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低频声波灭火器的设计与实验研究

2019/10/14 10:20:38      点击:

0 引

       众所周知,火灾一直是危害人们生活安全和质量的灾害之一。随着社会的发展,人们的安全意识大大提高,灭火器成为人们生活中必备的用品,现在常用的有干粉灭火器、二氧化碳灭火器、泡沫灭火器等。由于传统灭火器在灭火时往往会对环境造成一定程度的破坏,所以目前市场上急需一款能够及时对火势进行压制和扑灭并且在灭火的同时不会对周围的环境进行破坏的灭火器。

       声产生的音是由声源发生震动产生的一种波,而波在空气中传播时携带能量,这些能量在传播的过程中会使空气的密度变得不均匀,使火焰周围氧气浓度下降的同时将空气温度下降,最终导致可燃物上的火苗熄灭[1-4]。运用此原理设计一款利用声波进行灭火的设备,具有便携性和环保性,既方便携带进入火灾现场又在使用时不会破坏周围的环境。

1 声波灭火器的设计

       云南11选5在线直播声波灭火器是由控制系统、波形发生器、功率放大器、扩音器组成。其工作流程是:由波形发生器产生低频信号,通过功率放大器放大成电流信号驱动扬声器发出声波,再通过特殊的声腔将声波进行定向聚集,以达到灭火的目的。

1.1 控制系统设计

       灭火器使 用 STM32F4 系 统 板 作 为 核 心 控 制 元件,STM32F4最大的优点是新增了硬件 FPU 模块还有 DSP指令,同时,STM32F4在主频上也做了很大的升级,使得 F4系列的产品主频可以达到168 MHz,这样的计算能力可以轻松地进行浮点运算和 DSP处理。

1.2 电源模块设计

       电源模块是作为电源供应器贴装在印刷电路板上的,其作用是为专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、微处理器、存储器、现场可编程门阵列(FP-GA)及其他数字或模拟负载供电。一般来说,此类模块称为负载点(POL)电源供应系统或使用点电源供应系统(PUPS)。为了保证设计的声波灭火器能够在火灾现场稳定地发挥消防灭火的作用,设计的电源模块电路图如图1所示。


1.3 功率放大器的设计

       为驱动高功率扬声器,设计一个功率放大器用于放大信号以驱动扬声器。功率放大器采用了 LM3886芯片,其电路图如图2所示[5]。

2 声波灭火器的实验研究

       为了保证实验数据的准确性,采用在水平面上进行灭火的方式,分别研究声波频率和距离这两个因素对声波灭火状况的影响。

2.1 实验过程

       将声波灭火器的发声筒和蜡烛放在实验台上,以实验台的平面为水平基准调节声波灭火器发声装置的高度,使它的中心位置与蜡烛的火焰处在同一个高度上;之后,打开声波灭火器的控制按钮,蜡烛的火光出现了一些闪动,直到熄灭。声波灭火实验过程如图3所示。


2.2 声波频率对灭火效果的影响

       以图3的实现过程为标准,选取距离为0.5m,当选用不同频率的声波时对蜡烛进行多次实验,实验数据如表1所示。通过对表1数据分析可以发现:声波频率在50Hz~60Hz之间时灭火效果最好。这主要是由于不同频率会产生不同的波长,不同的波长产生的空气疏密间隔也不同,因而灭火效果不同,其灭火原理是声波的疏密度和压力持续剧烈变化的空气将火焰熄灭。

2.3 距离对灭火效果的影响

       选用55Hz的低频声波作为灭火设备的频率并在距离的选择上限定为0.5m~1.0m,对燃烧的蜡烛进行了3组实验,实验数据如表2所示。

       由表2数据可以发现:0.5m~0.6m 的距离下灭火速度最快。但是考虑到消防工作人员的安全问题,最佳距离应为0.7m 左右。


3 结论

       云南11选5在线直播通过声波灭火器的设计与实验得到以下结论:

(1)声波灭火器以声 波 作 为 消 防 介 质,可减少因扑灭火灾而产生的不必要的损耗。其结构包括声波发生装置和功放设备两部分,之间通过音频线连接。声波灭火器结构简单,易于携带,清洁环保,尤其适用于博物馆和科技馆等公共场所。

(2)声波灭火器的实验结果表明:声波灭火的难易程度与声波的频率有很大的关系,50Hz~60Hz的低频声音灭火效果最好。声波强度越高,高压波与低压波的差值越大,火焰越容易熄灭。其灭火原理是声波的疏密度和压力持续剧烈变化的空气将火焰熄灭。

       云南11选5在线直播对于一般燃烧物、汽油等物品引发的火灾在0.7m 处有良好的效果,对于电火、化工原料爆炸所产生的火灾消防效果尚有一定的局限性,有待深入研究。

参考文献:

[1] 李敏,卢伊.气压驱动式的折扇灭火器设计[J].消防科学与技术,2018,37(6):785-787.

云南11选5在线直播 [2] 满永奎,韩安荣,吴成东.通 用 变 频 器 及 其 应 用[M].北京:机械工业出版社,1995.

[3] 刘和平,周小军.一种由单片89C52构成的高精度转速测量仪[C]//重庆 市 电 机 工 程 学 会2000年 学 术 会 议 论 文.重庆:重庆市电机工程学会,2014:9-14.

云南11选5在线直播 [4] 路昊,官洪运,于融正,等.低频声波灭火器的研究与设计[J].电脑知识与技术,2017,13(5):177-178.

[5] 官洪运,苏振涛,汪晨.便 携 式 光 导 声 波 灭 火 器 的 研 究 与设计[J].信息技术与网络安全,2018,37(11):92-95.


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