專利名稱：用于爆炸品爆炸環(huán)境下的氣體濃度檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及爆炸品(如雷管、炸藥、煙花爆竹、炮彈、火藥等)爆炸 性能測試領(lǐng)域，用于獲得爆炸品爆炸現(xiàn)場不同位置處的氣體濃度、及氣體 濃度隨時間變化的關(guān)系曲線，具體是一種用于爆炸品爆炸環(huán)境下的氣體濃度 檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有氣體濃度檢測方法很多，例in:紅外分光法、聲光薄膜壓力法、光離
子化法、電化學(xué)法等，而針對爆炸品爆炸性能測試這一特殊領(lǐng)域，為評估爆炸 品爆炸的殺傷威力，以便縮短研制周期、節(jié)省研制費用，獲取爆炸品爆炸環(huán)境
下的氣體(如氧氣、 一氧化碳?xì)怏w等)濃度參數(shù)、及濃度變化有其必然性， 但由于受爆炸品爆炸的惡劣環(huán)境影響瞬間達(dá)到100(TC的高溫、瞬間達(dá)到15MP 的高壓、強烈的震動、以及爆炸引起的飛濺物，目前還沒有行之有效的氣體濃 度檢測方法和手段，使得爆炸品爆炸環(huán)境下的氣體濃度參數(shù)值很難獲得。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決目前爆炸品爆炸環(huán)境下的氣體濃度參數(shù)值不易獲得的問 題，基于可調(diào)諧二極管激光光譜法TDLAS，提供了一種用于爆炸品爆炸環(huán)境 下的氣體濃度檢測系統(tǒng)。
本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的用于爆炸品爆炸環(huán)境下的氣體濃度檢 測系統(tǒng)，包括若干在爆炸品爆炸波及區(qū)域內(nèi)沿以爆炸品起爆點為端點的同一射線方向排列設(shè)置的測試點、分設(shè)于各測試點的氣體濃度傳感裝置、以及設(shè)置于 遠(yuǎn)端的氣體濃度分析儀；每處測試點的地面上開設(shè)有與測試點排列設(shè)置方向垂 直的直槽，且直槽兩端分別罩設(shè)有突出地面的、且窗口側(cè)正對設(shè)置的水泥保護(hù) 罩；所述氣體濃度傳感裝置包括下方均布有高強度減震彈簧的底架、分別固定 于底架兩端并正對設(shè)置的可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置和激光反射裝置，可 調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置和激光反射裝置外分別加裝有耐高溫高壓材質(zhì) 的防護(hù)罩，且兩防護(hù)罩的相對面上設(shè)有石英光學(xué)窗口，底架置于直槽內(nèi)，底架 下方的高強度減震彈簧與直槽槽底固定，可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置、激 光反射裝置分別置于水泥保護(hù)罩內(nèi)，可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置的激光束 輸入口、檢測信號輸出端分別通過光h1、電纜與氣體濃度分析儀的激光束輸出 口、檢測信號采集端連接。其中，測試點的設(shè)置數(shù)量、測試點間的間距、以及 測試點處直槽的長度等系統(tǒng)參數(shù)根據(jù)測試實際需要確定。
在進(jìn)行測試時，起爆爆炸品的同時，控制氣體濃度分析儀輸出與被測氣體 (如CO、 02)特征吸收波峰對應(yīng)的激光束，激光束經(jīng)由光纖導(dǎo)入各測試點的 可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置，各測試點的可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置 對激光束調(diào)整后發(fā)射至其正對面的激光反射裝置，并經(jīng)由激光反射裝置反射回 可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置，激光束在可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置與 激光反射裝置之間的傳輸過程中受被測氣體吸收，其光譜信號發(fā)生變化，可調(diào) 諧二極管激光發(fā)射接收裝置將表征被測氣體濃度的激光束光譜信號調(diào)理后通 過電纜傳輸至氣體濃度分析儀，經(jīng)由氣體濃度分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到各測試 點所在位置的被測氣體濃度，并通過氣體濃度分析儀上的顯示器予以顯示，或 通過RS232通訊口、網(wǎng)口將氣體濃度分析儀與外部計算機連接，以便將被測氣
4體濃度參數(shù)傳輸至外部計算機進(jìn)行后續(xù)評估與分析。本發(fā)明所述測試系統(tǒng)中的 各測試點主要完成對爆炸品起爆后其所在位置處被測氣體濃度隨時間變化情 況的檢測；氣體濃度分析儀通過各測試點的檢測結(jié)果可以得到爆炸品爆炸波及 區(qū)域內(nèi)被測氣體濃度隨距離變化的情況，進(jìn)而為評價爆炸品爆炸性能提供有效 檢測數(shù)據(jù)。
其中，所述氣體濃度傳感裝置借助底架實現(xiàn)了可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收 裝置和激光反射裝置的整體設(shè)置，并在底架下方均布設(shè)置高強度減震彈簧，該 結(jié)構(gòu)具有如下優(yōu)點1、底架下方均布設(shè)置的高強度減震彈簧，降低了爆炸品 爆炸引起的強烈震動對可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置和激光反射裝置的"損 害"；2、由于可調(diào)諧二極管激光發(fā)射te收裝置和激光反射裝置為整體設(shè)置，在 爆炸品爆炸引起的強烈震動中，可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置和激光反射裝 置之間光路不會發(fā)生偏移，時刻處于對準(zhǔn)狀態(tài)；達(dá)到了抗震動的目的。
另外，測試點處水泥保護(hù)罩、直槽的設(shè)置可以保護(hù)所述氣體濃度傳感裝置 中可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置、激光反射裝置、以及固定兩裝置的底架不 遭到爆炸品爆炸沖擊波的直接沖擊，并避免爆炸品爆炸波及范圍內(nèi)因直接熱輻 射(光輻射)引起的瞬間溫度急劇上升對所述氣體濃度傳感裝置的影響；同時， 可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置和激光反射裝置外還加裝有耐高溫高壓材質(zhì) 的防護(hù)罩，且防護(hù)罩上設(shè)能耐高溫、高壓的石英光學(xué)窗口，使得所述氣體濃度 傳感裝置的實際瞬間溫度比預(yù)想的要低，達(dá)到了抗高溫、高壓的目的。
上述結(jié)構(gòu)使得在爆炸品爆炸產(chǎn)生瞬時高溫、高壓、高沖擊氣流的情況下， 所述氣體濃度傳感裝置不會被損壞，確保了本發(fā)明所述測試系統(tǒng)的正常工作。
本發(fā)明所述測試系統(tǒng)以上述具備抗高壓、高溫、震動優(yōu)點的獨特結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了可調(diào)諧二極管激光光譜法TDLAS在爆炸品爆炸環(huán)境下進(jìn)行氣體濃度檢測的 應(yīng)用，所述可調(diào)諧二極管激光光譜法TDLAS是目前最為先進(jìn)的光譜吸收技術(shù)， 通過測量被測氣體分子在特征波峰上的吸收而引起的光譜信號的變化來分析 被測氣體濃度，可以對多種氣體(如02、 CO、 C02、 HF、 HC1、 HBr、 ffl、 HCN、 CH4、 C2H2、 NO、 N02、 NH3、 H2S、 H20)進(jìn)行濃度檢測，并具備 抗干擾性、極快的響應(yīng)時間、高靈敏度、高選擇性、測量范圍寬等優(yōu)點。因此， 使得本發(fā)明所述測試系統(tǒng)可以為爆炸品爆炸性能評估提供可靠的測試結(jié)果。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理，實現(xiàn)了在爆炸品爆炸環(huán)境下進(jìn)行氣體濃度測試的目的， 測試效果好，準(zhǔn)確度高，為正確評估爆炸品性能提供條件，正確評估爆炸品殺 傷威力，縮短爆炸品研制周期，節(jié)省'爆炸品研制費用。


圖1為本發(fā)明的測試原理圖2為本發(fā)明測試點處的結(jié)構(gòu)示意圖3為圖2的俯視圖4為本發(fā)明實測中測試點的設(shè)置圖5為本發(fā)明實測得到的一氧化碳?xì)怏w濃度曲線；
圖中l(wèi)-爆炸品起爆點；2-測試點；3-氣體濃度傳感裝置；4-氣體濃度分 析儀；5-直槽；6-水泥保護(hù)罩；7-高強度減震彈簧；8-底架；9-可調(diào)諧二極管激 光發(fā)射接收裝置；10-激光反射裝置；ll-防護(hù)罩；12-石英光學(xué)窗口； 13-光纖； 14-電纜；15-水泥保護(hù)罩；16-鋼管保護(hù)頭；17-水泥板。
具體實施例方式
如附圖1-3所示，用于爆炸品爆炸環(huán)境下的氣體濃度檢測系統(tǒng)，包括若干在爆炸品爆炸波及區(qū)域內(nèi)沿以爆炸品起爆點1為端點的同一射線方向排列設(shè)置
的測試點2、分設(shè)于各測試點2的氣體濃度傳感裝置3、以及設(shè)置于遠(yuǎn)端的氣 體濃度分析儀4;每處測試點2的地面上開設(shè)有與測試點2排列設(shè)置方向垂直 的直槽5，且直槽5兩端分別罩設(shè)有突出地面的、且窗口側(cè)正對設(shè)置的水泥保 護(hù)罩6、 15;所述氣體濃度傳感裝置3包括下方均布有高強度減震彈簧7的底 架8、分別固定于底架8兩端并正對設(shè)置的可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置9 和激光反射裝置10，可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置9和激光反射裝置10外 分別加裝有耐高溫高壓材質(zhì)的防護(hù)罩11，且兩防護(hù)罩11的相對面上設(shè)有石英 光學(xué)窗口12，底架8置于直槽5內(nèi)，底架8下方的高強度減震彈簧7與直槽5 槽底固定，可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接fe裝置9、激光反射裝置IO分別置于水泥 保護(hù)罩6、 15內(nèi)，可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置9的激光束輸入口、檢測信 號輸出端分別通過光纖13、電纜14與氣體濃度分析儀4的激光朿輸出口、檢 測信號采集端連接。
具體實施時，氣體濃度分析儀4 一般設(shè)置在距爆炸品起爆點400米以外的 地方；可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置9、激光反射裝置10與底架8的固定亦 可以采用如下結(jié)構(gòu)實現(xiàn)首先在底架8兩端固定上設(shè)有石英光學(xué)窗口 12的側(cè) 板，然后通過法蘭密封安裝形式將可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置9和激光反 射裝置10分別與底架8兩端的側(cè)板安裝；所述石英光學(xué)窗口 12要求可通過光 譜范圍為200-2500nm的激光，并能耐高溫、高壓，在保護(hù)防護(hù)罩內(nèi)可調(diào)諧二 極管激光發(fā)射接收裝置9、激光反射裝置10的同時，實現(xiàn)與被測氣體特征吸收 波峰對應(yīng)的激光束正常通過；所述可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置9和激光反 射裝置10外加裝的防護(hù)罩11采用鋼鐵材質(zhì)；所述防護(hù)罩11和石英光學(xué)窗口12要求可以承受瞬間達(dá)到30MP的壓力；為了防止爆炸引起的直接熱輻射(光 輻射)，石英光學(xué)窗口 12處設(shè)有與石英光學(xué)窗口 12垂直的鋼管保護(hù)頭16;另 外底架8的各部分都采用隔熱材料進(jìn)行保護(hù)，并在連接所述氣體濃度傳感裝置 3與氣體濃度分析儀4的光纖13和電纜14外套軟隔熱管，同時深埋地下；所 述隔熱材料以及石英光學(xué)窗口 12要求能夠長時間承受1700'C的高溫。另外， 直槽上兩水泥保護(hù)罩之間蓋有上表面與地面齊平的水泥板17，用以防止爆炸產(chǎn) 生的碎石落入直槽內(nèi)。
為了驗證本發(fā)明所述測試系統(tǒng)的檢測能力，我們以一定量的彈藥爆炸進(jìn)行 一氧化碳?xì)怏w濃度測試，如圖4所示，在彈藥爆炸波及區(qū)域內(nèi)沿以彈藥起爆點 為端點的同一射線方向排列設(shè)置的3''處測試點A、 B、 C，測試點A距彈藥起 爆點20m，測試點B距測試點A30m，測試點C距測試點B30m，在彈藥爆炸 后，經(jīng)由本發(fā)明所述測試系統(tǒng)得到測試點A、 B、 C3處隨時間變化的一氧化碳 氣體濃度曲線，如圖5所示，可以看出彈藥爆炸過程中產(chǎn)生的一氧化碳?xì)怏w濃 度在不同測試點隨著時間的變化關(guān)系，以及在同-時刻距離起爆點的不同距離 處的一氧化碳?xì)怏w濃度狀況。結(jié)果表明，可調(diào)諧二極管激光光譜法TDLAS在 本發(fā)明所述測試系統(tǒng)中的應(yīng)用極為成功，本發(fā)明所述測試系統(tǒng)可以應(yīng)用到各類 相關(guān)的爆炸環(huán)境中進(jìn)行氣體濃度檢測，對于爆炸品爆炸性能的評估提供可用、 可靠的數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1、一種用于爆炸品爆炸環(huán)境下的氣體濃度檢測系統(tǒng)，其特征在于包括若干在爆炸品爆炸波及區(qū)域內(nèi)沿以爆炸品起爆點(1)為端點的同一射線方向排列設(shè)置的測試點(2)、分設(shè)于各測試點(2)的氣體濃度傳感裝置(3)、以及設(shè)置于遠(yuǎn)端的氣體濃度分析儀(4)；每處測試點(2)的地面上開設(shè)有與測試點(2)排列設(shè)置方向垂直的直槽(5)，且直槽(5)兩端分別罩設(shè)有突出地面的、且窗口側(cè)正對設(shè)置的水泥保護(hù)罩(6、15)；所述氣體濃度傳感裝置(3)包括下方均布有高強度減震彈簧(7)的底架(8)、分別固定于底架(8)兩端并正對設(shè)置的可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置(9)和激光反射裝置(10)，可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置(9)和激光反射裝置(10)外分別加裝有耐高溫高壓材質(zhì)的防護(hù)罩(11)，且兩防護(hù)罩(11)的相對面上設(shè)有石英光學(xué)窗口(12)，底架(8)置于直槽(5)內(nèi)，底架(8)下方的高強度減震彈簧(7)與直槽(5)槽底固定，可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置(9)、激光反射裝置(10)分別置于水泥保護(hù)罩(6、15)內(nèi)，可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置(9)的激光束輸入口、檢測信號輸出端分別通過光纖(13)、電纜(14)與氣體濃度分析儀(4)的激光束輸出口、檢測信號采集端連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于爆炸品爆炸環(huán)境下的氣體濃度檢測系統(tǒng)， 其特征在于石英光學(xué)窗口 (12)處設(shè)有與石英光學(xué)窗口 (12)垂直的鋼管保 護(hù)頭(16)。
全文摘要
本發(fā)明涉及爆炸品爆炸性能測試領(lǐng)域，具體是用于爆炸品爆炸環(huán)境下的氣體濃度檢測系統(tǒng)。解決了目前爆炸品爆炸環(huán)境下的氣體濃度參數(shù)值不易獲得的問題，包括若干測試點、分析儀、氣體濃度傳感裝置；各測試點地面上開有兩端罩設(shè)有保護(hù)罩的直槽；氣體濃度傳感裝置含下方均布減震彈簧的底架、分別固定于底架兩端的可調(diào)諧二極管激光發(fā)射接收裝置和激光反射裝置，兩裝置外裝有防護(hù)罩，防護(hù)罩相對面上設(shè)石英光學(xué)窗口，底架置于直槽內(nèi)，下方減震彈簧與槽底固定，兩裝置置于保護(hù)罩內(nèi)，激光發(fā)射接收裝置通過光纖、電纜與分析儀連接。結(jié)構(gòu)合理，實現(xiàn)了在爆炸品爆炸環(huán)境下進(jìn)行氣體濃度測試的目的，測試效果好，準(zhǔn)確度高，為正確評估爆炸品性能提供條件。
文檔編號G01N21/39GK101598666SQ20091007457
公開日2009年12月9日 申請日期2009年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者任勇峰, 俊 劉, 張文棟, 熊繼軍, 甄國勇, 麗 秦, 薛晨陽, 譚秋林, 鮑愛達(dá) 申請人:中北大學(xué)