小結

（一）在細水霧滅火設備概述蒐集了各種不同分類的細水霧系統組合方式，

也瞭解業界使用的細水霧仍以單流為主，工作壓力 12.2kg/cm² 到 122kg/cm²之間，可作為實驗室建置的重要參考。

（二）細水霧的主要滅火機制為熱移除、氧氣取代及熱輻射衰減，次要滅火 機制為空氣稀釋及動力效應。透過細水霧與其他滅火系統之比較可知 細水霧確實擁有乾淨、無公害、滅火劑便宜易取得、適用範圍廣、無 水損等優點，缺點則為高壓設備昂貴、滅火效果仍待進一步研究證實。

（三）在細水霧噴頭特性檢測基準之探討比較了國內外的規範，其中「粒徑」

及「速度」與滅火效果關係密切具關鍵地位應優先研究，除了參照 UL-2167 的規範外，並考量實驗操作的需求撰擬了「細水霧粒徑速度 量測方法」乙種，除可供本研究室進行相關試驗的標準作業手冊外，

也可供國內細水霧研究團隊及國家標準（CNS）或者是消防主管機關 訂定規範之參考。

第三章 細水霧噴頭特性檢測研究

「相差都卜勒顆粒分析裝置（Phase Doppler Anemometer）-Dantec Fiber PDA」又稱 PDA 或 PDPA，乃以相差都卜勒量測方法進行量測，可以精密地

項限制涉及商業機密，雖經多方探索不得而知，有賴於瞭解設備的量測原理、

量測限制、對焦設定、量測技術並藉由實際操作與專家諮詢，進行設備改良。

「粒徑量測儀(Spraytec )」是 Malvern 公司利用雷射光撞擊大粒徑與小粒 徑時會發生不同繞射角度的原理，來量測粒子粒徑分佈情形的設備，由於該 公司的產品中以此產品頗負盛名，因此俗稱該設備為Malvern。該設備與 PDA 不同點在於，它可以快速地量測雷射光柱通過範圍內的粒徑大小分佈比率，

卻無法得知通過某特定點的粒子數目，也無法量取速度，因此無法達到前述 UL-2167 的量測要求，然而，以消防觀點而言，快速與大量地量取或許更能 代表噴頭之特性，因此本設備與PDA 有截長補短互補之效用，亦為本章討論 之重點。至於以照相法來量測細水霧，目前虎尾科技大學已建置相關設備，

本文亦將一併介紹之。

以一般撒水頭而言，撒水分佈實驗目的為：檢測撒水噴頭所噴灑之水量 分佈的均勻性與撒布範圍有多大，依噴頭的撒水分佈性質，應於所設定之噴 灑範圍內於單位時間噴灑一定量之水量，並且於一定噴撒高度範圍下其撒水 分佈應據一定均勻性，以免造成防護的死角。以細水霧撒水頭而言，撒水分 佈實驗除了瞭解噴頭的上述特性外，其量測結果可提供粒徑以及速度量測點 定位所需的量測直徑D。

第 二 節 撒 水 分 佈 試 驗 研 究 與 設 備 建 置

有關於國內自動撒水頭檢測規範有「密閉式撒水頭認可基準」，有撒水 分佈試驗相關規定。

圖3-1 撒水頭撒佈量測試裝置

撒水分布試驗裝置 集水盤

標準型撒水分布試驗裝置 集水盤

至於細水霧的量測，參考UL-2167 的規定，是採用 305mm×305mm 的正 方形集水盆排成方陣，收集 1/4 防護範圍內 22.5％的水量（亦即全部防護範 圍90％的水量）的方法來進行。

圖 3-2 撒水頭撒佈量測試量測情形

撒水分布試驗 撒水分布試驗

撒水分布試驗 撒水分布試驗

進行撒水分布實驗時於預定時間內噴撒後再將所有集水盤分別秤重記 錄，再進行計算分析與判定。一般撒水頭進行量測的情形如上圖，至於水霧 撒水頭的量測，由於細水霧容易飄散之故，因此依UL-2167 規定量測高度縮 短為噴頭下方1m 處。

第 三 節 粒 徑 量 測 儀 試 驗 研 究 與 設 備 建 置 一 、 粒 徑 量 測 儀 設 備 概 說

本儀器「粒徑量測儀(Spraytec )」俗稱 Malvern，可以快速地量測雷射光

柱通過範圍內的粒徑大小分佈比率，可量測的顆粒介於0.5-1000μm 之間，採 用波長 620~670nm 功率 2~5mw 的氦氖雷射光，雷射光直徑約 10mm，有效 樣品濃度可介於1-10000ppm 之間，在雷射遮蔽率(Obscurations) 2%-95%之範 圍均可量測 ，量測頻率可在 1-2500Hz 之間設定。量測結果可經由電腦依 ASTM：E799（1992）的分析方法計算：量測面之體積累積平均粒徑分佈圖

（自行設定百分比功能）、表面積平均粒徑及累積百分比長條圖、累積10％、

50％、90％之體積平均粒徑、比表面積值、體積平均粒徑大小、面積平均粒 徑大小等等，以上資料之即時量測顯示圖形，並能提供數據報表可以輸出供 EXCEL 分析使用。設備的組成，包含雷射光源、偵測器、樣品分散裝置和數 據收集及分析系統四部份主要組件。

圖 3-3 粒徑量測儀 Malvern

粒徑量測儀（MALVERN） 偵測器

控制器 數據收集及分析系統

二 、 粒 徑 量 測 儀 量 測 原 理

利用 Franhofer 繞射理論：一平行光束照過粒子後，會依不同粒子的大 小產生不同大小的繞射角，藉由收集各角度的光強度計算出其粒徑大小及分 佈百分比。並以Gustav Mie 提出 Mie 理論修正 Franhofer 的理論，將光的折 射、穿透、反射、吸收等現象考慮進去，使得繞射理論更完善。

三 、 粒 徑 量 測 儀 量 測 情 形

將細水霧噴頭固定於水霧設備架上，推到Malvern 即可直接進行量測：

圖3-4 粒徑量測儀 Malvern 量測情形

水霧設備架設 粒徑量測儀架設

開始噴霧 開啟雷射量測

經由數據收集及分析系統自動計算，可輸出量測之D10、D20、D30、D32、

相差都卜勒顆粒分析裝置又稱PDA（Phase Doppler Anemometer-Dantec Fiber PDA），它可以量測通過空間中四道直徑 1.35mm 的雷射光交點處粒子 的粒徑與速度，可量測粒徑的最大範圍在0.5-2000μm，然而其範圍會隨著鏡

兩對488nm 的藍光與 514.5nm 的綠光，將入射光束分成藍、綠的原因為此頻 率的光穩定及高效率，每對光束中有一束由內部的Bragg Cell 作 40MHz 的頻 率偏移，主要目的在量測粒徑正負方向之速度。

四道雷射光透過光纖進入發射器，此時入射光束的極性得以全程保留或 調整（此對於相位量測極為重要）。四道雷射會交會在發射器400mm 的焦點 處。發射端與接收端的角度是必須隨著待測物與介質的特性，來選擇反射模 式、第一次折射模式或者是第二次折射模式來決定。必須讓接收器的焦點正 確地落在上述四道雷射的焦點，才能接收到正確有效的訊號，欲讓接收器無 形的焦點恰好不偏不倚地落在四道雷射的交會處約1.35mm 範圍內確非易事。

接收器包含三個感測器，接收器接收到訊號後會將訊號傳送到量測分析 儀。三個感測器S1、S2 及 S3， 經配對安排使得 S1-S2 和 S1-S3 產生相位量 測分別為Φ12 和 Φ13。利用 Φ12 和 Φ13 的比對則可以現場校正獲得最佳粒 徑量測。

量測分析儀包含了光電接收器及數位信號處理器，主要功能為將光訊號 轉換成電流訊號並將之放大，光電接收器內包含了所有粒徑和二維速度量測 所需的光電倍增管和分色光學元件，光電倍增管電壓由軟體控制。三維移動 平台可使設備在X、Y、Z 三方向移動進行量測。

圖3-5 相差都卜勒顆粒分析裝置 PDA

雷射產生器 雷射光束分光器

發射與接收器 發射鏡頭近欇

三維移動平台 量測分析儀

二 、 相 差 都 卜 勒 量 測 原 理

以量測空氣中的水滴來說明，當平行雷射光遇到待測粒子時，可能產生 三種光學模式，分別為反射、第一次折射、第二次折射，這些反射或折射光 的角度與強度會與介質（空氣）與待測物（水滴）的相對折射率有關（圖3-6）。

圖 3-6 光線反射、折射示意

依待測物之特性選擇正確的量測模式可以得到較佳的量測結果，選擇不 當則可能量測到的雜訊比正確的信號還大。量測模式確定後則可以設定發射 器與接收器之間的角度（圖3-7）。

圖3-7 發射器與接收器設定示意圖

發射器發射的成對雷射光交會處，會產生干涉條文（圖 3-8），經過計 算交會處大約為1.35mm 的範圍（圖 3-9），液滴通過此範圍時會激起一個波，

稱為都卜勒激發（Doppler burst）（圖 3-10）。由於干涉條文的寬度是可以 由幾何運算及光波的頻率計算出來的，配合都卜勒激發的頻率，則可以計算 出粒徑通過的速度。可以求取通過粒子速度的儀器俗稱LDA。

圖3-8 干涉條文示意圖

圖3-9 雷射交會範圍

圖 3-10 都卜勒激發

PDA 是 LDA 的增強版，它除了可以用上述原理量測速度外，更可以量 測粒徑大小。在接收器處如果有兩個接收器的話，則會接收到兩個都卜勒激 發訊號（圖3-11）。而這兩個信號會有相位差存在（圖 3-12）。

圖3-11 接收器 1 及 2 與光線示意圖 圖 3-12 兩個接收器之相位 差

已有理論證實，前述相位差與粒徑的大小會成正比關係（圖3-12、圖 3-13）。

圖 3-13 粒徑與相位差關係圖

相位差φ 與相位差 φ+2π 僅考兩個偵測器無法區分出來，因此需到第三 個偵測器S1、S2 及 S3， 經配對安排使得 S1-S2 和 S1-S3 產生相位量測分別 為Φ12 和 Φ13。利用 Φ12 和 Φ13 的比對則可以現場校正獲得最佳粒徑量測。

在接收器的前端有A、B、C 三種孔隙板可供選擇，A 板可以量測較小的粒徑，

C 板可以量測較大的粒徑，孔隙板的 U1、U2、U3 即是上述的三個接收器位 置（圖3-14）。

圖 3-14 孔隙板示意圖，光線可由 U1、U2、U3 進入

三 、 相 差 都 卜 勒 量 測 情 形

依目前量測的經驗，量測空氣中的水滴可以選擇第一次折射模式，發射 端與接收端外角夾角73 度附近，可以得到相當不錯的量測結果。可利用鋼針 找出發射器所發射四道雷射的焦點，將白紙置於鋼針後端來判定鋼針位置之 正確性，再將接收器的焦點對準此點的方式，可以參考此方法來節省對焦的 時間。

在操作電腦設定正確的參數後，設定量測之點，可以控制移動平台連續 進行，多點的量測。

由於目前設備的焦距僅有400mm，因此設備必須進入水霧範圍，才有辦 法量取水霧的中心位置，設備也必須作適當的防護，同時也要避免鏡頭被水

由於目前設備的焦距僅有400mm，因此設備必須進入水霧範圍，才有辦 法量取水霧的中心位置，設備也必須作適當的防護，同時也要避免鏡頭被水