一种可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种适用于模拟航空航天器环境的通电导线燃烧实验装置，尤其涉及一种可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置及方法。
【背景技术】
[0002]导线起火是家庭常规电气火灾和航空航天器火灾的主要原因，研究导线燃烧的烟颗粒形态及分布、火焰传播速率、火焰形貌、火焰温度等对发展线缆火灾安全理论和防治技术有重大意义。
[0003]现有导线燃烧实验装置通常包括燃烧室、样品台、点火装置、强迫对流产生装置和图像采集装置。强迫对流产生装置包括风机、通风管道及均流板。所述点火装置为电热丝线圈点火。
[0004]在火灾探测技术中，烟颗粒是进行火灾诊断的重要判据，然而现有的烟颗粒采集技术只能采集静态火焰烟颗粒或阴燃物体表面烟颗粒，暂无法获取导线火蔓延的动态火焰烟颗粒。在传统的热泳采集法中，生物膜在火焰中停留的时间很短，只能获得瞬态烟颗粒，不能获得一段时间内导线火不同高度处的烟颗粒形态及分布。此外，由于导线火焰体积较小，现有的烟颗粒采集方法在采烟的同时容易对火焰造成干扰。研究航空、航天器的通电导线燃烧实验装置常需在模拟相关环境的设备(如低压舱、落塔及航空、航天器等)中工作，其内部空间有限，不能进行人工操作，故现有人工采集烟颗粒及点火的方法不适用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种能及时对线缆火灾的探测及预防的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置及方法。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0007]本发明的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置，包括燃烧室和控制中心两部分；
[0008]所述燃烧室内部设有样品台，所述样品台中部设有烟颗粒自动采集装置，所述样品台的一端设有自动点火装置，所述样品台上固定有样品导线，所述样品导线的控制电路连接有继电器，所述燃烧室的两端设有强迫对流产生装置，所述燃烧室为长方体，其左端开口，右壁面设有圆形进风口，并在所述圆形进风口处设有风机，前壁面设有长方形观察窗，窗边固定一台摄像机，前壁面右下角设有风机开关和风速调节旋钮。
[0009]所述强迫对流产生装置包括两片均流板，两块匀流板分别竖直地固定在所述燃烧室的左端开口处和右端靠近样品台处，所述两片均流板为微孔铝蜂窝芯，所述风机的中心与所述样品导线位于同一高度，所述风机通过圆形通风管道安装在燃烧室内右壁面的圆形进风口处，所述风机的控制电路连接有继电器。
[0010]所述烟颗粒自动采集装置包括保护箱，其内设有步进电机、步进电机驱动器，所述步进电机的输出轴伸出保护箱并经由联轴器与螺杆相连，所述螺杆左端装有限位挡块，所述螺杆啮合有螺套，且所述螺套安装在滑块中，所述滑块上方与采烟架固定连接，下方装于固定在样品台的底座上的水平轨道中，所述采烟架包括支撑杆和长方形框架，所述长方形框架所在的平面垂直于所述样品导线，其上均匀搭设SiC纤维矩阵，所述SiC纤维的每个自由端都悬挂重物。
[0011]所述自动点火装置包括长方形的腔体，所述腔体的底部设有方形底座，所述腔体的顶壁嵌有中心有圆孔的方形电磁铁，外部套有绝缘管的圆柱形铁柱穿过所述方形电磁铁中心部的圆孔且与腔体之间为活动连接，所述腔体内部在所述圆柱形铁柱与底座之间连接有弹簧，所述绝缘管内部嵌有两根铁棒，两根铁棒伸出绝缘管上端后分别与电热丝的两端相连，所述电热丝和电磁铁的控制电路连接有同一个继电器。
[0012]本发明的上述的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置实现通电导线燃烧实验的方法，包括步骤:
[0013]开启摄像机，其获得的图像信息同步传送给计算机，继电器控制样品导线通电，继电器控制风机开启，此时外界空气由进风口进入燃烧室并形成均匀、稳定的流场，继电器5控制自动点火装置中的电热丝和电磁铁同时通电，电磁铁吸合铁柱并带动电热丝伸出腔体为样品导线加热；
[0014]点火成功后，火焰从着火点出发沿着样品导线水平传播，此时电热丝和电磁铁同时断电，铁柱在弹簧回复力作用下回到腔体；
[0015]以某点为原点沿着火焰传播的方向建立位置坐标系，则烟颗粒自动采集装置中滑块的右极限位置为SI，左极限位置为S2 ;
[0016]计算机对视频图像进行处理获得火焰中心位置X和火焰传播速度V，并进行以下指令:
[0017]当X〈S1时，步进电机静止；
[0018]当SI < X〈S2时，采烟过程开始，步进电机以转速a = V/n运行，η为螺杆的螺距，与步进电机相连的螺杆驱动滑块在水平轨道上以速度V运动，此时采烟架和火焰达到了同步运动，SiC纤维矩阵与火焰持续接触使得烟颗粒不断在其表面累积；
[0019]当X多S2时，步进电机21停止，一段时间后步进电机21反向旋转并回到原来的位置，接着继电器bl6控制样品导线11断电，继电器cl7控制风机7断电，实验结束；
[0020]SiC纤维矩阵上采集到的烟颗粒样本用碳胶带取下，再喷洒铂粉后就能在扫描电镜下观察获得火焰不同高度处的烟颗粒形态及分布。
[0021]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置及方法，由于在现有装置基础上设计了烟颗粒自动采集系统，使得自动采烟装置与火焰同步运动，火焰不同高度处的烟颗粒逐渐在采烟架上累积，以此获得火蔓延过程中动态火焰不同高度处的烟颗粒形态及分布，可自动点火及采集通电导线燃烧火蔓延过程中火焰烟颗粒的实验，及时对线缆火灾的探测及预防。
【附图说明】
[0022]图1为本发明实施例提供的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置的结构示意图。
[0023]图2为本发明实施例中燃烧室的外部示意图；
[0024]图3为本发明实施例中烟颗粒自动采集装置示意图；
[0025]图4为本发明实施例中自动点火装置示意图；
[0026]图5为本发明实施例的硬件框图；
[0027]图6为本发明实施例的软件流程图。
[0028]图中:
[0029]1、燃烧室，2、烟颗粒自动采集装置，3、接线柱，4、电木板，5、样品台，6、弹簧a，7、风机，8、通风管道，9、自动点火装置，10、均流板，11、样品导线，12、控制中心，13、计算机，14、单片机，15、继电器a，16、继电器b，17、继电器C，18、步进电机控制卡，20、保护箱，21、步进电机，22、步进电机驱动器，23、联轴器，24、螺杆，25、限位挡块，26、水平轨道，27、滑块，28、采烟架，29、SiC纤维，30、重物，31、观察窗，32、摄像机，33、风机开关，34、风速调节旋钮，40、底座，41、腔体，42、弹簧b，43、铁柱，44、电磁铁，45、绝缘管，46、保护帽，47、电热丝，48、铁棒；
[0030]SI为滑块的右极限位置，S2为滑块的左极限位置，X为火焰中心位置，V为火焰传播速度，η为螺杆的螺距，α为步进电机转速。
【具体实施方式】
[0031]下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0032]本发明的可自动点火及采烟的通电导线燃烧实验装置，其较佳的【具体实施方式】是:
[0033]包括燃烧室和控制中心两部分；
[0034]所