CN103884377B - 隧道监测传感器 - Google Patents
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Abstract
一种用于监测隧道中的环境条件的隧道监测传感器，包含：输出昏暗度信号的第一个传感器模块；输出第一个气体浓度信号的第二个传感器模块；用于所述第一个和第二个传感器模块的共同外壳；以及优选安装在所述外壳中的电子逻辑单元，该电子逻辑单元接收所述昏暗度信号和所述气体浓度信号，并在所述昏暗度信号和所述气体浓度信号的关联的基础上输出合并的环境条件信号。
Description
技术领域
本发明涉及用于监测隧道中的环境条件的具有输出昏暗度信号的第一个传感器模块，并且具有输出第一个气体浓度信号的第二个传感器模块的隧道监测传感器。
背景技术
这样的传感器通常安装在隧道内部，以检测隧道中的环境空气的当前状态。出于安全性原因，尤其是在道路交通隧道和铁路交通隧道中，及时识别例如雾的形成、烟的产生、细颗粒空气污染或增加的废气浓度等特定事件是不可或缺的。一般说来，使用安装在隧道中并且其信号被供给位于例如在隧道监测和控制综合设施内的中心控制设备的多个传感器进行不同测量的参数的监测。传感器所提供的所有信号在控制设备中被评价。根据评价按要求启动应对措施，以对特定干扰事件做出反应。例如，在废气浓度增加时，可以提高安装在隧道中的通风系统的风扇的转速，或者在烟产生的情况下，可触发隧道关闭。
由于适用的安全性规定，在传感器维修的情况下，通常有必要至少部分中断隧道中的交通。这对隧道运营者来说通常意味着高额费用。在安装新传感器或置换有缺陷的传感器时，因为新传感器的校准必须在现场实施，关闭时间可能被延长。监控隧道中的环境条件中的另一个问题是假警报的出现通常特别耗费资金，因为它们涉及深远的后果，例如隧道关闭、或者通风系统以更长时间运行在风扇升高的转速下、以及相应升高的电费。
发明内容
提供安装和维修简单，并且可靠性增加的隧道监测传感器是本发明的目的。
通过如下文定义的隧道监测传感器实现了该目标。
根据本发明，提供了一种用于监测隧道中的环境条件的隧道监测传感器，所述隧道监测传感器具有：第一个传感器模块，其输出昏暗度信号；第二个传感器模块，其输出第一个气体浓度信号。隧道监测传感器具有用于第一个和第二个传感器模块的共同的外壳，以及优选置放在该外壳中的电子逻辑单元，后者接收昏暗度信号和气体浓度信号，并在昏暗度信号和气体浓度信号的关联的基础上输出合并的环境条件信号。其中，所述第一个传感器模块完全安装在所述外壳内，且所述外壳具有至少一个空气入口开口。
因此，至少两种不同的传感器信号被捆绑并以共同的环境条件信号的形式被输出。因为两个传感器模块被整合在共同的外壳中，相对于两个独立传感器模块的布置简化了安装。因为对昏暗度信号和同时提供的气体浓度信号的关联已经被隧道监测传感器自己实施，总的来说能进行更差异化的评价使得假警报的风险被降低。具体而言，昏暗度和特定气体的浓度可能已经被考虑在传感器侧对干扰事件的识别上。例如，随着昏暗度信号和气体浓度信号的同时增加，可输出表明隧道中堵塞的环境条件信号。基于这样的预先评价的合并的环境条件信号随后可在隧道监测和控制综合设施内接受进一步的评价。然而，直接使用合并的环境条件信号，即没有后续评价，也是可能的，例如在根据本发明的隧道监测传感器直接与通风系统的控制设备相连的情况中。在两种情况下，合并的环境条件信号允许比使用传统单个传感器时可能的更有效的对于干扰事件的措施介入。
根据本发明的实施方案，第一个传感器模块和第二个传感器模块被配置以输出各自的数字信号，电子逻辑单元在数字昏暗度信号和数字气体浓度信号的逻辑连接的基础上，输出合并的数字环境条件信号。对于当前隧道中的环境条件的特别可靠的分类可通过这种至少两种数字测量信号的逻辑关联来达到。
在这方面逻辑连接可包括模式识别。这尤其允许在存在多个传感器信号时对环境条件或干扰事件做出特别精确的分类。
电子逻辑单元优选通过标准数字接口输出合并的数字环境信号，特别是通过PROFIBUS接口。因为仅仅要求单个电缆来传送所有期望的传感器信号，这特别具有优势，并且总体来说安装特别简单。隧道监测传感器的各个传感器模块可通过内部总线接口或通过串行接口连接于电子逻辑单元。
根据本发明的另一个实施方案，隧道监测传感器包含至少一个输出另外的气体浓度信号的另一个传感器模块，第一个气体浓度信号和另一个气体浓度信号与不同的目标气体相关，电子逻辑单元在昏暗度信号、第一个气体浓度信号和另一个气体浓度信号的关联的基础上，输出合并的环境条件信号。另外的目标气体的另外的传感器模块也可根据应用被提供。在评价隧道中的环境条件时，以这种方式考虑例如一氧化碳、一氧化氮和二氧化氮的不同有害气体的浓度是可能的。对于能被电子逻辑单元读出的各个传感器模块的辨识在这方面可允许各个气体浓度信号和目标气体之间的明确关系。这样可根据需要使用另外的目标气体传感器模块很容易地对隧道监测传感器进行改造。
本发明的具体实施方案提出了，第二个传感器模块被附着在外壳的壁部分，第二个传感器模块的测量头通过壁部分的引线口进入外部空间。这样测量头能直接检测隧道监测传感器的环境空气中的气体浓度。测量头对气体浓度的检测通常能通过对所传送的在预定波长的光的分子吸收装置、通过电化学单元装置、或通过半导体元件来进行。
可规定第一个传感器模块被完全安装在外壳内，外壳具有至少一个空气入口开口。隧道监测传感器的环境空气能通过空气入口开口进入外壳，使得第一个传感器模块能例如使用光散射确定一段预定的距离上的昏暗度。
第一个传感器模块优选包含散射光传感器。散射光传感器基于对在光源的照射方向的特定角度偏离的光线部分的检测，并允许对当前昏暗度的可靠识别。
本发明的另一个实施方案提供了输出温度信号和/或湿度信号的至少一个另外的传感器模块，电子逻辑单元在昏暗度信号、第一个气体浓度信号和另外的温度信号和/或湿度信号的关联的基础上输出合并的环境条件信号。这允许在评价环境条件时考虑到隧道中的温度和空气湿度。例如，电子逻辑单元可在昏暗度信号和湿度信号同时增加以及气体浓度信号和温度信号不变时输出“雾”信号。相反，在昏暗度信号增加而气体浓度信号、湿度信号和温度信号未同时增加时，电子逻辑单元能输出“细颗粒”信号。能特别提供同时检测湿度和温度的半导体传感器作为另外的传感器模块。
此外，电子逻辑单元可被配置以输出表明第一个传感器模块和/或第二个传感器模块的功能状态的错误信号。因此传感器模块之一的故障或失效可在例如在相关的隧道监测和控制综合设施内及时被识别。这增加总体系统的安全性。
本发明的另一个实施方案提供了包含存储设备的第一个传感器模块和/或第二个传感器模块，所述存储设备存储了各自的传感器模块的校正参数。在新安装或者置换传感器模块时，因为新传感器模块已经提供所有要求的参数，因此复杂的校正和参数化过程是不必要的。
根据本发明的另一个实施方案，第一个传感器模块和/或第二个传感器模块包含特别设置为实施各自的传感器模块的自我测试的微处理器。因此，传感器模块可以被称为具有了其自己的智能使得隧道监测传感器的可靠性可进一步增加。
而且，用于位于外壳外的额外传感器模块的至少一个连接器可被提供于外壳处。不仅是集成在外壳内的传感器，而且如果需要，单独的传感器模块也可这样被评价以因此产生另外的差异化的合并的环境条件信号。
该发明也涉及用于监测隧道中的环境条件的隧道监测方法，其中通过安装在外壳中的第一个传感器模块产生昏暗度信号，通过安装在外壳中的第二个传感器模块产生第一个气体浓度信号，昏暗度信号和气体浓度信号被关联在一起，在关联的基础上产生合并的环境条件信号。
根据本发明的隧道监测方法的优势和优选实施方案源自根据本发明的隧道监测传感器的前述优势和优选实施方案。
附图说明
将在以下通过参照附图的实施例来描述本发明。
图1是根据本发明的第一个实施方案的隧道监测传感器的平面图
图2在部分剖视图表示中示出了根据图1的隧道监测传感器；以及
图3在部分剖视图表示中示出了根据本发明的第二个实施方案的隧道监测传感器。
具体实施方式
图1中显示的隧道监测传感器11用于监测道路交通隧道或铁路交通隧道中的环境条件，并具有包括支持部分13和半壳样盖子15的外壳12。在支持部件13上提供了紧固开口17，用于隧道监测传感器11在隧道中的附接，例如通过螺丝钉。出于维修目的，盖子15可从支持部分13被移除。外壳12的上面18处提供了空气入口开口19的多个布置。而且外壳12在底面20具有两个电子连接器21，用于将隧道监测传感器11连接至监测系统的下游布置，也用于电力供给。
如根据图2从剖视图表示可以看到，隧道监测传感器11具有通过空气入口开口19进入外壳12的环境空气作用的散射光传感器模块22，并优选输出数字昏暗度信号23。而且，两个气体浓度传感器模块25、26附接在外壳12内，使得它们的测量头29、30延伸通过未单独显示的外壳12的引线口，进入隧道监测传感器11的外部空间。气体浓度传感器模块25、26具有未显示的电子处理设备，其包括对应的微处理器和存储设备，并输出各个气体浓度信号，优选数字气体浓度信号27、28。在这方面，两个气体浓度信号27、28涉及不同的目标气体，例如一方面涉及一氧化碳，另一方面涉及一氧化氮。
电子逻辑单元31也安装在外壳12内，并同时接收昏暗度信号23和两个气体浓度信号27、28。电子逻辑单元31被配置为在昏暗度信号23和两个气体浓度信号27、28的逻辑连接的基础上产生合并的环境条件信号33，并通过电子连接器21输出该信号33。电子逻辑单元31优选通过例如PROFIBUS接口的标准数字接口输出合并的环境条件信号33。散射光传感器模块22和气体浓度传感器模块25、26与电子逻辑单元31的通信也优选通过数字接口进行。
根据具体应用，昏暗度信号23和气体浓度信号27、28的逻辑连接可以是相对简单的，即，例如，基于和形成(sum formation)和/或差形成(difference formation)，或者例如输入信号的复杂处理可使用模式识别算法进行。
根据具体应用，另外的传感器模块也可被安装在外壳12内，例如，用于其它目标气体的另外的气体浓度传感器模块、湿度传感器和/或温度传感器。根据未显示的实施方案，外壳12另外具有用于将另外的外部传感器连接至隧道监测传感器11的输入连接器。
在隧道监测传感器11操作时，电子逻辑单元31将昏暗度信号23与两个气体浓度信号27、28相连接，并以合并的环境条件信号33的形式输出关于隧道中包括可能的干扰和危害的当前状态的报告。例如，合并的环境条件信号33在昏暗度信号23增加而气体浓度信号27、28未同时增加时可表明雾或者细颗粒污染的存在。如果另外安装了湿度传感器，可进一步在湿度信号增加的基础上区分雾和细颗粒污染的存在。如果另外安装了温度传感器，例如，当气体浓度信号27、28达到临界值，但并未发生湿度信号和温度信号的增加时，合并的环境条件信号33能表明爆炸危险。当达到毒性气体浓度时，合并的环境条件信号33能同等地表明有害大气。当昏暗度信号23迅速增加，同时气体浓度信号27、28迅速增加时，以及可选地，温度信号迅速增加时，合并的环境条件信号33能表明起火。昏暗度信号23和气体浓度信号27、28的增加，湿度信号和温度信号未同时增加，可相反地表明堵塞。
在隧道监测和控制综合设施中的中心控制设备能通过PROFIBUS接口读出合并的环境条件信号33，如果必要，能将它们与来自其它隧道监测传感器11的另外的合并的环境条件信号33关联起来，能在识别干扰时启动相应的措施。例如，能够以控制通风系统的方式做出干预。同样，在发现起火时能触发火警和隧道关闭。
在以前描述的实施方案中，逻辑单元31也可选地提供连接前的原始信号的评价——例如数字化。然而，该功能也能在分离的评价单元中被实施。
图3示出了根据本发明的隧道监测传感器11’的替代实施方案，其具有与图1和图2中显示的隧道监测传感器11相似的设计，但电子逻辑单元31’被配置在位于外壳12外的更高等级的控制中。具体地，该外部逻辑单元31’可以是可编程逻辑控制(PLC)。而且，该实施方案在于图3中显示的隧道监测传感器11’中提供了安装在外壳12中的电子评价单元40。电子评价单元40接收昏暗度信号23以及两个气体浓度信号27、28，并在此对其进行准备，例如，如果信号未以数字形式提供，则将它们数字化。在原则上，也可为存在的每个原始信号提供单个的评价单元。然后昏暗度信号23和两个气体浓度信号27、28以准备好的形式通过传输路径45被传送至外部逻辑单元31’。然后，参照图1和图2执行如上连接，并在连接的基础上输出合并的环境信号33。
因为隧道监测传感器11、11’输出合并的环境条件信号33，在该信号中多个不同的、却是同时检测到的测量参数被处理，所以特别可靠的当前状态的分类是可能的。假警报尤其能被避免。通过将多个不同传感器模块整合入共同外壳12，简化了隧道监测传感器11的安装。另外，系统可在现场进行简单扩展并被提供另外的传感器组件，而不改变传感器与隧道监测和控制综合设施之间的现存电缆布线。因为校准参数存储在单个传感器模块22、25、26中的相应的电子存储设备中，作为新安装的部分的对传感器模块22、25、26的现场复杂校准被省去。另外，因为自我检测功能，能在早期识别传感器模块22、25、26或总隧道监测传感器11、11’的失效。
参考数字列表
11、11’ 隧道监测传感器
12 外壳
13 支持部分
15 盖子
17 紧固开口
18 上面
19 空气入口开口
20 底面
21 电子连接器
22 散射光传感器模块
23 昏暗度信号
25 气体浓度传感器模块
26 气体浓度传感器模块
27 气体浓度信号
28 气体浓度信号
29 测量头
30 测量头
31、31’ 电子逻辑单元
33 合并的环境条件信号
40 电子评价单元
45 传输路径
Claims (14)
1.一种用于监测隧道中的环境条件的隧道监测传感器(11、11’)，具有：
第一个传感器模块(22)，其输出昏暗度信号(23)；
第二个传感器模块(25)，其输出第一个气体浓度信号(27)；
共同外壳(12)，用于所述第一个传感器模块(22)和所述第二个传感器模块(25)；以及
电子逻辑单元(31、31’)，其安装在所述外壳(12)中，接收所述昏暗度信号(23)和所述第一个气体浓度信号(27)，并在所述昏暗度信号(23)和所述第一个气体浓度信号(27)的关联的基础上输出合并的环境条件信号(33)，其中，所述第一个传感器模块(22)完全安装在所述外壳(12)内，且所述外壳(12)具有至少一个空气入口开口(19)。
2.根据权利要求1所述的隧道监测传感器，其特征在于：
所述第一个传感器模块(22)和所述第二个传感器模块(25)被配置为输出各自的数字昏暗度信号和第一个数字气体浓度信号，所述电子逻辑单元(31、31’)在所述数字昏暗度信号和所述第一个数字气体浓度信号的逻辑连接的基础上输出合并的数字环境条件信号。
3.根据权利要求2所述的隧道监测传感器，其特征在于：
所述逻辑连接包括模式识别。
4.根据权利要求2所述的隧道监测传感器，其特征在于：
所述电子逻辑单元(31、31’)通过标准数字接口输出所述合并的数字环境条件信号。
5.根据权利要求4所述的隧道监测传感器，其特征在于：
所述标准数字接口是PROFIBUS接口。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的隧道监测传感器，其特征在于：
输出另一个气体浓度信号(28)的至少一个另外的传感器模块(26)，所述第一个气体浓度信号(27)和所述另一个气体浓度信号(28)涉及不同的目标气体，并且所述电子逻辑单元(31、31’)在所述昏暗度信号(23)、所述第一个气体浓度信号(27)和所述另一个气体浓度信号(28)的关联的基础上输出合并的环境条件信号(33)。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的隧道监测传感器，其特征在于：
所述第二个传感器模块(25)附接于所述外壳(12)的壁部分，所述第二个传感器模块(25)的测量头(29)通过所述壁部分的引线口延伸进入外部空间。
8.根据权利要求1-5中任一项所述的隧道监测传感器，其特征在于：
所述第一个传感器模块(22)包含散射光传感器。
9.根据权利要求1-5中任一项所述的隧道监测传感器，其特征在于：
输出温度信号和/或湿度信号的至少一个另外的传感器模块，所述电子逻辑单元(31、31’)在所述昏暗度信号(23)、所述第一个气体浓度信号(27)和另外的所述温度信号和/或所述湿度信号的关联的基础上输出合并的环境条件信号(33)。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的隧道监测传感器，其特征在于：
所述电子逻辑单元(31、31’)被配置为输出表明所述第一个传感器模块(22)和/或所述第二个传感器模块(25)的功能状态的错误信号。
11.根据权利要求1-5中任一项所述的隧道监测传感器，其特征在于：
所述第一个传感器模块(22)和/或所述第二个传感器模块(25)包含存储各个传感器模块的校正参数的存储设备。
12.根据权利要求1-5中任一项所述的隧道监测传感器，其特征在于：
所述第一个传感器模块(22)和/或所述第二个传感器模块(25)包含配置为进行各个传感器模块的自我检测的微处理器。
13.根据权利要求1-5中任一项所述的隧道监测传感器，其特征在于：
用于位于所述外壳(12)外的额外传感器模块的至少一个连接器设置在所述外壳(12)处。
14.一种用于监测隧道中的环境条件的隧道监测方法，其中
通过安装在外壳(12)中的第一个传感器模块(22)产生昏暗度信号(23)；
通过安装在所述外壳(12)中的第二个传感器模块(25)产生第一个气体浓度信号(27)；
将所述昏暗度信号(23)和所述第一个气体浓度信号(27)互相关联；以及
在所述关联的基础上产生合并的环境条件信号(33)，
其中所述第一个传感器模块(22)完全安装在所述外壳(12)内，且所述外壳(12)具有至少一个空气入口开口(19)。
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