摘 要

火灾事故中烟气不仅影响到救灾工作更威胁到受灾群众人身安全，因此烟浓度测量系统需完善。入射光经过烟雾之后发生衰减，出射的光强变弱，利用出射光和入射光光强之比反映建材燃烧产烟的浓度。本课题选取了白炽灯、半导体激光器、LED作为电源，并设计相应的驱动电路，最终择定LED作为光路发射端；选取硒光电池和硅光电池作为光路接收端的传感器，并设计与之相应的运算放大电路图，最终择定硅光电池作为光路接收端。检测经过烟尘的透射光的强度实现烟浓度的测量。烟浓度测量系统包括控制机柜和燃烧箱：控制机柜上设置有显示器、电脑主机、操作面板和电气元件；燃烧箱上设置有排烟风机、光路组件和燃烧组件。

关键词：烟浓度 LED 硅光电池

ABSTRACT

Smoke in the fire accidents not only affect the disaster relief work but also threaten the physical safety of the affected people. So the smoke concentration measurement system needs to be improved. The incident light is attenuated after passing through the smoke and the intensity of the emitted light becomes weaker. The ratio of the intensity of the emitting light to the incident light reflects the concentration of smoke produced by the combustion of the building material. This topic selected incandescent, semiconductor laser, LED as the power source and design the corresponding drive circuit. Then choose the LED as the optical path transmitter. At the same time, select the selenium cell and silicon cell as the optical receiver at the receiving end and design the corresponding operational amplifier circuit. Then the last choice is silicon cell. The intensity of the emitted light is detected to measure the smoke density. The smoke concentration measurement system includes a control cabinet and a combustion chamber. The control cabinet is equipped with a monitor, a computer main unit, an operation panel and an electrical component. The combustion box is provided with exhaust fan, optical path assembly and combustion assembly.

Key Words: smoke concentration; LED; silicon cells

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 III

第一章 引言 1

1.1 研究背景 1

1.2 烟气的概念、组成成分及危害 1

1.2.1 烟气的概念 1

1.2.2 烟气的组成成分 1

1.2.3 烟气的危害 2

第二章 烟浓度测量系统原理 3

2.1 烟浓度测量系统基本原理 3

2.2 参数分析 3

第三章 光路发射端的设计 4

3.1 普通光源 4

3.1.1 白炽灯的构成、工作原理及特征 4

3.1.2 白炽灯驱动电路设计 4

3.2 半导体激光器 5

3.2.1 半导体激光器的构成、工作原理及特征 5

3.2.2 半导体激光器驱动电路设计 5

3.3 LED 6

3.3.1 LED的构成、工作原理及特征 6

3.3.2 LED的驱动电路设计 7

第四章 光路接收端的设计 9

4.1 硒光电池 9

4.1.1 硒光电池的构成、工作原理及特征 9

4.1.2 硒光电池运算放大电路设计 10

4.2硅光电池 11

4.2.1 硅光电池的构成、工作原理及特征 11

4.2.2 硅光电池的运算放大电路设计 13

第五章 烟浓度测量系统构成 15

5.1 控制机柜 15

5.2燃烧箱 15

5.2.1 排烟风机 17

5.2.2 光路组件 17

5.2.3 燃烧组件 17

第六章 结束语 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 引言

1.1 研究背景

随着社会的进步，人类的生活节奏日渐加快，火给人们带来了进步的同时，由于使用不当导致火灾事故频发，造成了严重的财产损失甚至威胁人身安全。根据世界各地发生火灾的相关原因调查和分析报告显示，火灾事故造成人员伤亡的首要原因恰恰不是火而是烟，火灾事故产生的有毒烟雾不仅会让受灾人群中毒更会阻挡人的视线甚至是让人的心理产生恐惧，研究结果显示死亡人数中的三分之二罪魁祸首是烟。

烟雾是高聚物材料燃烧时释放出来的、悬浮在空气中的微小物质，其粒子大小一般在0.01—5.00 μm之间。这些颗粒将妨碍光在空间中的扩散，单位空间中烟雾的浓度越大，也就是烟颗粒越多，则透光性越差，救灾灭火工作的艰难程度也就越大。

因此，想要降低火灾事故中的烟气危害减少财产损失避免人员伤亡，只有加紧材料烟密度的测试，相关研究的展开也是迫在眉睫。

1.2 烟气的概念、组成成分及危害

1.2.1 烟气的概念

烟气是物质热运动的一种形式，它是固体或液体悬浮颗粒的燃烧或热解过程中的物质和高温气体的总和[1]。

1.2.2 烟气的组成成分

烟气的构成有三种物质：①物质燃烧释放出的高温蒸气和有毒气体；②被分解和凝聚的未燃物质（烟从淡色到黑色不等）[1]；③通过火焰加热而卷入上升流中的大量空气[2]。在燃烧过程中材料产生的烟气基本构成是大量的水蒸气、二氧化碳、一氧化碳、各种氮氧化物、卤化氢、氰化氢、含碳无机物和有机物等[1]。

1.2.3 烟气的危害

一、材料的燃烧会消耗氧气，当空气中的氧气被消耗得低于正常要求值时，人的机体将会受到影响能力将被削弱，脑部运转出现差错，甚至出现昏迷的情况。 当材料燃烧释放的有毒气体浓度逾越了人体正常生理容许最低值时，人体会出现的中毒的反应最终导致身亡。

二、烟气的组成里包括很大一部分固体颗粒，这些固体颗粒会减弱空间的透光性，影响到受灾人员的撤离和消防工作的展开。除此以外，烟雾会刺激到人眼，人在烟雾中难以睁开眼睛，这也大大影响了人身安全。

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