一種強制氣流型開放式氣室的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于氣體濃度檢測的強制氣流開放式氣室，由進氣口單元、出氣口單元和密封連接通道組成，進氣口上裝有安裝檢測光源所需的安裝座，出氣口上裝有安裝探測器所需的安裝座，連接管上裝有溫度傳感器和壓力傳感器，氣室形式上可分為直通式與彎折式直通式，出氣口單元與建筑物的通風井連通，保證氣體濃度檢測時不存在“死氣”現象。氣體的流經途徑與檢測光路重合，光能利用率高，光路中不存在往返反射，有效規避了光干涉，減少光學噪聲。氣室結構簡單、光能利用率高、調試簡單、安裝方便、成本低廉，特別適用于建筑物早期火災預警系統中氣體濃度的動態檢測。
【專利說明】一種強制氣流型開放式氣室
【技術領域】
[0001]本發明屬于建筑物火災早期監測預警【技術領域】，涉及一種用于建筑物早期火災預警系統中火災特征氣體濃度動態檢測的氣室。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的發展，特別是二極管激光吸收光譜技術的發展與進步，理論上可以采用二極管激光吸收光譜技術對火災形成初期所產生的微量有害氣體進行探測，而且具有靈敏度高、光譜分辨率高、響應速度快、氣體選擇性和本質安全性好的特點，不僅檢測結果更準確、更可靠、更迅速，而且使得火災預警時間明顯提前，為火災撲救贏得寶貴時間，在火災形成的初期實施撲救，最大可能地減少人員傷亡和財產損失。因此，將二極管激光吸收光譜技術應用于火災早期監測預警具有重大經濟、社會效益，應用前景廣闊。
[0003]氣室也稱為氣體吸收池，是光譜吸收技術探測火災形成初期所產生的微量特征氣體的傳感器的核心部件，氣室的結構對氣體濃度檢測的靈敏度、光源的能量利用率、及探測器信號的信噪比都有明顯影響。為了保證氣體濃度檢測的靈敏度，通常要求氣體吸收光程在1m以上。
[0004]傳統的多次反射池主要有White型和Herr1tt型以及它們的改進型。圖1為White型多次反射池的光路示意圖，它由三個球面鏡組成。圖2為Herr1tt型長程池，它由兩個近共焦的等焦距凹面反射鏡組成。這些氣室的優點是體積小，吸收光程大，氣室長度一般為200?300mm,但吸收光程可達十數米,甚至100m。
[0005]但是，這些氣室存在的共同問題是光反射次數多，少則十數次(氣室長度Im)，多則數十次，甚至數百次。反射次數的增多帶來不利影響，一是反射次數越多，光能損失越大，光能利用率越低；二是，光是在反射鏡之間往返反射，對單色性極好的激光很容易產生干涉條紋，這些干涉條紋在探測器上形成光學噪聲，使探測器信號信噪比降低；三是，光路調整困難，現場使用安裝難度大且長期穩定性有待考證。因此設計一種用于建筑物早起火災微量特征氣體監測的大空間、強制氣體型開放式氣室具有重要的工程價值和社會經、經濟效益，也是建筑物早起火災預警系統的技術關鍵之一。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是在保證氣體吸收光程大于探測系統所需的最短吸收光程(通常為10米)的前提下，簡化氣室結構，提高光能利用率，規避干涉條紋，提高探測器輸出信號的信噪比，保證檢測數據可靠。此外考慮氣室需要安裝在被檢測的物理空間，氣室的結構盡可能符合室內裝飾的要求。
[0007]為了實現上述目標，本發明采取以下技術措施:
[0008]一種強制氣流型開放式氣室，包括在建筑物內部安裝的進氣口單元、出氣口單元以及在進氣口單元和出氣口單元之間設置的密封連接通道，所述的出氣口單元與建筑物的通風井管路相通；所述的進氣口單元內部設置有光源安裝座，供氣體濃度光譜吸收探測系統的光源安裝；所述的出氣口單元內部設置有探測器安裝座，供氣體濃度光譜吸收探測系統的探測器安裝；所述氣體濃度光譜吸收探測系統的光源到探測器之間的檢測光路與氣體在氣室內的流動路徑重合，且大于氣體濃度光譜吸收探測系統所需的最短吸收光程，所述的出氣口單元內設置氣體流速調整裝置。
[0009]上述強制氣流型開放式氣室中，密封連接通道由多只彎管單元和直管單元組合而成，在彎管單元的彎頭內部設置有反射鏡，供光路從彎管單元的入射端反射至出射端。
[0010]上述強制氣流型開放式氣室中，彎管單元進氣端軸線與出氣端軸線的交點位于反射鏡的反射面上，所述反射鏡反射面的法線為進氣端軸線與出氣端軸線夾角的角分線。
[0011]上述強制氣流型開放式氣室中，反射鏡的位置可通過設置在彎頭內的緊定螺釘來微調。
[0012]上述強制氣流型開放式氣室中，密封連接通道的截面形狀為圓形、正方形或矩形。
[0013]上述強制氣流型開放式氣室中，密封連接通道由多只直管單元組合而成。
[0014]上述強制氣流型開放式氣室中，最短吸收光程大于10m。
[0015]上述強制氣流型開放式氣室中，直管單元內部設置傳感器安裝座，供溫度和壓力傳感器安裝。
[0016]上述強制氣流型開放式氣室中，出氣口單元的進氣端軸線和出氣端軸線垂直，所述的探測器底座安裝在正對進氣端的位置上。
[0017]上述強制氣流型開放式氣室中，密封連接通道的部件之間通過密封墊進行密封連接。
[0018]與已有的各種氣室相比，本發明的氣室具有如下特點:
[0019]一、氣室為單通道強制流通式結構，氣體在氣室中流動時流經整個氣室，保證在氣體濃度檢測時不存在“死氣”。同一樓層監測點的氣室出氣口用集氣管并聯后通過樓宇的通風井與外界連通，同時氣室出氣口單元并聯匯總處設置氣體流速調整裝置，調整氣體在氣室中的流動速度，以確保檢測的需要。
[0020]二、在氣室進氣孔的前方設有檢測光源安裝座，在氣室出氣孔的后側設有探測器安裝座，使得被檢氣體的流經途徑與吸收光路重合，光能利用率高。連接管上安裝的溫度與壓力傳感器，用于修正氣體濃度測量結果，同時也是早期火災測判的要素之一。
[0021]三、反射光路簡單，調整方便，反射次數少，光能損失小，不存在往返反射，可以有效規避干涉，避免在探測器輸出信號中產生光學噪聲，有利于提高探測器輸出信號的信噪比。
[0022]四、氣室為積木式結構，可以根據被監測物理空間的具體情況靈活設計氣室的彎折形式，結構更符合室內裝飾的要求。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1為現有技術中White型多次反射池的光路示意圖；
[0024]圖2為現有技術支持中Herr1tt型長程池的光路示意圖；
[0025]圖3為本發明彎折式氣室的組成示意圖
[0026]圖4為本發明進氣口單元的結構示意圖；
[0027]圖5為本發明直管單元的結構示意圖；
[0028]圖6為本發明彎管單元的結構組成示意圖；
[0029]圖7為本發明出氣口單元的結構組成示意圖；
[0030]圖8為小面積監測空間的彎折式氣室示意圖；
[0031]圖9為直通式氣室的組成示意圖。
[0032]附圖標記如下:
[0033]I為進氣口單元；2為直管單元；3為彎管單元；4為出氣口單元；1_1為進氣口基體；1_2為端面密封墊；1_3為檢測光源安裝座；1_4為檢測光源密封墊；2-1為直管基體；
2-2為傳感器安裝座；2-3為傳感器鎖緊螺母；2-4為密封墊；2-5為O型密封圈；2_6為緊定螺釘；3-1為氣室管基體；3-2為端面密封墊；3-3為反射鏡密封墊；3-4為緊定螺釘；3_5為反射鏡；3_6為壓板；3-7為連接螺釘；4-1為出氣口管基體；4-2為端面密封墊；4_3為探測器安裝座；4_4為探測器密封墊。
【具體實施方式】
[0034]如圖3所示，本發明的強制氣流型開放式氣室包括在建筑物內部安裝的進氣口單元1、出氣口單元4以及在進氣口單元I和出氣口單元4之間設置的密封連接通道，進氣口單元I內部設置有光源安裝座1-3，供氣體濃度光譜吸收探測系統的光源安裝；出氣口單元4內部設置有探測器安裝座4-3，供氣體濃度光譜吸收探測系統的探測器安裝；氣體濃度光譜吸收探測系統的光源到探測器之間的檢測光路與氣體在氣室內的流動路徑重合，且大于氣體濃度光譜吸收探測系統所需的最短吸收光程。
[0035]根據建筑物的結構，氣室形式上可分為直通式與彎折式，彎折式氣室的密封連接通道由多只彎管單元3和直管單元2組合而成，直通式氣室多只直管單元2組合而成。密封連接通道截面形狀為圓形，也可以是正方形、矩形等形狀；氣室只有一個進口和一個出口，出氣口單元4與建筑物的通風井管路相通，利用類似煙?的壓差作用使火災產生的氣體從進氣孔口進入，出口孔排出，使得氣體在氣室中流動時流經整個氣室，保證在氣體濃度檢測時不存在“死氣”，同時氣室出氣口單元4并聯匯總處設置氣體流速調整裝置，調整氣體在氣室中的流動速度，以確保檢測的需要。
[0036]如圖4所示，進氣口單元I由進氣口基體1-1、光源安裝座1-3、密封墊1-2組成，進氣口基體1-1上開有進氣孔，進氣口基體1-1上安裝有光源安裝座1-3，進氣口基體1-1與光源安裝座1-3，進氣口基體1-1與連接管基體2-1的連接均采用螺紋連接，端面處均采用密封墊1-2密封，光源安裝座與光源的連接視光源的結構形式而定，附圖4為T066封裝的DFB光源的安裝方式，光源與光源安裝座1-3用螺釘連接固定，并用密封墊1-4密封。
[0037]如圖5所示，直管單元2由連接管基體2-1、傳感器安裝座2-2、鎖緊螺母2_3、密封墊2-4、O型密封圈2-5、緊定螺釘2-6組成，連接管基體2-1上可以根據溫度、氣壓傳感器的安裝要求加工通氣孔，通氣孔的大小以及位置實際安裝要求確定，安裝溫度傳感器和壓力傳感器的傳感器安裝座2-2與連接管基體2-1之間采用緊定螺釘2-6連接定位，通氣孔的兩側采用O型密封圈2-5進行密封，傳感器安裝座的數量根據檢測需要而定；如果連接管基體2-1上不裝設傳感器，那么除了兩端的連接螺紋外，不做其它加工。
[0038]如圖6所示，彎管單元3由彎頭基體3-1、密封墊3-2、密封墊3-3、緊定螺釘3_4、反射鏡3-5、壓板3-6、螺釘3-7組成，彎頭基體3-1上的進氣孔軸線與出氣孔軸線相互垂直，彎頭基體3-1上的進氣孔及出氣孔與連接管基體2-1均采用螺紋連接，端面均采用密封墊
3-2密封；彎頭基體3-1上裝有反射鏡3-5，反射鏡3-5為鍍有外反射膜的平板玻璃，進氣孔軸線與出氣孔軸線的交點位于反射鏡的反射面上，反射面的法線為進氣孔軸線與出氣孔軸線夾角的角分線，反射鏡的背面安裝有密封墊3-3和壓板3-6，并用螺釘3-7固定在彎頭基體3-1上，緊定螺釘3-4通過密封墊3-3壓緊反射鏡，此外，可以通過緊定螺釘3-4微調反射光路。
[0039]如圖7所示，出氣口單元4由出氣口基體4-1、密封墊4-2、探測器安裝座4-3等組成，其特征在于:出氣口基體4-1的進氣孔軸線與出氣孔的軸線相互垂直，進氣孔與連接管基體2-1連接，出氣孔與集氣管連接，均采用螺紋連接，端面均采用密封墊4-2密封；出氣口基體4-1的尾部安裝有探測器安裝座4-3，探測器安裝座4-3與出氣口基體4-1采用螺紋連接，端面采用密封墊4-2密封。探測器安裝座與探測器的連接根據探測器的結構形式而定，圖7示為T066封裝探測器的安裝方式，探測器與探測器安裝座4-3用螺釘連接固定，并用密封墊4-4密封。
[0040]圖8為典型監測空間面積偏小時彎折式氣室的結構，對面積較小的物理空間氣室為彎折式結構，每個彎折拐角處安裝氣室彎頭，彎折的次數，根據氣體吸收光程要求與被監測物理空間的大小而定，以9m2的房間為例，滿足1m吸收光程的要求時4?5次反射即可，其中圖8為5次反射的氣室結構。圖9則為典型的直通式氣室的組成示意圖。為了便于滿足室內裝飾要求，并考慮DFB光源、吸收光路中光斑的大小，探測器尺寸等因素，氣室氣流通道多采用Φ25?30mm左右的圓管，也可以采用類似尺寸的方管或矩形管。
[0041]實施時首先根據被監測空間的結構和面積進行氣室布局設計，然后根據布局設計確定各連接管部件的長度和結構，主要考慮是否安裝傳感器安裝座及其數量與位置，并以此加工組裝各連接管部件；與此同時組裝進氣口單元和出氣口單元。如果是彎折式氣室，按照氣室布局用氣室彎頭基體將進氣口、連接管及出氣口等部件連接為整體。如果是直通式氣室，直接連接進氣口部件，連接管部件，出氣口部件為一整體。
[0042]氣室加工完成后，開始安裝調節吸收光路，首先在氣室進氣口部件上安裝可見光光源，在第一個氣室彎頭(從光源算起的第一次反射)上安裝好反射鏡，在下一個氣室彎頭安裝反射鏡的位置安裝光斑靶標，用以觀察、檢查反射光斑的位置，通過調整光源位置，及微調第一個反射鏡的方位，使反射光斑的位置符合要求，此后用反射鏡置換光斑靶標，并安裝好第二個氣室彎頭，如此循環，直至完成最后一個氣室彎頭的安裝。
[0043]最后安裝調試探測器，通過微調最后一個反射鏡的方位，及探測器的位置，使調試探測器的輸出信號最佳，此后，拆下可見光光源和調試探測器，整個氣室的安裝調試即告完成。
[0044]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的【具體實施方式】僅限于此，對于本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單的推演或替換，都應當視為屬于本發明由所提交的權利要求書確定專利保護范圍。
【權利要求】
1.一種強制氣流型開放式氣室，其特征在于:包括在建筑物內部安裝的進氣口單元(1)、出氣口單元(4)以及在進氣口單元(I)和出氣口單元(4)之間設置的密封連接通道，所述的出氣口單元(4)與建筑物的通風井管路相通； 所述的進氣口單元(I)內部設置有檢測光源安裝座(1-3)，供氣體濃度光譜吸收探測系統的光源安裝；所述的出氣口單元(4)內部設置有探測器安裝座(4-3)，供氣體濃度光譜吸收探測系統的探測器安裝；所述氣體濃度光譜吸收探測系統的光源到探測器之間的檢測光路與氣體在氣室內的流動路徑重合，且大于氣體濃度光譜吸收探測系統所需的最短吸收光程。
2.根據權利要求1所述的強制氣流型開放式氣室，其特征在于:所述的出氣口單元(4)內設置氣體流速調整裝置。
3.根據權利要求1所述的強制氣流型開放式氣室，其特征在于:所述的密封連接通道由多只彎管單元(3)和直管單元(2)組合而成，在所述彎管單元(3)的彎頭內部設置有反射鏡(3-5)，供光路從彎管單元的入射端反射至出射端。
4.根據權利要求3所述的強制氣流型開放式氣室，其特征在于:所述彎管單元(3)進氣端軸線與出氣端軸線的交點位于反射鏡(3-5)的反射面上，所述反射鏡反射面的法線為進氣端軸線與出氣端軸線夾角的角分線；所述反射鏡(3-5)的位置可通過設置在彎頭內的緊定螺釘來微調。
5.根據權利要求1所述的強制氣流型開放式氣室，其特征在于:所述的密封連接通道的截面形狀為圓形、正方形或矩形。
6.根據權利要求1所述的強制氣流型開放式氣室，其特征在于:所述的密封連接通道由多只直管單元(2)組合而成。
7.根據權利要求1所述的強制氣流型開放式氣室，其特征在于:所述最短吸收光程大于 10m。
8.根據權利要求3或6所述的強制氣流型開放式氣室，其特征在于:所述的直管單元(2)內部設置傳感器安裝座(2-2)，供溫度和壓力傳感器安裝。
9.根據權利要求1所述的強制氣流型開放式氣室，其特征在于:所述的出氣口單元(4)的進氣端軸線和出氣端軸線垂直，所述的探測器底座(4-3)安裝在正對進氣端的位置上。
10.根據權利要求1所述的強制氣流型開放式氣室，其特征在于:所述的密封連接通道的部件之間通過密封墊進行密封連接。
【文檔編號】G01N21/05GK104266974SQ201410564538
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月21日 優先權日:2014年10月21日
【發明者】趙懷軍, 朱凌建, 李平, 王子珣 申請人:趙懷軍, 朱凌建, 李平, 王子珣