傳感技術(shù)在安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

尹璐琳

摘 要： 安全生產(chǎn)離不開傳感技術(shù)，但在實際應(yīng)用中會出現(xiàn)抗干擾性差、精確度低、通信效果差等問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有結(jié)構(gòu)靈活、功耗低、成本低等優(yōu)點，而光纖傳感器具有靈敏度高、抗腐蝕性強(qiáng)、使用壽命長等特點，文章探討了這兩者在安全生產(chǎn)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 安全生產(chǎn)； 傳感技術(shù)； 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)； 光纖傳感器； 監(jiān)測

中圖分類號：TP212.9；TD76 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2016）06-67-02

Abstract： Production safety is dependent on the sensing technology， but it has many problems in the practical application， such as poor anti-interference， low precision， bad communication effect and so on. Wireless sensor network has advantages of flexible structure， low power consumption， low cost and so on， and optical fiber sensor has high sensitivity， strong corrosion resistance， long life and other characteristics， in this paper， the application of both of them in production safety is discussed.

Key words： production safety； sensing technology； wireless sensor network； optical fiber sensor； monitoring

0 引言

安全生產(chǎn)工作難度大，備受相關(guān)部門重視，它關(guān)乎著企業(yè)的健康發(fā)展、社會的穩(wěn)定和諧和國家的繁榮富強(qiáng)，因此決不能有半點疏忽，防患于未然與及時解決問題都是十分必要的。實際中，安全生產(chǎn)工作困難重重，如瓦斯氣體爆炸、運輸管道泄漏、煤礦工作人員被困井下、救援工作難以開展等，安全事故時有發(fā)生。這些事故帶來的后果十分嚴(yán)重，而科學(xué)、及時、有效地解決這些困難，并將問題從源頭上處理完善是當(dāng)務(wù)之急。因此，有必要將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用到安全生產(chǎn)中，以解決這些難題。

本文討論傳感技術(shù)在安全生產(chǎn)中的應(yīng)用，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和光纖傳感器這兩個目前比較可靠且應(yīng)用廣泛的傳感技術(shù)應(yīng)用到安全生產(chǎn)的瓦斯監(jiān)測[1-4]、管道監(jiān)測[5-6]、煤礦井下人員定位[7]、應(yīng)急救援[8]中，以幫助安全生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)健康順利運行，以及人員安全作業(yè)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活、易于設(shè)置；光纖傳感器靈敏度高、抗干擾抗腐蝕性高。

1 傳感技術(shù)概論

1.1 傳感器

傳感器一般是由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、變換電路與輔助電源這幾個部分組成，它能用來感受特定的被測量，并將感受到的信息按照一定的數(shù)學(xué)函數(shù)規(guī)律轉(zhuǎn)換成電信號或其他類別的信號輸出，這樣就達(dá)到了獲取不能直接測量或者不容易測量的數(shù)據(jù)的目的，并且將其轉(zhuǎn)換成了可供其他元件或電路進(jìn)行處理分析、傳輸、存儲和顯示等的信號。傳感器是一種實現(xiàn)了數(shù)字化、系統(tǒng)化、微型化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化、多功能化的檢測裝置，它的工作流程通常可概括為：首先經(jīng)過敏感元件直接感受被測量，從而輸出與被測量形成已確定關(guān)系的物理量信號，接著這個信號被轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成電信號，最后電信號被變換電路放大調(diào)制，另外，一般還有輔助電源對轉(zhuǎn)換元件與變換電路進(jìn)行供電。

1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作用是，讓分布在一定區(qū)域內(nèi)的大量靜止或移動的廉價并微型的傳感器節(jié)點使用無線通信方式，并構(gòu)建多跳和自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以協(xié)作地感知、采集并處理這個網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)所感知對象的信息，最后將信息發(fā)送給觀察者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織、大規(guī)模、可靠性高、集成化、動態(tài)的系統(tǒng)可重構(gòu)性、以數(shù)據(jù)為中心等特點。

1.3 光纖傳感器

光纖傳感器利用光纖傳輸從光源產(chǎn)生的光信號至調(diào)制器，然后讓待測參數(shù)與此光信號相互作用，使得光信號的光強(qiáng)度、頻率、波長、相位等光學(xué)性質(zhì)有所改變，即形成了已被調(diào)制的信號源，接著此信號源經(jīng)過光纖傳入探測器被其解調(diào)，最終獲得被測參數(shù)。光纖傳感器相比于其他傳感器具有很多優(yōu)勢，它能夠有效抗電磁及原子輻射干擾，并且具有絕緣、抗腐蝕、耐水和耐高溫等特點，可廣泛應(yīng)用于數(shù)字信號傳輸，如電話、寬帶等，以及應(yīng)用于自動售貨機(jī)、銀行各種金融終端設(shè)備、自動化設(shè)備等方面。

2 傳感技術(shù)在安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

為了有效地避免或及時處理諸如瓦斯氣體爆炸、重要管道損壞、煤礦井下人員行蹤不明、救援不及時等安全事故，結(jié)合無線傳感網(wǎng)與光纖傳感器自身的特點，我們來分析傳感技術(shù)在幫助解決安全生產(chǎn)問題的實際應(yīng)用情況。

2.1 瓦斯監(jiān)測

瓦斯氣體在煤礦中最為常見，是易燃易爆的危險氣體，被人吸入體內(nèi)后可能會引起中毒，嚴(yán)重威脅到人員安危，因此有必要對瓦斯氣體的濃度進(jìn)行有效的檢測和安全控制。由于光纖傳感器可以在惡劣的環(huán)境下長時間工作，并且具有使用壽命長、抗干擾性強(qiáng)、絕緣等特點，非常適合用作煤礦井下瓦斯氣體傳感器。光纖傳感器通過對瓦斯氣體對其內(nèi)部光信號的影響以及解調(diào)得出與當(dāng)前氣體濃度成確定關(guān)系的信號，這個信號經(jīng)控制中心一定處理后就可得到氣體濃度值，可在顯示屏上實時顯示，確保了瓦斯?jié)舛鹊玫接行ПO(jiān)控。

2.2 管道監(jiān)測

管道運輸是一種常用的運輸方式，用于長距離運輸石油和天然氣等，管道的安全十分關(guān)鍵，任何一處損壞，都可能引起重大的安全事故，并且會導(dǎo)致資源浪費，環(huán)境污染等問題，因此對管道的安全監(jiān)測十分重要。管道安全檢測采用光纖傳感器，根據(jù)液體泄漏和氣體泄漏導(dǎo)致管道周圍溫度的不同變化規(guī)律這個特點[5]，采用光纖溫度傳感器對管道溫度實時監(jiān)測，根據(jù)一定時間內(nèi)溫度變化情況，可以及時地檢測出泄漏情況以及鎖定具體位置，為避免與及時處理管道泄漏問題提供支持。

2.3 煤礦井下人員定位

煤礦井下工作環(huán)境復(fù)雜，礦工在作業(yè)時若不能得到準(zhǔn)確的位置信息，將是很大的安全隱患，因此有必要加強(qiáng)對井下人員的位置把握，即實現(xiàn)良好的定位。采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)煤礦井下人員定位[7]，就是在井下各個有效位置布置好一定的瓦斯傳感器和溫度、濕度傳感器，這些節(jié)點之間采用無線通信方式，工人身上佩戴好定位終端設(shè)備，由控制中心搜集各節(jié)點的信息并對其是否達(dá)標(biāo)做出判斷，若有危險情況及時報警，通知該位置人員撤離，加強(qiáng)了礦工人身安全保障。

2.4 應(yīng)急救援

一般的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備很難在發(fā)生火災(zāi)、大型爆炸或地震等重大事故后的環(huán)境下正常工作，而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)因其結(jié)構(gòu)靈活、布設(shè)方便和自組織式網(wǎng)絡(luò)的特點，可以很好地用在應(yīng)急救援的環(huán)境中。各個傳感器節(jié)點采用移動機(jī)器人布點的設(shè)置方式，由控制中心對現(xiàn)場情況的初步勘測模擬出傳感器節(jié)點位置，然后再控制機(jī)器人到達(dá)各個點布置傳感器，以便控制中心得到現(xiàn)場更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)[8]。這樣可對應(yīng)急救援工作提供可靠的幫助，同時用機(jī)器人布點也大大降低了救援人員的工作危險系數(shù)。

3 結(jié)束語

本文結(jié)合具有一定優(yōu)勢的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與光纖傳感器，探討了傳感技術(shù)在安全生產(chǎn)中的瓦斯監(jiān)測、管道監(jiān)測、煤礦井下人員定位與應(yīng)急救援幾個方面的應(yīng)用情況，以助解決瓦斯?jié)舛瓤刂茊栴}、管道泄漏問題、煤礦井下人員安全問題以及應(yīng)急救援工作安全問題，促進(jìn)安全生產(chǎn)事業(yè)的順利發(fā)展。

未來傳感器的發(fā)展方向?qū)求w積更小、精確度更高、種類更多和成本更低等，并結(jié)合其他先進(jìn)技術(shù)相互促進(jìn)發(fā)展，同時其應(yīng)用模式也會不斷推成出新?？傊?，傳感器實現(xiàn)了對人來說無法直接感觸的數(shù)據(jù)測量，具有更廣泛和更可靠的應(yīng)用前景，但其在安全生產(chǎn)中的具體應(yīng)用，目前尚存在的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一問題、成本縮減問題、平臺建設(shè)與完善問題等，這些還需進(jìn)一步研究與解決。

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