用于爆炸品爆炸环境下的气体浓度检测系统

摘要

本发明涉及爆炸品爆炸性能测试领域，具体是用于爆炸品爆炸环境下的气体浓度检测系统。解决了目前爆炸品爆炸环境下的气体浓度参数值不易获得的问题，包括若干测试点、分析仪、气体浓度传感装置；各测试点地面上开有两端罩设有保护罩的直槽；气体浓度传感装置含下方均布减震弹簧的底架、分别固定于底架两端的可调谐二极管激光发射接收装置和激光反射装置，两装置外装有防护罩，防护罩相对面上设石英光学窗口，底架置于直槽内，下方减震弹簧与槽底固定，两装置置于保护罩内，激光发射接收装置通过光纤、电缆与分析仪连接。结构合理，实现了在爆炸品爆炸环境下进行气体浓度测试的目的，测试效果好，准确度高，为正确评估爆炸品性能提供条件。

说明书

技术领域

本发明涉及爆炸品(如：雷管、炸药、烟花爆竹、炮弹、火药等)爆炸性能测试领域，用于获得爆炸品爆炸现场不同位置处的气体浓度、及气体浓度随时间变化的关系曲线，具体是一种用于爆炸品爆炸环境下的气体浓度检测系统。

背景技术

现有气体浓度检测方法很多，例如：红外分光法、声光薄膜压力法、光离子化法、电化学法等，而针对爆炸品爆炸性能测试这一特殊领域，为评估爆炸品爆炸的杀伤威力，以便缩短研制周期、节省研制费用，获取爆炸品爆炸环境下的气体(如：氧气、一氧化碳气体等)浓度参数、及浓度变化有其必然性，但由于受爆炸品爆炸的恶劣环境影响：瞬间达到1000℃的高温、瞬间达到15MP的高压、强烈的震动、以及爆炸引起的飞溅物，目前还没有行之有效的气体浓度检测方法和手段，使得爆炸品爆炸环境下的气体浓度参数值很难获得。

发明内容

本发明为了解决目前爆炸品爆炸环境下的气体浓度参数值不易获得的问题，基于可调谐二极管激光光谱法TDLAS，提供了一种用于爆炸品爆炸环境下的气体浓度检测系统。

本发明是采用如下技术方案实现的：用于爆炸品爆炸环境下的气体浓度检测系统，包括若干在爆炸品爆炸波及区域内沿以爆炸品起爆点为端点的同一射线方向排列设置的测试点、分设于各测试点的气体浓度传感装置、以及设置于远端的气体浓度分析仪；每处测试点的地面上开设有与测试点排列设置方向垂直的直槽，且直槽两端分别罩设有突出地面的、且窗口侧正对设置的水泥保护罩；所述气体浓度传感装置包括下方均布有高强度减震弹簧的底架、分别固定于底架两端并正对设置的可调谐二极管激光发射接收装置和激光反射装置，可调谐二极管激光发射接收装置和激光反射装置外分别加装有耐高温高压材质的防护罩，且两防护罩的相对面上设有石英光学窗口，底架置于直槽内，底架下方的高强度减震弹簧与直槽槽底固定，可调谐二极管激光发射接收装置、激光反射装置分别置于水泥保护罩内，可调谐二极管激光发射接收装置的激光束输入口、检测信号输出端分别通过光纤、电缆与气体浓度分析仪的激光束输出口、检测信号采集端连接。其中，测试点的设置数量、测试点间的间距、以及测试点处直槽的长度等系统参数根据测试实际需要确定。

在进行测试时，起爆爆炸品的同时，控制气体浓度分析仪输出与被测气体(如CO、O₂)特征吸收波峰对应的激光束，激光束经由光纤导入各测试点的可调谐二极管激光发射接收装置，各测试点的可调谐二极管激光发射接收装置对激光束调整后发射至其正对面的激光反射装置，并经由激光反射装置反射回可调谐二极管激光发射接收装置，激光束在可调谐二极管激光发射接收装置与激光反射装置之间的传输过程中受被测气体吸收，其光谱信号发生变化，可调谐二极管激光发射接收装置将表征被测气体浓度的激光束光谱信号调理后通过电缆传输至气体浓度分析仪，经由气体浓度分析仪进行数据处理得到各测试点所在位置的被测气体浓度，并通过气体浓度分析仪上的显示器予以显示，或通过RS232通讯口、网口将气体浓度分析仪与外部计算机连接，以便将被测气体浓度参数传输至外部计算机进行后续评估与分析。本发明所述测试系统中的各测试点主要完成对爆炸品起爆后其所在位置处被测气体浓度随时间变化情况的检测；气体浓度分析仪通过各测试点的检测结果可以得到爆炸品爆炸波及区域内被测气体浓度随距离变化的情况，进而为评价爆炸品爆炸性能提供有效检测数据。

其中，所述气体浓度传感装置借助底架实现了可调谐二极管激光发射接收装置和激光反射装置的整体设置，并在底架下方均布设置高强度减震弹簧，该结构具有如下优点：1、底架下方均布设置的高强度减震弹簧，降低了爆炸品爆炸引起的强烈震动对可调谐二极管激光发射接收装置和激光反射装置的“损害”；2、由于可调谐二极管激光发射接收装置和激光反射装置为整体设置，在爆炸品爆炸引起的强烈震动中，可调谐二极管激光发射接收装置和激光反射装置之间光路不会发生偏移，时刻处于对准状态；达到了抗震动的目的。

另外，测试点处水泥保护罩、直槽的设置可以保护所述气体浓度传感装置中可调谐二极管激光发射接收装置、激光反射装置、以及固定两装置的底架不遭到爆炸品爆炸冲击波的直接冲击，并避免爆炸品爆炸波及范围内因直接热辐射(光辐射)引起的瞬间温度急剧上升对所述气体浓度传感装置的影响；同时，可调谐二极管激光发射接收装置和激光反射装置外还加装有耐高温高压材质的防护罩，且防护罩上设能耐高温、高压的石英光学窗口，使得所述气体浓度传感装置的实际瞬间温度比预想的要低，达到了抗高温、高压的目的。

上述结构使得在爆炸品爆炸产生瞬时高温、高压、高冲击气流的情况下，所述气体浓度传感装置不会被损坏，确保了本发明所述测试系统的正常工作。

本发明所述测试系统以上述具备抗高压、高温、震动优点的独特结构实现了可调谐二极管激光光谱法TDLAS在爆炸品爆炸环境下进行气体浓度检测的应用，所述可调谐二极管激光光谱法TDLAS是目前最为先进的光谱吸收技术，通过测量被测气体分子在特征波峰上的吸收而引起的光谱信号的变化来分析被测气体浓度，可以对多种气体(如：O2、CO、CO2、HF、HCl、HBr、HI、HCN、CH4、C2H2、NO、NO2、NH3、H2S、H2O)进行浓度检测，并具备抗干扰性、极快的响应时间、高灵敏度、高选择性、测量范围宽等优点。因此，使得本发明所述测试系统可以为爆炸品爆炸性能评估提供可靠的测试结果。

本发明结构合理，实现了在爆炸品爆炸环境下进行气体浓度测试的目的，测试效果好，准确度高，为正确评估爆炸品性能提供条件，正确评估爆炸品杀伤威力，缩短爆炸品研制周期，节省爆炸品研制费用。

附图说明

图1为本发明的测试原理图；

图2为本发明测试点处的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为本发明实测中测试点的设置图；

图5为本发明实测得到的一氧化碳气体浓度曲线；

图中：1-爆炸品起爆点；2-测试点；3-气体浓度传感装置；4-气体浓度分析仪；5-直槽；6-水泥保护罩；7-高强度减震弹簧；8-底架；9-可调谐二极管激光发射接收装置；10-激光反射装置；11-防护罩；12-石英光学窗口；13-光纤；14-电缆；15-水泥保护罩；16-钢管保护头；17-水泥板。

具体实施方式

如附图1-3所示，用于爆炸品爆炸环境下的气体浓度检测系统，包括若干在爆炸品爆炸波及区域内沿以爆炸品起爆点1为端点的同一射线方向排列设置的测试点2、分设于各测试点2的气体浓度传感装置3、以及设置于远端的气体浓度分析仪4；每处测试点2的地面上开设有与测试点2排列设置方向垂直的直槽5，且直槽5两端分别罩设有突出地面的、且窗口侧正对设置的水泥保护罩6、15；所述气体浓度传感装置3包括下方均布有高强度减震弹簧7的底架8、分别固定于底架8两端并正对设置的可调谐二极管激光发射接收装置9和激光反射装置10，可调谐二极管激光发射接收装置9和激光反射装置10外分别加装有耐高温高压材质的防护罩11，且两防护罩11的相对面上设有石英光学窗口12，底架8置于直槽5内，底架8下方的高强度减震弹簧7与直槽5槽底固定，可调谐二极管激光发射接收装置9、激光反射装置10分别置于水泥保护罩6、15内，可调谐二极管激光发射接收装置9的激光束输入口、检测信号输出端分别通过光纤13、电缆14与气体浓度分析仪4的激光束输出口、检测信号采集端连接。

具体实施时，气体浓度分析仪4一般设置在距爆炸品起爆点400米以外的地方；可调谐二极管激光发射接收装置9、激光反射装置10与底架8的固定亦可以采用如下结构实现：首先在底架8两端固定上设有石英光学窗口12的侧板，然后通过法兰密封安装形式将可调谐二极管激光发射接收装置9和激光反射装置10分别与底架8两端的侧板安装；所述石英光学窗口12要求可通过光谱范围为200-2500nm的激光，并能耐高温、高压，在保护防护罩内可调谐二极管激光发射接收装置9、激光反射装置10的同时，实现与被测气体特征吸收波峰对应的激光束正常通过；所述可调谐二极管激光发射接收装置9和激光反射装置10外加装的防护罩11采用钢铁材质；所述防护罩11和石英光学窗口12要求可以承受瞬间达到30MP的压力；为了防止爆炸引起的直接热辐射(光辐射)，石英光学窗口12处设有与石英光学窗口12垂直的钢管保护头16；另外底架8的各部分都采用隔热材料进行保护，并在连接所述气体浓度传感装置3与气体浓度分析仪4的光纤13和电缆14外套软隔热管，同时深埋地下；所述隔热材料以及石英光学窗口12要求能够长时间承受1700℃的高温。另外，直槽上两水泥保护罩之间盖有上表面与地面齐平的水泥板17，用以防止爆炸产生的碎石落入直槽内。

为了验证本发明所述测试系统的检测能力，我们以一定量的弹药爆炸进行一氧化碳气体浓度测试，如图4所示，在弹药爆炸波及区域内沿以弹药起爆点为端点的同一射线方向排列设置的3处测试点A、B、C，测试点A距弹药起爆点20m，测试点B距测试点A30m，测试点C距测试点B30m，在弹药爆炸后，经由本发明所述测试系统得到测试点A、B、C3处随时间变化的一氧化碳气体浓度曲线，如图5所示，可以看出弹药爆炸过程中产生的一氧化碳气体浓度在不同测试点随着时间的变化关系，以及在同一时刻距离起爆点的不同距离处的一氧化碳气体浓度状况。结果表明，可调谐二极管激光光谱法TDLAS在本发明所述测试系统中的应用极为成功，本发明所述测试系统可以应用到各类相关的爆炸环境中进行气体浓度检测，对于爆炸品爆炸性能的评估提供可用、可靠的数据。