[发明专利]一种基于片光源的二维烟雾浓度场测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及烟雾浓度场测量的技术领域，具体涉及一种基于片光源的二维烟雾浓度场测量装置。

背景技术

烟雾是伴随火灾整个过程的特征参量，是火灾科学研究领域中人们最为关心的特性之一，烟雾浓度直接反映了烟量的大小、能见度降低的情况和烟雾的危害程度，在各种火灾实验及标准火测试中都将它作为基本实验参数。常用的火灾烟雾浓度测量器件主要分为离子感烟型和光电感烟型两类。离子感烟型烟雾浓度测量器件属于点式测量，而且对探测器与火灾源距离、烟雾颗粒大小有很大限定。光电感烟技术是利用烟颗粒对光的吸收和散射作用来探测烟雾，散射型的为点式测量，吸收型的也只能测量线上的平均烟雾浓度。为了能够实现三维烟雾浓度场的非干扰测量方法，本发明从二维烟雾浓度场测量研究出发，为三维测量研究做准备工作。

本发明主要应用于研究火灾发生初始阶段烟雾的浓度分布、扩散速度等特征变化，为深入了解烟雾运动规律有十分重要的意义，为火灾烟雾探测领域研究提供实验研究的支撑。

发明内容

本发明的主要目的是实现一般尺度下烟雾浓度场的快速测量，对采集到的图像数据进行处理及修正研究，通过研究平面上二维烟雾浓度的测量方法，为实现三维烟雾浓度重构奠定基础。

本发明采用的技术方案为：一种基于片光源的二维烟雾浓度场测量装置，包括烟雾产生装置、激光发射装置和拍摄处理装置；其中：

所述的烟雾产生装置包括产烟箱、扰动风机、多孔整流层、玻璃烟腔及光学烟密度计，在所述产烟箱两侧安装两对扰动风机，使得产烟箱中放置的棉绳或木材等烟源产生的烟雾能够被充分扩散，烟雾再经过产烟箱上方的多孔整流层变成均匀的烟雾进入薄片状的玻璃烟腔内，最后经过玻璃烟腔上方连接的集烟罩由排烟风机排出，所述玻璃烟腔上方悬挂线型光学烟密度计用于测量固定位置上的平均线烟雾浓度，所述玻璃烟腔用高透过率的超白玻璃制作，并由铝合金钢架支撑，所述产烟箱、多孔整流层和集烟罩均用铝合金材料制作，所述多孔整流层与产烟箱用插槽连接，便于根据实验需要可将多孔整流层抽出，产生不均匀烟雾进行测量实验；

所述的激光发射装置包括激光器、片光源镜头组、柱面透镜、若干立柱及导轨A，所述激光器、片光源镜头组和柱面透镜均固定在高度可调立柱上，与导轨A连接成激光发射装置，激光从激光器发出，经过片光源镜头组变为扇形片光源，再经由柱面透镜变为平行片光源，最后照射于玻璃烟腔内的烟雾上发生散射；

所述拍摄处理系统包括CCD摄像机、立柱、导轨B及计算机，计算机与CCD摄像机连接，CCD摄像机固定在立柱上，立柱安装在导轨B上，所述CCD摄像机用于从侧面垂直方向接收烟雾的散射光，通过图像处理获得二维平面内不同散射光的强度，根据光散射理论计算相对二维烟雾浓度场，最后利用线型光学烟密度计测量的线平均浓度可对得到的数据进行标定。

其中，所用导轨B均用钢材制作，为工形结构；所用立柱可以与工形导轨连接，分为内外两管高度可调，立柱上端连接云台可以调节相应仪器的角度。

本发明与现有技术相比的优点及积极效果为：

在背景技术的描述中可知，相对现有的点式、线式测量，对烟雾浓度进行场测量对于火灾烟雾运动规律研究及探测技术研究均有十分重要的意义。本发明具备的主要优点有：1-本发明采用片光源及CCD摄像机构成主要测量系统，对所测量的烟雾场干扰非常小。2-本发明作为一种实验测量手段将烟雾浓度测量从点、线，扩展到了二维平面。3-本发明通过扰动与整流设计，可以产生均匀浓度分布的烟雾，对理论研究起到了很好的支撑作用。由于具备上述一些优点，本发明会带来一些积极效果：1-促进烟雾场浓度测量的理论研究，对火灾科学中的烟雾特性、烟雾探测等方面的研究起到促进作用。2-通过研究二维的烟雾浓度场测量技术，可促进三维立体空间内烟雾浓度场测量的实现。3-促进其他领域颗粒群测量技术的发展。

附图说明

图1为测量平面的成像原理；

图2为基于片光源的烟雾二维浓度场测量实验装置示意图，其中，1为激光器，2为片光源镜头组，3为排烟风机，4为线型光学烟密度计，5为集烟罩，6为线型光学烟密度计，7为玻璃烟腔，8为多孔整流层，9为产烟箱，10为扰动风机，11为燃烧盘，12为导轨B，13为立柱，14为计算机，15为导轨A，16为CCD摄像机。

具体实施方式