Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Сидоренко Антон Игоревич

Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат
<
Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Сидоренко Антон Игоревич. Оптико-электронное устройство для обнаружения очагов возгорания и определения их двумерных координат: диссертация ... кандидата технических наук: 05.11.13 / Сидоренко Антон Игоревич;[Место защиты: Томский политехнический университет http://portal.tpu.ru/council/916/worklist].- Томск, 2015.- 154 с.

Содержание к диссертации

Введение

1 Аналитический обзор 12

1.1 Пожары и взрывы газодисперсных систем на промышленных объектах 12

1.1.1 Взрывы в угольных шахтах 13

1.2 Методы предотвращения взрывов и технические средства взрывоподавления в газодисперсных системах 17

1.2.1 Профилактические меры и системы пассивного подавления взрывов.. 17

1.2.2 Методы обнаружения очага взрыва 18

1.2.3 Технические средства контроля возгорания в газодисперсных системах 25

1.2.3.1 Средства обнаружения взрыва с высокой инерционностью 26

1.2.3.2 Средства обнаружения и локализации взрывов на ранней стадии.. 29

2 Разработка технических решений оптико-электронного прибора с оптическими затворами 40

2.1 Разработка структурной схемы прибора 40

2.2 Полевая диафрагма прибора 43

2.2.1 Жидкокристаллические оптические затворы 45

2.2.2 Алгоритм определения координат очага возгорания 50

2.3 Выбор оптимальных рабочих диапазонов длин волн прибора 58

2.3.1 Характерные температуры контролируемого объекта 61

2.3.2 Источники оптических помех в угольных шахтах 62

2.3.3 Исследование повышения помехоустойчивости к оптическим помехам методом спектральной селекции 64

2.4 Разработка оптической системы прибора 68

2.4.1 Энергетический расчет оптической системы прибора 69

2.4.1.1 Обобщенная методика энергетического расчета оптико электронных приборов

2.4.1.2 Адаптация методики энергетического расчета для прибора с оптическими затворами 71

2.4.1.3 Предварительный энергетический расчет 75

2.4.2 Габаритный расчет оптической системы прибора 78

2.4.3 Конструкция оптической системы прибора 82

2.5 Электронная часть прибора 85

2.6 Основные характеристики прибора 87

3 Лабораторное исследование параметров оптико электронного прибора с оптическими затворами 90

3.1 Стабильность чувствительности прибора 90

3.2 Помехоустойчивость к оптическим помехам 92

3.3 Точность определения координат очага возгорания 97

3.4 Быстродействие 101

4 Стендовые испытания оптико-электронного прибора с оптическими затворами 104

4.1 Экспериментальная установка для контроля параметров оптико электронных приборов обнаружения очага возгорания 105

4.1.1 Показатели пожаровзрывоопасности и методы их определения 105

4.1.2 Требования к экспериментальным установкам для определения параметров взрыва 111

4.1.3 Проектирование экспериментальной установки 114

4.1.3.1 Реакционный сосуд экспериментальной установки 117

4.1.3.2 Автоматизированная измерительная система экспериментальной установки 121

4.2 Методики проведения экспериментов 125

4.2.1 Время обнаружения очага возгорания 131

4.2.2 Показатель визирования оптико-электронного прибора обнаружения очага возгорания 133

4.2.3 Достоверность обнаружения очага возгорания в условиях запыленности и при наличии оптических помех 135

Заключение 139

Список использованных источников

Методы предотвращения взрывов и технические средства взрывоподавления в газодисперсных системах

Для обеспечения взрывобезопасности датчик ДОВМ-001 закреплен во взрывозащитной коробке CCFE1-1508 производства итальянской фирмы Cortem Group, являющейся ведущей мировой компанией по производству взрывозащи-щенного и пылевлагозащищенного электротехнического оборудования [59]. Внешний вид датчика ДОВМ-001 во взрывозащитной коробке представлен на рисунке 1.8. В качестве взрывподавляющего устройства (ВПУ) в СВГСА используется пылеметная газодинамическая мортира, быстродействие которой составляет 18 мс. За это время в пространство трубы аэродинамического подавителя выбрасывается 28 кг распыленного огнетушащего порошка.

При этом плотность распыленного порошка в объеме трубы аэродинами-ческого подавителя составит не менее 1500 г/м , что более чем на порядок превышает плотность порошка в смеси взрывчатых газов, которая необходима для ее полной флегматизации [43]. Такая скорость выброса при ложном срабатывании может быть опасна для человека, находящегося в непосредственной близости от ВПУ. Одним из методов увеличения эффективности локализации взрыва и уменьшения травмоопасности при инициировании ВПУ является применение взрывоподавляющих барьеров, состоящих из нескольких ВПУ со сравнительно низкой скоростью распыления огнетушащего порошка, совместное действие которых обеспечит перекрытие сечения охраняемой зоны. Для управления взрыво-подавляющим барьером необходима информация о пространственном расположении очага взрыва для его локализации на ранней стадии путем активации одного из ВПУ взрывоподавляющего барьера. Для реализации этой возможности прибор обнаружения очага возгорания должен обладать функцией определения координат очага, отсутствие которой является недостатком датчика ДОВМ-001.

Описание принципа работы прибора приведено в патенте РФ на изобретение № 2318242: «ОЭП регистрирует распределение мощности светового потока по вертикальной и горизонтальной осям с помощью приемников излучения, в качестве которых используются однокоординатные приемники излучения (ОПИ), расположенные перпендикулярно друг другу и оптической оси датчика. При этом каждый ОПИ регистрирует излучение в своем выделенном участке спектра. Использование двух ОПИ дает существенное повышение быстродействия пирометрического датчика, по сравнению со сканирующей системой на матричных многоэлементных приемниках, в связи с меньшим временем опроса ОПИ при прочих равных условиях.» Недостатком прибора является то, что изображение от точечного излучателя, смещённого относительно оптической оси датчика, не попадает на один или оба ОПИ, что может привести к пропуску начального момента возгорания.

Описанный недостаток устранен в пирометрическом датчике координат очага возгорания с цилиндрическими линзами [62], построенном на основе ОПИ. Структурная схема пирометрического датчика с цилиндрическими линзами представлена на рисунке 1.10 [63]. З 4

Описание работы датчика приведено в патенте РФ на изобретение № 2459269: «Пирометрический датчик координат очага возгорания с цилиндрическими линзами работает следующим образом. Излучение контролируемой области собирается при помощи оптической системы 1 и разделяется светоделитель-ной пластиной 2 на два потока (оптических канала). Каждый из этих потоков, посредством цилиндрических линз 3, фокусируется в отрезок, который пересекает ОПИ 5, одновременно происходит выделение узкого спектра энергии светофильтрами 4 и 4 . Сигналы с ОПИ подаются в исполнительную схему 6. Исполнительная схема преобразует в цифровые значения распределения величин электрических сигналов по длине горизонтального и вертикального ОПИ, выполняет программную фильтрацию помех, определяет область чувствительного слоя с максимальной освещенностью по экстремуму электрического сигнала для каждого ОПИ и, на основании этого, вычисляет двумерные координаты очага возгорания, вычисляет отношение экстремумов электрических сигналов и сравнивает полу 38 ченное отношение с заранее заданным значением для принятия решения о возникновении (или отсутствии) возгорания. В случае возникновения возгорания исполнительная схема формирует управляющий сигнал на соответствующее взры-воподавляющее устройство. Блок питания 7 служит для формирования и стабилизации напряжений, необходимых для работы электрической схемы.»

Существенным недостатком указанного датчика является то, что в результате внесения в оптическую систему двух цилиндрических линз, уровень поступающей на ОПИ энергии при определении начальной стадии возгорания сопоставим с собственными шумами приемника, что значительно снижает вероятность правильного обнаружения сигнала и может привести к пропуску факта возгорания или к обнаружению возгорания через неприемлемо длительный промежуток времени.

Во всех рассмотренных оптико-электронных приборах контроля с возможностью определения координат очага возгорания в качестве чувствительных элементов используются однокоординатные приемники излучения, что обусловливает наличие дополнительных существенных недостатков ОЭПК.

Использование многоэлементных ОПИ с внутренними электрическими связями приводит к возникновению следующих существенных недостатков ОЭПК [32]: снижение достоверности работы ОЭПК вследствие необходимости учета взаимовлияния и разброса параметров отдельных элементов ОПИ, наличия ком 39 мутационных переходных процессов и утечек по токоведущим шинам и подложкам, а также влияния специфических шумов ОПИ; снижение надежности ОЭПК вследствие выхода из строя всего ОПИ в случае потери чувствительности одного из элементов ОПИ; ограничение на выбор алгоритма опроса ОПИ вследствие невозможности произвольной выборки сигнала с любого элемента.

Вследствие наличия всех перечисленных недостатков, рассмотренные ОЭПК с возможностью определения местоположения очага возгорания не находят применения в промышленности.

Разработка ОЭПК для обнаружения начальной стадии развития взрыва, свободного от недостатков рассмотренных аналогов, приведет к повышению эффективности и рентабельности оптико-электронных приборов и систем обнаружения и подавления взрыва газодисперсной среды на потенциально опасных техногенных объектах. В ходе исследований для преодоления недостатков, связанных с использованием многоэлементных ОПИ, было предложено использовать одноэлементные некоординатные приемники излучения, а для определения расположения очага возгорания дополнительно ввести в состав оптической системы датчика пожарной сигнализации [40] анализатор изображения в виде полевой диафрагмы с возможностью динамического изменения закона распределения прозрачных и непрозрачных участков.

Алгоритм определения координат очага возгорания

При использовании бесконтактных методов определения температуры необходимо сделать обоснованный выбор оптимальных рабочих диапазонов длин волн прибора, что является важнейшей задачей спектральной селекции, позволяющей выделить излучение исследуемого объекта на фоне других излучений. В книге «Методы раннего обнаружения загораний», Шаровар Ф.И. [28] приводится следующая информация: «Очаг горения является источником электромагнитного излучения, приходящегося на оптический спектральный диапазон (от ультрафиолетового до инфракрасного). Спектральный состав излучения и его интегральная по спектру интенсивность зависят от мощности очага горения, горючего материала и типа горения (тлеющее или пламенное). Спектр излучения очага горения является суперпозицией двух спектров: сплошного спектра излучения пламени или тлеющих частиц и полосатого или линейчатого спектра излучения возбужденных атомов, молекул, радикалов, входящих в состав продуктов горения. При тлеющем горении интенсивность излучения очага горения настолько мала, что достоверное обнаружение его на фоне теплового излучения предметов, находящихся в помещении, практически невозможно. Информационными параметрами загорания являются спектральный состав и интенсивность излучения, а также флуктуация интенсивности излучения. Обнаружение загораний по излучению пламени можно производить, измеряя его интенсивность в определенном спектральном диапазоне. Излучение пламени различных горючих материалов ограничено спектраль 59 ной областью 0,2...20 мкм. Экспериментально показано, что спектральные характеристики излучения пламени углеводородов имеют резкий максимум на длине волны 4,4 мкм, который объясняется излучением возбужденных молекул двуокиси углерода, образующейся в процессе горения. Менее выраженный экстремум наблюдается в области длины волны 2,8 мкм, что обусловлено совместным излучением паров воды и молекул двуокиси углерода.»

Помимо внутренних шумов приемного устройства имеется немалое число источников теплового шума, интенсивность излучения которых может меняться во времени. Для обеспечения надежной работы устройств обнаружения, реагирующих на интенсивность излучения, необходимо, чтобы поток излучения, попадающий на фотоприемник от пламени, был больше, чем поток излучения помех. Следовательно, рабочий спектральный участок нужно выбирать не по максимуму излучения пламени на этом участке, а по максимальному отношению мощности излучения пламени к мощности излучения помех с учетом параметров и характеристик применяемого фотоприемника.

Существуют различные системы параметров и характеристик приемников излучения (ПИ) [80, 81, 82, 32]. При разработке ОЭПК для обнаружения очага возгорания удобно использовать классификацию параметров ПИ, приведенную в диссертации «Оптико-электронный прибор обнаружения начальной стадии развития взрыва в газодисперсных системах», Сыпин Е.В. [39]:

1. Параметры чувствительности, которые характеризуют ПИ с точки зрения реакции его выходного сигнала на входной сигнал. Основными в этой группе являются: интегральная чувствительность, интегральная токовая и вольтовая чувствительности, монохроматическая чувствительность, коэффициент использования потока излучения.

2. Пороговые и шумовые параметры. Эта группа параметров характеризует предельные возможности ПИ реагировать на слабый сигнал поступающего излучения. Наиболее часто на практике в этой группе используются: ток и напряжение шума, пороговый поток в заданной полосе частот, пороговый поток в единичной полосе частот, обнаружительная способность, удельная обнаружительная способность.

3. Временные параметры описывают инерциальные свойства ПИ. Чаще всего для этого используются: постоянная времени, граничная частота модуляции, темновое сопротивление приемника, динамическое сопротивление фотодиода.

4. Спектральные параметры характеризуют селективность ПИ, т.е. описывают свойства приемников в зависимости от длины волны (или частоты) падающего излучения. В этой группе чаще всего используются: максимум спектральной характеристики, коротковолновая и длинноволновая границы спектральной чувствительности.

5. Эксплуатационные параметры несут информацию о поведении ПИ в процессе эксплуатации и о типичных способах его использования. К этой группе параметров в частности относят: рабочее напряжение фотоприемника, нестабильность параметров во времени, температурный коэффициент фототока.»

Вспышка метана или горючей пыли возможна лишь в определенном интервале их концентраций, который характеризуется нижним и верхним концентрационными пределами [83]. Вспышка происходит, как правило, из-за искры или нагрева воздушной смеси до высоких температур. Для метана температура вспышки приблизительно равна 600 С, для угольной пыли - 700-900 С [9]. Оптимальным вариантом является регистрация прибором именно момента вспышки, однако возможны ситуации, когда вспышка происходит вне поля зрения прибора. В этом случае вспышка успевает перейти в горение или взрывное горение, температура которого характеризуется более высокой температурой. Как для метана, так и для угольной пыли эта температура горения лежит в пределах от 1500 до 2500 С.

Таким образом, характерными температурами охраняемого объекта являются температура вспышки метана (600 С) и температура горения метана (2500 С). На рисунке 2.13 представлены в логарифмическом масштабе спектры АЧТ при характерных температурах контролируемого объекта.

Из рисунка видно, что для различных температур значения энергий сильно отличаются. Это создает дополнительные трудности при проектировании ОЭПК для обнаружения очага возгорания по схеме пирометра спектрального отношения, так как для определения низких температур, соответствующих вспышке, требуется прибор с высокой чувствительностью, а для определения высоких температур, соответствующих горению, требуется прибор с относительно низкой чувствительностью для исключения насыщения одного или нескольких каналов.

Помехоустойчивость к оптическим помехам

Помехоустойчивость ОЭПК для обнаружения очага возгорания определяется интенсивностью оптических помех, при которой прибор не выдает ложное срабатывание. Для оценки помехоустойчивости необходимо проведение комплексного экспериментального исследования, состоящего из огневых испытаний с одновременным определением устойчивости к воздействию прямого света.

С целью подтверждения того, что разработанный ОЭПК реагирует на излучение, создаваемое тестовыми очагами возгорания, проведены огневые испытания с использованием лабораторной установки, упрощенная конструкция которой представлена на рисунке 3.2.

В качестве тестовых очагов при испытаниях использовались последовательно горение пропан-бутановой смеси и тестовый очаг ТП-6 (горение легковоспламеняющейся жидкости без выделения дыма) по ГОСТ 53325-2012 [65]. При использовании горения пропан-бутановой смеси газ подается в горелку из бытового газового баллона через редуктор и вентиль, позволяющие регулировать расход и давление газа с целью установки требуемого размера пламени. Для реализации тестового очага пожара ТП-6 использовался этиловый спирт, налитый в поддон размерами 435x435x50 мм, изготовленный из листовой стали толщиной 2 мм.

Разработана следующая методика проведения огневых испытаний: 1. Установить исследуемый прибор на стойку 1 на высоте (1,5±0,1) м [65] над уровнем пола. Тестовый очаг возгорания установить на полу. Оптическую ось исследуемого прибора расположить горизонтально в направлении к тестовому очагу. Расстояние между центром тестового очага и основанием стойки 1 устанавливается равным 8 м в соответствии с принятыми для проектирования исходными данными. Фоновая освещенность в плоскости входного зрачка прибора не должна превышать 50 лк [65]. 2. Между исследуемым прибором и тестовым очагом вблизи исследуемого прибора установить светонепроницаемую перегородку. 3. Зажечь тестовый очаг. Через 30 секунд [65] убрать светонепроницаемую перегородку. Срабатывание исследуемого прибора контролируется визуально при помощи устройства индикации, подключенного к выходам блока формирования электроимпульсов на запуск системы взрывоподавления.

По описанной методике проведено 20 огневых испытаний для каждого типа тестового очага возгорания. Во всех испытаниях зафиксировано срабатывание прибора, при этом площадь очага пламени, необходимого для устойчивого сраба 94 тывания прибора при использовании горения пропан-бутановой смеси, составила примерно 0,2 м .

При определении устойчивости исследуемого прибора к воздействию прямого света использовалась лабораторная установка, представляющая собой оптическую скамью с установленными стойками для исследуемого прибора и для источника искусственного освещения. На основе ГОСТ Р 53325-2012 [65] разработана следующая методика проведения испытаний на устойчивость прибора к воздействию прямого света: 1. Установить исследуемый прибор на стойку оптической скамьи и выдержать его во включенном состоянии в течение не менее одного часа, при этом фоновая освещенность в плоскости входного зрачка прибора не должна превышать 50 лк. 2. Установить непосредственно перед исследуемым прибором светонепроницаемую перегородку. Включить источник искусственного освещения и установить расстояние между прибором и источником таким, чтобы освещенность в плоскости перегородки была равна 250 лк. Измерение уровня освещенности осуществляется люксметром. 3. Убрать светонепроницаемую перегородку и осуществить 20 раз включение/выключение источника освещения. Длительность включенного и выключенного состояния составляет 1 с. 4. Уменьшая расстояние между источником освещения и исследуемым прибором определить минимальное расстояние d, при котором исследуемый прибор не выдает ложного срабатывания при осуществлении серии из двадцати включений источника освещения. Уровень освещенности Еу при этом фиксируется люксметром.

При определении устойчивости прибора к воздействию прямого света в качестве источника изучения использовалась лампа накаливания РЗ.75-1+0.5 из широко распространенного шахтерского головного светильника СГД-5М.05. Для удовлетворительной точности в оценке максимального уровня освещенности Ev, при котором прибор не выдает ложного срабатывания, проведено 20 измерений при неизменных условиях эксперимента. Последовательность обработки результатов измерений включала следующие этапы:

После обработки экспериментальных данных определен максимальный уровень освещенности, при котором прибор не выдает ложного срабатывания: Ev = (2100 + 50) лк при доверительной вероятности Р=0,95.

Ввиду того, что в реальных условиях возможна ситуация, когда влияние оптической помехи будет совпадать с появлением очага возгорания, в лабораторных условиях необходимо провести эксперименты, в которых исследуемый прибор будет регистрировать полезный сигнал, как при наличии оптической помехи, так и без нее. Проведены огневые испытания прибора с дополнительным введением оптической помехи при помощи лабораторной установки, упрощенная конструкция которой показана на рисунке 3.3. Согласно ГОСТ Р 53325-2012 [65], в качестве очага возгорания при проведении экспериментов использовался тестовый очаг ТП-6 (горение легковоспламеняющейся жидкости без выделения дыма).

Разработана следующая методика проведения огневых испытаний с дополнительным введением оптической помехи: 1. Установить исследуемый прибор на стойку 1 на высоте (1,5±0,1) м [65] над уровнем пола. На полке 5 установить источник оптической помехи на оптической оси исследуемого прибора. Тестовый очаг возгорания установить на полу. Расстояние между центром тестового очага и основанием стойки 1 установить равным 8 м. Расстояние между стойками 1 и 4 установить равным 9 м. Фоновая освещенность в плоскости входного зрачка прибора не должна превышать 50 лк [65]. 2. Включить источник освещения. Через 30 секунд зажечь тестовый очаг. Срабатывание исследуемого прибора контролируется визуально при помощи устройства индикации, подключенного к выходам блока формирования электроимпульсов на запуск системы взрывоподавления. 3. Уменьшая расстояние между стойками 1 и 4 с шагом 1 м, повторять огневые испытания с предварительным включением источника оптической помехи на каждом шаге.

Автоматизированная измерительная система экспериментальной установки

В книге «Предупреждение взрывов пылеметановоздушных смесей», Мамаев В.И. [7] приводится следующая информация: «Из анализа результатов экспериментальных исследований, проведенных в России, США, Японии следует, что правильный выбор размеров реакционной камеры установок для проведения экспериментальных взрывов имеет существенное значение для уменьшения ошибок в установлении величин параметров взрыва. При малых размерах реакционной камеры установок пламя вынужденного горения смеси вблизи источника может занять весь реакционный объем и этот случай может быть ошибочно расценен как возникновение самораспространяющегося процесса горения. С уменьшением размеров реакционной камеры возрастают потери тепловой энергии вследствие теплоотвода стенками, что также оказывает влияние на воспламеняемость околопредельных смесей. В результате экспериментальных исследований взрыва-емости пылегазовоздушных смесей в установке диаметром 19,5 см и высотой 34 см выявлена зависимость между расходуемым на горение кислородом и развиваемым давлением воспламенения. Указанные размеры установки, как показано авторами, позволяют воспроизводить и регистрировать самораспространяющиеся процессы горения в широких пределах изменения энергии поджигающего источника и могут служить ориентиром при разработке аналогичных установок. Положение источника воспламенения по высоте установки определяет направление распространения пламени: снизу вверх или сверху вниз. Существует ряд смесей (6 % водорода + воздух, 5,6 % метана + воздух), процесс горения которых вблизи пределов воспламенения возможен только при распространении пламени снизу вверх. Природа этого явления связана с различием в скоростях конвективного подъема горячих продуктов сгорания и фронта пламени. При поджигании горючей смеси сверху распространение пламени горения вниз возможно лишь в том случае, если его скорость будет превышать скорость восходящего потока конвекции продуктов сгорания. По указанным причинам в установках вертикального исполнения при распространении пламени вверх пределы воспламенения шире, чем при распространении пламени вниз. Анализ источников ошибок в определении параметров взрыва пылегазовоздушных смесеей позволяет сформулировать ряд основных требований к устройству установки для проведения экспериментальных взрывов: объем реакционной камеры должен быть достаточен для надежного распознавания вынужденного горения вблизи поджигающего источника и самоподдерживаемого процесса, а также для сведения к минимуму влияния теплоотвода стенками камеры; для реализации таких возможностей диаметр реакционной камеры должен быть не менее 20 см, а ее высота не менее 40 см;

Автоматизация экспериментов является основой как фундаментальных, так и прикладных исследований, при этом основой эксперимента является процесс получения в реальном масштабе измерительной информации. Система автоматизации сложных экспериментов содержит обычно ряд функциональных подсистем, которые могут выполнять автономно или в едином программном комплексе следующие задачи [104]: - сбор данных, накопление и предварительная их обработка для последующего окончательного анализа на ЭВМ, включая средства автоматизации измерений, отбора, статистической буферизации и упаковки случайных событий; - выработка решений о полезности каждого случайного события в статистическом потоке входных данных; - контроль и управление сложной детектирующей аппаратурой, технологическим оборудованием и электронными системами, что требует, как правило, нескольких подсистем, индивидуальных для каждого типа детектора;

Выполненный аналитический обзор методик и отражающих их конструктивных особенностей экспериментальных установок, применяемых для определения параметров взрыва пылегазовоздушных смесей, позволяет сделать вывод о широком разнообразии конструкций установок и подходов к изучению воспламеняемости пожаровзрывоопасных смесей. Известен ряд примеров взаимоисключающих оценок взрывчатых свойств одной и той же угольной пыли, полученных на разных установках [7]. Следовательно, проектирование экспериментальной установки необходимо осуществлять с учетом конкретных целей исследования.

На основе литературного обзора с учетом конкретных целей использования экспериментальной установки сформулированы следующие требования: - способность воспроизводить взрывы газопылевоздушных смесей различного состава; - возможность контроля технических параметров оптико-электронных приборов обнаружения взрыва (быстродействия, достоверности обнаружения очага возгорания, показателя визирования); - возможность определения параметров очага взрыва и фронта горения (формы очага взрыва на начальной стадии горения, скорости распространения фронта пламени, динамики изменения температуры рабочей смеси); - мобильность; - безопасность для исследователя.

При сгорании газопылевоздушных смесей может происходить значительное увеличение давления, действие которого, особенно многократное (при проведении серии экспериментов), способно разрушить измерительные датчики. Для защиты датчиков и обеспечения безопасности исследователя необходимо ограни 116 чить сверху возможные значения давления внутри реакционного сосуда. Требование мобильности подразумевает возможность легкой транспортировки и быстрой сборки на месте проведения экспериментов.

Исходя из вышеизложенных технических требований и критериев с учетом опыта проведения экспериментальных взрывов на реальном охраняемом объекте (наземной части воздуховода для аварийной вентиляции угольных шахт) [105] предложена экспериментальная установка, функциональная схема которой представлена на рисунке 4.4 [106, 107].

Поджигание газовоздушной смеси осуществляется в нижней части реакционного сосуда, исследуемый ОЭПК (поз. 1) устанавливается в верхней части. В зависимости от вида проводимого эксперимента в качестве измерительных датчиков 3-10 могут использоваться датчики температуры или потока излучения. Измерительные датчики 12-36, представляющие собой датчики потока излучения, устанавливаются в нижней крышке реакционного сосуда и предназначены для определения формы фронта очага взрыва. Блок управления 39 выполняет следующие функции: