CN101295425B - 渔船鱼舱硫化氢气体在线检测报警装置 - Google Patents

Abstract

一种专用于渔船鱼舱硫化氢气体在线检测报警装置，包括安装在渔船驾驶台的检测报警处理器主机；安装在被检测鱼舱底板的硫化氢传感器安装防护罩，防护罩内的内置两个半导体传感器同步工作的硫化氢浓度探头，硫化氢浓度探头和报警处理器主机之间采用四芯信号电缆连接。报警采用内置声音和指示灯报警，实现自动检测，自动消除隐患；主机处理容量大，一台主机可连接四个硫化氢浓度探头，实现对四个鱼舱的硫化氢浓度在线检测和报警，在恶劣环境下有较高的灵敏度和可靠性，能适应在渔船实际恶劣环境中的长期在线稳定工作，连续使用寿命可达12个月以上，安装简单，操作方便，报警显示和含义简洁。

Description

渔船鱼舱硫化氢气体在线检测报警装置

技术领域

本发明涉及利用半导体硫化氢传感器进行对渔船鱼舱硫化氢有毒气体的长期在线检测和报警。

背景技术

利用气体传感器进行有害目标气体浓度的检测和监控是非常有效而可靠的技术，如宾馆和公共场合广泛使用的烟雾报警器、企业厂矿大量使用的瓦斯、CO、甲烷等各类可燃、有毒气体报警器等。在陆上的正常使用条件下，无论是电化学原理、催化燃烧原理还是半导体气敏原理的气体浓度传感器都能有可靠的检测性能。

在海洋作业渔船环境下，难以将陆上成熟的各类气体报警器直接搬到渔船使用，尤其是环境更加恶劣的渔船鱼舱上使用，主要因素有：首先渔船是流动的作业船只，常年在海面，只在特殊时候，比如休渔期或春节等重要节假日渔船才会进港停泊，也就是说无论是设备的安装还是维修，其所能提供的时间窗口非常有限，这就要求渔船上使用的设备首先必须是稳定可靠且简单易用，即使在海面上发生故障都能通过简单的更换操作而保证检测设备的连续性工作；其次，渔船天然的恶劣自然环境对于半导体技术、电子信息技术产品都带来长期工作可靠性稳定性方面的挑战，最主要的还是防海水海风锈蚀和鱼舱高湿度高盐碱度的腐蚀，因此目前市面上通用的各类成熟的适用于陆上环境的气体报警器都不能直接应用在渔船环境上；最后，鱼舱硫化氢气体产生和消除的特殊性，决定了探头和报警主机安装位置和安装方式的特殊性，由此带来探头和主机设计考虑因素的多面性。渔船船员安全意识不强，鱼舱作业时往往图省时省力，频繁发生在渔船上的船员在鱼舱内的硫化氢中毒事故，是本发明采用长期在线式检测和报警的社会背景。

发明内容

本发明目的是提供一种稳定可靠，可连续工作的面向渔船作业人员安全的鱼舱硫化氢气体检测报警装置，要求安装简单，操作方便，报警显示和含义简洁，并可根据实际需要改变安装方式和报警门限值。

本发明提供的渔船鱼舱硫化氢气体在线检测报警装置，包括安装在渔船驾驶舱内的检测报警处理器主机；安装在被检测鱼舱底板的探头安装防护罩，探头安装防护罩内的硫化氢浓度探头内置两个半导体硫化氢传感器备份工作，硫化氢浓度探头和报警处理器主机之间采用四芯信号电缆连接。

所述检测报警处理器主机外部主要包括：直流12V-30V电源输入端子、四路传感器信号输入端子，主机电源开关，主机电源指示灯，四路传感器工作状态指示灯，四路传感器浓度报警指示灯，外接音频报警接口；主机内部主要为内置PCB板，由MSP430FM135单片机、蜂鸣器、四路探头信号处理通道、DC12V-30V电源供电保护模块、精密时钟电路、记录存储电路、面板指示灯驱动模块组成；单片机软件功能模块包括：硫化氢浓度信号处理模块、连接电缆断线故障判别模块、传感器电气特性变坏判别模块、报警信号处理输出模块和报警信号记录处理模块。面板上四路传感器对应的工作状态指示灯显示每路传感器的工作状态正常或有故障，四路传感器浓度报警指示灯显示每路传感器的硫化氢浓度报警级别，传感器故障报警和硫化氢浓度报警均由PCB板上的蜂鸣器发出声音报警。

所述硫化氢浓度探头由两个同步工作半导体硫化氢传感器，探头内置PCB线路板，探头外壳，信号电缆连接端子组成。由主机通过四芯信号电缆给探头内置PCB线路板供电，两个半导体硫化氢传感器分别输出浓度电压信号至检测报警处理器主机，当两个半导体硫化氢传感器输出信号差值超过一定的范围时，其中一个半导体硫化氢传感器被认为有电气故障，由主机发出半导体硫化氢传感器电气特性变坏报警，当电气特性变坏报警发出时，船员可拆卸整个硫化氢浓度探头送检或重新标定准确度。两个半导体硫化氢传感器信号一致时，检测报警处理器主机取浓度信号偏大的一个值作为浓度报警的依据。

本发明在主机内置PCB线路板上设计了记录存储模块，对于主机开关机时间、探头故障报警时间、硫化氢浓度两个级别报警状态改变的时间等信息都会在主机内置PCB线路板上的记录存储模块里记录保存，用标准串口通信接口与计算机连接，即可读出报警信息记录供专业技术人员分析判断。

本发明浓度报警值可分为两级，第一级设定在15-25ppm，向渔船船员发出硫化氢浓度已上升的警告报警，第二级设定在40-60ppm，向船员发出红色危险报警，禁止船员不采取有效措施消除报警的情况下进鱼舱作业，合理的报警值设置避免了检测报警装置的频繁轻度报警和危及生命的滞后报警。

本发明所述探头安装防护罩由盖帽、上部探头安装防护管、中间固定在鱼舱底板上的安装法兰和下部通气固定管、内部防水隔板装置等几个部分组成。考虑到渔船在海上航行过程中的摇晃程度，避免底板下的污水溅湿硫化氢浓度探头，在中间法兰位置的管内部特别设计了能通气又防海水上涌的隔板装置，上部探头安装防护管的顶部设计承重封装的盖帽，由于探头防护罩安装于鱼舱底板上，要做到不影响船员的鱼舱内装卸货活动和鱼舱的总体存货容积，盖帽与上部安装管之间设计了通风窗口，以便污水舱的硫化氢能与储鱼舱内形成流动，保证检测到的硫化氢浓度是污水舱的实时变化浓度。

本发明的实际应用安装简便，将探头安装防护罩安装在鱼舱纵向中线靠近鱼舱间隔板附近，固定好探头安装防护罩后，将探头固定在防护罩顶端的盖帽上，盖帽用螺丝固定到安装防护罩的上部探头安装防护管的外壁，连接四芯信号电缆并穿过鱼舱间隔板至渔船机舱到达安装报警器主机位置的驾驶舱。所有连接电缆端子接头处用热缩套管封住并且在外部缠紧防水胶带，鱼舱内部分的线缆需用PVC管做防护，以防止鱼舱装卸货作业时连接电缆被擦碰损坏导致本发明不能正常工作。

本发明的技术特点包括：

采用半导体传感器，在渔船鱼舱恶劣工作环境下有较高的灵敏度和稳定性，连续稳定使用寿命可达12个月以上；电源供电电压范围宽，DC12V-30V，适合渔船电压不稳定环境下连续工作；报警采用内置声音和面板指示灯报警，并提供外接诸如电铃、喇叭等音频报警接口，并可通过接口扩展方便连接水泵、排风扇等降低硫化氢浓度的设备，实现自动检测，自动消除隐患；主机处理容量大，一台主机可连接四个硫化氢浓度探头，四个硫化氢浓度探头可独立安装于四个鱼舱，实现同时对四个鱼舱的硫化氢浓度在线检测和报警；报警级别设置为两级，第一级警告报警发出时，作业人员允许下舱作业10分钟；第二级危险报警发出时，作业人员严禁下舱掀鱼舱底板作业，必须开启污水抽水泵洗净舱底污水并打开鱼舱盖板待报警器解除报警后方可下舱作业。

探头采用高灵敏度高稳定性的半导体传感器TGS825双传感器工作，具有高可靠性的同时，能实现探头性能的自检和故障判别，便于及时发现故障探头并维修更换。探头(含防护罩)和主机均经过防水防潮、防盐碱、防锈蚀等特别防护处理。能适应在渔船实际恶劣环境中的长期在线稳定工作。

附图说明

附图1在线检测报警装置系统的主要部件在船上安装位置示意图，其中a为渔船结构，b为主机1面板放大件，c为探头安装防护罩27放大件

附图2在线检测报警装置系统工作原理框图

附图3检测报警装置主机外部结构示意图

附图4检测报警装置主机PCB板结构示意图

附图5硫化氢浓度探头结构示意图

附图6探头安装防护罩结构示意图

附图7探头安装防护罩在鱼舱内的最佳安装位置示意图

附图8探头安装防护罩安装示意图

附图中检测报警处理器主机1、12-30V直流电源输入端子2、四路传感器信号输入端子3、主机电源开关4、主机电源指示灯5、四路探头工作状态指示灯6、四路探头浓度报警指示灯7、外接音频报警接口8、主机PCB线路板9、MSP430FM135单片机10、蜂鸣器11、四路探头信号处理通道12、硫化氢浓度信号处理模块13、连接电缆断线故障判别模块14、传感器电气特性变坏判别模块15、报警信号处理输出模块16、报警信号记录处理模块17、精密时钟电路18、电源供电保护模块19、面板指示灯驱动模块20、记录存储电路21、硫化氢浓度探头22、探头外壳23、信号电缆连接端子24、半导体硫化氢传感器25、探头内置PCB线路板26、探头安装防护罩27、上部探头安装防护管28、中间安装法兰29、下部通气固定管30、隔板装置31、盖帽32、通气孔33、信号电缆穿线孔34、安装螺丝孔35、四芯信号电缆36、鱼舱间隔板37、鱼舱底板38、鱼舱间隔板穿线孔39、PVC保护管40。

具体实施方式

实施例1

参见附图1，渔船鱼舱硫化氢气体在线检测报警装置，报警检测处理器主机1安装在渔船驾驶台上；探头安装防护罩27安装在被检测鱼舱底板38上，探头安装防护罩27内置两个半导体硫化氢传感器25同步工作的硫化氢浓度探头22，硫化氢浓度探头22和检测报警处理器主机1之间采用四芯信号电缆36连接。

参见附图3，主机外部结构主要包括：12-30V直流电源输入端子2、四路传感器信号输入端子3、主机电源开关4、主机电源指示灯5、四路传感器工作状态指示灯6、四路传感器浓度报警指示灯7、外接音频报警接口8。检测报警处理器主机1面板上包括：四路传感器工作状态指示灯6显示每路传感器的工作状态正常或有故障，四路传感器浓度报警指示灯7显示每路传感器的硫化氢浓度报警级别。

参见附图4，主机内部结构包括：主机PCB线路板9、MSP430FM135单片机10、蜂鸣器11。参见附图2，主要由MSP430FM135单片机10构成的检测报警装置系统包括：四路探头信号处理通道12、硫化氢浓度信号处理模块13、连接电缆断线故障判别模块14、传感器电气特性变坏判别模块15、报警信号处理输出模块16、报警信号记录处理模块17、精密时钟电路18、电源供电保护模块19、面板指示灯驱动模块20、记录存储电路21。

检测报警处理器主机1直接从渔船上通用的直流24V电源取电，经由12-30V直流电源输入端子2，连接至直流12-30V电源供电保护模块19给检测报警处理器主机1供电。四路传感器信号输入端子3外接硫化氢浓度探头22，硫化氢浓度探头22的电压信号独立输入主机的四路处理通道12，采用MSP430FM135单片机10进行四路传感器信号的检测处理和判别报警。由四路处理通道12，硫化氢浓度信号处理模块13，报警信号处理输出模块16，面板指示灯驱动模块20，蜂鸣器11，构成硫化氢浓度的检测处理和判别报警。由四路处理通道12，电缆断线故障判别模块14，报警信号处理输出模块16，面板指示灯驱动模块20，蜂鸣器11，构成连接电缆物理断线故障判别报警；由四路处理通道12，传感器电气特性变坏判别模块15，报警信号处理输出模块16，面板指示灯驱动模块20，蜂鸣器11，构成传感器电气特性变坏判别报警；由报警信号记录处理模块17，精密时钟电路18，和报警记录存储电路21，构成主机电源开关机时间、探头故障报警时间、硫化氢浓度报警时间和类别的记录存储。

当硫化氢浓度达到设定的报警值时，硫化氢浓度探头22采集到的电压信号经过四芯信号电缆36传输至主机1上的四路传感器信号输入端子3，而后通过四路处理通道12到达硫化氢浓度信号处理模块13，硫化氢浓度信号处理模块13发出报警信号经由报警信号处理输出模块16分别到达蜂鸣器11、面板指示灯驱动模块20，由蜂鸣器11发出声音报警，四路传感器浓度报警指示灯7发出光电报警，同时报警信号送达报警信号记录处理模块17，由报警信号记录存储处理模块17将浓度报警时间和类型存储到记录存储电路21。

当硫化氢浓度探头22发生物理故障或四芯信号电缆发生断路时，电缆断线故障判别模块14能自动判别断线故障，故障信号送达报警信号处理输出模块16分别处理，一方面由面板指示灯驱动模块20驱动四路传感器工作状态指示灯6发出传感器故障光电报警和蜂鸣器11发出声音报警，另一方面由报警信号记录处理模块17将传感器故障报警时间和类型信息写入记录存储电路21。

当硫化氢浓度探头22内置的两个半导体硫化氢传感器25其中之一发生电气特性变坏时，由传感器电气特性变坏判别模块15向报警信号处理输出模块16送出传感器特性变坏报警信息，报警信号处理输出模块16一方面向蜂鸣器11发出声音报警指令和面板指示灯驱动模块20发出光电报警指令驱动四路传感器工作状态指示灯6发出探头故障报警，另一方面，由报警信号记录处理模块17将传感器故障报警时间和类型信息写入记录存储电路21。

通过与计算机连接可读取记录存储电路21中的所有最近500条报警记录，供技术人员分析和判断。

参见附图5，所述硫化氢浓度探头22包括：内置两个同步工作的半导体硫化氢传感器25，探头工作前端PCB线路板26、探头外壳23和信号电缆连接端子24组成一个完整的硫化氢浓度探头。传感器可采用型号为TGS825的传感器，传感器经由防锈蚀处理具有高可靠性。主机通过四芯信号电缆36给探头PCB线路板26供电，两个半导体硫化氢传感器25分别输出浓度电压信号至处理器主机1，当两个半导体硫化氢传感器信号差值超过一定的范围时，其中一个传感器被认为有电气特性变坏，由主机发出传感器电气特性变坏报警，两个传感器信号一致时，主机取信号偏大的一个值作为浓度报警的依据。

探头安装防护罩的设计考虑到渔船鱼舱具有高湿度、高盐碱度、低温和高温经常交替、鱼舱数量较多(最多的渔业运输船达到7-8个)且每个鱼舱存放的鱼虾种类和存放时间都不相同，最重要的是产生硫化氢气体的源头在于鱼舱底板38下的污水舱，因此检测污水舱内的硫化氢浓度变化是防止中毒事故发生的根本有效方法。

参见附图6，所述探头安装防护罩27包括：由上部探头安装防护管28、中间固定在鱼舱甲板上的安装法兰29和下部通气固定管30几个部分组成，在中间安装法兰位置的管内部设计了能通气但防海水上涌的隔板装置31，上部探头安装防护管的顶部设计了承重封装的盖帽32，由于探头和防护罩安装于鱼舱底板38上，能做到不影响船员的鱼舱内装卸货作业和鱼舱存货容积，盖帽32与上部探头安装防护管28之间设计了通气孔33，以便污水舱的硫化氢气体能与鱼舱内气体形成流动，保证检测到的硫化氢浓度是污水舱的实时浓度，防护罩上信号电缆穿线孔34供连接信号电缆36穿线用。所述探头安装防护罩27顶端采用可拆卸的盖帽32结构，硫化氢浓度探头22安装在盖帽32内侧，上部探头安装防护管28的内径为80mm，长度为150mm，下部通气固定管30内径60mm，长度150mm，中间固定法兰29厚度为5mm，直径为180mm的圆形法兰，法兰上有六个螺丝孔35呈正六角形排列。

硫化氢浓度探头22与主机1之间的信号连接电缆36及其连接端子的设计考虑到了两个重要的因素，一是安装布线和后续维修更换的操作方便性，二是在鱼舱恶劣的环境下，能有可靠的防锈蚀防水防潮性能。

参见附图7、附图8，将探头安装防护罩27安装在鱼舱纵向中线靠近鱼舱间隔板37附近，固定好安装防护罩27后，将硫化氢浓度探头22固定在探头安装防护罩27顶端的盖帽32上，盖帽32用螺丝固定到安装防护罩上部安装防护管28的外壁，连接信号电缆36穿过鱼舱间隔板37的穿线孔39，经PVC保护管40至渔船机舱，到达渔船驾驶舱检测报警处理器主机1位置。

本发明主机电源开关4打开时，主机电源绿色指示灯5亮，报警器开始自检，面板上对应各路探头的工作状态指示灯(绿灯)6和浓度报警指示灯(红灯)7闪烁，大约60秒左右自检结束，报警器主机1和硫化氢浓度探头22进入稳定工作状态，面板上的四路探头工作状态指示灯(绿灯)6亮，内置蜂鸣器11不工作。

一级(警告)报警：当硫化氢浓度探头22检测到一定浓度硫化氢气体(一级报警设定在20ppm)，对应报警回路红色指示灯7就会闪烁，同时蜂鸣器11也会发声音报警。当一级报警发出时，船员需要采取措施降低硫化氢浓度，消除报警，若不采取措施消警，最多允许在舱内作业10分钟。

二级(危险)报警：如果报警器主机1发出一级报警而船员没有作出相关措施降低浓度时，随着硫化氢浓度进一步升高，当浓度超过二级报警设定点(二级报警设定在50ppm)时，对应报警回路红色指示灯7常亮，且蜂鸣器11发出连续声音警报。二级报警发出时，严禁船员下舱作业，必须采取有效措施如抽水泵开启、打开鱼舱盖板透气半小时等待报警器消警之后方可下舱安全作业。

当浓度降低到设定的一级报警值时，报警器自动解除硫化氢浓度报警。

当某路探头信号连接电缆36断路或硫化氢浓度探头22本身发生烧毁，或探头里的两个半导体硫化氢传感器25因电气特性变坏，造成两个检测值超过设定的门限时，主机程序判别相应的点位电压，发出探头故障报警，提醒船员检修或将探头拆卸下来送维修服务处校准。

主机面板上指示灯在线检测报警含义参考表。

	绿灯	红灯	声音
				开机自检	闪烁	闪烁	有
正常运行	亮	灭	无
				一级报警	亮	闪烁	有
二级报警	亮	亮	有
				故障报警	闪烁	灭	有

当船员打开或关闭主机电源开关4，检测报警仪器装置工作状态改变时，报警记录模块21记录下开关机的时间，若发生探头故障报警，报警发生时间和自动解除时间都将被记录(要求探头故障报警发生时将探头拆卸并送当地维修服务点检修校准)，报警记录模块21也记下了从第一次浓度报警开始的每一次报警状态变化的时间。

报警器主机1以及内置PCB线路板9、硫化氢浓度探头22及其探头安装防护罩27、四芯信号电缆36接线端子等重要部分采取防盐碱防海水防海风锈蚀措施，诸如使用高性能不锈钢、外壳采用密封性处理、表面涂刷防护漆，电缆连接端子采用热缩管和防水胶带等多重保护，以满足检测报警系统装置在海上环境下的长期稳定可靠工作要求。

该实施例的渔船鱼舱硫化氢气体在线检测报警装置的技术参数如下：

1.工作条件：环境温度：-10℃～50℃(波动≤5℃)；相对湿度：≤95％；电源电压：DC12V-30V

2.开机响应时间：≤60S

3.漂移误差：≤10％/年

4.连续响应时间误差：≤5S

5.浓度报警设置误差：≤±20％

6.双传感器误差：≤600mV

7.气体浓度检测范围：0-100ppm

8.整机功耗：4-9W(连接4个探头)

9.尺寸规格：主机185×116×58(mm)；探头：Φ115×150+Φ160×5+Φ90×150；

10.产品重量：主机350g；探头(含防护罩)5500g.

Claims (4)

1.一种渔船鱼舱专用型硫化氢气体在线检测报警装置，主要由检测报警处理器主机(1)、硫化氢浓度探头(22)、探头安装防护罩(27)和四芯信号电缆(36)四个部分组成，所述检测报警处理器主机(1)安装在渔船驾驶台上；探头安装防护罩(27)安装在被检测鱼舱底板(38)上，硫化氢浓度探头(22)固定在探头安装防护罩(27)内，硫化氢浓度探头(22)和检测报警处理器主机(1)之间采用四芯信号电缆(36)连接，其特征是：所述探头安装防护罩(27)，由上部探头安装防护管(28)、固定在底板上的中间安装法兰(29)和下部通气固定管(30)三个部分组成，在中间安装法兰(29)位置的管内部设计了能通气但防海水上涌的隔板装置(31)，上部探头安装防护管的顶部设计了承重封装的盖帽(32)，盖帽(32)和上部探头安装防护管(28)的侧壁留有通气孔(33)和信号电缆穿线孔(34)，保证探头安装防护罩(27)内的硫化氢浓度探头(22)防水防压；整个探头安装防护罩(27)通过中间安装法兰(29)上的安装螺丝孔(35)固定在鱼舱底板(38)上。

2.根据权利要求1所述的渔船鱼舱专用型硫化氢气体在线检测报警装置，其特征是：所述探头安装防护罩(27)顶端采用可拆卸的盖帽(32)结构，硫化氢浓度探头(22)安装在盖帽(32)内侧，上部探头安装防护管(28)的内径为80mm，长度为150mm，下部通气固定管(30)内径60mm，长度150mm，中间安装法兰(29)是厚度为5mm，直径为180mm的圆形法兰，法兰上有六个安装螺丝孔(35)呈正六角形排列，将防护罩固定在鱼舱底板(38)上。

3.根据权利要求1所述的渔船鱼舱专用型硫化氢气体在线检测报警装置，其特征是：将探头安装防护罩(27)安装在鱼舱纵向中线靠近鱼舱间隔板(37)附近，固定好探头安装防护罩(27)后，将硫化氢浓度探头(22)固定在探头安装防护罩(27)顶端的盖帽(32)上，盖帽(32)用螺丝固定到探头安装防护罩(27)上部探头安装防护管(28)的外壁，四芯信号电缆(36)穿过鱼舱间隔板(37)的穿线孔(39)至渔船机舱到达渔船驾驶舱检测报警处理器主机(1)位置，鱼舱内部分的线缆用PVC管(40)做防护。

4.根据权利要求1所述的渔船鱼舱专用型硫化氢气体在线检测报警装置，其特征是：所述报警装置在线检测和报警步骤如下：主机电源开关(4)打开时，主机电源指示灯(5)亮，报警装置开始自检，面板上对应各路探头的工作状态指示灯(6)和四路传感器浓度报警指示灯(7)闪烁，60秒后自检结束；检测报警处理器主机(1)和硫化氢浓度探头(22)进入稳定工作状态，面板上对应的探头工作状态指示灯(6)亮，内置蜂鸣器(11)不工作；一级报警：当硫化氢浓度探头(22)检测到硫化氢气体并达到设定的报警值时，对应回路的四路传感器浓度报警指示灯(7)闪烁，同时蜂鸣器(11)也发出声音报警；二级报警：当检测报警处理器主机(1)发出一级报警而船员没有采取相关措施降低浓度时，随着硫化氢浓度进一步升高，当浓度超过二级报警设定值时，对应回路的四路传感器浓度报警指示灯(7)常亮，且蜂鸣器(11)持续发出声音报警；当浓度降低到设定的一级报警值以下时，检测报警处理器主机(1)自动解除硫化氢浓度报警；当某路探头四芯信号电缆(36)断路或硫化氢浓度探头(22)本身发生烧毁，主机程序判别硫化氢浓度探头(22)发生物理断线故障，通过面板上的四路探头工作状态指示灯(6)和主机内置蜂鸣器(11)发出探头故障报警；当某路探头内的两个半导体硫化氢传感器(25)电气特性变坏，造成两个半导体硫化氢传感器(25)检测差值超过设定的门限时，主机程序判别半导体硫化氢传感器(25)有故障，同样通过面板上的四路探头工作状态指示灯(6)和主机内置蜂鸣器(11)发出探头故障报警。

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