火场环境下微波辐射传输特性及火灾探测器仿真设计
发布时间：2021-10-26 19:57
近年来,火灾频发,给人们生命和财产安全带来了巨大威胁。目前,火灾预警和探测手段多样,但火场环境复杂恶劣,烟雾和水蒸气对红外和光学探测手段影响较大,同时阴燃条件下难以对火点进行准确探测。微波辐射探测利用物质自身辐射特性进行探测,不仅对水蒸气、覆盖物有一定穿透性,同时对烟雾的影响也不敏感,因此有望成为一种有效的补充探测手段。本文在前期典型火场环境燃烧物质辐射特性研究基础上,进一步研究火场环境下大气和烟雾的微波辐射传输影响,以及微波辐射探测器的仿真设计。具体研究如下:首先,在火场环境大气、烟雾等环境参数调研基础上,利用分子谱线和米氏散射理论分别计算了火场环境大气、水蒸气、烟雾对微波辐射传输的影响,得到火场环境的辐射传输特性。同时对比了红外波段的消光系数,并用烟雾辐射传输实验验证了计算结果。然后,根据前期研究的火场两种典型燃烧物质木材、聚氨酯的辐射特性研究结果上,结合火场环境下烟雾对微波的辐射传输影响,对火场中典型燃烧物质的火点探测,进行接收频率、空间分辨率、灵敏度等参数设计和成像体制的选择。最后,对探测器硬件电路组成进行了基于ADS的仿真设计,为火场环境火灾探测器研制打下了基础。
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
历年火灾数量和财产损失统计
图 1.2 历年火灾伤亡人数统计[2]火灾及探测方法火灾是失去控制而蔓延的一种灾害性燃烧现象。火灾发生要具备 3 个要素：1) 可燃物；2) 氧气等提供燃烧的助燃剂；3) 点火源。火灾探测方法就是针对火灾发生时与环境相互作用产生的各种物理变化，采的物理传感器感知这些信号并进行处理[3]。目前，人们已经开发出数十种物理效应作为火灾探测方法，并研制出相应的火灾探测器，如表 1.1 所列。从表 1.1 可以看出，各种探测手段都存在着误报、漏报的缺点，较易受到火蒸气和烟雾颗粒的影响，而微波是一种波长介于 1mm～1m 之间的电磁波，微对于除金属之外的大多数物质都具有良好的穿透性，而且不易受水蒸气、浓雨的影响。微波不但可以探测到物体表面的辐射，还可以探测到物质一定深
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文我们所考虑的频率范围不超过100GHz，因此只考虑氧气和水蒸气的影响，超00GHz时，还要考虑氮气的影响。理想分子的吸收谱线是某几个单独频率，但是由于气体分子间的相互碰撞，致压致效应，也能吸收附近频率的电磁波。国际电信联盟无线电通信组（ITU-R P.835-5）目前已经出版了相关的建议书来计算大气的衰减系数。该标准列举了 44 条氧气吸收谱线和 35 条水汽吸收谱利用该标准计算标准海平面（ p 1013hPa， T 288K）大气吸收系数，如 2.1 所示，其中红色点划线为干燥大气（不含水蒸气时）的吸收系数，蓝色实标准大气（水汽含量3 7.5g m）的吸收系数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质和煤炭化过程中的介电性能研究[J]. 王晶晶,刘海玉,徐樑,王文飞,金燕,樊保国. 科学技术与工程. 2016(14)
[2]室内火灾烟雾对微波衰减的影响研究[J]. 韩玲,张永明,方俊,王进军,胡海兵. 火灾科学. 2016(01)
[3]燃烧过程中碳烟辐射特性预测方法评述[J]. 刘玉英,李娜娜,黄望全. 推进技术. 2016(03)
[4]建筑火灾环境对无线信号传输的影响研究[J]. 张晓翔,李延武,袁宏永,陆杨. 消防科学与技术. 2015(08)
[5]细水雾灭火对烟雾特性影响分析[J]. 刘晶,张云霞. 能源与环境. 2015(03)
[6]射频击穿等离子体对高功率微波传输特性的影响[J]. 宋玮,邵浩,张治强,黄惠军,李佳伟,王康懿,景洪,刘英君,崔新红. 物理学报. 2014(06)
[7]新型膨胀型阻燃剂的合成与表征[J]. 王学川,王莉,任龙芳. 印染助剂. 2013(08)
[8]基于多普勒天气雷达的火情自动识别系统[J]. 黄克慧,朱景,黄以平,周必高,钟建峰. 气象. 2013(02)
[9]三波长红外火焰探测器在公路隧道中的应用[J]. 王少飞,刘桂强,卢辉,严宗雪. 中国交通信息化. 2012(08)
[10]沙尘尺寸分布对微波传输特性的影响[J]. 董群锋,许家栋,李应乐,张辉,王明军. 装备环境工程. 2010(05)
博士论文
[1]火灾烟雾颗粒散射矩阵模拟测量与粒径折射率反演研究[D]. 张启兴.中国科学技术大学 2011
[2]镜像综合孔径微波辐射成像方法研究[D]. 陈良兵.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]火场烟雾及火焰对S波段微波衰减特性影响研究[D]. 韩玲.中国科学技术大学 2016
[2]常用可燃装潢材料热解规律的研究[D]. 陶丽英.安徽理工大学 2007
[3]火场可燃物热解着火特性研究[D]. 李社锋.浙江大学 2006
本文编号：3460112
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
历年火灾数量和财产损失统计
图 1.2 历年火灾伤亡人数统计[2]火灾及探测方法火灾是失去控制而蔓延的一种灾害性燃烧现象。火灾发生要具备 3 个要素：1) 可燃物；2) 氧气等提供燃烧的助燃剂；3) 点火源。火灾探测方法就是针对火灾发生时与环境相互作用产生的各种物理变化，采的物理传感器感知这些信号并进行处理[3]。目前，人们已经开发出数十种物理效应作为火灾探测方法，并研制出相应的火灾探测器，如表 1.1 所列。从表 1.1 可以看出，各种探测手段都存在着误报、漏报的缺点，较易受到火蒸气和烟雾颗粒的影响，而微波是一种波长介于 1mm～1m 之间的电磁波，微对于除金属之外的大多数物质都具有良好的穿透性，而且不易受水蒸气、浓雨的影响。微波不但可以探测到物体表面的辐射，还可以探测到物质一定深
华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文我们所考虑的频率范围不超过100GHz，因此只考虑氧气和水蒸气的影响，超00GHz时，还要考虑氮气的影响。理想分子的吸收谱线是某几个单独频率，但是由于气体分子间的相互碰撞，致压致效应，也能吸收附近频率的电磁波。国际电信联盟无线电通信组（ITU-R P.835-5）目前已经出版了相关的建议书来计算大气的衰减系数。该标准列举了 44 条氧气吸收谱线和 35 条水汽吸收谱利用该标准计算标准海平面（ p 1013hPa， T 288K）大气吸收系数，如 2.1 所示，其中红色点划线为干燥大气（不含水蒸气时）的吸收系数，蓝色实标准大气（水汽含量3 7.5g m）的吸收系数。
【参考文献】：
期刊论文
[1]生物质和煤炭化过程中的介电性能研究[J]. 王晶晶,刘海玉,徐樑,王文飞,金燕,樊保国. 科学技术与工程. 2016(14)
[2]室内火灾烟雾对微波衰减的影响研究[J]. 韩玲,张永明,方俊,王进军,胡海兵. 火灾科学. 2016(01)
[3]燃烧过程中碳烟辐射特性预测方法评述[J]. 刘玉英,李娜娜,黄望全. 推进技术. 2016(03)
[4]建筑火灾环境对无线信号传输的影响研究[J]. 张晓翔,李延武,袁宏永,陆杨. 消防科学与技术. 2015(08)
[5]细水雾灭火对烟雾特性影响分析[J]. 刘晶,张云霞. 能源与环境. 2015(03)
[6]射频击穿等离子体对高功率微波传输特性的影响[J]. 宋玮,邵浩,张治强,黄惠军,李佳伟,王康懿,景洪,刘英君,崔新红. 物理学报. 2014(06)
[7]新型膨胀型阻燃剂的合成与表征[J]. 王学川,王莉,任龙芳. 印染助剂. 2013(08)
[8]基于多普勒天气雷达的火情自动识别系统[J]. 黄克慧,朱景,黄以平,周必高,钟建峰. 气象. 2013(02)
[9]三波长红外火焰探测器在公路隧道中的应用[J]. 王少飞,刘桂强,卢辉,严宗雪. 中国交通信息化. 2012(08)
[10]沙尘尺寸分布对微波传输特性的影响[J]. 董群锋,许家栋,李应乐,张辉,王明军. 装备环境工程. 2010(05)
博士论文
[1]火灾烟雾颗粒散射矩阵模拟测量与粒径折射率反演研究[D]. 张启兴.中国科学技术大学 2011
[2]镜像综合孔径微波辐射成像方法研究[D]. 陈良兵.华中科技大学 2010
硕士论文
[1]火场烟雾及火焰对S波段微波衰减特性影响研究[D]. 韩玲.中国科学技术大学 2016
[2]常用可燃装潢材料热解规律的研究[D]. 陶丽英.安徽理工大学 2007
[3]火场可燃物热解着火特性研究[D]. 李社锋.浙江大学 2006
本文编号：3460112
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