傳感技術在安全生產中的應用

尹璐琳

摘 要： 安全生產離不開傳感技術，但在實際應用中會出現抗干擾性差、精確度低、通信效果差等問題。無線傳感器網絡具有結構靈活、功耗低、成本低等優點，而光纖傳感器具有靈敏度高、抗腐蝕性強、使用壽命長等特點，文章探討了這兩者在安全生產中的應用。

關鍵詞： 安全生產； 傳感技術； 無線傳感器網絡； 光纖傳感器； 監測

中圖分類號：TP212.9；TD76 文獻標志碼：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

安全生產工作難度大，備受相關部門重視，它關乎著企業的健康發展、社會的穩定和諧和國家的繁榮富強，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，安全事故時有發生。這些事故帶來的后果十分嚴重，而科學、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務之急。因此，有必要將先進的科學技術應用到安全生產中，以解決這些難題。

本文討論傳感技術在安全生產中的應用，將無線傳感器網絡和光纖傳感器這兩個目前比較可靠且應用廣泛的傳感技術應用到安全生產的瓦斯監測[1-4]、管道監測[5-6]、煤礦井下人員定位[7]、應急救援[8]中，以幫助安全生產各個環節健康順利運行，以及人員安全作業。無線傳感器網絡結構靈活、易于設置；光纖傳感器靈敏度高、抗干擾抗腐蝕性高。

1 傳感技術概論

1.1 傳感器

傳感器一般是由敏感元件、轉換元件、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學函數規律轉換成電信號或其他類別的信號輸出，這樣就達到了獲取不能直接測量或者不容易測量的數據的目的，并且將其轉換成了可供其他元件或電路進行處理分析、傳輸、存儲和顯示等的信號。傳感器是一種實現了數字化、系統化、微型化、智能化、網絡化、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系的物理量信號，接著這個信號被轉換元件轉換成電信號，最后電信號被變換電路放大調制，另外，一般還有輔助電源對轉換元件與變換電路進行供電。

1.2 無線傳感器網絡

無線傳感器網絡作用是，讓分布在一定區域內的大量靜止或移動的廉價并微型的傳感器節點使用無線通信方式，并構建多跳和自組織的網絡系統，以協作地感知、采集并處理這個網絡區域內所感知對象的信息，最后將信息發送給觀察者。無線傳感器網絡具有自組織、大規模、可靠性高、集成化、動態的系統可重構性、以數據為中心等特點。

1.3 光纖傳感器

光纖傳感器利用光纖傳輸從光源產生的光信號至調制器，然后讓待測參數與此光信號相互作用，使得光信號的光強度、頻率、波長、相位等光學性質有所改變，即形成了已被調制的信號源，接著此信號源經過光纖傳入探測器被其解調，最終獲得被測參數。光纖傳感器相比于其他傳感器具有很多優勢，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，可廣泛應用于數字信號傳輸，如電話、寬帶等，以及應用于自動售貨機、銀行各種金融終端設備、自動化設備等方面。

2 傳感技術在安全生產中的應用

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，結合無線傳感網與光纖傳感器自身的特點，我們來分析傳感技術在幫助解決安全生產問題的實際應用情況。

2.1 瓦斯監測

瓦斯氣體在煤礦中最為常見，是易燃易爆的危險氣體，被人吸入體內后可能會引起中毒，嚴重威脅到人員安危，因此有必要對瓦斯氣體的濃度進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境下長時間工作，并且具有使用壽命長、抗干擾性強、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部光信號的影響以及解調得出與當前氣體濃度成確定關系的信號，這個信號經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，確保了瓦斯濃度得到有效監控。

2.2 管道監測

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，管道的安全十分關鍵，任何一處損壞，都可能引起重大的安全事故，并且會導致資源浪費，環境污染等問題，因此對管道的安全監測十分重要。管道安全檢測采用光纖傳感器，根據液體泄漏和氣體泄漏導致管道周圍溫度的不同變化規律這個特點[5]，采用光纖溫度傳感器對管道溫度實時監測，根據一定時間內溫度變化情況，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

煤礦井下工作環境復雜，礦工在作業時若不能得到準確的位置信息，將是很大的安全隱患，因此有必要加強對井下人員的位置把握，即實現良好的定位。采用無線傳感器網絡實現煤礦井下人員定位[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，這些節點之間采用無線通信方式，工人身上佩戴好定位終端設備，由控制中心搜集各節點的信息并對其是否達標做出判斷，若有危險情況及時報警，通知該位置人員撤離，加強了礦工人身安全保障。

2.4 應急救援

一般的通信網絡設備很難在發生火災、大型爆炸或地震等重大事故后的環境下正常工作，而無線傳感器網絡因其結構靈活、布設方便和自組織式網絡的特點，可以很好地用在應急救援的環境中。各個傳感器節點采用移動機器人布點的設置方式，由控制中心對現場情況的初步勘測模擬出傳感器節點位置，然后再控制機器人到達各個點布置傳感器，以便控制中心得到現場更精準的數據[8]。這樣可對應急救援工作提供可靠的幫助，同時用機器人布點也大大降低了救援人員的工作危險系數。

3 結束語

本文結合具有一定優勢的無線傳感器網絡與光纖傳感器，探討了傳感技術在安全生產中的瓦斯監測、管道監測、煤礦井下人員定位與應急救援幾個方面的應用情況，以助解決瓦斯濃度控制問題、管道泄漏問題、煤礦井下人員安全問題以及應急救援工作安全問題，促進安全生產事業的順利發展。

未來傳感器的發展方向將會是體積更小、精確度更高、種類更多和成本更低等，并結合其他先進技術相互促進發展，同時其應用模式也會不斷推成出新。總之，傳感器實現了對人來說無法直接感觸的數據測量，具有更廣泛和更可靠的應用前景，但其在安全生產中的具體應用，目前尚存在的標準統一問題、成本縮減問題、平臺建設與完善問題等，這些還需進一步研究與解決。

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