化工企業(yè)安全生產(chǎn)中紅外氣體檢測(cè)技術(shù)的運(yùn)用論文
摘要:紅外氣體檢測(cè)技術(shù)具有響應(yīng)快、精度高和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，因此在化工企業(yè)監(jiān)測(cè)氣體泄漏方面具有廣泛的應(yīng)用。本文闡述了紅外氣體檢測(cè)技術(shù)原理和常見應(yīng)用，并介紹了一種基于單片機(jī)并結(jié)合非分散紅外技術(shù)的一氧化碳?xì)怏w監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該系統(tǒng)基于紅外光透過氣體強(qiáng)度會(huì)有比例減弱的原理，利用紅外傳感系統(tǒng)和單片機(jī)，監(jiān)測(cè)一氧化碳管道處的氣體泄漏情況，以確保企業(yè)的安全生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞:紅外氣體檢測(cè);一氧化碳;泄漏;非分散紅外技術(shù)
當(dāng)前，紅外氣體檢測(cè)技術(shù)廣泛應(yīng)用于化工企業(yè)的安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)，這項(xiàng)技術(shù)用來監(jiān)測(cè)化工企業(yè)在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、轉(zhuǎn)運(yùn)過程中是否有產(chǎn)品泄漏。紅外氣體檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)是精度高、分辨率高和維護(hù)方便，并且相比半導(dǎo)體式和電化學(xué)式等氣體檢測(cè)方式，它還具有應(yīng)用范圍廣、響應(yīng)快、不容易被雜質(zhì)干擾等特點(diǎn)。因此應(yīng)用紅外氣體檢測(cè)技術(shù)解決監(jiān)測(cè)極性分子氣體泄漏與否，對(duì)確保化工企業(yè)的安全生產(chǎn)具有重大意義。本文剖析了紅外氣體檢測(cè)技術(shù)的原理，介紹了當(dāng)前常見的紅外氣體檢測(cè)技術(shù)。詳細(xì)闡述了當(dāng)前可以成熟應(yīng)用的紅外光譜測(cè)量技術(shù)，并以一氧化碳檢測(cè)系統(tǒng)為例，分析了紅外檢測(cè)方法在化工企業(yè)安全生產(chǎn)中的應(yīng)用。
1紅外氣體檢測(cè)基本原理
氣體分子中的電子的運(yùn)動(dòng)情況總是處于一個(gè)特定的狀態(tài)，每個(gè)特定的狀態(tài)都具有一定的能量，稱為能級(jí)，電子在受到某些特定波長(zhǎng)的入射光激發(fā)的情況下，從低能級(jí)躍遷至高能級(jí)，此時(shí)入射光的強(qiáng)度會(huì)因而減弱。在特定情況下，如果以波長(zhǎng)連續(xù)變化的入射光照射某種氣體分子，并記錄在各個(gè)波長(zhǎng)入射光下的氣體分子吸光度，并且以入射光波長(zhǎng)或波數(shù)為橫坐標(biāo)，吸光強(qiáng)度或百分透過率為縱坐標(biāo)，繪制成圖，便得到特定情況下該氣體分子的紅外吸收譜圖。由于每個(gè)氣體分子都有其特定的紅外吸收譜圖，因此可以利用這一特點(diǎn)來確定被檢測(cè)氣體的成分及濃度。以乙烯的氣體檢測(cè)為例，乙烯氣體在中紅外3．341微米、6．892微米和10．917微米附近存在三個(gè)基本吸收光譜，將特定波長(zhǎng)的入射光通過扇形掃描器分成完全相同的兩束分別進(jìn)入基本室和測(cè)試室，基本室充以非極性分子氣體(氧氣、氮?dú)獾?，因此在基本室的氣體對(duì)入射的紅外線沒有吸收效果，而測(cè)試室如果含有非極性分子氣體乙烯氣體，入射的紅外線強(qiáng)度會(huì)相應(yīng)的有所減弱，檢測(cè)通過基本室與測(cè)試室的兩束紅外線的強(qiáng)度差，可以測(cè)出是否有乙烯氣體以及乙烯氣體的濃度。
2紅外氣體檢測(cè)技術(shù)在一氧化碳運(yùn)輸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用
本文提出了一種基于單片機(jī)并結(jié)合非分散紅外氣體技術(shù)的一氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以在近管道處實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生泄漏情況，可立即將報(bào)警信號(hào)和位置信號(hào)發(fā)送至中央控制室，以便及時(shí)搶修。整個(gè)系統(tǒng)工作流程如下:(1)激光器輸出一氧化碳特征波長(zhǎng)的激光經(jīng)功率放大器放大后照射到管道上;(2)管道泄露處的一氧化碳?xì)怏w吸收了一部分入射光，減弱后的入射光經(jīng)管道面反射，再次被泄漏的`一氧化碳?xì)怏w吸收一部分;(3)被吸收兩次的反射光通過窄帶濾光片和螺紋透鏡聚集到探測(cè)器中，窄帶濾光片的作用是過濾特征吸收峰之外的其它干擾信號(hào);(4)傳感器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)傳輸至單片機(jī)，單片機(jī)處理數(shù)據(jù)并根據(jù)數(shù)據(jù)判斷是否有泄漏情況來決定是否向中控室發(fā)送報(bào)警信號(hào)。
3監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)傳輸
對(duì)于短距離的信號(hào)傳輸，采用基于IEEE802．15．4標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee技術(shù)進(jìn)行無線通訊，它的主要特點(diǎn)是功耗低、成本低以及延時(shí)短，并且它的可靠性高，在物理層上采用了擴(kuò)頻技術(shù)，MAC應(yīng)用層采用CSMA機(jī)制，發(fā)送信號(hào)前監(jiān)聽信道，最大化提高抗干擾能力。中遠(yuǎn)距離的信號(hào)傳輸采用基于ETSI標(biāo)準(zhǔn)的GPＲS移動(dòng)通訊技術(shù)，它引入分組交換的傳輸模式，極大地提高了傳輸速率，相比較GSM的9．6kbps的訪問速度，GPＲS為更高的171．2kbps的訪問速度，這使得報(bào)警信號(hào)和位置信號(hào)能及時(shí)傳送到中控室，降低了險(xiǎn)情發(fā)生的概率。
4結(jié)語
本文作者從原理和檢測(cè)方式上結(jié)合化工企業(yè)的實(shí)際情況，闡述了紅外氣體檢測(cè)技術(shù)在化工企業(yè)中乙烯氣體檢測(cè)的應(yīng)用。采用可調(diào)諧激光的光譜技術(shù)和分區(qū)間線性插值的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，克服空氣流動(dòng)影響和光強(qiáng)波動(dòng)影響，精確監(jiān)測(cè)一氧化碳管道運(yùn)輸過程中的泄漏情況，給定了標(biāo)準(zhǔn)情況下的紅外氣體檢測(cè)系統(tǒng)激光器入射光的最佳波長(zhǎng)為4．660微米，此處的紅外光吸收率為90．90%，滿足了一氧化碳監(jiān)測(cè)系統(tǒng)精確度上的需要，使得整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠確保一氧化碳運(yùn)輸過程的本質(zhì)安全。因此，紅外氣體檢測(cè)技術(shù)是一種先進(jìn)的、可靠的檢測(cè)方式，在化工企業(yè)中有著巨大的應(yīng)用前景。
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