使用粉化器和药剂流速指示器的速度测量的制作方法

专利名称：使用粉化器和药剂流速指示器的速度测量的制作方法
技术领域：
本公开涉及一种用于测量基于干粉的药剂的测量系统。
背景技术：
为了验证运载工具例如飞机上装载的干粉灭火系统，将灭火剂排放到受保护空间内并且分析仪同时记录受保护空间中不同区域内的灭火剂数量。药剂数量必须高于已经证实在一定时段内足以同时扑灭所有区域中可能火情的某一预定水平。分析仪必须经过标定并且是可追踪的，以使分析仪输出证明干粉灭火系统能够扑灭受保护空间内的任何火情。

发明内容
公开了一种用于干粉药剂的测量系统，包括用于引导干粉药剂的喷嘴以及可操作用于识别干粉药剂排放事件的指示器。而且，在公开的方法中可以计算粉末离开喷嘴的速度，并且可以选择药剂浓度的标定曲线。


根据以下对公开的非限制性实施例的详细说明，各种特征对本领域技术人员来说将变得显而易见。详细说明内容的附图可以简要介绍如下
图I是用于干粉药剂的装有粉化器标定柱(PCC)的测量系统的示意 图2是用于安装在代表性受保护结构内用于基于粉末的化学灭火剂的传感器系统的示意 图3A是用于干粉药剂的粉化器标定柱(PCC)的示意 图3B是用于与粉化器标定柱(PCC)相连通的粉末进料系统和气体分配系统的示意
图3C是粉化器标定柱(PCC)内的传感器头的透视 图4A是用于干粉药剂的传感器头的分解 图4B是图4A中的传感器头展开的透视 图4C是图4A中的在其上安装有夹具附件的传感器头展开的透视 图4D是传感器头主体的纵向截面 图4E是传感器头主体内的测量容积的示意 图4F是由传感器头主体内的测量容积构成的浓度边界的示意 图4G是通常在测量头主体内测量容积中多个孔的每一个孔附近形成的流线示意图； 图4H是通过测量头主体内测量容积中多个孔的主要颗粒路径的示意 图41是传感器头与控制系统相连通的示意 图5是传感器头检测容积的示意 图6是传感器头检测容积具有可行光路而无多次反射的示意图；图7是用于干粉药剂的质量密度浓度和透光率之间的经验关系；
图8是示出了标定测量系统以用于确定所需干粉药剂例如气溶胶云团灭火剂的质量密度浓度和透光率之间经验关系的流程 图9是示出了位于受保护结构的测试固定设备例如代表性的发动机舱内的传感器头操作流程 图10是靠近药剂喷嘴的光学药剂流速指示器的示意 图11是示出了光学药剂流速指示器可以相对于传感器头和喷嘴采用的设置方式的示意式视 图12是示例性光学药剂流速指示器的示意式视 图13是示出了示例性药剂流速指示器的示意式视图，其中药剂流速指示器包括压力变送器；
图14是示出了另一种示例性药剂流速指示器的示意式视图，其中药剂流速指示器包括断线；
图15是示出了又一种示例性药剂流速指示器的示意式视图，其中药剂流速指示器包括挡板装置；
图16是示出了又一种示例性药剂流速指示器的示意式视图，其中药剂流速指示器包括LED/光电二极管的耦合；以及
图17是示出了其中包括有镜面与药剂流速指示器相结合的示例的示意式视图。
具体实施例方式图I示意性地示出了用于测量基于干粉药剂的化学灭火剂的测量系统20。系统20主要包括粉末标定柱(PCC) 22、传感器系统24和控制系统26。PCC 22通常被用于标定传感器系统24中的传感器，其随后可以被安装在受保护结构的测试固定设备28例如发动机舱内(图2)。应该理解发动机舱仅仅是一个非限制性实施例中的一种代表性结构，其中可以安装具有多个喷嘴30N的基于粉末的化学灭火系统30并且其他的受保护结构28例如陆地运载工具的发动机舱、座舱或其他结构也可以从中受益。参照图3A，PCC 22主要包括粉末进料系统40、气体分配系统42、观察管44、其中装有至少一个传感器头24A的有时被称作粉化器的测试段46以及粉末捕集盒48。观察管44、测试段46和粉末捕集盒48被沿着轴线Z界定。在一个非限制性实施例中界定测试段46的观察管44在至少一个传感器头24A之前的长度至少是直径的二十倍以确保来自于粉末进料系统40的粉末药剂和来自于气体分配系统42的惰性气体的均匀分布。这样有助于通过传感器头24A直接测量通过气溶胶云团的透光率。粉末进料系统40在一个非限制性实施例中包括例如由美国新泽西州Moonachie市的Acrison公司制造的螺旋头。粉末进料系统40限定干粉药剂通往观察管44内的速率。气体分配系统42连通的惰性气体在一个非限制性实施例中包括氮气以分离并充分打散干粉药剂。气体分配系统42通常位于粉末进料系统40上方并且横向于粉末进料系统40 (图3B)。气体分配系统42确定惰性气体通往观察管44内的速率以使传感器头24A内接收已知流速的干粉药剂和惰性气体，从而即可确定干粉药剂浓度和透光率之间的关系。这就允许完全掌握输送干粉药剂和惰性气体的速率。
粉末捕集盒48提供了相对较大的容积以避免粉末药剂再循环返回到测试段46内。粉末捕集盒48还可通过经过滤器48F外流的气流来帮助避免压力累积和避免干粉药剂气溶胶云团的回流。PCC 22被用于将传感器头24A的透光率测量值相对于以单位容积的质量表不的气溶胶云团浓度进行标定。PCC 22的圆柱形截面减少了角效应和其他的几何效应。干粉药剂恰好在惰性气体引入点下方通往观察管44内(图3B)。惰性气体的高速射流经过粉末进料系统40以促使干粉药剂湍流混合到惰性气流内从而生成在气溶胶云团灭火剂中典型的气溶胶云团。将干粉药剂通往惰性气体射流内的过程促使干粉药剂团块分离成规则的颗粒。颗粒与惰性气体相混合形成干粉药剂气溶胶云团。气溶胶云团凭借重力在观察管44内下行促进气溶胶云团的均匀混合以供通过测量头24A进行测量(图3C)。向下流动是必要的，原因在于干粉药剂中不同尺寸的颗粒会以不同的速度行进。以稳态向下流动随着时间流逝而得到稳态的浓度，此时下游每一颗粒尺寸的浓度都保持恒定以允许通过传感器系统24进行准确测量。 参照图4A，传感器头24A的一个非限制性实施例提供用于通过干粉药剂气溶胶云团的透光率测量。每一个传感器头24A基本上都包括沿轴线S界定的壳体50，光线沿横向于轴线S的光路和多个孔52通过壳体(图4B)。传感器头24A主要包括光源54、检测器56、窗口 58、镜窗60、镜面62、端块64、附件66和垫圈68A, 68B。附件66可以包括凸缘端以接纳夹具C或其他附件(图4C)。夹具C易于连接在受保护机构28内以定位传感器头24A(图2)。在一个非限制性实施例中，垫圈68A，68B作为垫圈(其可以是导电垫圈)用于通过夹具C提供窗口 58、镜窗60、镜面62、壳体50和附件66的电接地，以使整个传感器头24A都接地至受保护机构28。在该非限制性实施例中，壳体50、端块64和附件66可以由导电材料例如涂有阿洛丁(alodine)的铝构成。由于传感器头24A被接地，因此即可避免在窗口 58和镜窗60上累积静电，从而最小化干粉药剂的吸附。可选地或附加于此，窗口 58和镜窗60可以包括抗静电涂层并且可以相对较薄。在一个非限制性实施例中，每一个的厚度都小于lmm(0. 04英寸)。这样的厚度使失真最小化并且减小了否则可能会吸附干粉药剂的静电。垫圈68A，68B缓冲相应的窗口 58和镜窗60以适应螺接至壳体50的端块64和螺接至壳体50的附件66。也就是说，端块64和附件66被螺接至壳体50内以允许拆卸和操作窗口 58和镜窗60用于进行清理或其他维护。螺纹哨合还有助于窗口 58、镜窗60和镜面62同轴对齐以使光源54能够总是在镜面62的同一点上提供可重复实现的焦点从而确保适应于螺接到壳体50内的端块64和附件66而对齐。也就是说，光学校准被集成到设计中。相应的肩部70A，70B(图4D)邻接相应的窗口 58和镜窗60以适应螺接到壳体50内的端块64和附件66。肩部70A，70B进一步有助于装置的长度可重复性以使光源54和镜面62之间的距离是可重复实现的。应该理解可以可选地或附加地提供各种用于标定的垫圈、0形环、密封圈、中性密度滤光片及其组合。壳体50界定出还部分地由多个孔52界定的测量容积72。即使在受保护结构28中由于螺纹连接和肩部70A，70B的设置方式而经常发生的温度改变、震动和振动期间，测量容积72也被牢固地保持在光源54和镜面62之间。多个孔52通常为直线式并且横向于轴线S。在一个非限制性实施例中，多个孔52中的每一个都沿轴线S界定出纵向长度，纵向长度小于围绕轴线S界定的横向长度，以使得例如横向长度小于IOmm (0. 39英寸)，并且更具体地可以是3mm (0. 12英寸)。参照图4E，部分地由多个孔52界定的测量容积72大致为梯形的形状。多个孔52的形状和尺寸可以在高流速和湍流环境中轻易地减小光学污染。测量容积72的形状构成了实际上在传感器头24A内形成整体层流状态的浓度边界(图4F)。这可以由通常在多个孔52中的每一个孔附近形成的流线表示(图4F)。整体流从测量头24A外部通过多个孔52进入测量容积72内以形成层流状态，从而使得在测量容积72内基本上不会形成湍流。流动经过测量容积72会形成将干粉药剂从测量容积72中拉出的文丘里效应。只有相对少量的干粉药剂可以通过浓度梯度沉积在光学器件上。更具体地，从整体流进入测量容积72的干粉药剂中的示例性颗粒可以(A)以最小的向量改变流过多个孔52 ; (B)进入空腔再循环并且通过文丘里效应而被从测量容积72中拉出；或者(C)从湍流涡旋进入并撞击光学器件(图4H)。撞击光学器件的干粉药剂 总量相对较少并且通常小于经过传感器头24A的总质量的2%。这就不会显著地影响浓度曲线，原因在于将干粉药剂沉积到光学器件上的外部湍流只在与浓度测量时间相比较短的时段内出现。光源54可以包括以650nm工作的红色发光二极管(LED)并且检测器56是可见光谱的光电二极管。光源54和检测器56通过包括多根光纤的光缆74与传感器头24A通信。在一个非限制性实施例中，有32根光纤与光源54通信并且有32根光缆与检测器56通信。光纤可以通过用于连接到壳体50内的SMA905接头74C集束以形成光缆74。每一个传感器头24A都根据光掩蔽原理工作。光线从光源54通过光缆74中的多根光纤输送，通过透明窗口 58和60进入与孔52相连通的测量容积72，从镜面62反射并通过光缆74中的多根光纤输送。窗口 58和60通常在镜面62对面以使光线通过测量容积72两次-从窗口 58通过测量容积72，通过窗口 60，从镜面62反射然后通过窗口 60、测量容积72并通过窗口 58和光缆74射入检测器56内。检测器56将与光强成比例的模拟信号输出至控制系统26 (图41)。光强与测量容积72内干粉药剂颗粒的浓度成函数关系地改变。传感器头24A不同于热电偶、压力变送器、应变仪或者信号强度直接与待测现象相关的其他仪器。传感器系统24中的每一个传感器头24A均与控制系统26通信,控制系统26启动系统20的操作并且控制从传感器头24A收集数据。在一个非限制性实施例中，以从IHz到IOOOHz的可变频率收集用于总数最大为30，000个点的数据。最大收集时间是30，000除以收集速率(在IOOHz的情况下为300秒)。应该理解控制系统26可以使用备选的数据收集速率。应该注意到的是可以使用计算设备以实现例如可归于控制系统26的各种功能(图41)。在硬件架构方面，这样的计算设备可以包括处理器、存储器以及通过局部接口通信耦合的一个或多个输入和/或输出(I/O)设备接口。局部接口例如可以包括但不限于一根或多根总线和/或其他的有线或无线连接。局部接口可以具有为了简单起见而省略的附加元件例如控制器、缓冲器(缓存)、驱动器、转发器以及用于激活通信的检测器。而且，局部接口可以包括地址、控制和/或数据连接的接口以在上述部件中激活适当的通信。处理器可以是用于执行软件特别是存储在存储器内的软件的硬件设备。处理器可以是定制或市场上可购买的处理器、中央处理器(CPU)、与计算设备相关联的几种处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(形式为微芯片或芯片组)或者基本上是用于执行软件指令的任何设备。存储器可以包括易失性存储元件(例如随机存取存储器(RAM譬如DRAM、SRAM、SDRAM、VRAM等))和/或非易失性存储元件(例如ROM、硬盘驱动器、磁带、CD-ROM等)中的任何一种或组合。而且，存储器可以包括电、磁、光学和/或其他类型的存储介质。要注意的是存储器还可以具有分布式结构，其中各种部件被彼此远离地设置，但是可以由处理器存取。存储器内的软件可以包括一种或多种独立程序，其中每一种都包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。实施为软件的系统构件也可以被构建为源程序、可执行程序(目标代码)、脚本或者包括要执行的指令组的任何其他的实体。在构建为源程序时，程序通过可以包含在存储器内或者也可以不包含在存储器内的编译器、汇编器、解释器等进行翻译。 可连接至系统I/O接口的输入/输出设备可以包括输入设备例如但不限于键盘、鼠标、扫描仪、麦克风、摄像头、接近式设备等。而且，输入/输出设备还可以包括输出设备例如但不限于打印机、显示器等。最后，输入/输出设备可以进一步包括既作为输入又作为输出进行通信的设备，例如但不限于调制器/解调器(用于访问其他设备、系统或网络的调制解调器)、射频(RF)或其他的收发器、电话接口、桥接器、路由器等。在计算设备工作时，处理器可以被设置用于执行存储在存储器内的软件以与存储器之间通信交换数据并且主要是控制计算设备根据软件进行操作。存储器内的软件由处理器全部或者部分读取，可能要在处理器内缓存，并随后执行。参照图5，传感器头24A直接测量通过干粉药剂气溶胶云团的透光率，其可以通过经验或理论关系与空间质量密度浓度直接相关。干粉药剂气溶胶云团进入测量容积72并穿过从光缆74行进至镜面62再返回到检测器56的光线。由于干粉药剂气溶胶云团穿过光线，因此总透光的下降与气溶胶云团的浓度成比例。镜面62为凹形并且聚焦光线返回光缆74。参照图6，示意性地示出了用于光线的代表性路径。目标在第一垢层之外的反射由于极少量的反光而被忽略。由检测器56接收的光强是路径1，1B, 2和来自背景的散射光之和。在路径I中接收一部分窗口 58的反射光。如果在窗口 58上存在垢层并且必须通过窗口 58传输两次，那么就会出现路径1B。在路径2中，光线必须通过每一个窗口 58，60、每一个垢层、测量容积72传输两次，然后再从镜面62反射。镜面62在此类计算中被假定为全反射光线。窗口 58，60都具有相同的性质。没有垢层时，传感器头24A的输出可以表达为
/￡*-Jr4Zi 2it -w-w
~~ "Jr^Tj / _L... tWmtJTiJTJr ...I... f
—Js 丁1cl v c2 s ^ A m
在测试之前，可以通过用不反光介质遮挡镜面62将tv设定为0以使得只测量从镜面58反射的光和环境光从而测量出遮挡输出。
权利要求
1.一种用于干粉药剂的测量系统，包括 用于引导干粉药剂的喷嘴；和 可操作用于识别干粉药剂排放事件的指示器。
2.如权利要求I所述的系统，其中指示器是光学药剂流速指示器。
3.如权利要求2所述的系统，其中光学药剂流速指示器使用镜面或者不使用镜面地识别干粉药剂排放事件。
4.如权利要求2所述的系统，其中光学药剂流速指示器包括多个第一纤维绞线和第二纤维绞线，第一绞线可操作用于向喷嘴引导光线，第二绞线可操作用于接收由干粉药剂反射的光线。
5.如权利要求4所述的系统，其中光学药剂流速指示器进一步包括位于第一纤维绞线和第二纤维绞线与喷嘴之间的透镜。
6.如权利要求2所述的系统，进一步包括可操作用于计算干粉药剂速度的控制系统。
7.如权利要求2所述的系统，其中喷嘴将干粉药剂向下游引导至传感头。
8.如权利要求7所述的系统，其中干粉药剂的速度部分地基于来自光学药剂流速指示器的读数和来自传感头的读数进行计算。
9.如权利要求7所述的系统，其中传感头包括有粉化器。
10.如权利要求9所述的系统，其中干粉药剂的速度部分地基于光学药剂流速指示器和传感头之间的距离进行计算。
11.如权利要求9所述的系统，其中干粉药剂的速度通过用光学药剂流速指示器和传感头之间的距离除以干粉药剂从光学药剂流速指示器输送至传感头所花费的时间来计算。
12.如权利要求I所述的系统，其中指示器是断线、压力变送器、挡板装置和LED/光电二极管的耦合中的一种。
13.一种方法，包括以下步骤 将粉末从出口喷嘴向下游输送至传感头；并且 计算粉末离开喷嘴的速度。
14.如权利要求13所述的方法，其中干粉药剂的速度通过用光学流速指示器和传感头之间的距离除以干粉药剂从光学流速指示器输送至传感头所花费的时间来计算。
15.如权利要求13所述的方法，进一步包括基于计算速度来标定粉末给料器的步骤。
全文摘要
公开了使用粉化器和药剂流速指示器的速度测量。用于干粉药剂的测量系统包括用于引导干粉药剂的喷嘴以及可操作用于识别干粉药剂排放事件的指示器。在一种示范性方法中，可以计算粉末离开喷嘴的速度，并且可以选择药剂浓度的标定曲线。
文档编号G01P5/18GK102798730SQ20121016587
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月25日 优先权日2011年5月26日
发明者D.L.西巴卢克, R.格拉泽, M.P.费奇奥, L.W.兰斯, B.鲍威尔 申请人:基德科技公司