大空间内火焰传播位置及速度测量装置及其阵列的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种大空间内火焰传播位置及速度测量装置，包括光电二极管和套筒；光电二极管设置在套筒的后端；套筒用于限制光电二极管的感光区域的感光角度。套筒为不透光的空心装置，套筒的前端开有细缝；套筒所形成的光路通道为从细缝经套筒的内部到达光电二极管的感光区域。套筒为柱体，其中，套筒垂直于轴向方向的截面的轮廓为扇形。细缝将光电二极管感光的光路限制在与细缝同一高度的区域平面内。扇形的角度为90度。本发明还提供其组成阵列。本发明包括光电二极管和套筒，套筒上设置有细缝，光只能通过这条细缝到达光电二极管的感光区域，减小由光电二极管的感光角度引起的测量误差，提供了测量精度。
【专利说明】大空间内火焰传播位置及速度测量装置及其阵列
【技术领域】
[0001]本发明涉及火焰测量，具体地，涉及一种大空间内火焰传播位置及速度测量装置及其阵列。
【背景技术】
[0002]核电站严重事故中，堆芯金属构件(锆合金)高温下与水发生反应以及堆芯熔融物与混凝土的反应和水分子在高温辐照下裂解会产生大量的氢气。氢气与反应堆安全壳内的空气混合形成可燃混合气体，一旦发生气体的燃烧，其产生的高温高压会严重威胁到安全壳的完整性和壳内构件的安全。为缓解严重事故中的氢气风险，目前压水堆核电站中普遍采用的一种措施为氢气的早期点燃，即在氢气释放前期阶段进行主动的点燃，实现低浓度氢气下的燃烧，将氢气含量控制在低浓度水平。在氢气燃烧机理的试验研究中，氢气传播的火焰速度是一个非常关键的参数，低浓度下的氢气燃烧只会产生以亚音速传播的火焰，而高浓度的氢气燃烧(即爆炸)会产生以超音速传播的火焰，会严重威胁到压力容器的安全。
[0003]目前氢气燃烧的试验中，一种测量火焰的方法为使用光电二极管通过检测火焰传播的光信号转换成的电压信号确定火焰传播的位置。光电二极管的有一定的感光角度，在较细管道内进行火焰位置的测量，产生的误差较小。而在大空间内，由于这个感光角度的存在，离光电二极管的位置越远产生的测量误差越大。所以要实现在大空间内通过光电二极管测量火焰传播的位置和速度，必须寻求方法减少测量的误差。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种大空间内火焰传播位置及速度
测量装置。
[0005]根据本发明的一个方面，提供的一种大空间内火焰传播位置及速度测量装置，其特征在于，包括光电二极管和套筒；
[0006]所述光电二极管设置在所述套筒的后端；所述套筒用于限制所述光电二极管的感光区域的感光角度。
[0007]优选地，所述套筒为不透光的空心装置，套筒的前端开有细缝；所述套筒所形成的光路通道为从细缝经套筒的内部到达光电二极管的感光区域。
[0008]优选地，所述套筒为柱体，其中，所述套筒垂直于轴向方向的截面的轮廓为扇形。
[0009]优选地，细缝将光电二极管感光的光路限制在与细缝同一高度的区域平面内。
[0010]优选地，所述扇形的角度为90度。
[0011]根据本发明的一个方面，提供的一种大空间内火焰传播位置及速度测量装置的阵列，包括以阵列分布的大空间内火焰传播位置及速度测量装置。
[0012]优选地，多个所述大空间内火焰传播位置及速度测量装置沿同一直线方向依次分布。
[0013]优选地，阵列的长度方向为轴向，多个所述大空间内火焰传播位置及速度测量装置在同一平面内沿径向方向依次分布。
[0014]与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果:
[0015]本发明包括光电二极管和套筒，套筒上设置有细缝，光只能通过这条细缝到达光电二极管的感光区域，减小由光电二极管的感光角度引起的测量误差，提高了测量精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0017]图1为本发明的结构示意图；
[0018]图2为本发明中火焰位置测量的误差分析图；
[0019]图3为本发明中一种测试方案示意图。
[0020]图中:
[0021]I为光电二极管；
[0022]2为套筒；
[0023]3为细缝；
[0024]4为光线；
[0025]5为压力容器；
[0026]11为第一光电二极管；
[0027]12为第二光电二极管；
[0028]13为第三光电二极管；
[0029]14为第一位置；
[0030]15为第二位置；
[0031]16为第三位置。
【具体实施方式】
[0032]下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0033]本发明的目的在于减小大空间内使用光电二极管测量火焰位置的误差，并使用光电二极管阵列测量火焰的速度。为实现这一目的，本发明提供的大空间内火焰传播位置及速度测量装置采用以下技术方案:
[0034]本发明提供的大空间内火焰传播位置及速度测量装置包括光电二极管和套筒。所述光电二极管I设置在所述套筒2的后端。所述套筒2用于限制所述光电二极管的感光区域的感光角度。所述套筒2为柱体，其中垂直于所述套筒2的轴向方向的截面的轮廓为扇形。所述扇形的角度为90度。套筒2为一个不透光的空心装置，采用隔光材料制成。在变化例中，套筒2的角度可根据实际情况进行调整。所述套筒2的前端开有细缝3，所述套筒所形成的光路通道为从细缝经套筒的内部到达光电二极管的感光区域。细缝3将光电二极管感光的光路限制在与细缝3同一高度的区域平面内。光线4只能通过细缝3到达光电二极管I的感光区域，即只有当火焰传播到与细缝3同一高度的区域时达光电二极管I才能产生光电信号，通过这种方式可减小由于光电二极管I的感光角度引起的误差。
[0035]实际测量的误差计算如图2所示，图中LI为光电二极管的感光区域长度，L2为套筒的长度(以距光电二极管感光区域最短距离为准)，L3为套筒设计的透光缝隙宽度，L4为距光电二极管可能的最远距离，即空间内可能的最远距离，L5为误差区域。通过简单的几何计算就可得到L5的大小，即测量的绝对误差。测量误差由套筒的长度和细缝的宽度决定，还应综合考虑由细缝引起的光强衰减等问题，根据实际所需的测量误差要求设定套筒的长度和细缝的宽度。
[0036]在测量过程中，可根据实际情况选择光电二极管阵列的数量和具体的布置位置。本发明提供的一种大空间内火焰传播位置及速度测量装置的阵列，当多个所述大空间内火焰传播位置及速度测量装置沿同一直线方向依次分布时，如图3所示，利用三个光电二极管测量火焰传播位置和速度的示意图所示，图中第一光电二极管1、第二光电二极管2和第三光电二极管3分别布置于压力容器5的一个侧面的下、中和上三个位置处，yl、y2和y3分别为三个光电二极管各自所处的高度。
[0037]在初始时刻，由于套筒不透明，没有光射到光电二极管的感应区域，三个光电二极管的感应电压值均为O。当在压力容器5的底部进行点火，火焰从底部向上发展，并依次到达第一光电二极管11、第二光电二极管12和第三光电二极管13所处的平面，三个光电二极管分别在tl、t2和t3时刻感应到火焰发出的光，并在此时刻光信号转换出的电压信号开始上升。则在误差允许范围内，可以认为火焰在tl、t2和t3时刻分别传播到第一位置yl、第二位置12和第三位置y3所处的平面位置处，火焰从第一位置yl处传播到第二位置y2处、从第二位置12处传播到第三位置y3处的平均速度可分别通过下式得出:
【权利要求】
1.一种大空间内火焰传播位置及速度测量装置，其特征在于，包括光电二极管和套筒； 所述光电二极管设置在所述套筒的后端；所述套筒用于限制所述光电二极管的感光区域的感光角度。
2.根据权利要求1所述的大空间内火焰传播位置及速度测量装置，其特征在于，所述套筒为不透光的空心装置，套筒的前端开有细缝；所述套筒所形成的光路通道为从细缝经套筒的内部到达光电二极管的感光区域。
3.根据权利要求1所述的大空间内火焰传播位置及速度测量装置，其特征在于，所述套筒为柱体，其中，所述套筒垂直于轴向方向的截面的轮廓为扇形。
4.根据权利要求2所述的大空间内火焰传播位置及速度测量装置，其特征在于，细缝将光电二极管感光的光路限制在与细缝同一高度的区域平面内。
5.根据权利要求3所述的大空间内火焰传播位置及速度测量装置，其特征在于，所述扇形的角度为90度。
6.一种大空间内火焰传播位置及速度测量装置的阵列，其特征在于，包括以阵列分布的权利要求1至5中任一项所述的大空间内火焰传播位置及速度测量装置。
7.根据权利要求6所述的大空间内火焰传播位置及速度测量装置的阵列，其特征在于，多个所述大空间内火焰传播位置及速度测量装置沿同一直线方向依次分布。
8.根据权利要求7所述的大空间内火焰传播位置及速度测量系统，其特征在于，阵列的长度方向为轴向，多个所述大空间内火焰传播位置及速度测量装置在同一平面内沿径向方向依次分布。
【文档编号】G01S11/12GK103792383SQ201410018190
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月15日 优先权日:2014年1月15日
【发明者】朱桂学, 胡珀, 暴凯, 唐琪, 黄兴冠, 杜卡帅, 朱晨, 唐超力, 涂腾, 王凡 申请人:上海交通大学