基于红外吸收的哈龙1301气体灭火剂浓度测试原理与技术研究

摘要

随着飞机逐渐成为当前最便捷的交通方式，飞机机舱火灾引发的事故数目也与日俱增。飞机灭火系统是保证飞机安全运行的必要因素之一。灭火剂浓度测试设备为灭火系统性能评估提供了重要的测试工具。目前，国内进行灭火剂浓度测试实验完全依赖于租用国外的设备，设备使用费用高、租借周期长。因此，对灭火剂浓度测试原理与技术的研究有助于促进我国飞机灭火系统的自主研发进程。
　　本文在国外红外吸收灭火剂浓度测试设备的研究基础上，对红外吸收灭火剂浓度测试方法进行详细的理论研究，设计了测试设备的光路结构及数据处理方法，并对设备进行标定与性能分析。本研究基于朗伯比尔定律，论证了基于红外吸收理论的哈龙1301浓度测试方法的可行性。通过对比哈龙1301分子及二氧化碳、水蒸气在中红外区的红外吸收光谱图，选择波长为8.310μm中红外吸收峰进行浓度检测，并对其浓度计算公式进行推导。本文对灭火剂浓度测试设备中光学系统、信号处理与数据采集系统及标定系统进行设计。介绍了各部分所使用的元器件的选型及特性参数。本设备能够实现混合气体中哈龙1301体积分数的实时检测，测量范围为0％～25％，分辨率为0.15％，精度为±5.4％F.S.，时间分辨率为4ms。
　　飞机货舱内发生火灾时环境温度、湿度将发生变化。为了减少测试设备在该环境中使用时产生的测量误差，通过实验分析了待测气体温度、湿度等参数的变化对测试设备标定曲线的影响。结果表明，气体温度变化对设备标定曲线有较为显著的影响。温度由25℃上升到100℃时，同一体积分数的哈龙1301混合气体对应输出电压比降低，标定曲线向y轴负方向偏移。而气体相对湿度变化对设备标定曲线的影响并不显著。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 灭火剂浓度测试设备研究现状

1．2．1 基于压差原理的灭火剂浓度测试设备

1．2．2 基于热线／热膜原理的灭火剂浓度测试设备

1．2．3 基于红外吸收原理的灭火剂浓度测试设备

1．3 本文的研究意义与研究内容

第二章 测试方法理论分析

2．1 红外气体浓度测试的基本理论

2．1．1 分子红外吸收光谱原理

2．1．2 朗伯-比尔定律

2．2 红外哈龙1301浓度测试方法

2．2．1 哈龙1301气体灭火剂

2．2．2 红外傅里叶分析实验装置

2．2．3 气体灭火剂红外吸收峰的选择

2．2．4 气体灭火剂浓度检测理论公式

2．3 输出信号分析方法

2．4 本章小结

第三章 红外吸收灭火剂浓度测试设备研制

3．1 气体灭火剂浓度测试设备总体设计

3．2 光学系统设计

3．2．1 元件选型

3．2．2 光路设计

3．3 信号处理与数据采集系统设计

3．4 标定系统设计与标定

3．4．1 标定系统设计

3．4．2 标准气体配置

3．4．3 测试设备标定

3．5 本章小结

第四章 实验与数据分析

4．1 测试设备指标分析

4．1．1 误差

4．1．2 分辨率

4．1．3 满量程精度

4．1．4 重复性实验

4．2 气体参数对测试影响分析

4．2．1 温度的影响

4．2．2 湿度的影响

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的研究成果