[发明专利]一种基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于钾元素的木质粉尘火焰检测装置，包括：用于检测木质粉尘明火火焰的光电检测组；与光电检测组实现无线数据连通的上位机；为光电检测组、上位机提供不间断供电的供电组。本发明同时公开了利用上述检测装置进行木质粉尘明火火焰检测的方法。本发明利用光电检测方法来检测木材燃烧时的火焰情况，相较于其他检测原理的检测方法，具有特征谱线单一、易于探测的特点，而且可见光探测器的成本相较于红外等其他传感器较低，易于在企业普及使用。另外本发明所述的检测装置中带有无线数据传输装置和备用电池组，前者便于在发生状况时将现场数据第一时间发出，后者可有效解决常规探测器突发断电无法连续检测的问题。

技术领域

本发明涉及一种检测装置及检测方法，具体涉及一种基于钾元素的木质粉尘明火火焰检测装置及方法，属于检测技术领域。

背景技术

木材是一种可燃烧的生物质材料。在加工生产木质家具的过程中会产生许多可燃烧木质粉尘，这些粉尘弥散在车间空气中、堆积在机器周围，堆积的粉尘内部会囤积大量的能量，一旦工人因操作不当而产生火星或者机器履带因摩擦而产生静电，引发火星致使粉尘燃烧进而导致爆炸，造成无法挽回的损失。因此火灾的检测和控制成为了保护居民财产生命安全的关键。在木质粉尘的燃烧过程中伴随着火焰，火光越大，火焰也就越明显。常用的火焰检测手段是通过检测火灾过程中产生的颜色、温度和烟雾等物理量的含量来进行的。主要的火焰检测装置通常有这几类：①以目标物颜色深浅变化为检测依据的颜色传感器。这种方法在检测过程中通常会用到红外探测仪（波段780nm—2526nm）进行侦测探查，当颜色变深超过某个设定的值时意味着着火。②以燃烧过程中的温度变化作为检测依据的温度传感器。此类方法主要通过测量温度的变化来间接反映燃烧状况。当温度传感器检测到的温度超过所设定的值后便判定为起火了。但是如果温度升高但没有达到材料的燃点（燃点为所设定的温度阙值）就有可能会误报。③依靠火焰燃烧过程中溢出的烟雾浓度检测的烟雾探测器。这种方案通常是通过收集发射光穿过烟雾后所反射的光的强度来判别烟雾的浓度，但是有时候即使有很浓的烟雾（采集到的反射光强度很低）但却没有着火，因而很难准确反映出火焰燃烧的真实情况。在目前常规的探测装置的供电方案中交流供电方案是最常见的，但是这种供电方案在遇到意外断电情况时会中断检测，从而无法得到连续的检测结果；探测器和控制器常通过电缆相连，即采用的是有线传输方式，这在一些大型工厂就会显得有些杂乱，而且这些盘错杂乱的电缆之间很容易产生静电或者火苗，从而埋下了隐患。

木材是枯萎或者被砍伐的树木，在树木生长过程中不断地进行光合作用，吸收空气中的二氧化碳和土壤中的水，以及一些必要的矿物元素，如钙、钠、镁、钾等，这些元素在树木的生长过程中十分重要，必不可少，当树木被加工成木材时，这些矿物元素的一部分被保留了下来。

钾元素是木材中常见的微量化学元素之一，在木材燃烧时，燃烧时的高温可以使得钾原子外围电子发生能级跃迁而释放出可以定性定量的特征光谱，这些特征光谱具有集中在一个或几根谱线上、谱线单一且狭窄、相对于背景谱线信号强度大的特点。因而，将钾原子受热激发所产生的特征光谱可以用来检测火焰状况。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种检测效率高，测量范围广的木质粉尘明火火焰检测装置。

为了实现上述目标，本发明基于以下检测原理：

根据卢瑟福—波尔模型，钾原子具有1个原子核和19个绕核电子，前18个电子处于饱和的内层，较为稳定；第19个电子在未饱和的最外层运动，十分活跃，称之为价电子，充当着光谱辐射的关键角色。当价电子从最内层轨道（含能量）跃迁到外层轨道（含能量）时，整个原子从基态转变成具有高能量的激发态。而当价电子由含能的外层轨道跃迁到含能的内层轨道，所释放出的能量：过程中所释放的能量要么与其他粒子碰撞形成动能，要么以发射光量子的形式发出。根据普朗克定律 ，其中T表示火焰温度，ε为火焰发射率，C1和C2为常数，E为火焰发射强度，λ为原子辐射波长，由此可知原子辐射强度和温度具有相关性，即，当温度达到一定时候，原子会辐射出能量，反之，通过原子辐射强度亦可得到此时温度。