基於n-氣體模型的建材燃燒產煙毒性定量評價方法及系統的製作方法

2023-07-13 03:45:41 2

專利名稱：基於n-氣體模型的建材燃燒產煙毒性定量評價方法及系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種定量評價建材燃燒產煙毒性方法及系統，尤其涉及利用基於傅立葉變方法的換紅外光譜分析儀測出材料燃燒產煙毒氣含量以及基於N-氣體模型對建材燃燒產煙毒性的評價的方法及系統。
背景技術：
從建築物發生火災事故分析報告和有關火災傷亡研究情況來看，火災事故致命的罪魁禍首往往不是火，而是煙氣，早在火勢大幅蔓延前，很多人就已因為吸入過量有毒煙氣而昏迷，葬身火場。因此，對於建築材料在燃燒分解過程中的煙霧煙毒分析和測試尤為重要。火災中中產生大量有毒濃煙主要包括一氧化碳、二氧化碳、氰化氫、氯化氫、一氧化氮、丙烯醛、溴化氫、氟化氫等有毒氣體。縱觀國內外的幾種火災煙氣毒性評價方法，常見的是動物染毒法利用材料陰燃後產生煙氣通入有活鼠的染毒室，再根據小白鼠染毒後的表現，如痙攣、眼部和呼吸異常等，以及小白鼠的死亡數目作為評價材料燃燒產煙毒性評價的數據，衡量標準主要是是LC5tl(半致死濃度)值。動物染毒法不足之處有①由於需要觀察小白鼠染毒後的表現，試驗觀察時間大概需要14天，試驗需時較長；②衡量標準中的數據，即試驗中小白鼠染毒後的表現和死亡數目，受當時試驗所用小白鼠的體質影響較大；③在評價過程中，由於採用的數據是小白鼠的表現及及其死亡數目，並沒有具體測出煙氣中的成分，不利於進一步深入了解該種材料的燃燒產生毒氣的特性。根據以上所述，建築材料燃燒產煙毒性評價方法的創新需要縮短試驗時間，減少不可控因素對建材燃燒產煙毒性評價的影響以及對材料燃燒產煙的主要煙氣成分的確定，以增強評價方法的準確性和可信性。國內專利號為申請(專利)號201010154097. 3的名稱為用於煙氣毒性檢測的捲菸主流煙氣的三級捕集方法，該方法包括第I級捕集-劍橋濾片捕集、第2級捕集-PBS溶液捕集和第3級捕集-有機溶劑捕集；其中在捲菸主流煙氣的第2級捕集中，PBS溶液採用的PH值為7. 4，進行主流煙氣氣相物水溶性成分的捕集；捲菸主流煙氣的第3級捕集中，選用70%甘油進行主流煙氣氣相物有機相成分的捕集。該發明具有增加了捲菸主流煙氣的捕集級別、提高了煙氣捕集的全面性和捕集效率、提升了煙氣毒性檢測的準確信和科學性等優點。國內專利號為申請(專利)號200520040678. 9的名稱為具毒性氣體檢測功能 的
移動通訊裝置，至少包含一中央處理單元；一電源管理裝置；一輸入裝置；一顯示裝置；一模擬/數字轉換裝置；一毒性氣體感知裝置；當輸入裝置接收到使用者啟用毒性檢測功能時，該中央處理單元即觸發該電源管理裝置供電給該毒性氣體感知裝置以檢測空氣中的毒性氣體濃度，該毒性氣體感知裝置則將檢測的模擬信號傳送給該模擬/數字轉換裝置，該模擬/數字轉換裝置將該模擬信號轉換為數位訊號後傳送給該中央處理單元以計算該毒性氣體濃度，進而將計算結果交由該顯示裝置，以顯示受該檢測的毒性氣體濃度。
本發明是基於N-氣體模型對建材燃燒產煙毒性的評價的方法及裝置，用傅立葉變換紅外光譜分析儀測出煙氣在穩定時各有毒成分的含量，然後代入N-氣體模型算出某一煙氣濃度下的N-氣體模型值，接著重複試驗，得出多組煙氣濃度-N-氣體模型值，再利用擬合的方法得出N-氣體模型值為I時相對應的煙氣濃度，即為該材料的LC5tl值，具有試驗時間較短，不可控因素較少，結果較為準確可靠的特點。

發明內容
鑑於上述現有技術的現狀和存在的問題，本發明的目的是提供一種基於N-氣體模型定量評價建材燃燒產煙毒性方法及系統，重點解決材料燃燒產煙有毒成分的確定以及減少不可控因素的問題，其核心是在利用傅立葉變換紅外光譜分析儀的情況下，利用數學方法擬合求出LC5tl值。該方法具有準確性和較高的可信性的特點。本發明的目的是通過以下技術方案實現的基於N-氣體模型的建材燃燒產煙毒性定量評價方法，該方法包括加熱被測材料產生檢測所需煙氣；利用傅立葉變換紅外光譜分析儀在線檢測煙氣中各種有毒氣體成分的含量，得出各種有毒氣體含量-時間圖；根據有毒氣體含量-時間圖定義被測材料燃燒產生煙氣時各主要毒氣成分的穩定階段；計算穩定階段內各毒氣成分的平均含量，並將所述毒氣含量作為一定時間段內的平均含量；對N-氣體模型值數據和相對應煙氣濃度值進行擬合，得出N-氣體模型值為I時的煙氣濃度值。基於N-氣體模型的建材燃燒產煙毒性定量評價系統，該系統包括產煙儀器和檢測煙氣成分儀器，所述產煙儀器，用於產生加熱溫度和穩定氣流，使被測材料在加熱溫度和穩定氣流下產生檢測所需煙氣；檢測煙氣成分儀器，是通過傅立葉變換紅外光譜儀檢測被測材料煙氣，並對煙氣成分進行分析及對各煙氣成分的含量進行在線紀錄。本發明提供的技術方案的有益效果是逆取等樣本量方差法主要改善了毒氣含量穩定值取樣方法，避免了把未穩定燃燒而導致毒氣含量處於上升期的數據納入計算樣本內造成的系統誤差。本發明主要通過對毒氣含量樣本的方差分析找出上升期與穩定階段的分界點。由於不同毒氣的毒性差異巨大，導致毒氣含量在絕對值上的差異，所以要先對數據進行無綱量化變換。本發明取方差作為分析對象，這是由於在樣本大小相同(樣本是按時間連續性來取的)的情況下，處於上升期的毒氣含量樣本方差會比穩定階段的大。為了減少燃燒剛開始時系統造成的擾動，我們從數據後部取一穩定點，然後向前搜索分界點。第二部分為擬合部分，主要創新點在於取樣方法和擬合方式。由於不同毒氣的毒氣含量上升曲線是有差異的，而傳統的I. 15等比取樣法沒有考慮到具體氣體間的差異，導致樣本分布不均勻。而Y值等差取樣法避免了這種缺陷；這裡採取的擬合方式是利用一次函數、反比例函數、二次函數、冪指數、指數函數和對數函數分別擬合實驗所得數據，選取擬合程度最好的擬合函數作為煙氣濃度-N-氣體模型值的函數關係式，從而算出當N-氣體模型值為I時所對應的煙氣濃度值，即所求的LC5tl值。


圖I是本發明所述的基於N-氣體模型定量評價建材燃燒產煙毒性定量評價方法流程圖；圖2為本發明所述的基於N-氣體模型定量評價建材燃燒產煙毒性系統結構圖；圖3為本發明所述的有毒氣體的含量-時間圖；圖4為本發明所述的逆取等樣本量方差法的具體流程圖；圖5為本發明所述的基於最小二乘法回歸分析V值估計法的具體流程圖。
具體實施例為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。如圖I所示，為基於N-氣體模型定量評價建材燃燒產煙毒性定量評價方法流程，所述方法包括步驟10加熱被測材料產生檢測所需煙氣；步驟20利用傅立葉變換紅外光譜分析儀在線檢測煙氣中各種有毒氣體成分的含量，得出各種有毒氣體含量-時間圖；步驟30根據有毒氣體含量-時間圖定義被測材料燃燒產生煙氣時各主要毒氣成分的穩定階段；步驟40計算穩定階段內各毒氣成分的平均含量，並將所述毒氣含量作為一定時間段內的平均含量；計算上述穩定階段內的平均含量作為毒氣成分在材料產煙時間為30min的平均含量。步驟50對N-氣體模型值數據和相對應煙氣濃度值進行擬合，得出N-氣體模型值為I時的煙氣濃度值；對於每種有毒氣體的含量-時間的數據利用逆取等樣本量方差法，首先確定出每種有毒氣體含量在規定時間內的穩定階段，然後確定出每種有毒氣體在穩定階段內的平均含量用以代表在規定時間的每種有毒氣體的平均含量。再利用已求得的煙氣中每種有毒氣體的平均含量代入N-氣體模型。關於N-氣體模型的介紹N-氣體模型的假設前提是，火災中煙氣所產生的毒性效應是由少數幾種氣體引起的。也就是說，煙氣中少數氣體代表著大部分可觀察到的毒性效應。到目前為止，一般考慮7種氣體C0、<、 、HCl,HBr,HCN
和I。計算經驗公式如下計算公式如下
權利要求
1.基於N-氣體模型的建材燃燒產煙毒性定量評價方法，其特徵在於，所述方法包括 加熱被測材料產生檢測所需煙氣； 利用傅立葉變換紅外光譜分析儀在線檢測煙氣中各種有毒氣體成分的含量，得出各種有毒氣體含量_時間圖； 根據有毒氣體含量-時間圖定義被測材料燃燒產生煙氣時各主要毒氣成分的穩定階段； 計算穩定階段內各毒氣成分的平均含量，並將所述毒氣含量作為一定時間段內的平均含量; 對N-氣體模型值數據和相對應煙氣濃度值進行擬合，得出N-氣體模型值為I時的煙氣濃度值。
2.根據權利要求I所述的基於N-氣體模型的建材燃燒產煙毒性定量評價方法，其特徵在於所述 穩定階段，是根據毒氣含量採用逆取等樣本量方差法，確定穩定階段與非穩定階段的分界點； 平均含量，是確定分界點後，計算分界點後所有樣本的平均值，作為毒氣平均含量。
3.根據權利要求I所述的基於N-氣體模型的建材燃燒產煙毒性定量評價方法，其特徵在於，對所述N-氣體模型值數據進行擬合是通過調節煙氣濃度，調節煙氣濃度使用樣本的N-氣體模型值近等差遞增方法，獲得若干對應N-氣體模型值，利用最小二乘法對數據進行擬合，並根據擬合函數計算出N-氣體模型值為I時煙氣濃度的值。
4.根據權利要求I或2所述的基於N-氣體模型的建材燃燒產煙毒性定量評價方法，其特徵在於，在穩定階段起始點模糊的情況下，從靠後的某個已穩定點開始，向前等樣本量取樣，並計算方差。
5.根據權利要求I或3所述的基於N-氣體模型的建材燃燒產煙毒性定量評價方法，其特徵在於，所述擬合方式是利用一次函數、反比例函數、二次函數、冪指數、指數函數和對數函數擬合。
6.基於N-氣體模型的建材燃燒產煙毒性定量評價系統，其特徵在於，所述系統包括產煙儀器和檢測煙氣成分儀器，所述 產煙儀器，用於產生加熱溫度和穩定氣流，使被測材料在加熱溫度和穩定氣流下產生檢測所需煙氣； 檢測煙氣成分儀器，是通過傅立葉變換紅外光譜儀檢測被測材料煙氣，並對煙氣成分進行分析及對各煙氣成分的含量進行在線紀錄。
7.根據權利要求6所述的基於N-氣體模型的建材燃燒產煙毒性定量評價系統，其特徵在於，所述產煙儀器包括環形爐、石英膏、煙氣採集配給組件、溫度控制系統及空氣流供給系統； 所述傅立葉變換紅外光譜儀包括光學探測部分和計算機部分。
全文摘要
本發明涉及一種基於N-氣體模型的建材燃燒產煙毒性定量評價方法及系統，其方法包括加熱被測材料產生檢測所需煙氣；利用傅立葉變換紅外光譜分析儀在線檢測煙氣中各種有毒氣體成分的含量，得出各種有毒氣體含量-時間圖；根據有毒氣體含量-時間圖定義被測材料燃燒產生煙氣時各主要毒氣成分的穩定階段；計算穩定階段內各毒氣成分的平均含量，並將所述毒氣含量作為一定時間段內的平均含量；將所述毒氣在一定時間段內的平均含量帶入N-氣體模型計算出對應的N-氣體模型值數據，並對N-氣體模型值數據進行擬合得出N-氣體模型值為1時的煙氣濃度值。該系統包括產煙儀器，產生煙氣並確定被測材料所需質量及長度和煙氣濃度的計算方法；檢測煙氣成分的儀器部分採用傅立葉變換紅外光譜分析儀，記錄煙氣中各有毒成分隨時間的變化並由此確定煙氣中各有毒氣體的含量。
文檔編號G01N21/25GK102636440SQ20121010997
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月16日 優先權日2012年4月16日
發明者馮耀強, 劉桂雄, 吳斯棟, 文澤貴, 洪曉斌 申請人:華南理工大學