传感技术在安全生产中的应用

2016-06-17尹璐琳

计算机时代 2016年6期

尹璐琳

摘要：安全生产离不开传感技术，但在实际应用中会出现抗干扰性差、精确度低、通信效果差等问题。无线传感器网络具有结构灵活、功耗低、成本低等优点，而光纤传感器具有灵敏度高、抗腐蚀性强、使用寿命长等特点，文章探讨了这两者在安全生产中的应用。

关键词：安全生产；传感技术；无线传感器网络；光纤传感器；监测

中图分类号：TP212.9；TD76 文献标志码：A 文章编号：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

安全生产工作难度大，备受相关部门重视，它关乎着企业的健康发展、社会的稳定和谐和国家的繁荣富强，因此决不能有半点疏忽，防患于未然与及时解决问题都是十分必要的。实际中，安全生产工作困难重重，如瓦斯气体爆炸、运输管道泄漏、煤矿工作人员被困井下、救援工作难以开展等，安全事故时有发生。这些事故带来的后果十分严重，而科学、及时、有效地解决这些困难，并将问题从源头上处理完善是当务之急。因此，有必要将先进的科学技术应用到安全生产中，以解决这些难题。

本文讨论传感技术在安全生产中的应用，将无线传感器网络和光纤传感器这两个目前比较可靠且应用广泛的传感技术应用到安全生产的瓦斯监测[1-4]、管道监测[5-6]、煤矿井下人员定位[7]、应急救援[8]中，以帮助安全生产各个环节健康顺利运行，以及人员安全作业。无线传感器网络结构灵活、易于设置；光纤传感器灵敏度高、抗干扰抗腐蚀性高。

1 传感技术概论

1.1 传感器

传感器一般是由敏感元件、转换元件、变换电路与辅助电源这几个部分组成，它能用来感受特定的被测量，并将感受到的信息按照一定的数学函数规律转换成电信号或其他类别的信号输出，这样就达到了获取不能直接测量或者不容易测量的数据的目的，并且将其转换成了可供其他元件或电路进行处理分析、传输、存储和显示等的信号。传感器是一种实现了数字化、系统化、微型化、智能化、网络化、多功能化的检测装置，它的工作流程通常可概括为：首先经过敏感元件直接感受被测量，从而输出与被测量形成已确定关系的物理量信号，接着这个信号被转换元件转换成电信号，最后电信号被变换电路放大调制，另外，一般还有辅助电源对转换元件与变换电路进行供电。

1.2 无线传感器网络

无线传感器网络作用是，让分布在一定区域内的大量静止或移动的廉价并微型的传感器节点使用无线通信方式，并构建多跳和自组织的网络系统，以协作地感知、采集并处理这个网络区域内所感知对象的信息，最后将信息发送给观察者。无线传感器网络具有自组织、大规模、可靠性高、集成化、动态的系统可重构性、以数据为中心等特点。

1.3 光纤传感器

光纤传感器利用光纤传输从光源产生的光信号至调制器，然后让待测参数与此光信号相互作用，使得光信号的光强度、频率、波长、相位等光学性质有所改变，即形成了已被调制的信号源，接着此信号源经过光纤传入探测器被其解调，最终获得被测参数。光纤传感器相比于其他传感器具有很多优势，它能够有效抗电磁及原子辐射干扰，并且具有绝缘、抗腐蚀、耐水和耐高温等特点，可广泛应用于数字信号传输，如电话、宽带等，以及应用于自动售货机、银行各种金融终端设备、自动化设备等方面。

2 传感技术在安全生产中的应用

为了有效地避免或及时处理诸如瓦斯气体爆炸、重要管道损坏、煤矿井下人员行踪不明、救援不及时等安全事故，结合无线传感网与光纤传感器自身的特点，我们来分析传感技术在帮助解决安全生产问题的实际应用情况。

2.1 瓦斯监测

瓦斯气体在煤矿中最为常见，是易燃易爆的危险气体，被人吸入体内后可能会引起中毒，严重威胁到人员安危，因此有必要对瓦斯气体的浓度进行有效的检测和安全控制。由于光纤传感器可以在恶劣的环境下长时间工作，并且具有使用寿命长、抗干扰性强、绝缘等特点，非常适合用作煤矿井下瓦斯气体传感器。光纤传感器通过对瓦斯气体对其内部光信号的影响以及解调得出与当前气体浓度成确定关系的信号，这个信号经控制中心一定处理后就可得到气体浓度值，可在显示屏上实时显示，确保了瓦斯浓度得到有效监控。

2.2 管道监测

管道运输是一种常用的运输方式，用于长距离运输石油和天然气等，管道的安全十分关键，任何一处损坏，都可能引起重大的安全事故，并且会导致资源浪费，环境污染等问题，因此对管道的安全监测十分重要。管道安全检测采用光纤传感器，根据液体泄漏和气体泄漏导致管道周围温度的不同变化规律这个特点[5]，采用光纤温度传感器对管道温度实时监测，根据一定时间内温度变化情况，可以及时地检测出泄漏情况以及锁定具体位置，为避免与及时处理管道泄漏问题提供支持。

2.3 煤矿井下人员定位

煤矿井下工作环境复杂，矿工在作业时若不能得到准确的位置信息，将是很大的安全隐患，因此有必要加强对井下人员的位置把握，即实现良好的定位。采用无线传感器网络实现煤矿井下人员定位[7]，就是在井下各个有效位置布置好一定的瓦斯传感器和温度、湿度传感器，这些节点之间采用无线通信方式，工人身上佩戴好定位终端设备，由控制中心搜集各节点的信息并对其是否达标做出判断，若有危险情况及时报警，通知该位置人员撤离，加强了矿工人身安全保障。

2.4 应急救援

一般的通信网络设备很难在发生火灾、大型爆炸或地震等重大事故后的环境下正常工作，而无线传感器网络因其结构灵活、布设方便和自组织式网络的特点，可以很好地用在应急救援的环境中。各个传感器节点采用移动机器人布点的设置方式，由控制中心对现场情况的初步勘测模拟出传感器节点位置，然后再控制机器人到达各个点布置传感器，以便控制中心得到现场更精准的数据[8]。这样可对应急救援工作提供可靠的帮助，同时用机器人布点也大大降低了救援人员的工作危险系数。

3 结束语

本文结合具有一定优势的无线传感器网络与光纤传感器，探讨了传感技术在安全生产中的瓦斯监测、管道监测、煤矿井下人员定位与应急救援几个方面的应用情况，以助解决瓦斯浓度控制问题、管道泄漏问题、煤矿井下人员安全问题以及应急救援工作安全问题，促进安全生产事业的顺利发展。

未来传感器的发展方向将会是体积更小、精确度更高、种类更多和成本更低等，并结合其他先进技术相互促进发展，同时其应用模式也会不断推成出新。总之，传感器实现了对人来说无法直接感触的数据测量，具有更广泛和更可靠的应用前景，但其在安全生产中的具体应用，目前尚存在的标准统一问题、成本缩减问题、平台建设与完善问题等，这些还需进一步研究与解决。

参考文献（References）：

[1] 桑海泉，康荣学.基于无线传感网络的安全监控系统应用研

究[J].中国安全生产科学技术，2013.9（7）：118-123

[2] 李纪榕，李福进，吴艳微等.基于无线传感网络的煤矿安全监

测系统设计[J].传感技术学报，2011.24（9）：1336-1340.

[3] 李蒙，武新.基于无线传感网络瓦斯传感器调校技术研究[J].

计算机测量与控制，2011.19（1）：240-242

[4] 戴峻.光纤传感器在煤矿安全监控系统中的应用[J].煤矿安

全，2010.41（8）：77-80

[5] 冷建成，周国强，吴泽民等.光纤传感技术及其在管道监测中

的应用[J].无损检测，2012.34（1）：61-65

[6] 韩涛，黄家会，李建清.基于光纤光栅传感技术的深井井壁结