УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТЕПЕНИ ТЕРМИЧЕСКОГО ПОРАЖЕНИЯ МАТЕРИАЛОВ И КОНСТРУКЦИЙ В ХОДЕ ПОЖАРНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ ПУТЁМ АНАЛИЗА ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛА (КСЛ-01)
DEVICE FOR DETERMINING DEGREE OF THERMAL DESTRUCTION OF MATERIALS AND STRUCTURES DURING FIRE-TECHNICAL EXAMINATION BY ANALYZING OPTICAL PROPERTIES OF MATERIAL (KSL-01)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения степени термического повреждения материалов и конструкций с целью установления места первоначального возникновения горения - очага пожара, а также в научных исследованиях.
Существует связь между температурой нагрева, временем выдержки при данной температуре (степенью теплового повреждения) и оптическими свойствами поверхностного слоя материала. При этом спектр поглощения материалом светового излучения также меняется. Измеряя коэффициент отражения материалом падающего на него светового потока различной длины волны, можно установить степень его термического повреждения.
Известно устройство для поточного измерения характеристик поверхностного слоя металлургического изделия (см., например, патент RU 2316756 10.02.2008 С2), а также способ фотометрической диагностики фазовых превращений в твердых телах по данным анализа спектров яркости отражения света от их поверхности (см., например, патент RU 0002387978 С1 27.04.2010). Однако в настоящее время не существует портативных систем для анализа степени интенсивности теплового воздействия на материал путем измерения оптических свойств материала (коэффициента отражения). Кроме того, описанные в аналогах способы и устройства применяются для определения характеристик протекания отдельных физических процессов (диффузия, фазовый переход), которые происходят в достаточно узком интервале температур.
Наиболее близким к изобретению является способ и устройство для определения свойств отражающих тел (см., например, патент DE 2001 10122917 11.05.2001). Однако данное устройство не позволяет избежать влияние иных характеристик, таких как шероховатость объекта, на результаты измерения, поскольку в данном устройстве применяются системы фокусировки луча света на контрольную точку.
Задачей и техническим результатом изобретения является создание устройства, обеспечивающего измерение оптических свойств материала при облучении источником излучения различной длины волны для анализа степени его термического повреждения не в лабораторных, а в «полевых» условиях - на месте пожара.
Решение задачи по определению степени термического повреждения и технический результат достигаются тем, что с помощью устройства измеряется коэффициент отражения материала изделия, подвергнутого воздействию тепла пожара. Этот коэффициент сравнивается с коэффициентом отражения такого же материала, не подвергнутого тепловому воздействию. На основании разницы коэффициентов делается вывод о режиме теплового воздействия на материал, что позволяет установить место первоначального возникновения горения. При этом устройство является портативным, что достигается за счет объединения излучателя и приемника излучения в единую измерительную камеру.
Устройство содержит источники светового излучения с разной длиной волны и вида, включаемые попеременно. В качестве источника излучения применены источники белого, зеленого, синего, ультрафиолетового света, а также лазерного излучения. Облучение объекта происходит в двух режимах - непрерывного с контролем интенсивности отраженного света и импульсного - с контролем интенсивности люминесценции. При этом процессы, происходящие в результате теплового воздействия на материал, характеризуются изменением внешнего вида материала либо химическими превращениями в тонком слое материала без глубоких структурных изменений, что осложняет применение других методов исследования. Для исключения влияния иных характеристик на результаты, таких как шероховатость, измерения проводятся не в точке, а на определенной площади образца, которая вместе с датчиком образует измерительную камеру.
Применение устройства позволяет проводить исследования в интервале температур, достигаемом на пожарах.
На фигуре представлена принципиальная схема предлагаемого устройства. Устройство размещается на исследуемом образце 11 и состоит из приспособления для измерения, включающего в себя измерительную камеру 1, уплотняющий материал 2, устройства излучения 9 (источники белого, зеленого, синего, ультрафиолетового света, а также лазерного излучения), приемник светового излучения 10. Для работы приспособления и анализа полученных результатов предусмотрены генератор сигналов 5 с возможностью работы в импульсном режиме и режиме постоянного тока, усилитель принимаемого сигнала 6, а также устройство для анализа результатов 7, в качестве которого применен осциллограф. Связь измерительного приспособления и блоков излучения и анализа осуществляется по двум отдельным шлейфам 3 и 4.
Устройство работает следующим образом.
1. Приспособление для измерения устанавливается на тестовый образец, не подвергнутый тепловому воздействию. Поочередно включаются излучатели разной длины волны и вида излучения в режиме постоянного излучения. Фиксируется интенсивность отраженного сигнала на тестовой поверхности. По окончании данной серии излучатели поочередно включаются в импульсном режиме. Фиксируются пики и интенсивность остаточной люминесценции. Полученные результаты используются в качестве тестовых.
После тестовой серии измерений приспособление устанавливается на исследуемых материалах, подвергнутых тепловому воздействию. Измерение также проводится в двух режимах - импульсного и непрерывного облучения. Полученные результаты сравниваются с тестовыми. По результатам сравнения делается вывод о степени термического повреждения материала (температуры и длительности ее воздействия).
Такая процедура повторяется для всех исследуемых образцов на месте пожара.