CN104374885A - 一种易爆气体的危险声源功能检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种易爆气体的危险声源功能检测装置，包括中央处理器，外围控制模块，嵌入式处理器，危险声源采集模块以及气室，气室内安装有一种或多种气体传感器，气体传感器连接在中央处理器上。中央处理器和嵌入式处理器、外围控制模块连接。嵌入式处理器与危险声源采集模块连接，外围控制模块与声光报警，喇叭，GPRS/CDMA等连接。其显著效果是：既保留了原有的远程在线监测，自动报警等基本功能，又增加了危险声源智能检测与识别模块，当检测到危险声源时经嵌入式系统传输到中央控制器上处理。本发明能实现危险声源的智能检测与控制，以防止因放鞭炮等危险声源而引起防爆气体的爆炸。

Description

一种易爆气体的危险声源功能检测装置

技术领域

 本发明涉及某种特殊环境中易爆气体的危险声源功能检测装置，具体的说是一种危险声源智能识别并智能处理的系统。

背景技术  

在城市下水道管网、污水处理厂、化粪池、沼气池、垃圾处理场等场所，产生和存在多种可燃、易爆等危险气体，如甲烷，硫化氢等。这些气体的存在，每年因鞭炮等危险声源导致发生大量的爆炸。目前危险气体的检测都暴露在自然环境中，在自然环境状态下难免会遇到危险声源(例如鞭炮声），这些易爆气体遇到危险声源极易可能发生爆炸。

本申请人曾申请了专利号为200820100930.4的一种危险气体在线监测及自动控制装置，以及专利申请号为200920293815.8的危险气体自动检测及处理系统，以上专利公开利用了GPRS/CDMA通信技术，对上述场所中的危险气体进行24小时在线监测。

但是因为监测地点是在自然环境中，难免会遇到许多危险的声源，当在监测点附近有人放鞭炮时，就有可能遇到可燃，易爆的气体而发生爆炸。因此在原有系统的基础上增加了危险声源的智能监测与识别系统。一旦监测到危险声源，系统将发送报警信息到在线监控平台上，在监控室内发出声光报警信息提醒监控人员，监控人员得到报警信息，利用远程视频监控功能，查看气体监控的地方是否有人在放鞭炮，如果有人在放鞭炮，监控人员发送驱赶信息，利用放在气体监控设备旁的喇叭，驱赶放鞭炮的人员禁止在这附近放鞭炮。

而现有的技术缺点是：在自然环境中，危险声源中夹杂着各种各样的背景噪声，虽然能够滤除大多数的背景噪声，但是还是有一些噪声没有被滤除造成系统的误判操作，而导致系统的误报警。

发明内容

    本发明的目的是提供一种易爆气体环境中的危险声源自动检测及处理装置，对原有的危险气体在线监测及自动控制装置进行了优化和改进，既保留了原有装置所拥有的危险气体在线监测，自动报警以及风机抽排等基本功能，又增加了危险声源智能识别技术。

    为达到上述目的，本发明提供了一种易爆气体的危险声源功能检测装置，包括中央处理器、外围控制模块、气室以及危险声源采集模块；危险声源采集模块与嵌入式处理器连接，嵌入式处理器连接在中央处理器上；所述气室内安装有气体传感器组，气体传感器组的各种气体传感器的信号连接传输线分别连接在中央处理器的数据输入端口上；中央处理器与所述外围控制模块的数据传输端口双向连接；所述中央处理器的输出控制端与采样泵相连，采样泵的出气口与所述的气室相通。

    危险声源采集模块由声源采集传感器，RC低通滤波器，AD数模转换器组成。

    在外围控制模块上还连接有声光报警装置、视频监控部分和喇叭。

    采样泵的进气端口安装在被监测环境中。 

    气室内的气体传感器为甲烷传感器4A和/或硫化氢传感器4B和/或一氧化碳传感器4C的一种或组合。

    外围控制模块内设置有GPRS/CDMA无线收发模块，经无线网络接入基站，基站与服务器无线通信连接，经过因特网还与上位机连接。

    在服务器上还配置短信发送模块。

    本发明的显著效果是：提供一种防爆气体的防爆声源智能检测，既保留了原有的远程在线监测，自动报警以及风机抽排，自动冲水机构等基本功能，又增加了危险声源智能识别，当检测到检测装置附近有人放鞭炮等危险声源时，能通过嵌入式处理器智能声源识别系统，分辨出是否为危险声源，如果是危险声源就发出报警指令，驱赶放鞭炮的人员禁止在这附近放鞭炮。通过增加危险声源智能识别的功能，极大的降低了防爆气体发生爆炸的可能性。使危险气体检测的安全等级指数得到极大的提高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

    一种易爆气体的危险声源功能检测装置，包括中央处理器1、外围控制模块2视频编码器H3201、气室4以及危险声源采集模块5。危险声源采集模块5与嵌入式处理器3连接，嵌入式处理器3连接在中央处理器1上；所述气室4内安装有气体传感器组，气体传感器组的各种气体传感器的信号连接传输线分别连接在中央处理器1的数据输入端口上，中央处理器1与所述视频编码器H3201的数据传输端口双向连接；在视频编码器H3201上连接有声光报警装置6、视频监控部分12和喇叭13。危险声源采集模块5由声源采集传感器，RC低通滤波器，AD数模转换器组成。

    所述中央处理器1的输出控制端与采样泵7相连，采样泵7的进气端口安装在被监测环境中，采样泵7的出气口与所述的气室4相通。

    所述气体传感器为甲烷传感器4A和/或硫化氢传感器4B和/或一氧化碳传感器4C的一种或组合。

所述外围控制模块2内设置有GPRS/CDMA无线收发模块，该GPRS/CDMA无线收发模块经无线网络接入基站8，基站8与服务器9无线通信连接，经过因特网还与上位机11连接。在服务器9上还可以配置短信发送模块10。

本发明的工作原理是：

    危险声源采集模块5采集检测装置采集附近是否有人在放鞭炮等易引起防爆气体爆炸的危险声源信号，将采集到的危险声源信号经过滤波处理，模数转换后传输到与其相连的嵌入式处理器3上，嵌入式处理器3对声源数字信号进行数字滤波处理，与存储的危险声源的数据进行比较，判断是否为危险声源信号，如果是危险声源信号，嵌入式处理器3传输报警信号到中央处理器1上，中央处理器1将报警信号经外围控制模块2视频编码器H3201传输到服务器9上，服务器经英特网将报警信息传输到监控室内的上位机软件11上，上位机11软件得到报警信息，在监控室内发出报警信息通知监控人员，监控人员得到报警信息，通过因特网远程调用安装在检测装置旁的视频监控部分12，如果发现在检测装置旁边确实有人在放鞭炮时监控人员发送警告信息到中央处理器1上，中央处理器1通过视频编码器H3201控制声光报警器6报警和喇叭13发出声响（请不要在危险气体检测附近放鞭炮）的声音，驱赶放鞭炮的人员离开。

    本发明的关键在于：所述外围控制模块于声音识别部分相连，该声音识别部分由读取声源采样信号，低通滤波，嵌入式处理器信息处理，时域波形比较，频谱对照，判断是否为鞭炮发出的危险声源。

    所述声音识别部分其构成主要由两大部分组成，一个是对目标声信号进行采集，处理过程中所使用的硬件系统，另一部分是对获取的数据进行信号预处理，特征提取和分类识别的软件系统。

    声音识别部分的硬件系统主要由传感器，信号调节器，多路同步数据采集器，嵌入式系统处理器等组成。声源传感器对检测设备旁的危险声源进行收集，通过低通滤波器滤除大部分没有用的背景噪声。

    在通过AD模数转换器将模拟的背景声源信号转换为数字信号，转换来的数字信号传输给嵌入式系统处理器进行处理。

    嵌入式系统处理器是声源识别部分的核心，主要完成声信号的预处理，特征提取和分类识别运算，并控制整个系统的运行。     

    声音识别部分的软件系统主要由三部分组成：输入信号的预处理，对处理后的信号进行特征提取，提取出有用的，能将目标与其它干扰源区别开的信息，以及目标分类器设计。

    输入信号的预处理目的是降低噪声的干扰，加强有用信号，提高信噪比，提取出有用的原始信号，减少后续处理的难度。预处理采用的方法是小波分析理论，小波分析理论是属于时频分析理论的一种，在理论上是由傅里叶变化发展而来的。主要是将信号分解成低频的粗略部分与高频的细节部分，然后对低频细节再做第二次分解，而不对高频部分做第二次分解，这样高频区域中一小部分的有用信号可能被滤掉。

    软件系统中的特征提取就是对原始数据进行交换，通过交换把维数较高的测量空间中的模式映射到维数较低的特征空间中，最终得到能反映目标本质属性的特征。对声信号进行特征提取的最终目标就是获得目标信号的特征向量。特征提取使用的是处理非平稳信号的小波变换理论。

    软件系统的分类器设计采用神经网络模型的设计，神经网络模型的设计以结构简单，运算速度快，存储量小为着眼点。本危险声源识别部分采用的是一个隐含层的三层BP神经网络。           

    当监测装置旁边有人放鞭炮等危险声源时，系统通过声音识别功能，采集到危险声源信息。通过中央处理器，将采集到的危险声源报警信息并经过GPRS/CDMA通讯模块、天线、基站将该危险声源报警信息上传给服务器，服务器在将危险声源报警信息上传到上位机上，上位机得到信息在在线监控室内发出声光报警信息提醒在线监控人员，监控人员得到报警信息后，调用远程视频，查看检测装置附近是不是有人在放鞭炮，如果有人在放鞭炮，监控人员发送驱赶指令，在检测装置旁边发送声光报警信息，警告禁止在此附近放鞭炮，驱赶放鞭炮的人员离开检测装置附近。

    本方案中使用的所有器件均为市售产品，方案中未详尽描述之处为公知技术，在此不再详述。 

    尽管以上结构结合附图对本发明的优选实例进行了描述，但本发明不限于上述具体实施方式，上述具体实施方式仅仅是示意性的而不是限定性的。本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，如更改气体传感器的种类和数量，改变微处理器的信号等，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种易爆气体的危险声源功能检测装置，其特征在于：包括中央处理器（1）、外围控制模块（2）、气室（4）以及危险声源采集模块（5）；危险声源采集模块（5）与嵌入式处理器（3）连接，嵌入式处理器（3）连接在中央处理器（1）上；所述气室（4）内安装有气体传感器组，气体传感器组的各种气体传感器的信号连接传输线分别连接在中央处理器（1）的数据输入端口上；中央处理器（1）与所述外围控制模块（2）的数据传输端口双向连接；所述中央处理器（1）的输出控制端与采样泵（7）相连，采样泵（7）的出气口与所述的气室（4）相通。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：危险声源采集模块（5）由声源采集传感器，RC低通滤波器，AD数模转换器组成。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：在外围控制模块（2）上还连接有声光报警装置（6）、视频监控部分（12）和喇叭（13）。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：采样泵（7）的进气端口安装在被监测环境中。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于：气室（4）内的气体传感器为甲烷传感器4A和/或硫化氢传感器4B和/或一氧化碳传感器4C的一种或组合。

6.根据权利要求1或3所述的检测装置，其特征在于：外围控制模块（2）内设置有GPRS/CDMA无线收发模块，经无线网络接入基站（8），基站（8）与服务器（9）无线通信连接，经过因特网还与上位机（11）连接。

7.根据权利要求6所述的检测装置，其特征在于：在服务器（9）上还配置短信发送模块（10）。