火场烟雾及火焰对S波段微波衰减特性影响研究

发布时间：2017-08-04 18:05

  本文关键词：火场烟雾及火焰对S波段微波衰减特性影响研究

  更多相关文章： 火场烟雾 火焰 S波段微波 散射和吸收 衰减特性

【摘要】：S波段微波具有传输信息容量大、实时性好、可靠性强等优点,被广泛应用于通信、雷达、遥感、定位等多种科技领域中。在火场应急救援应用中(如无线通信、室内定位以及生命探测雷达),由于火场环境中烟雾、火焰等物质对微波传播产生散射和吸收作用的影响,可引发信号干扰、时延及中断等问题,研究火场环境中烟雾和火焰对微波传播特性的影响规律,对发展火场环境中的通信和探测技术理论及其应用具有重要意义。本文旨在研究火场烟雾及火焰对S波段微波传播特性的影响,建立相关的微波传播模型,揭示烟雾和火焰特性参数对微波衰减特性影响规律,为解决火场环境中微波传输问题提供理论指导和技术支撑。主要的研究工作包括：火场烟雾对微波衰减机理研究。从烟雾的物理特性和电磁波基础理论出发,针对S波段微波波长远大于烟颗粒粒径,采用Rayleigh近似理论计算烟颗粒的散射和吸收截面,分析火灾烟颗粒引起微波衰减的主要原因;建立火场烟雾环境中的微波传播模型。火场烟雾对S波段微波衰减特性的实验研究。设计火场环境中的微波传播实验平台,测量棉绳阴燃、聚氨酯明火、正庚烷明火、柴油明火四种火灾烟雾的烟雾浓度、微波衰减等相关特征参数。结果表明微波在火灾烟雾中传播有明显衰减,且衰减随着烟雾浓度的增大而增大：四种典型烟雾对微波传播特性的影响不同,正庚烷和柴油明火烟雾引起的微波衰减较大,对微波传播影响较为明显；计算并修正了烟雾浓度衰减系数,获得特定工况下微波的衰减公式和传播公式。火焰对S波段微波衰减特性实验研究。基于火焰对微波的衰减机理,通过实验研究分析了酒精火焰对S波段微波衰减特性的影响规律,研究表明微波衰减特性取决于微波频率和火焰的电磁特性参数。当微波频率小于自由电子震荡频率和碰撞频率时,火焰对微波衰减随着微波频率的增大而增大；随着自由电子密度增大,微波衰减单调增大；随着电子-中性粒子碰撞频率增大,微波衰减表现为先增大后减小,当电子-中性粒子碰撞频率达到最佳碰撞频率时,微波衰减最大。
【关键词】：火场烟雾 火焰 S波段微波 散射和吸收 衰减特性
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU998.1
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 研究背景与研究意义12-16
• 1.2.1 室内火灾的发展过程12-13
• 1.2.2 火场环境13-14
• 1.2.3 火场环境对电磁波传播衰减的研究意义14-16
• 1.3 国内外研究现状16-18
• 1.4 研究目标、内容和技术路线18-19
• 1.4.1 研究目标18
• 1.4.2 研究内容18
• 1.4.3 技术路线18-19
• 1.5 本文章节安排19-21
• 第2章 火场烟雾及火焰对电磁波传播的衰减机理21-33
• 2.1 火灾烟雾的物理特性21-24
• 2.1.1 火灾烟雾的生成21
• 2.1.2 烟颗粒粒径与粒径分布21-23
• 2.1.3 烟雾浓度23-24
• 2.2 火灾烟颗粒对电磁波传播的衰减作用24-29
• 2.2.1 散射作用24-28
• 2.2.2 火灾烟颗粒的S波段微波衰减特性28-29
• 2.3 火焰对电磁波传播的衰减作用29-31
• 2.3.1 衰减机理分析29
• 2.3.2 理论计算29-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第3章 室内火场烟雾和火焰中微波传播实验33-47
• 3.1 火场的微波辐射33-36
• 3.1.1 基本原理33-35
• 3.1.2 微波辐射实验结果35-36
• 3.2 S波段微波在烟雾中传播实验36-43
• 3.2.1 实验目的37
• 3.2.2 实验装置37-41
• 3.2.3 实验材料41-42
• 3.2.4 实验初始参数42
• 3.2.5 实验步骤42-43
• 3.3 S波段微波在火焰中传播实验43-46
• 3.3.1 实验装置43-45
• 3.3.2 实验内容45-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第4章 烟雾对微波衰减实验结果分析47-63
• 4.1 初始标定结果47-48
• 4.2 四种火灾烟雾环境中微波衰减特性48-60
• 4.2.1 棉绳阴燃烟雾49-53
• 4.2.2 聚氨酯明火烟雾53-55
• 4.2.3 正庚烷明火烟雾55-57
• 4.2.4 柴油明火烟雾57-60
• 4.3 四种典型烟雾的微波衰减特性比较60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 火焰对微波衰减实验结果分析63-73
• 5.1 酒精明火烟雾的影响63
• 5.2 火焰对微波衰减特性影响分析63-70
• 5.2.1 火焰温度63-65
• 5.2.2 失重速率与微波衰减量65
• 5.2.3 衰减常数65-67
• 5.2.4 不同频率微波的衰减特性67
• 5.2.5 电子-中性粒子碰撞频率和自由电子密度67-70
• 5.3 本章小结70-73
• 第6章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73-74
• 6.2 本文创新点74
• 6.3 工作展望74-75
• 参考文献75-81
• 致谢81-82
• 在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果82

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