于所述定向耦合器的直通端与所述爆炸发生器之间；所述爆炸发生器上设有传感器，所述传感器用于检测所述爆炸发生器内是否发生爆炸；在进行电磁能防爆点火试验时，所述爆炸发生器内充有可燃气体，所述定向耦合器的输入端连接射频源，所述射频源用于通过所述定向耦合器向所述爆炸发生器输入射频信号，所述功率计算电路用于在所述传感器检测到所述爆炸发生器内发生爆炸时，基于所
述第一功率计和所述第二功率计获得所述爆炸发生器的当前馈入能量，并将所述当前馈入能量确定为所述射频源的安全能量阈值。
[0006]在一些实施例中，所述爆炸发生器包括箱体、驱动轴、第一偶极子天线金属管、金属盘、第二偶极子天线金属管和馈电极：所述箱体内设有密闭爆炸腔，所述箱体设有进气阀门和排气阀门；所述驱动轴沿着所述箱体轴向设置，所述驱动轴的一端穿过所述箱体并向所述箱体的内部延伸，所述驱动轴的另一端伸出所述箱体并与驱动电机连接；所述第一偶极子天线金属管套设固定于所述驱动轴的外壁；所述金属盘套设于所述第一偶极子天线金属管，且位于所述箱体的内部，所述金属盘在沿着圆周向均匀设置有至少一个缺口；所述第二偶极子天线金属管固定设置于所述箱体内壁，所述第二偶极子天线金属管与所述第一偶极子天线金属管同轴设置，所述第二偶极子天线金属管朝向所述金属盘的一端套设有导电盘，所述导电盘与所述金属盘相互平行且同轴；所述馈电极一端与所述导电盘电气连接，所述馈电极另一端朝向所述金属盘，当所述馈电极的另一端位于缺口内时，所述馈电极的另一端不与所述金属盘接触；当所述馈电极的另一端位于缺口外时，所述馈电极的另一端与所述金属盘抵接；在进行电磁能防爆试验时，所述驱动电机用于驱动所述金属盘相对所述馈电极转动，以使所述馈电极的与所述金属盘的板面间歇性接触，在所述射频源的输出功率达到阈值后点燃所述可燃气体。
[0007]在一些实施例中，所述第一偶极子天线金属管与所述箱体内壁通过支撑轴承连接，所述支撑轴承用于支撑所述第一偶极子天线金属管和所述驱动轴。
[0008]在一些实施例中，所述驱动轴与所述箱体之间通过驱动轴密封件转动连接。
[0009]在一些实施例中，所述箱体设有观察窗。
[0010]在一些实施例中，所述观察窗设置有卸爆口，所述卸爆口堵塞有橡胶塞。
[0011]在一些实施例中，所述金属盘与所述第一偶极子天线金属管之间电气连接。
[0012]在一些实施例中，所述馈电极为钨丝，所述金属盘为镉盘。
[0013]在一些实施例中，试验装置还包括射频源和负载；所述射频源的输出端与所述定向耦合器的输入端相连，所述负载连接在所述定向耦合器的隔离端。
[0014]在一些实施例中，所述定向耦合器的直通端与所述爆炸发生器之间连接有环形器。
[0015]在一些实施例中，所述环形器与所述第二功率计之间设置有用于保护所述第二功率计的衰减器。
[0016]第二方面，基于同一专利技术构思，本申请通过一实施例提供如下技术方案：一种射频电磁能防爆点火试验方法，包括：在所述爆炸发生器中充入可燃性气体；控制所述射频源连接所述定向耦合器的输入端，以及控制所述射频源通过所述定向耦合器向所述爆炸发生器输出功率递增的射频信号；在所述传感器检测到所述爆炸发生器内发生爆炸时，通过所述功率计算电路获得
所述第一功率计检测的第一功率值和所述第二功率计检测的第二功率值，并基于所述第一功率值和所述第二功率值获得所述爆炸发生器的当前馈入能量，并将所述当前馈入能量确定为所述射频源的安全能量阈值。
[0017]在一些实施例中，所述在所述爆炸发生器中充入可燃性气体，包括：控制进气阀门和排气阀门以通入可燃性气体，将内部的原有气体排出后，同时关闭所述进气阀门和所述排气阀门；结合本专利技术的第一方面，在一些实施方式下，在所述控制所述射频源连接所述定向耦合器的输入端之后，所述方法还包括：控制所述驱动电机通过所述驱动轴驱动所述金属盘进行匀速转动，以使所述馈电极与所述金属盘按照设定周期进行间歇性接触;所述控制所述射频源通过所述定向耦合器向所述爆炸发生器输出功率递增的射频信号，包括：控制所述射频源输出功率递增的射频信号，以在所述射频源的功率达到阈值时，所述馈电极和所述金属盘产生电火花放电，以点燃所述密闭爆炸腔中的可燃性气体。
[0018]在一些实施例中，所述可燃性气体包括：预设比例的空气和氢气、乙烯、甲烷和乙炔中的至少一种。
[0019]本专利技术实施例提供的一个或者多个技术方案，至少实现了如下技术效果或者优点：本专利技术通过对爆炸发生器内电气连接，通过射频源发射信号达到一定的阈值，直到爆炸发生器发生爆炸被传感器探测到，对爆炸发生器两侧的第一功率计和第二功率计进行功率检测，获得馈入到爆炸发生器内的能量，从而较为精确的得到5G射频源在爆炸场所中的功率安全阈值，充分发挥5G通信技术效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种射频电磁能防爆点火试验装置，其特征在于，包括第一功率计、第二功率计、定向耦合器、爆炸发生器和功率计算电路；所述定向耦合器的耦合端连接所述第一功率计；所述定向耦合器的直通端与所述爆炸发生器连接，所述第二功率计连接于所述定向耦合器的直通端与所述爆炸发生器之间；所述爆炸发生器上设有传感器，所述传感器用于检测所述爆炸发生器内是否发生爆炸；在进行电磁能防爆点火试验时，所述爆炸发生器内充有可燃气体，所述定向耦合器的输入端连接射频源，所述射频源用于通过所述定向耦合器向所述爆炸发生器输入射频信号，所述功率计算电路用于在所述传感器检测到所述爆炸发生器内发生爆炸时，基于所述第一功率计和所述第二功率计获得所述爆炸发生器的当前馈入能量，并将所述当前馈入能量确定为所述射频源的安全能量阈值。2.如权利要求1所述的试验装置，其特征在于，所述爆炸发生器包括箱体、驱动轴、第一偶极子天线金属管、金属盘、第二偶极子天线金属管和馈电极：所述箱体内设有密闭爆炸腔，所述箱体设有进气阀门和排气阀门；所述驱动轴沿着所述箱体轴向设置，所述驱动轴的一端穿过所述箱体并向所述箱体的内部延伸，所述驱动轴的另一端伸出所述箱体并连接有驱动电机；所述第一偶极子天线金属管套设固定于所述驱动轴的外壁；所述金属盘套设固定于所述第一偶极子天线金属管，且位于所述箱体的内部，所述金属盘在沿着圆周向均匀设置有至少一个缺口；所述第二偶极子天线金属管固定设置于所述箱体内壁，所述第二偶极子天线金属管与所述第一偶极子天线金属管同轴设置，所述第二偶极子天线金属管朝向所述金属盘的一端套设有导电盘，所述导电盘与所述金属盘相互平行且同轴；所述馈电极一端与所述导电盘电气连接，所述馈电极另一端朝向所述金属盘，当所述馈电极的另一端位于缺口内时，所述馈电极的另一端不与所述金属盘接触；当所述馈电极的另一端位于缺口外时，所述馈电极的另一端与所述金属盘抵接；在进行电磁能防爆试验时，所述驱动电机用于驱动所述金属盘相对所述馈电极转动，以使所述馈电极的与所述金属盘的板面间歇性接触，在所述射频源的输出功率达到阈值后点燃所述可燃气体。3.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述第一偶极子天线金属管与所述箱体内壁通过支撑轴承连接，所述支撑轴承用于支撑所述第一偶极子天线金属管和所述驱动轴。4.根据权利要求2所述的试验装置，其特征在于，所述驱动轴与所述箱体之间通过驱动轴密封件转...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭子文，孟积渐，徐建文，李子涵，张勇，林俊，李晓颖，刘莹，
申请(专利权)人：安标国家矿用产品安全标志中心有限公司，
类型：发明
国别省市：