谈述卷烟卷烟阴燃速率测试体系设计站

论文导读：
摘要：国内外对卷烟防火安全的研究日益深入。在静燃状态下，卷烟的燃烧速率越快，释热速率也越快，则其引燃其他物体的概率也越高，更容易形成火灾隐患。研究卷烟的阴燃速率对评价卷烟引燃性能具有重要意义。基于红外温度和机器视觉的原理，提出了两种测试卷烟阴燃速率的方法，并设计了相应的测试装置，与人工记录的方法进行了对比。结果表明，两种方法均能较准确的测试卷烟的阴燃速率，降低人为因素对测试结果的影响。
关键词：防火安全 阴燃速率 红外测温 机器视觉 热释放
1007-9416（2013）06-0169-04
卷烟的燃烧是一个非常复杂的物理、化学变化过程。火灾的发生常常是由于点燃的卷烟掉落在易燃家具上引起的，从而导致了大量的人员伤亡和财产损失。近几年，国内外对卷烟防火安全问题日益重视，对于卷烟引起火灾的研究也日益深入。这些工作对卷烟的制作工艺及检测手段提出了更高的要求。材料的释热量是火灾危险性的重要特征之一，释热量越大的材料，形成灾难性火灾的可能性越高。特别是释热速率，对评估材料火灾安全性更具实际意义。可见，对于卷烟而言，其燃烧速率越快，释放热量的速率也越快，引起火灾的机率也越高。阴燃速率是卷烟的一个物理指标，随着低引燃倾向卷烟等概念的出现，卷烟静燃状态下的燃烧速率也逐渐成为未来研究的一个方向，研究卷烟的阴燃速率对评价卷烟引燃性能具有重要意义。
测定卷烟阴燃速率的关键是对卷烟燃烧状态的判别及对卷烟燃烧线的跟踪，为了不破坏卷烟的燃烧状态，所有测试均应该采用非接触式的方法。文章基于红外测温及机器视觉的原理，设计了两种测试系统，可以准确的探测卷烟的燃烧状态，测试卷烟的阴燃速率。
1 基于红外测温的测试系统

1.1 测试原理

一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量，红外测温原理是将物体发射的红外线具有的辐射能转变成电信号，红外线辐射能的大小与物体本身的温度相对应，根据转变成电信号的大小，可以确定物体的温度。卷烟表面温度最高的位置位于燃烧区域，通过步进电机带动红外温度传感器移动，配有合适的算法控制电机的运动轨迹，可以实现跟踪卷烟的燃烧线及判断卷烟的燃烧状态。

1.2 系统结构设计

1.2.1 红外测温模块

测温模块采用红外温度传感器MLX90614K-BAF，该温度传感器集成了红外感应热电堆探测器芯片和信号处理专用集成芯片，其中包括了低噪声放大器、17位模数转换器和强大的数字信号处理单元，使得高精度和高分辨度的温度测量得以实现。测摘自：论文查重www.7ctime.com
温探头的前端配置一个金属挡片，与卷烟的轴向方向垂直安装，用以指示卷烟燃烧线的位置。通过调节温度采集频率及选取合适的温度阈值，控制电机跟踪卷烟的燃烧线。

1.2.2 步进电机控制模块

1.3 测试方法

装置的主控制模块可以实现接收温度的实时采集数据、控制电机的运动、数据的处理与存储、状态与结果的显示等功能。主控制器根据温度的采集信息，控制电机跟踪卷烟的燃烧线运动，最终计算电机的行程，即卷烟的燃烧长度，结合卷烟的燃烧时间，最终统计卷烟的阴燃速率。
2 基于机器视觉的测试系统

2.1 测试原理

机器视觉技术就是使用图像采集设备将被采集目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，通过像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字信号，图像系统对这些数字信号进行运算以提取目标特征，进而识别被采集目标的动作行为[4]。该系统使用工业相机采集卷烟燃烧图像，通过适当的算法判别卷烟的燃烧状态，计算卷烟的阴燃速率。

2.2 系统结构设计

2.1 测试柜

测试柜使用透明有机玻璃制作，在测试柜的底部和侧面使用黑色遮光纸覆盖，为卷烟的探测提供黑色背景。卷烟夹持装置放置于测试柜内，用于放置点燃的卷烟，且保证卷烟置于工业相机的视野范围内。每次测试时，使用点火装置点燃卷烟，然后关闭柜门。

2.2 工业相机与镜头

2.3 LED光源

装置测试柜采用透明有机玻璃制作，虽然便于观察，但采集图像时易受到外界环境光线变化的影响。适当的光源照明设计，可以使图像中的目标与背景信息得到最佳分离，降低图像处理算法分割、识别的难度，同时提高系统的定位、测量精度，使系统的可靠性和综合性能得到提高。为了消除环论文导读：
境光线的影响，光源的亮度应大大高出环境光线的亮度，则环境光线变化的影响就可以忽略了。装置使用发光效率高的恒流型LED灯珠，每个灯珠都配有发散角为8度的聚光透镜，贴片LED灯珠处于聚光透镜的焦点位置，光源位于被测样品的上方，直接照射被测试卷烟[6]。

2.3 测试方法

3 实验分析及方法对比
对于卷烟阴燃速率的测试，之前的方法主要是通过人工记录卷烟的燃烧时间，统计卷烟的燃烧长度，最后算出卷烟的阴燃速率。本次实验选取一种普通卷烟纸制作的烤烟型卷烟A和一种阻燃带卷烟纸制作的低引燃倾向卷烟B分别使用人工记录、红外测温法、机器视觉法进行阴燃速率测试，统计结果如（表1）所示。
从实验结果可以看出，人工记录的方法在平均值上与其他两种方法相近，但标准偏差、变异系数较高。可见，本文设计的两种测试方法可以较为有效的测试卷烟的阴燃速率，并且稳定性好，可以大大降低人为因素对测试结果的影响。相比较两种新方法，对于普通卷烟，两种测试方法在稳定性方面相近，对于低引燃倾向的卷烟，由于该类卷烟存在阻燃环带，在环带区域燃烧较慢，且有熄灭的可能性[8]，阴燃过程中存在较大的不确定性，使用红外测温的方法更为稳定可靠。
4 结语
对于普通的市售卷烟，阴燃速率大多相差无几。但随着国内外对卷烟防火安全的重视，在国外市场上出现了较多的低引燃倾向卷烟，旨在降低由卷烟引起火灾的概率。这种低引燃倾向的卷烟目前采用主要的技术是在卷烟纸上涂布阻燃材料，使卷烟上具有若干个低透气度的阻燃环带，从而降低卷烟引燃其他物体的倾向。阻燃带的透气度决定了低引燃倾向卷烟的有效性，也使该类卷烟的阴燃速率产生了差异。
物质的燃烧速率与其释热速率相关，而释热速率对于评价材料的火灾安全性具有重要意义。因此，本文介绍了两种测试卷烟阴燃速率的方法，可以实现更高效、更稳定的测试，为卷烟火灾安全性的研究提供了更有效的手段。
参考文献
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