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题名面向火灾爆炸的瞬态高温场检测系统设计
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作者
肖菊
郝志勇
周蔓兰
胡伟兆
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机构
山西工程科技职业大学安全与应急管理学院
中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室
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出处
《光谱学与光谱分析》
北大核心
2025年第7期1986-1991,共6页
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基金
国家自然科学基金面上项目(51774182)
山西工程科技职业大学横向项目(HSLB-2024-1542-0001)资助。
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文摘
温度场的瞬态分布是评估爆炸毁伤程度的重要指标。火灾过程中的爆炸、爆燃等现象会给抢险救援带来极大的风险,故研究爆炸过程中瞬态温度场的变化规律,毁伤范围等对提高消防灭火安全性十分必要。为了对爆炸过程中瞬态温度场的分布范围及温度值进行定量分析,搭建了一种基于光谱归一化的辐射测温系统。现有文献中主要利用辐射测温的方式测量爆炸火焰,多采用单一波长计算爆炸区域内的亮温场,但这样无法解算真温值。针对该问题,设计了一种基于多波长组合窄带滤光片分区采集的图像获取结构,提出了一种光谱归一化辐射测温算法。系统由成像透镜组、多波长组合窄带滤光片和多光谱相机构成。成像透镜组用于收集待测区域的爆炸辐射,并实现准直与聚焦。多波长组合窄带滤光片是将4个不同特征波长的窄带滤光片拼接在一起,使面阵CCD感光面上可以同时获取图像。该设计以牺牲1/4的空间分辨率的代价换取同时获取4个特征波长的测试图像。最后由多光谱相机同时获取4个特征波长条件下的多光谱图像,再通过处理模块完成基于辐亮度的温度反演,最终获得爆炸区域内的温度场及瞬态变化过程。实验采用S16型热电偶传感器标定爆炸区域实际位置上的瞬时温度,采用M20型红外热像仪的测试结果标定爆炸区域的温度场瞬态范围。热电偶传感器温度测试结果显示距离1.0与5.0 m处,最高温度分别为1625和810℃。本系统的反演结果分别为1602和783℃,相对误差均值为3.1%。热像仪的范围测试结果显示,最大范围为6.9 m×6.0 m。本系统为7.2 m×6.3 m,相对误差均值小于5%。验证了本系统采用4个特征波长分区图像反演爆炸区域瞬时温度场的可行性。实验结果显示,该系统的瞬态温度反演精度高,且具备三维温度场重建能力,支持爆炸范围动态识别能力。在火灾爆炸等领域具有更大的应用潜力和实用价值。
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关键词
爆炸测温
瞬态温度场
多波长组合窄带滤光片
光谱归一化
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Keywords
Explosion temperature measurement
Transient temperature field
Multi-wavelength combination narrowband filter
Spectral normalization
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分类号
TH745
[机械工程—光学工程]
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题名循环加卸载下裂隙砂岩声-热响应特征及前兆规律
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作者
刘一鸣
李振
冯国瑞
杨鹏
白锦文
黄炳雄
李东
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机构
太原理工大学安全与应急管理工程学院
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出处
《岩土力学》
2025年第9期2773-2791,共19页
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基金
国家自然科学基金项目(No.52474141)
国家自然科学青年科学基金项目(A类延续资助)(No.52525401)
+2 种基金
山西省基础研究计划(No.202403021211069)
安徽省关闭/废弃矿井资源开发利用工程研究中心开放课题(No.EUCMR202402)
三晋英才青年拔尖人才项目。
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文摘
岩体损伤破坏是其内部裂隙萌生、扩展、归合的必然结果,此过程中可由声发射和红外辐射信号变化表征,因此研究裂隙岩体损伤破坏过程的声-热响应特征具有重要意义。为探究循环加卸载下裂隙砂岩破坏过程中裂纹扩展的声-热响应特征及其前兆规律,开展了含不同倾角预制裂隙砂岩的循环加卸载试验,分析了裂纹扩展过程的声-热响应特征,揭示了声、热各类信号的前兆规律,提出了声-热裂纹演化变异系数指标。主要结论如下:(1)随裂隙倾角增大,剪切作用对试样的破坏效果越来越显著,红外和声发射信号在加卸载过程中皆表现出明显的阶段性特征。(2)随循环加卸载次数的增加,各类声、热信号前兆规律随之出现,具体表现为:预制裂隙周边均出现较大能量声发射定位点,红外热像则出现温度异常带;平均红外温度出现突变,声发射计数突增,声发射上升时间与振幅之比RA、振铃计数与持续时间之比AF值在卸载阶段仍有较大值及较密集分布。(3)红外温度与声发射RA、AF异常出现最早,声发射定位次之,声发射计数再次之,红外热像最晚,声发射定位和热像异常还可以从空间上预警裂纹产生。(4)提出了裂纹演化的声-热变异系数指标,该指标综合了裂纹演化特征并优化了权重比率,可反映区段时间内声、热参数波动的大小,进一步表征裂纹演化的剧烈程度,该指标避免了单一声信号的滞后性和单一红外信号的空间局限性。相关研究可为岩体灾变机制、岩层控制、地质灾害防治等提供重要参考。
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关键词
岩石力学
裂隙岩石
裂纹扩展
声发射
热红外
变异系数
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Keywords
rock mechanics
fissured rocks
crack propagation
acoustic emission
thermal infrared
coefficient of variation
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分类号
TU452
[建筑科学]
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