[发明专利]激光辐照下热粉尘引燃可燃气体爆炸特性参数测试装置

说明书

本发明属于煤矿井下瓦斯煤尘爆炸研究领域，具体是一种非接触式激光辐照下热粉尘引爆可燃气体爆炸特性参数测试装置及方法。包括半导体连续波激光器、红外测温仪和爆炸容器，爆炸容器两侧壁上开有用石英玻璃进行密封的视窗，爆炸容器中设置有粉尘支架，粉尘支架上有一用于放置粉尘的凹槽，爆炸容器设置有预留孔，预留孔安装压力传感器、真空表、真空泵、充气阀和减压阀，并采用密封手段密封，爆炸容器上还设置有玻璃视窗，半导体连续波激光器和红外测温仪的激光经过激光同轴系统照射于粉尘的中央，高速纹影摄像系统设置于爆炸容器的两侧，半导体连续波激光器、红外测温仪、高速纹影摄像系统、同步触发系统和压力传感器与电脑控制中心连接。

技术领域

本发明属于煤矿井下瓦斯煤尘爆炸研究领域，具体是一种激光辐照下热粉尘引燃可燃气体爆炸特性参数测试装置。

背景技术

瓦斯和煤尘爆炸是威胁井下安全的主要灾害，由瓦斯爆炸引起沉积粉尘的卷扬形成更具危害的粉尘爆炸事故，是常见的井下爆炸形式，故瓦斯监测控制是预防事故发生的有效手段。随着光学技术及监测技术的发展，光纤气体传感器由于其响应快，精度高等优点，逐渐取代了催化燃烧式传感器等传统监测手段。但当光纤出现破损或者光纤尖部积聚煤尘时，由于煤尘极强的吸热能力，很可能在低功率激光的照射下温度升高，作为潜在的点火源引爆存在于井下的瓦斯气体，造成爆炸事故。故为了避免该灾害的发生，需从根本上研究激光照射下炽热煤尘引爆瓦斯的过程及机理，为光纤气体传感器的设计提供依据，避免此类事故的发生。

本发明模拟再现了热粉尘引爆可燃气体的危险工况，使用能量可控的半导体激光器辐照位于可燃气体氛围中的粉尘，研究粉尘在加热情况下的温度响应，记录点燃气体所需的表面温度和延迟时间，拍摄爆炸后的火焰形态及传播情况，并通过压力峰值及压力上升速率评估爆炸威力，进而建立热粉尘引爆可燃气体的理论模型，提出预防事故发生的有效措施。相比较于现有的通过电火花或直接火烧引爆气体测试装置，非接触式激光辐照下热粉尘引爆可燃气体同步点火成像测试系统以井下爆炸事故为导向，从新的点火源视角即激光辐照下的热粉尘建立了一套气体引爆测试装置，能量输入方式精准可控，更利于事故的预防及后续理论模型的建立。在观测手段上，本发明使用响应时间远小于点火延迟时间的压力传感器、红外测温仪和高速纹影摄像系统，实现了非接触式同步点火成像测试，这相比于传统加热方式和热电偶测温更为直观和精准。

发明内容

本发明为了解决现有测试装置无法精准同步全面测试热粉尘引爆气体的过程及爆炸关键参数的问题，提供一种激光辐照下热粉尘引燃可燃气体爆炸特性参数测试装置。

本发明采取以下技术方案：一种激光辐照下热粉尘引燃可燃气体爆炸特性参数测试装置，包括半导体连续波激光器、红外测温仪、高速纹影摄像系统、同步触发系统和爆炸容器，爆炸容器两侧壁上开有用石英玻璃进行密封的视窗，爆炸容器中设置有粉尘支架，粉尘支架上有一用于放置粉尘的凹槽，爆炸容器设置有预留孔，预留孔安装压力传感器、真空表、真空泵、充气阀和减压阀，并采用密封手段密封，爆炸容器上还设置有玻璃视窗，半导体连续波激光器和红外测温仪的激光经过激光同轴系统照射于粉尘的中央，高速纹影摄像系统设置于爆炸容器的两侧，半导体连续波激光器、红外测温仪、高速纹影摄像系统、同步触发系统和压力传感器与电脑控制中心连接。

进一步的，激光同轴系统包括设置在半导体连续波激光器激光光路上的准直扩束系统Ⅰ以及红外测温仪激光光路上的准直扩束系统Ⅱ，红外测温仪的激光光路以及半导体连续波激光器的激光光路分列于二向色镜的两侧，并与二向色镜成45°设置，红外测温仪的激光光路与半导体连续波激光器的激光光路的夹角为90°，半导体连续波激光器的激光光路穿过二向色镜以及聚焦镜。