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激光物证显现仪的安全设计与工作

创建时间:2016-08-22 03:58

 

目前市面出现电池可插拔式的激光物证显现仪,对于这种设计我们提出一些意见。

本着行业安全的考虑,电气工作原理是安全设计的必要考虑因素。尤其是对于激光物证显现仪这种大功率电气设备,不正当的设计与器件使用会对操作人员造成重大威胁。

为了便携性与大电流的需要,目前锂电池被广泛使用。但锂元素是一种活性十分强的金属元素,锂离子在空气中会迅速氧化而燃烧,与空气中的水蒸气结合会产生氢气而爆炸。这就是新闻中报道的锂电池起火与爆炸现象。

锂电池起火

                                   锂电池爆炸


是什么引起锂电池的起火或爆炸呢?——有三个因素:过冲、过流、过热。

首先我们说一下过冲,什么是过冲?过冲就是充电过度,充电过度会使电池中的化学锂元素膨胀,导致电池外层鼓包破裂,锂元素外泄与空气接触而燃烧或爆炸。这种情况引起的锂电池安全威胁很低,因为现在正规的厂商都会在电池两极设置电量检测与显示设备。当电量显示屏显示100%时其实据完全充满还是有一小段空间,这个空间可以保证电池不会被过冲,因为当电量显示为100%时主机电控系统就会关闭充电系统,保护电池安全。

接下来我们说一下过流,过流就是电流过大(其实过流也是过热的起因),那正常工作的设备为什么会电流过大呢?这要从电路的连接说起,首先从欧姆定律我们知道:

P(热功率)=I2(电流的平方值)xR(电阻)

也就是说,当系统电路连接正常时,热功率是应该在一个固定值的,这个值肯定是工厂设计的安全值。而且系统工作电流肯定是定值(因为主机要保证激光的输出功率,电流就必须保持在一个很稳定的数值,因为激光是恒电流工作方式),那么I2值就不变了,P热功率变大只能是R电阻的变大,电阻是如何变大的呢?这个变化在触点上。


  从上图可以看出,这是一块普通的手机电池,触点出已经不是刚出厂时闪亮亮的状态了,这是因为氧化与摩擦对触点的损坏。众所周知触点多是铜质(也有少数为银质),而铜和银都是易氧化金属,在空气中氧气的作用下回变成导电率很差的氧化铜(绿铜锈)和氧化银(银饰品表面的黑色),在电池中电子的作用下电化学反应速度远高于普通暴露在空气中金属的氧化速度,在华东、华南与西南这样的温润多雨地区,一个雨季就可以导致电池触点的锈蚀。当观察到电池/主机触点不像出厂时那样闪亮亮的时候,就说明触点表面已经被一层暗色的氧化物所覆盖了。这时触点的导电率会急剧下降。导电率差也就是R电阻变大,再使用时P热功率就会明显增加(据我们实验,触点温度可达170℃以上)。



                                  被氧化了的电池触点


而我们使用的激光物证显现仪是大功率电气设备,与手机、笔记本电脑相比,电流是很大的,这就使发生危险的几率远大于手机、笔记本这些电气设备。


最好的安全设计就是将电池整合到整个设备的电气系统中,例如现在的iPhone手机、三星Galaxy手机、iPad以及新上市的笔记本电脑(如联想拯救者系列),都是不可拆卸的内置电池设计。内置电池是多年来摸索过来的电气安全经验。现在就连小功率电气设备都开始向内置式转变,这是多年实验室、市场以及血与泪的新闻促成的。(特斯拉使用的是钛合金触点,钛合金最大的特点就是不锈,多用于船舶与航天涂料上,但钛合金作为触点还有许多技术需要攻克【例如导电性】,国内目前并没有钛合金触点技术,所以这个不在讨论范围内)

 

另一点细节在于一个成本并不高但实实在在关系到安全的地方——提手。

提手是人与设备最直接交互的地方,它承载着全部的设备重量,而一些厂家为了在这个小设计上节约成本,不惜冒着安全隐患使用本不该用在此处的设计。


上图是廉价的提手,已经出现各种质量与安全问题


请见上图,图中使用了廉价的提手,而左上与右下两图中已经明显可以看出已经发生或即将发生的安全事故。廉价提手多使用PU软塑料或不足1mm厚的铁皮作为连接器件,而对于一台几公斤重的设备,采用这样的提手是完全不负责任的设计,如果在工作过程中提手发生断裂,设备将有很大可能砸到工作人员的腿脚,造成软组织损伤或骨折等伤害。

而负责任的设计是下图这样的提手:


优质的提手是上图这种大面积的硬性连接

上图中的提手均采用了大面积的硬性连接,配以大尺寸锰钢螺丝与光固化胶作为固定媒介。可以承受上百公斤的重力,以保证工作过程中的设备稳定。


    诚然,可更换电池或外置电池在重量、体积等便利性方面可以很讨巧。廉价提手也可以节省成本。但是这却是以安全为代价的便利。客户的安全是企业的职责,我们本着这一点推出这篇科普文章,希望使用者可以意识到设备的安全使用。我们更不希望个别山寨厂商拿着鸡毛当令剑这种不负责任的设计思想(也许他们根本没有安全意识)毁了这个行业。我们希望各代理商向自己的客户发放这篇文章,提高客户的安全意识,由于没有行业规范文件,我们只能自我约束,自我反思,哪些决策是对客户、对行业有利的?国人不信任国货不是中国造不出质量优秀的产品,而是中国的很多企业并没有一颗对用户负责任的心态,因为我们有海尔而不用购买博世、因为我们有创维而不用购买索尼、因为我们有华为而不用购买思科。这些负责任的企业引领了中国的产业。而我们,一个具有近十年激光物证显现仪研发与生产经验的企业,同样可以向客户承诺我们的产品不比任何一家进口产品差,我们敢于承诺进口企业也不敢承诺的五年质保,这是国货自强最好的表现!