瓦斯爆炸火焰加速机理研究：障碍物影响下的高精度火焰传播测试系统
一．概述
在煤炭工业安全研究与瓦斯爆炸机理探索中，火焰传播特性是理解爆炸过程、评估风险并制定防控措施的核心要素。瓦斯爆炸事故频发，不仅造成严重的人员伤亡和财产损失，还对矿井结构与设备带来毁灭性破坏。其中，火焰前端传播速度直接决定了爆炸波的破坏力和传播范围，是瓦斯爆炸研究中最关键的参数之一。
为深入探究密闭管道环境中障碍物对火焰传播的影响，许多科研机构采用水平管道实验装置开展系统研究。例如，通过在管道内设置圆环形障碍物，考察不同数量和阻塞比（障碍物截面积与管道截面积之比）条件下火焰加速规律。实验结果一致表明：障碍物对瓦斯爆炸火焰具有显著的加速作用。随着障碍物数量的增加，火焰加速效应更明显且持续时间更长；阻塞比的增大也会促进加速，但其影响相对不如数量变化显著。这类研究为矿井巷道设计、障碍物抑爆原理以及爆炸传播预测提供了重要实验依据。
火焰检测技术的演进与高性能解决方案
传统火焰检测多依赖光敏电阻（光敏电阻）作为核心元件，将火焰发出的光信号转换为开关量信号，主要用于判断“有无火焰"。然而，光敏电阻的频率响应较低（通常在毫秒级），难以捕捉爆炸火焰的瞬态特性。更重要的是，除了火焰在管道内的传播速度，火焰在检测点的持续时间同样是至关重要的参数——它反映了燃烧区的驻留时间、热释放过程以及对周边结构的热冲击强度。
针对传统方案的局限性，行业内已开发出基于光电管的高频火焰传感器。这种传感器充分利用光电管的高频响应特性（可达微秒级甚至更高），将火焰光信号转换为连续的模拟电压信号。通过与高速数据采集系统配合，不仅能精确测量火焰到达时间和传播速度，还能完整记录火焰持续时间曲线，提供更丰富的动态信息。
成都科大胜英科技有限公司推出的CKG100火焰传感器，正是这类高性能火焰检测设备的典型代表。它专为爆炸与燃烧试验设计，采用高灵敏度光电转换元件，实现宽频带响应和低噪声输出，适用于瓦斯、粉尘等气体爆炸场景下的火焰监测。该传感器输出模拟信号，便于接入动态测试系统，实现多通道同步采集。
成都科大胜英科技有限公司的CKG100火焰传感器
数据调理与采集：现代化网络化测试平台的支撑
爆炸试验涉及多物理量（如压力、火焰、温度）的高速瞬态信号，传统采集方式难以满足精度、同步性和长期稳定性的要求。顺应测试系统向网络化、集成化发展的趋势，成都科大胜英科技有限公司开发了CR6000系列（典型型号如CR6300）动态测试分析系统。
该系统将信号调理、传感器供电、数据采集、存储以及网络通讯融为一体，采用嵌入式处理器和TCP/IP协议与上位机通讯，实现真正的网络化部署。主要特点包括：
· 直接兼容多种传感器：应变式、压电式、ICP型传感器，以及毫伏级输出的火焰、压力、温度传感器；
· 支持速度、加速度、位移、力、压力、温度等多种物理量采集；
· 嵌入式设计避免了计算机软硬件频繁升级带来的兼容问题，有效延长仪器使用寿命；
· 参数程控设置、数据实时传输与存储，操作全部通过上位机完成。
CR6300等型号特别适合气体爆炸、冲击波测试等高动态应用场景，通道间同步性高，抗干扰能力强。
完整测试系统构成
一套典型的爆炸压力与火焰测试系统通常包括以下组件：
· 传感器部分：高频压力传感器（用于捕捉爆炸超压波形）、CKG100火焰传感器（记录火焰光强与持续时间）、温度传感器（监测热效应）；
· 采集核心：CR6300高速动态测试仪（多通道、高采样率、集成调理与供电）；
· 上位机系统：配备网卡的工业计算机或笔记本，用于参数配置、实时监控、数据传输与后处理分析；
· 连接与辅助：专用屏蔽电缆、触发线等，确保信号完整传输。
系统框图简洁明了：传感器信号直接接入CR6300测试仪，测试仪通过以太网与上位机通讯，实现远程控制与数据交互。这种架构大大简化了布线，提高了现场部署效率，同时保障了数据的高保真度。
五、管道爆炸试验现场图
主要技术指标（以CR6300系列为例）
· 通道数：8通道/16通道可选；
· 采样率：瞬态模式200 kS/s/通道，连续采集10 kS/s/通道（向下多档可调）；
· 存储深度：瞬态模式256 k样点/通道，连续模式支持海量存储；
· 触发方式：内触发、外触发、手动触发；
· 输入量程：±5 mV ~ ±5 V 多档可调（±5 V为单端，其余支持差分/单端）；
· 供桥电压：4 V、5 V、6 V、8 V（电流50 mA）；
· 综合误差：±0.2% FS；
· 耦合方式：直流、接地、交流（隔直）；
· 低通滤波器（3 dB截止频率）：1.5 kHz、2 kHz、5 kHz、10 kHz、20 kHz、50 kHz、100 kHz、直通（程控可选）；
· 信号输入接口：标准5芯接头。
这些指标确保系统在瓦斯爆炸等瞬态事件中，能够完整捕获压力峰值、火焰前沿到达时刻及持续时间等关键信息，为后续机理分析和数值模拟提供可靠数据支撑。