一种射频电磁能引燃爆炸性气体的试验装置

技术领域

本申请涉及5G通信技术领域，尤其涉及一种射频电磁能引燃爆炸性气体的试验装置。

背景技术

在IEC60079-0和GB/T3836.1标准中，对射频源的功率阈值和能量阈值均有相关规定，如爆炸性气体为甲烷时，其要求在200us内，射频源的阈功率不应超过6w，射频源的阈能量不应超过1500uJ。但上述标准是针对低频电磁波信号试验得出的结论，且调制方式尚停留在AM、FM阶段，因此不适用于5G射频信号。

在BS6656-2002标准中具有与电磁能相关的唯一检验方案，该方案借用IEC标准火花试验台的测量接收端的能量是否可以点燃爆炸性环境。但是IEC标准火花试验台仅适用于频率不高于1.5MHz的低频信号，而5G射频信号的典型频率主要包括700MHz、2.1MH、2.6MHz、3.5MHz等高频信号，并且IEC标准火花试验台测试高频信号会存在阻抗不匹配的问题。例如，在阻抗失配的情况下，信号的能量会反射会信号源，无法进入火花试验台的打火部分。因此，无法有效评估射频能量未引燃爆炸性气体的原因是由阻抗不匹配所引起还是射频能量未达到引燃瓦斯气体的能量阈值所引起。可见，现有方案并不适用于对5G射频信号进行安全阈值测试。

目前，国内外尚未有已经发表的相关论文或专利公布针对射频电磁能在爆炸性环境中安全阈值问题所开发的专用试验装置，因此如何评估5G射频信号在爆炸性环境中的安全功率和能量阈值，是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明针对5G通信技术，公开了一种射频电磁能引燃爆炸性气体的试验装置，用来测量5G射频信号引燃爆炸性气体的功率阈值和能量阈值，为5G射频源在爆炸性场所的安全使用提供依据。

为解决上述技术问题，本发明的第一方面，公开了一种射频电磁能引燃爆炸性气体的试验装置，包括：

试验平台，所述试验平台扣设有保护罩用以构成密闭空间；

阀门组件，穿过所述试验平台并延伸至所述密闭空间内部，用于向所述密闭空间内部通入爆炸性气体形成爆炸性试验环境；

环天线，处于所述密闭空间内部且具有断点，通过与处于所述密闭空间外部的5G射频源发射出的特定频率信号发生共振，从而作为5G射频能量的接收天线；

电缸，固定于所述试验平台且处于所述密闭空间外部；

摆动组件，所述摆动组件受控于所述电缸进行往复摆动，且所述摆动组件中的圆顶杆在往复摆动时和所述环天线间断式接触；

在测试时，所述电缸驱动所述摆动组件进行往复摆动，并通过所述圆顶杆间断式接触所述环天线，迫使所述环天线的断点发生连续的“通—断—通”的电气状态改变，在电气连接状态改变的过程中，所述5G射频能量发生间隙击穿产生火花，当火花能量超过阈值则周围的爆炸性气体具有被点燃的风险，根据5G射频源发射的阈功率和所述密闭空间中的电磁场强度确定所述环天线引燃爆炸性气体时从所述爆炸性试验环境中汲取到的能量阈值和功率阈值。

优选的，所述阀门组件包含阀门和管固定架；

所述管固定架作为所述阀门的固定元件，穿过所述试验平台并延伸至所述密闭空间内部。

优选的，所述阀门组件为两套以上，两套以上所述阀门组件分别通入不同的爆炸性气体，以验证不同爆炸性气体的爆炸阈值。

优选的，所述环天线通过环天线支架固定于所述密闭空间内部的试验平台上；其中，

所述环天线支架具有位姿调试功能，以保证所述环天线最大程度的接收所述密闭空间外部的所述5G射频能量。

优选的，所述环天线作为发射天线连接射频源，释放5G射频能量。

优选的，所述电缸通过电缸支架固定于所述试验平台。

优选的，所述摆动组件包括：

主摆杆，所述主摆杆穿过所述试验平台并延伸至所述密闭空间内部；其中，所述主摆杆的一端通过转接轴连接所述电缸，另一端通过连杆连接所述圆顶杆，所述连杆和所述圆顶杆均处于所述密闭空间内部；

所述圆顶杆具有顶部件，在往复摆动时和所述环天线间断式接触。

优选的，所述主摆杆与所述试验平台的接触位置具有密封套固定座和密封套实现密封；其中，

所述密封套固定座用于将密封套固定于所述试验平台。

优选的，所述摆动组件通过设置于所述密封空间内部的试验平台的支撑支架进行支撑。

优选的，所述密封空间内部具有标准点火器，用于验证注入的爆炸性气体是否可以被引爆；

所述标准点火器通过点火导线固定座固定在密封空间内部的试验平台。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明公开的射频电磁能引燃爆炸性气体的试验装置，主要由试验平台、保护罩和构成的密闭空间，处于密闭空间内的环天线，电缸，摆动组件等元件构成，其中，密闭空间注有甲烷、乙烯、氢气或乙炔等气体构成爆炸性试验环境，环天线可用作5G射频能量的接收天线，也可用作发射5G射频能量的发射天线。而电缸带动摆动组件往复摆动，可以迫使环天线的断点发生连续的“通—断—通”的电气状态改变，在电气连接状态改变的过程中，射频能量发生间隙击穿产生火花，当火花能量超过阈值则周围的爆炸性气体就有被点燃的风险。根据5G射频源发射的阈功率和所述密闭空间中的电磁场强度即可以确定所述环天线引燃爆炸性气体时从所述爆炸性试验环境中汲取到的能量阈值和功率阈值，从而为5G射频源在爆炸性场所的安全使用提供依据。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。

在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的射频电磁能引燃爆炸性气体的试验装置的结构示意图；

图2-图5示出了根据本发明一个实施例的射频电磁能引燃爆炸性气体的试验装置各角度视图。

附图标记说明：圆顶杆1，支撑支架2，环天线支架3，试验平台4，管固定架5，电缸支架6，阀门组件，转接轴8，保护罩9，连杆10，主摆杆11，环天线12，顶部件13，点火导线固定座14，辅助固定元件15，密封套固定座16，密封套17，电缸18。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

由于BS6656-2002推荐的检验方法发布时间较早，仅适用于不高于1.5MHz的低频信号，不适用于5G频段的射频信号。对此，本发明实施例公开了一种射频电磁能引燃爆炸性气体的试验装置，用来测量5G射频信号引燃爆炸性气体的功率阈值和能量阈值，为5G射频源在爆炸性场所的安全使用提供依据。

本发明提供的一种射频电磁能引燃爆炸性气体的试验装置，主要由试验平台4、保护罩9和构成的密闭空间，处于密闭空间内的环天线12，电缸18，摆动组件等元件构成，将环天线12作为5G射频能量的收发媒介，通过电缸18的驱动迫使环天线12的断点发生连续的“通—断—通”的电气状态改变，在电气连接状态改变的过程中，射频能量发生间隙击穿产生火花，当火花能量超过一定阈值的时候，密闭空间内部的爆炸性气体就有被点燃的风险，再根据5G射频源发射的阈功率和密闭空间中的电磁场强度确定环天线12引燃爆炸性气体时从爆炸性试验环境中汲取到的能量阈值和功率阈值。

本发明的试验装置可以有效地确认电磁场内点燃爆炸性危险场所的电磁能功率和能量阈值，解决现行标准中试验方法不适用于5G射频信号防爆安全评估的问题，为5G射频源提供更加准确安全阈值参数，为以后各种无线产品的安装使用提供可靠的理论和试验依据，解决当前在煤矿井下、采油平台等爆炸性场所因功率问题制约5G技术发挥其高带宽、短时延等优势发挥的限制，为大量使用无线产品有及5G产品的有效利用打下基础，推动5G新技术在煤矿井下等爆炸性场所的应用，同时推动特殊行业的智能化建设进程。

为了进一步说明和解释本发明，下面参看图1，本发明的实验装置包括：试验平台4，保护罩9，阀门组件，环天线12，电缸18，摆动组件。

具体来讲，试验平台4上方扣设有保护罩9，两者构成密闭空间。

阀门组件穿过试验平台4并延伸至密闭空间内部，以向密闭空间内部通入爆炸性气体形成爆炸性试验环境。爆炸性气体示例为甲烷、乙烯、氢气或乙炔等气体。

本说明书实施例中，阀门组件包含阀门7和管固定架5；其中，管固定架5作为阀门7的固定元件，穿过试验平台4并延伸至密闭空间内部。通过阀门7和管固定架5的配合，可向密闭空间内充入甲烷、乙烯、氢气或乙炔等气体构成爆炸性试验环境。

当然，阀门组件可以设置为一套，也可以设置为两套以上，参看图2-图3。两套以上阀门组件分别通入不同的爆炸性气体，以验证不同爆炸性气体的爆炸阈值。举例来说，阀门组件A可通入甲烷类气体，阀门组件B可通入乙烯类气体，阀门组件A和阀门组件B可单独或结合使用，从而构建不同的试验环境。

本说明书实施例中，环天线12处于密闭空间内部且具有断点。值得注意的是，环天线12可作为接收天线或发射天线，从而成为5G射频能量的收发媒介。一方面，环天线12通过与处于密闭空间外部的5G射频源发射出的特定频率信号，例如700MHz、2.1MH、2.6MHz、3.5MHz等高频信号发生共振，从而作为5G射频能量的接收天线；另一方面，为了在试验过程中减少能量损耗，以及降低采用大功率射频源的成本代价，根据收发天线的互换性原理，将环天线12作为发射天线连接射频源释放5G射频能量，其他试验方案不变，也能够测试出射频电磁能引燃爆炸性气体的功率阈值和能量阈值。

进一步的，参看图4-图5，环天线12通过环天线支架3固定于密闭空间内部的试验平台4上；环天线支架3具有位姿调试功能，以保证环天线12最大程度的接收密闭空间外部的5G射频能量。

本说明书实施例中，电缸18固定于试验平台4且处于密闭空间外部，用于驱动摆动组件做往复运动。具体的，电缸18通过电缸支架6固定于试验平台4，例如通过电缸支架6固定于试验平台4下方。

摆动组件，摆动组件受控于电缸18进行往复摆动，且摆动组件中的圆顶杆1在往复摆动时和环天线12间断式接触。由于摆动组件有一部分处于密封空间内，因此，摆动组件通过设置于密封空间内部的试验平台4的支撑支架2进行支撑。

具体的，摆动组件包括：主摆杆11，转接轴8，连杆10，圆顶杆1，圆顶杆1的顶部件13。主摆杆11穿过试验平台4并延伸至密闭空间内部；其中，主摆杆11的一端通过转接轴8连接电缸18，另一端通过连杆10连接圆顶杆1，连杆10和圆顶杆1均处于密闭空间内部；圆顶杆1通过支撑支架2进行活动支撑，并具有顶部件13，在往复摆动时和环天线12间断式接触。在间断式接触的过程中，由于环天线12具有断点，因此环天线本身是处于“断”状态，当顶部件13和环天线12接触时，可弥补环天线12的断点，则“通”；当顶部件13和环天线12断开，则“断”。

进一步的，由于主摆杆11需要穿过试验平台4，为了保证其密封性，主摆杆11与试验平台4的接触位置具有密封套固定座16和密封套17实现密封；密封套固定座16用于将密封套17固定于试验平台4。可选的，密封套固定座16通过辅助固定元件15实现固定。

本说明书实施例中，密封空间内部具有标准点火器，标准点火器通过点火导线固定座14固定在密封空间内部的试验平台4，用于验证注入的爆炸性气体是否可以被引爆。

在测试时，电缸18驱动摆动组件进行往复摆动，并通过圆顶杆1间断式接触环天线12，迫使环天线12的断点发生连续的“通—断—通”的电气状态改变，在电气连接状态改变的过程中，5G射频能量发生间隙击穿产生火花，当火花能量超过阈值则周围的爆炸性气体具有被点燃的风险，根据5G射频源发射的阈功率和密闭空间中的电磁场强度确定环天线12引燃爆炸性气体时从爆炸性试验环境中汲取到的能量阈值和功率阈值。

通过上述描述，本发明可实现如下效果：

本发明公开的射频电磁能引燃爆炸性气体的试验装置，主要由试验平台、保护罩9和构成的密闭空间，处于密闭空间内的环天线，电缸，摆动组件等元件构成，其中，密闭空间注有甲烷、乙烯、氢气或乙炔等气体构成爆炸性试验环境，环天线可用作5G射频能量的接收天线，也可用作发射5G射频能量的发射天线。而电缸带动摆动组件往复摆动，可以迫使环天线的断点发生连续的“通—断—通”的电气状态改变，在电气连接状态改变的过程中，射频能量发生间隙击穿产生火花，当火花能量超过阈值则周围的爆炸性气体就有被点燃的风险。根据5G射频源发射的阈功率和密闭空间中的电磁场强度即可以确定环天线引燃爆炸性气体时从爆炸性试验环境中汲取到的能量阈值和功率阈值，从而为5G射频源在爆炸性场所的安全使用提供依据。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。