燃氣管道安全“小衛士”

燃氣管道在長時間使用的過程中，可能會受到如地質災害、材料缺陷等多種因素的影響，導致管道受損，引發燃氣泄漏甚至出現爆炸等事故。因此，對燃氣管道進行實時監測和預警，是保障公共安全和人民生命財產安全的重要措施。

一、設計目標

1.設計適用于燃氣管道的傳感器節點和網關設備，實現對管道內部狀態和環境參數的實時監測。

2.利用物聯網技術，將各個傳感器節點與網關設備進行組網通信，實現數據的集中管理和遠程傳輸。

3.開發數據分析和處理算法，對采集到的數據進行處理和分析，發現異常情況后及時預警。

4.對系統的性能和可靠性進行測試與驗證，確保系統能在不同環境下穩定運行。

二、制作過程

利用物聯網技術，將多種傳感器組網，實現數據的集中管理和遠程傳輸。

制作模型時，需要使用的器材有膠槍、激光切割套件、Arduino主控板、Arduino拓展板、煙霧傳感器、火焰傳感器、舵機、開關模塊、電池盒及電池等。

當出現燃氣泄漏或發生火災時，煙霧傳感器能及時感知并將信息傳輸到Arduino主控板，通過控制蜂鳴器報警，并及時關閉燃氣閥門。

作者有話說：

選擇哪些傳感器來監測燃氣管道內部狀態和環境參數？怎樣設計適用于燃氣管道的傳感器節點和網關設備？如何處理和分析大量實時數據，以便及時發現異常情況并發出預警？……在制作過程中，針對遇到的難題，我進行了大量的理論分析和實驗驗證，最終完成了制作。

三、系統測試

（一）實驗設計

用打火機釋放出的未燃燒氣體模擬燃氣管道泄漏和家中有害氣體泄漏，并對兩種情況進行分析。

（二）實驗數據

1. 傳感器數據

在不同場景下，傳感器能準確監測燃氣濃度的變化，并實時傳輸至數據處理中心。傳感器數據的準確性達98%以上，滿足實際應用需求。

2. 響應時間

在實驗過程中，檢測系統的響應時間在5秒以內。即使在復雜環境下，系統的響應時間也較為穩定，未出現明顯延遲或故障。

3. 報警準確率

在多次實驗中，系統均未出現誤報或漏報情況，報警準確率達99%以上，表現出良好的穩定性和可靠性。

4. 其他數據

在總測試時間為5小時（即執行30個測試周期）的情況下，使用額定容量為19 Ah的電池，可正常工作3年。這體現了該技術在燃氣管道檢測系統應用中的低功耗特性。

通信設備：接收電流在10～20 mA，能耗大幅降低，這樣在偏遠地區或難以布線供電的燃氣管道監測場景中，設備可依靠電池供電長時間運行。

數據準確性：通過傳感器和數據預處理技術，燃氣管道檢測系統采集數據的準確率通常能達90%以上。

系統響應時間：從傳感器檢測出數據異常到監控中心發出警報，系統的響應時間在1～3秒。

實驗結果表明，該系統能準確監測燃氣管道內部狀態和環境參數的變化，及時發現異常情況并發出預警，能有效降低燃氣管道事故的發生率。（指導老師：遼寧省朝陽市第二高級中學" 雷鑫）

點評專家

譚迪熬" 中國發明協會院士專家咨詢工作委員會首任專家、中國發明協會中小學創造教育分會會長

洪郡堂同學的作品是一件創新實踐作品。這是因為該項目為選題專業性較強，需具備較深厚的專業基礎，并在專業實驗室或專業機構完成的A類作品，已有多個專業機構在該領域形成了較成熟的技術。通過這一項目的實施，洪郡堂同學的科研潛質得到了激發，實踐能力也得到了培養，這是值得肯定的。

但應指出的是，科技創新既包括“從0到1”的基礎研究和原始創新，也包括“從1到10或10到100”的應用研究。習近平總書記曾在科學家座談會上明確指出：“我們必須走出適合國情的創新路子，特別是要把原始創新能力提升擺在更加突出的位置，努力實現更多‘從0到1’的突破。”我們培養拔尖創新人才，就是要培養學生的原創能力，讓學生從小養成善于發現新問題，并用獨特的方式解決問題，樂于實現“從0到1”的突破的好習慣！因此，我們應注重選題和解題的原創性，而不是作品的“高、精、尖”或成人化。

探索任務卡

查一查：你家燃氣表是否安裝了防泄漏裝置？

畫一畫：為燃氣安全設計一張科普海報。