立体多角度激光烟雾散射测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于火灾探测技术领域，具体涉及一种立体多角度激光烟雾散射测量装置。它包括激光发射器及稳压电源、带有受光元件硅光电池的激光接收器及与之相连的计算机，以及固定在燃烧室上方的密闭的球形散射室，该球形散射室上下端设有进出管道，上出气管道连接抽气泵，下进气管与燃烧室上方的喇叭口连通，进、出管道的中轴线重合，且与水平面垂直；激光发射器发射头安装在球形散射室壁的发射通孔中，该发射通孔轴线与上下进、出管道的轴线相互垂直，并与球形散射室球心所在水平面重合；激光接收器的受光元件硅光电池安装在球形散射室壁上的接收通孔中，每个接收通孔的轴线通过球形散射室的球心，并与球形散射室球心所在水平面相交角在0°-90°范围内。

【技术实现步骤摘要】
立体多角度激光烟雾散射测量装置
: 本专利技术属于火灾探测
，特别涉及激光烟雾散射测量装置。
技术介绍
: 现有技术中，对燃烧烟雾散射光测量通常的做法是，将激光发射器和激光接收器设置在一个水平面内，使激光发射器发射的激光光线水平照射到运动的烟颗粒上，激光被烟颗粒散射后产生出射激光，测量的出射激光方向通常和入射激光、烟颗粒在一个水平面上。例如ZL01138013.6 (三波长全散射激光感烟火灾探测方法及其装置)中公开了一种测量装置，该装置由激光器发出三种不同波长的激光，射入烟雾散射室中，被烟雾衰减后，出射到光电接受管转换为电信号，然后对电信号采集处理分析；此装置的缺陷在于发射激光、烟颗粒、测量散射后的激光均在一条直线上，无法测量和发射激光不在一个方向，甚至不在一个水平面上的散射光强。2005年I月《中国工程科学》第7卷第I期的“火灾烟雾颗粒的光学散射特性研究”文章中，以研究火灾烟雾颗粒散射常用的米氏(Mie)散射理论为基础，认为对于不均匀介质(如燃烧烟雾)，在各个方向上都会产生散射光，散射光强大小与入射光的光强及波长、颗粒的几何尺寸及折射率、接收方向及距离等多个因素有关；该文实验装置是，在与激光光源成60、90、120度的位置摆放上3台CXD摄像机，三台CXD摄像机正对探测腔中心；该装置的最大缺陷是CCD摄像机、激光光源、探测腔室均在同一个水平面上，且仅能测量3个水平角度上的散射光强。ZL01138014.4 (一种吸气式激光图像感烟火灾探测方法和装置)用抽气泵将待测烟雾或气溶胶吸入烟雾探测室中，利用CCD摄像机拍摄烟雾粒子在激光作用下产生的散射图像，采集图像信号进行处理分析，能够判断出“火灾烟雾”还是“非火灾烟雾”;采用的装置中激光光束水平穿过探测室中心，与烟气流动方向(自下而上)垂直，CCD摄像机安装在烟雾探测室的底部透明观察窗的下部，和激光相垂直；装置的局限性在于只可以用CCD摄像机测量烟雾垂直向下方向散射的激光信息，角度唯一且不容易改变。随着对火灾研究的不断深入，人们发现火灾烟雾中的火烟粒子对于光的散射强度在空间上是不一样的，燃烧烟雾的微观形态并非球体，而是若干个微小颗粒组成的不规则的凝聚态，随着垂直的热羽流浮力运动，烟雾颗粒的形态在水平和垂直方向上是不一致的。因此，对于激光散射光强在水平和垂直方向上也是不相同的，但现有的对于燃烧烟雾在激光照射下的散射光测量，大多局限于水平面方向上的散射光或者垂直角度方向上，并且不容易改变测量的散射角度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种立体多角度激光烟雾散射测量装置，以克服现有技术的上述缺陷，达到同时对燃烧烟粒子三维空间方向上激光散射强度的测量。本专利技术的技术方案如下: 本专利技术的立体多角度激光烟雾散射测量装置，主要包括激光发射器及其稳压电源、带有受光元件硅光电池的激光接收器以及与之相连的计算机，其特征在于，它还包括有一个固定在燃烧室上方的密闭的球形散射室，该球形散射室的上下端设有进出管道，上端的出气管道上连接有抽气泵，下端的进气管与燃烧室上方的喇叭口连通，进、出管道的中轴线重合，且与水平面垂直；所述激光发射器设置在球形散射室的周边近处，其发射头安装在球形散射室壁的发射通孔中，该发射通孔的轴线与上下进、出管道的轴线相互垂直，并与球形散射室球心所在水平面重合；所述激光接收器的受光元件硅光电池分别安装在球形散射室壁上的接收通孔中，每个接收通孔的轴线通过球形散射室的球心，其接收通孔轴线与球形散射室球心所在的水平面相交角在0° -90°范围内。为了保证能测量到激光不同方向上的散射光强，所述在球形散射室壁上的用以安装硅光电池接收通孔中，至少有一个接收通孔的轴线与球形散射室球心所在的水平面的相交角大于0°。与已有的测量燃烧烟雾的散射光强与角度关系的装置相比较，已有的测量装置大多局限于水平面方向上的散射光或者垂直的几个角度方向上，并且不容易改变测量的散射角度；本专利技术的散射室为球形，烟雾在抽气泵的作用下，在球体散射室内的总体运动方向为由下往上，但燃烧烟雾的形态不规则性决定了烟雾对激光散射强度在空间角度上的不同。由于在球形散射室的球面上的任意位置可以设置用作接收散射光强的多个硅光电池，因此不同的硅光电池可以分别接收到和烟雾运动方向成任意角度的散射光强信号。也就是说，本专利技术可以在任意的空间角度测量被烟雾散射的激光强度，将以往的平面的测量扩展为三维测量，从而可以根据测量的烟雾对激光立体多角度的散射强度矩阵，可以研究火灾烟粒子的微观形态，分析得到更为细致的燃烧烟雾的分形凝聚特征；在对燃烧烟雾立体多角度散射强度的测量以及微观形态的分析后，改进现在的光电烟雾火灾探测器烟室的进烟结构，设计更为合理的烟雾散射光的探测角度，提高现有的光电烟雾火灾探测器的灵敏度并且降低其误报率。下面通过实施例及其附图作进一步描述。【附图说明】图1是本专利技术所述立体多角度激光烟雾散射测量装置的一种实施例示意图； 【具体实施方式】。实施例1 参见图1，球体散射室I为左右两个空心半球体合起来的球体，它被固定安放在支架2上，该支架上面为板状，将球体和下面的燃烧室5分隔开。在球体散射室底部和顶部分别开有孔，用以密封连接进气管3和排气管4，管道直径均为20mm，安装孔直径分别为20.1mm。两根管道同轴线且通过球体散射室的球心，并与水平面垂直。进气管3穿过支架隔板，其下端连接燃烧室5，排气管4与抽气泵6连接。用于发射激光的激光发射器及其稳压电源7安放在球体散射室左侧支架上，其发射头激光模组8安装在球形散射室壁的发射通孔中，该发射通孔的轴线正好与球体散射室球心在同一个水平面上。受光元件硅光电池9安装在球体散射室壁面上的通孔中，其位置分别是水平面和激光方向入射方向呈60度、90度、120度三个，垂直面和入射激光方向呈60度、90度、120度、负60度、负90度、负120度六个，实例中仅仅采用了 9个散射角度作为例子，实际上可以在球体散射室壁面任意位置打通孔，方便的安装硅光电池。受光元件硅光电池采集到散射光强信号后产生光电效应，输出电压值，该电压值分别被数据采集卡10采集，在这里进行电压放大、滤波、数模转换，然后经过串口RS-232数据线11输出到电脑12上。电脑12使用通用的串口调试软件，设置好波特率、校验码等基本的串口通信参数，得到被燃烧烟雾散射的激光功率大小以及相对应的散射角度。本实施例中，所述球体散射室I为由左右两个空心半球体合在一起组成的铝球体，球体外径为600mm,壁厚2_。所述的激光发射头激光模组8采用近红外波长850nm,输入电压5V，发射激光功率10mW，直径12mm，长度36mm ;稳压电源7设定输出电压5V，最大输出电流500mA。所述受光元件硅光电池9敏感的光波长和激光模组8发射的激光波长一致。本例采用的激光模组8外径为12_，在球体散射室I壁面上安装孔直径为12.1_，硅光电池9外径为9mm，在球体散射室I壁面上的安装孔的直径为9.1mm。为了保证球体散射室I内腔中为光封闭状态，本实施例在安装进出管道、激光模组8和硅光电池9时均使用了热熔胶、石蜡等进行固定和密封处理。本实施例装置的操作过程是: 打开电脑12和数据采集卡10，根据数据采集卡10中单片机程序设定的波特率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种立体多角度激光烟雾散射测量装置，主要包括激光发射器及其稳压电源、带有受光元件硅光电池的激光接收器以及与之相连的计算机，其特征在于，它还包括有一个固定在燃烧室上方的密闭的球形散射室，该球形散射室的上下端设有进出管道，上端的出气管道上连接有抽气泵，下端的进气管与燃烧室上方的喇叭口连通，进、出管道的中轴线重合，且与水平面垂直；所述激光发射器设置在球形散射室的周边近处，其发射头安装在球形散射室壁的发射通孔中，该发射通孔的轴线与上下进、出管道的轴线相互垂直，并与球形散射室球心所在水平面重合；所述激光接收器的受光元件硅光电池分别安装在球形散射室壁上的接收通孔中，每个接收通孔的轴线通过球形散射室的球心，其接收通孔轴线与球形散射室球心所在的水平面相交角在0°?90°范围内。

【技术特征摘要】
1.一种立体多角度激光烟雾散射测量装置，主要包括激光发射器及其稳压电源、带有受光元件硅光电池的激光接收器以及与之相连的计算机，其特征在于，它还包括有一个固定在燃烧室上方的密闭的球形散射室，该球形散射室的上下端设有进出管道，上端的出气管道上连接有抽气泵，下端的进气管与燃烧室上方的喇叭口连通，进、出管道的中轴线重合，且与水平面垂直；所述激光发射器设置在球形散射室的周边近处，其发射头安装在球形散射室壁的发射通孔中，该发射通孔的轴线与...

【专利技术属性】
技术研发人员：张和平，杨慎林，陆松，王洁，张丹，胡洋，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：