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原文传递实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统和方法

专利名称：	实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统和方法
摘要：	本发明涉及一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统和方法，该系统包括激波管、预混气体供给系统、阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、数据采集系统、激光纹影系统、高压点火系统以及对各系统进行控制的同步控制系统；激波管包括依次相连的多个实验管道和1个可视化观察窗实验段；预混气体供给系统与激波管内部连通，产生预设当量比的预混气体并输入激波管内；阻燃剂喷射系统与可视化观察窗实验段相连；火焰信号采集系统和压力信号采集系统布置在每段实验管道的侧壁上；激光纹影系统用于对爆燃流场典型自由基浓度和温度的分布图像进行测量；高压点火系统与激波管端部连接，用于点火。本发明可以广泛应用于安全科学与技术领域。
专利类型：	发明专利
申请人：	华北科技学院
发明人：	胡洋;徐景德;何宁;张莉聪;王晔;秦汉圣;张延炜
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T14:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T08:00:00+0805
申请号：	CN202010038275.X
公开号：	CN111122653A
代理机构：	北京纪凯知识产权代理有限公司
代理人：	冀志华
分类号：	G01N25/54;G;G01;G01N;G01N25;G01N25/54
申请人地址：	065000 河北省廊坊市北京东燕郊学院大街467号华北科技学院
主权项：	1.一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其特征在于：其包括激波管、预混气体供给系统、阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、数据采集系统、激光纹影系统、高压点火系统和同步控制系统；所述激波管包括依次相连的多个实验管道和1个可视化观察窗实验段；所述预混气体供给系统与所述激波管内部连通，用于根据实验要求产生预设当量比的预混气体并输入所述激波管内；所述阻燃剂喷射系统通过所述可视化观察窗实验段上设置的惰性介质喷射孔与所述激波管内部连通，用于研究阻燃剂参数对瓦斯爆炸传播特性及DDT过程的影响；所述火焰信号采集系统和压力信号采集系统布置在每段所述实验管道的侧壁上，用于对所述激波管内全程的压力和火焰传播速度的规律进行测量，测量结果经所述数据采集系统发送到所述同步控制系统；所述激光纹影系统设置在所述可视化观察窗实验段，用于对爆燃流场典型自由基浓度和温度的分布图像进行测量；所述高压点火系统与所述激波管的实验管道端部连接，用于对所述激波管内的预混气体进行点火；所述同步控制系统用于对所述阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、激光纹影系统和高圧点火系统进行同步控制。 2.如权利要求1所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其特征在于：所述激波管中各所述实验管道采用截面形状为200mm×200mm的正方形管道，每一段所述实验管道长度为2500mm，共14段，总长为35m；所述可视化观察窗实验段采用两块直径为200mm的K9石英有机玻璃，长度为1000mm。 3.如权利要求1所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其特征在于：所述预混气体供给系统包括预混系统、抽真空系统、第一控制柜和第二控制柜；所述预混系统包括预混罐，所述预混罐通过球阀和高压气泵线与所述第一控制柜相连；所述抽真空系统包括旋片泵和罗茨泵，所述旋片泵和罗茨泵通过高压气泵线与所述激波管内部相连通，所述旋片泵和罗茨泵的控制端与所述第一控制柜和第二控制柜相连，用于根据所述第一控制柜和第二控制柜的控制信号对所述激波管抽真空和充配气；所述第一控制柜的输出端口分别与所述空压机、甲烷气瓶以及第二控制柜相连，用于按照分压定律将甲烷和空气分别按照预定的体积百分数充入所述预混罐中。 4.如权利要求1所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其特征在于：所述阻燃剂喷射系统包括氮气储罐、电磁阀和喷嘴，所述氮气储罐的出口端通过喷射管线与所述喷嘴相连，所述喷嘴设置在所述激波管中可视化观察窗实验段设置的惰性气质喷射孔内，所述电磁阀设置在所述喷射管线上，由所述同步控制系统控制；所述火焰信号采集系统包括光电二极管，所述光电二极管用于将火焰产生的光信号通过光纤导入并转化为电信号，并通过所述数据采集系统发送到所述同步控制系统。 5.如权利要求1所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其特征在于：所述压力信号采集系统包括16个压电式压力传感器，各所述压电式压力传感器等间隔设置在所述激波管的各实验管道上，且各所述压电式压力传感器采集到的压力信号通过数据线发送到所述数据采集系统。 6.如权利要求1所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其特征在于：所述激光纹影系统包括脉冲激光发射平台、两凹球反射镜、超高速相机和瞬态光谱仪；两所述凹球反射镜对称设置在所述激波管的可视化观察窗实验段两侧，所述脉冲激光发射平台发射的激光经两所述凹球反射镜反射后，分别由所述超高速相机和瞬态光谱仪进行图像和光谱采集。 7.如权利要求6所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的系统，其特征在于：所述同步控制系统包括信号函数发生器、时间延时器和固体继电器；所述函数信号发生器的输出端口与所述时间延时器的输入端口相连，所述时间延时器的各输出端口分别与所述超高速相机、瞬态光谱仪、固体继电器和数据采集系统相连，所述固体继电器的输出端口与所述阻燃剂喷射系统和高圧点火系统相连。 8.一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的方法，其特征在于包括以下步骤： 1)搭建爆燃实验测试系统，并对爆燃实验测试系统中各个变量的时间特征进行分析，确定需要同步控制的各时间变量及时间关系式；所述爆燃实验测试系统包括激波管、预混气体供给系统、阻燃剂喷射系统、火焰信号采集系统、压力信号采集系统、数据采集系统、激光纹影系统、高压点火系统和同步控制系统； 2)对高压点火系统的点火时间进行测试，得到高圧点火系统的放电响应时间； 3)对阻燃剂喷射系统工作响应时间进行测试，得到阻燃剂喷射系统工作响应时间的平均值； 4)采用火焰信号采集系统和压力信号采集系统对激波管内全程的压力和火焰传播速度的规律进行测量，得到火焰运动到可视化观察窗的时间； 5)根据步骤1)中的时间关系式以及得到的高压点火系统的放电响应时间、阻燃剂喷射系统的响应时间以及火焰运动到可视化观察窗的时间，得到触发激光纹影系统中瞬态光谱仪和超高速相机的时间，使得多个目标在同一时间同时动作。 9.如权利要求1所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的方法，其特征在于：所述步骤2)中，对高压点火系统的点火时间进行测试，得到高圧点火系统的放电响应时间的方法，包括以下步骤：①搭建高圧点火实验系统：该实验系统包括函数信号发生器、固态继电器、高圧点火系统、火焰传感器和示波器；其中，函数信号发生器的输出通道分别连接固态继电器和示波器的输入端，固态继电器的输出端与高圧点火系统相连，高压点火系统包括点火装置、点火端和点火电极，点火装置分别与固态继电器和点火端相连，点火端通过尼龙法兰安置在实验台上；火焰传感器通过支架固定在点火电极附近，火焰传感器与示波器的另一输入端相连，示波器的输出端与计算机终端相连； ②将激波管道点火端的尼龙法兰安置在实验台上； ③将火焰测速光纤利用支架固定在高压点火电极附近； ④示波器分别记录函数信号发生器产生的TTL信号启动固态继电器的时刻t11和测速光纤连接的光电管PD或光电倍增管PMT输出信号时刻t12，则t1＝t12-t11； ⑤重复上述测试过程，求得N次实验的平均值作为高压点火系统的放电响应时间。 10.如权利要求1所述的一种实现爆燃实验测试系统中多个目标同步控制的方法，其特征在于：所述步骤3)中，对阻燃剂喷射系统工作响应时间进行测试，得到阻燃剂喷射系统工作响应时间的方法，包括以下步骤： ①将一张打印纸覆盖在激波管可视化观察窗实验段内的惰性介质喷射孔上，通过可视化观察窗实验段拍摄打印机运动轨迹； ②利用函数信号发生器产生标准TTL电平，经过时间延时器后分出两路信号，同时作用于固态继电器和超高速相机的外触发端口； ③数据采集系统和示波器分别记录超高速相机外触发时刻t21和打印纸运动时刻t22，则t2＝t22-t21，打印纸运动时刻根据阻燃剂喷射后高速摄影的图像帧数以及帧数的间隔时间确定； ④重复上述测试过程，求得N次实验的平均值作为阻燃剂喷射系统工作响应时间。
所属类别：	发明专利