CN111564024A - 一种基于危险气体监测报警的自动保护方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于危险气体监测报警的自动保护方法及系统，通过纳米材料半导体传感器对燃气管道和气源附近甲烷气体浓度值进行实时监测，温湿度传感器进行燃气管道附近温湿度值实时监测；微处理器将甲烷气体浓度值与预设的预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值进行比对，若高于预警浓度阈值时间大于3S则产生一级预警信号，若高于最低爆炸浓度阈值时间大于3S则产生二级预警信号，微处理器同时对风机和电磁阀发送控制信号；进一步调控风机和电磁阀，一方面避免了误报带来的人力物力的浪费，另一方面提高了泄漏检测的精确性，便于维修人员精准高效地找出泄露源进行维修，提高了甲烷气体监测的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及危险气体监控技术领域，具体涉及一种基于危险气体监测报警的自动保护方法及系统。
背景技术
随着各种气体的应用，住宅小区和厂区多种有毒有害气体的产生，对人类的健康安全构成很大威胁。各种气体检测技术应运而生，如煤气液化气检测报警、烟雾检测报警，特别是人工嗅觉系统，化学纳米材料半导体传感器阵列的人工嗅觉装置，引起广泛关注和研究。纳米材料半导体传感器检测的气体包括甲烷、乙醇、二甲苯、二氧化碳、一氧化碳、二氧化碳等。利用纳米材料半导体传感器进行危险气体监测报警的方法及系统也有很多研究和报道。
现有技术(CN105354993A)公开了一种适用于甲烷气体检测的报警系统，包括前端监控设备，前端监控设备的数据传输端口上连接有后端监控设备，前端监控设备包括有设备盒体，设备盒体内设有数据处理板，数据处理板上设置有若干数据通讯接口，通讯接口上分别连接有控制组件、前端收发装置、检测装置、报警装置、电磁阀。该报警系统采用模块化的构造来实现有效的数据通讯，通过风机及时排出甲烷气体，保证了现场安全。但是，经研究发现，存在以下技术问题：(1)缺乏实时检测的浓度值与阈值的对比方法，无法通过多个传感器和监测装置实现监测报警的及时性和精确性，缺乏防误报功能和复检手段，无法迅速找到甲烷气体泄露源以便于检修，降低了安全性，浪费了人力物力；(2)风机、电磁阀等电器件的多次启闭浪费电能，缺乏合理的控制方法，同时适用的监测环境有限，适用范围窄；(3)不适用于具有多个气体源的环境，无法针对性地迅速找到泄漏气体源进行泄漏复检和维修。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种基于危险气体监测报警的自动保护方法及系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
本发明提供一种基于危险气体监测报警的自动保护方法，包括以下步骤：
S100、纳米材料半导体传感器对燃气管道和气源附近甲烷气体浓度值进行监测，温湿度传感器对燃气管道附近温湿度值进行监测；
S200、微处理器获取燃气管道附近甲烷气体浓度值、温湿度值，将甲烷气体浓度值与预设的预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值进行比对，若高于预警浓度阈值时间大于3S则产生一级预警信号，若高于最低爆炸浓度阈值时间大于3S则产生二级预警信号，微处理器同时对风机和电磁阀发送控制信号；
S300、风机接收控制信号后开关开启进行通风，电磁阀接收控制信号后关闭气源；声光报警器接收一级预警信号和二级预警信号并发出声音和灯光报警；
S400、防误报采集模块采集风机开启、电磁阀关闭后每隔5-10s的甲烷气体浓度值；
S500、自动复检模块将风机开启、电磁阀关闭后每隔5-10s采集的甲烷气体浓度值进行分析处理，若判断出有甲烷气体泄漏，对风机发送开启控制信号，对电磁阀发送关闭控制信号；若判断出无甲烷气体泄漏，对风机发送关闭控制信号，对电磁阀发送开启控制信号，继续进行步骤S100。
作为本发明进一步的方案，步骤S200微处理器对风机和电磁阀发送控制信号的具体方法为：
1)记录每个纳米材料半导体传感器检测的燃气管道和电磁阀附近甲烷气体浓度值分别为S1、S2、...、Sn；
2)将甲烷气体浓度值S1、S2、...、Sn分别与预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值进行比对，若任意一个浓度值高于预警浓度阈值时间大于3s则产生控制信号和一级预警信号，若任意一个浓度值高于最低爆炸浓度阈值时间大于3s则产生控制信号和二级预警信号；自动筛选出异常甲烷气体浓度值对应的纳米材料半导体传感器。
作为本发明进一步的方案，所述预设的预警浓度阈值为3％-5％LEL，预设的最低爆炸浓度阈值为10％-15％LEL。
本发明还提供了上述基于危险气体监测报警的自动保护系统，包括：
纳米材料半导体传感器，相隔固定距离安装于燃气管道和电磁阀上，用于监测燃气管道和电磁阀附近甲烷气体浓度值；
温湿度传感器，相隔固定距离安装于燃气管道上，用于监测燃气管道附近温湿度值；
微处理器，获取燃气管道附近甲烷气体浓度值、温湿度值，将甲烷气体浓度值与预设的预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值进行比对，若高于预警浓度阈值时间大于3S则产生一级预警信号，若高于最低爆炸浓度阈值时间大于3S则产生二级预警信号，同时对风机和电磁阀发送控制信号；
声光报警器，用于接收一级预警信号和二级预警信号并发出声音和灯光报警；
上位机，包括：预设模块，用于预设预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值；存储模块，用于实时存储甲烷气体浓度值、温湿度值；防误报采集模块，用于采集风机开启、电磁阀关闭后每隔5-10s的甲烷气体浓度值；自动复检模块，用于将风机开启、电磁阀关闭后每隔5-10s采集的甲烷气体浓度值进行分析处理，若判断出有甲烷气体泄漏，对风机发送开启控制信号，对电磁阀发送关闭控制信号，若判断出无甲烷气体泄漏，对风机发送关闭控制信号，对电磁阀发送开启控制信号。
作为本发明进一步的方案，该自动保护系统还包括风机，用于接收微处理器、自动复检模块发出的控制信号以开启和关闭风机；电磁阀，安装于气源处，用于接收微处理器、自动复检模块发出的控制信号以开启和关闭气源。
作为本发明进一步的方案，所述防误报采集模块的具体工作过程为：风机开启、电磁阀关闭后，每隔5-10s采集一次异常浓度对应的纳米材料半导体传感器的实时甲烷气体浓度值，共采集三次。
作为本发明进一步的方案，自动复检模块进行分析处理的具体方法为：
1)计算出三次采集的甲烷气体浓度值的平均值相对于预警浓度阈值的误差x1；
2)若x1≥0.2％，则判断甲烷气体泄漏，对风机发送开启控制信号以进行通风，对电磁阀发送关闭控制信号以关闭气源；若x1介于0-0.2％之间，则判断无甲烷气体泄漏，对风机发送关闭控制信号以停止通风，对电磁阀发送开启控制信号以开启气源。
作为本发明进一步的方案，声光报警器接收一级预警信号后发出的声音分贝值小于接收二级预警信号后发出的声音分贝值，接收一级预警信号后发出的灯光频闪速率小于接收二级预警信号后发出的灯光频闪速率。
本发明的有益效果：
1、本发明基于危险气体监测报警的自动保护方法，与现有技术相比，通过纳米材料半导体传感器对燃气管道和气源附近甲烷气体浓度值进行实时监测，温湿度传感器进行燃气管道附近温湿度值实时监测；微处理器将甲烷气体浓度值与预设的预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值进行比对，若高于预警浓度阈值时间大于3S则产生一级预警信号，若高于最低爆炸浓度阈值时间大于3S则产生二级预警信号，微处理器同时对风机和电磁阀发送控制信号；具体是将每一个纳米材料半导体传感器与浓度阈值一一对比，若任意一个异常即产生控制信号和预警信号，提高了监测报警的灵敏度、及时性和精确性，便于气体泄漏源的迅速确定；防误报采集模块在每隔5-10s采集的的多次采集，并结合自动复检模块确定具体区域是否发生甲烷气体泄漏，同时进一步调控风机和电磁阀，一方面避免了误报带来的人力物力的浪费，另一方面提高了泄漏检测的精确性，避免风机、电磁阀的多次启闭而浪费电能，便于维修人员精准高效地找出泄露源进行维修，提高了甲烷气体监测的安全性。
2、本发明基于危险气体监测报警的自动保护系统，通过将纳米材料半导体传感器相隔固定距离安装于燃气管道和气源电磁阀处，适用于室内、室外、矿区、化工厂、小区的多种环境；自动复检模块进行分析处理时计算出甲烷气体浓度平均值相对于甲烷气体浓度阈值的误差，若大于等于0.2％，则判断甲烷气体泄漏，若均介于0-0.2％之间，则判断无甲烷气体泄漏，相对误差的评判方法提高了甲烷气体泄漏复核的精确性和效率。
3、声光报警器接收一级预警信号后发出的声音分贝值小于接收二级预警信号后发出的声音分贝值，接收一级预警信号后发出的灯光频闪速率小于接收二级预警信号后发出的灯光频闪速率，方便人为地根据声音分贝值和灯光频闪速率辨别危险程度，便于及时采取维修措施。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是本发明基于危险气体监测报警的自动保护方法的原理图。
图2是本发明基于危险气体监测报警的自动保护系统的模块图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参阅图1-2所示，本实施例提供一种基于危险气体监测报警的自动保护方法，包括以下步骤：
S100、纳米材料半导体传感器对燃气管道和气源附近甲烷气体浓度值进行监测，温湿度传感器对燃气管道附近温湿度值进行监测；
S200、微处理器获取燃气管道附近甲烷气体浓度值、温湿度值，将甲烷气体浓度值与预设的预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值进行比对，若高于预警浓度阈值时间大于3S则产生一级预警信号，若高于最低爆炸浓度阈值时间大于3S则产生二级预警信号，微处理器同时对风机和电磁阀发送控制信号；
微处理器对风机和电磁阀发送控制信号的具体方法为：
1)记录每个纳米材料半导体传感器检测的燃气管道和电磁阀附近甲烷气体浓度值分别为S1、S2、...、Sn；
2)将甲烷气体浓度值S1、S2、...、Sn分别与预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值进行比对，若任意一个浓度值高于预警浓度阈值时间大于3s则产生控制信号和一级预警信号，若任意一个浓度值高于最低爆炸浓度阈值时间大于3s则产生控制信号和二级预警信号；自动筛选出异常甲烷气体浓度值对应的纳米材料半导体传感器。其中，预设的预警浓度阈值为3％-5％LEL，预设的最低爆炸浓度阈值为10％-15％LEL，还可根据应用的工况和小区环境的不同调整阈值。
S300、风机接收控制信号后开关开启进行通风，电磁阀接收控制信号后关闭气源；声光报警器接收一级预警信号和二级预警信号并发出声音和灯光报警；
S400、防误报采集模块采集风机开启、电磁阀关闭后每隔5-10s的甲烷气体浓度值；
S500、自动复检模块将风机开启、电磁阀关闭后每隔5-10s采集的甲烷气体浓度值进行分析处理，若判断出有甲烷气体泄漏，对风机发送开启控制信号，对电磁阀发送关闭控制信号；若判断出无甲烷气体泄漏，对风机发送关闭控制信号，对电磁阀发送开启控制信号，继续进行步骤S100。
若不具备自动复检模块，则需要进行人工复检，人工复检需要找到异常甲烷气体浓度值对应的纳米材料半导体传感器，精准找出危险气体的泄漏位置，进行复检三次后若在阈值内，则人工关闭风机、开启电磁阀；若复检三次不在阈值内，则找出具体泄漏位置进行维修。
当然，本实施例的监测报警的自动保护方法不仅适用于甲烷气体，当选择不同气体对应的纳米材料半导体传感器，并设定好预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值，均可进行监测保护。
实施例2
参阅图1-2所示，本实施例提供一种基于危险气体监测报警的自动保护系统，包括：
纳米材料半导体传感器，相隔固定距离安装于燃气管道和电磁阀上，用于监测燃气管道和电磁阀附近甲烷气体浓度值。该纳米材料半导体传感器的检测方式为扩散式，工作电压DC 9～30V，工作温度-40～70℃，工作湿度≤95％RH，响应时间≤15s。
温湿度传感器，相隔固定距离安装于燃气管道上，用于监测燃气管道附近温湿度值；
微处理器，获取燃气管道附近甲烷气体浓度值、温湿度值，将甲烷气体浓度值与预设的预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值进行比对，若高于预警浓度阈值时间大于3S则产生一级预警信号，若高于最低爆炸浓度阈值时间大于3S则产生二级预警信号，同时对风机和电磁阀发送控制信号。
声光报警器，用于接收一级预警信号和二级预警信号并发出声音和灯光报警；声光报警器接收一级预警信号后发出的声音分贝值小于接收二级预警信号后发出的声音分贝值，接收一级预警信号后发出的灯光频闪速率小于接收二级预警信号后发出的灯光频闪速率，方便人为地根据声音分贝值和灯光频闪速率辨别危险程度，便于及时采取维修措施。
上位机，包括：预设模块，用于预设预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值；存储模块，用于实时存储甲烷气体浓度值、温湿度值；防误报采集模块，用于采集风机开启、电磁阀关闭后每隔5-10s的甲烷气体浓度值；自动复检模块，用于将风机开启、电磁阀关闭后每隔5-10s采集的甲烷气体浓度值进行分析处理，若判断出有甲烷气体泄漏，对风机发送开启控制信号，对电磁阀发送关闭控制信号，若判断出无甲烷气体泄漏，对风机发送关闭控制信号，对电磁阀发送开启控制信号。
风机，用于接收微处理器、自动复检模块发出的控制信号以开启和关闭风机；电磁阀，安装于气源处，用于接收微处理器、自动复检模块发出的控制信号以开启和关闭气源。
微处理器与上位机通信连接，具体可选择有线的RS485、RS232、RJ45、M-BUS，或者无线的Lo-Ra、NB-IOT、4G/5G、Wifi。
其中，防误报采集模块的具体工作过程为：风机开启、电磁阀关闭后，每隔5-10s采集一次异常浓度对应的纳米材料半导体传感器的实时甲烷气体浓度值，共采集三次。
自动复检模块进行分析处理的具体方法为：
1)计算出三次采集的甲烷气体浓度值的平均值相对于预警浓度阈值的误差x1；
2)若x1≥0.2％，则判断甲烷气体泄漏，对风机发送开启控制信号以进行通风，对电磁阀发送关闭控制信号以关闭气源；若x1介于0-0.2％之间，则判断无甲烷气体泄漏，对风机发送关闭控制信号以停止通风，对电磁阀发送开启控制信号以开启气源。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于危险气体监测报警的自动保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100、纳米材料半导体传感器对燃气管道和气源附近甲烷气体浓度值进行监测，温湿度传感器对燃气管道附近温湿度值进行监测；
S200、微处理器获取燃气管道附近甲烷气体浓度值、温湿度值，将甲烷气体浓度值与预设的预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值进行比对，若高于预警浓度阈值时间大于3S则产生一级预警信号，若高于最低爆炸浓度阈值时间大于3S则产生二级预警信号，微处理器同时对风机和电磁阀发送控制信号；
S300、风机接收控制信号后开关开启进行通风，电磁阀接收控制信号后关闭气源；声光报警器接收一级预警信号和二级预警信号并发出声音和灯光报警；
S400、防误报采集模块采集风机开启、电磁阀关闭后每隔5-10s的甲烷气体浓度值；
S500、自动复检模块将风机开启、电磁阀关闭后每隔5-10s采集的甲烷气体浓度值进行分析处理，若判断出有甲烷气体泄漏，对风机发送开启控制信号，对电磁阀发送关闭控制信号；若判断出无甲烷气体泄漏，对风机发送关闭控制信号，对电磁阀发送开启控制信号，继续进行步骤S100。
2.根据权利要求1所述的基于危险气体监测报警的自动保护方法，其特征在于，步骤S200微处理器对风机和电磁阀发送控制信号的具体方法为：
1)记录每个纳米材料半导体传感器检测的燃气管道和电磁阀附近甲烷气体浓度值分别为S1、S2、...、Sn；
2)将甲烷气体浓度值S1、S2、...、Sn分别与预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值进行比对，若任意一个浓度值高于预警浓度阈值时间大于3s则产生控制信号和一级预警信号，若任意一个浓度值高于最低爆炸浓度阈值时间大于3s则产生控制信号和二级预警信号；自动筛选出异常甲烷气体浓度值对应的纳米材料半导体传感器。
3.根据权利要求1所述的基于危险气体监测报警的自动保护方法，其特征在于，所述预设的预警浓度阈值为3％-5％LEL，预设的最低爆炸浓度阈值为10％-15％LEL。
4.一种基于危险气体监测报警的自动保护系统，其特征在于，包括：
纳米材料半导体传感器，相隔固定距离安装于燃气管道和电磁阀上，用于监测燃气管道和电磁阀附近甲烷气体浓度值；
温湿度传感器，相隔固定距离安装于燃气管道上，用于监测燃气管道附近温湿度值；
微处理器，获取燃气管道附近甲烷气体浓度值、温湿度值，将甲烷气体浓度值与预设的预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值进行比对，若高于预警浓度阈值时间大于3S则产生一级预警信号，若高于最低爆炸浓度阈值时间大于3S则产生二级预警信号，同时对风机和电磁阀发送控制信号；
声光报警器，用于接收一级预警信号和二级预警信号并发出声音和灯光报警；
上位机，包括：预设模块，用于预设预警浓度阈值和最低爆炸浓度阈值；存储模块，用于实时存储甲烷气体浓度值、温湿度值；防误报采集模块，用于采集风机开启、电磁阀关闭后每隔5-10s的甲烷气体浓度值；自动复检模块，用于将风机开启、电磁阀关闭后每隔5-10s采集的甲烷气体浓度值进行分析处理，若判断出有甲烷气体泄漏，对风机发送开启控制信号，对电磁阀发送关闭控制信号，若判断出无甲烷气体泄漏，对风机发送关闭控制信号，对电磁阀发送开启控制信号。
5.根据权利要求4所述的基于危险气体监测报警的自动保护系统，其特征在于，该自动保护系统还包括风机，用于接收微处理器、自动复检模块发出的控制信号以开启和关闭风机；电磁阀，安装于气源处，用于接收微处理器、自动复检模块发出的控制信号以开启和关闭气源。
6.根据权利要求4所述的基于危险气体监测报警的自动保护系统，其特征在于，所述防误报采集模块的具体工作过程为：风机开启、电磁阀关闭后，每隔5-10s采集一次异常浓度对应的纳米材料半导体传感器的实时甲烷气体浓度值，共采集三次。
7.根据权利要求4所述的基于危险气体监测报警的自动保护系统，其特征在于，自动复检模块进行分析处理的具体方法为：
1)计算出三次采集的甲烷气体浓度值的平均值相对于预警浓度阈值的误差x1；
2)若x1≥0.2％，则判断甲烷气体泄漏，对风机发送开启控制信号以进行通风，对电磁阀发送关闭控制信号以关闭气源；若x1介于0-0.2％之间，则判断无甲烷气体泄漏，对风机发送关闭控制信号以停止通风，对电磁阀发送开启控制信号以开启气源。
8.根据权利要求4所述的基于危险气体监测报警的自动保护系统，其特征在于，声光报警器接收一级预警信号后发出的声音分贝值小于接收二级预警信号后发出的声音分贝值，接收一级预警信号后发出的灯光频闪速率小于接收二级预警信号后发出的灯光频闪速率。
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