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安全監測系統范文1
Abstract：Frequent accidents in recent years, the bridge collapse, the safety management of the bridge to bring huge pressure, strengthen the dynamic monitoring of the bridge, the bridge of preventive maintenance is the key work of custody bridge. This paper introduces the operation principle of bridge safety monitoring system and setting principle, and through the example of the system are discussed in bridge safety monitoring applications.
Key words：Bridge safetyMonitoring system
中圖分類號：X924.2文獻標識碼：A
1 引言
近幾年不斷出現的橋梁坍塌事故，成為民生關注的焦點，隨著公路建設事業的持續發展，為順應橋梁發展新形勢的需要，保障基礎設施通暢運行，如何加強服役期橋梁的養護、維修和加固是公路部門的工作重點，而橋梁結構運營期的安全監測正是橋梁養護管理工作的前提基礎，它可實現對橋梁狀態變化趨勢的把握，并支持橋梁預防性養護和事故應急處理工作。
2意義及總體目標
橋梁安全監測系統以路網內橋梁群為主要監測對象，實現橋梁群的集中管理、信息共享、資源整合等功能。由于橋梁數量眾多，在路網內根據關鍵節點橋梁選取原則，遴選需要安裝監測系統的重點橋梁，并通過關鍵節點橋梁重車荷載監測掌握整個路網重車荷載分布狀況，對提升路網安全管理水平、把握路網運營狀況具有重大意義。
建立橋梁安全監測系統的總體目標為：
① 對影響橋梁結構安全、超界結構響應的多級報警；
② 對安裝監測系統的橋梁在各種環境與運營條件下的工作狀態進行實時自動監測和結構狀態評估；
③ 開發具有高度可擴展性的監測系統，以適用橋梁群安全監測的長期規劃和分批投資，能夠快速構建監測子系統，從而減少單一監測系統的重復建設；
④ 通過對關鍵線路、關鍵節點橋梁的重車荷載數量統計把握整個路網內重車荷載分布特征，并通過關鍵節點橋梁安全狀況有效反映整條關鍵線路及路網橋梁的最不利狀態，為養護部門巡檢工作及監管部門荷載控制工作提供更具針對性的指導數據。
3 橋梁安全監測系統的組成及工作流程
橋梁安全監測系統由：傳感器子系統、數據采集與傳輸子系統、數據處理與管理子系統、結構狀態評估子系統，四大系統組成。
安全監測系統的數據處理與管理子系統和結構狀態評估子系統位于遠程監控室中，如圖1上層結構示意圖所示；傳感器子系統和數據采集與傳輸子系統位于各橋梁處，如圖1下層結構示意圖所示。
圖1：橋梁安全監測系統體系框架
圖2顯示了橋梁安全監測系統分布式橋梁數據傳輸的網絡結構示意圖。
圖2數據采集及傳輸流程
4 系統功能要求
① 顯示刷新周期：≤1s
②系統無故障間隔時間：≥10000h
③系統故障修復時間： 對于一般故障，具有自動回復啟動功能，對于特殊功能，在24小時內對故障做出技術支持響應，3天內恢復，對地震等特殊災害，在3天內回復功能；
④系統24小時連續工作；
⑤系統具有人機友好界面；
⑥系統能夠對橋梁環境溫度及車輛荷載進行監測；
⑦系統能夠對橋梁自振特性、關鍵截面應變、撓度、索力進行監測；
⑧系統能夠實現橋梁異常狀態下的報警；
⑨系統能對監測數據進行存儲、分析處理，并應用監測數據對橋梁狀況進行評估。
5 實施原則
5.1路網內關鍵節點橋梁選取原則
表1 關鍵橋梁選擇評價指標
指標 影響因子 權重
重要性 道路等級 0.09 0.45
橋梁總長 0.08
橋梁造價 0.05
修復難度系數 0.05
日均交通量 0.12
設計壽命 0.06
安全性 橋梁技術等級（病害程度） 0.13 0.35
設計荷載、實際荷載 0.1
環境影響（風、地震、溫度）惡劣程度 0.07
橋型分類 0.05
可行性 設備成本 0.05 0.2
安裝成本 0.05
施工難度 0.05
系統維護成本 0.05
5.2傳感器測點布設原則
① 可對結構總體溫度進行監控的控制點；
② 結構最大應力響應截面或應力傳遞明確截面；
③ 結構模態分析低階振型所必須的監控控制點；
④ 結構最大位移控制點或能推算結構幾何線形的控制點。
5.3 橋梁監測內容
5.3.1溫度監測
（1）測量方法
考慮測試方法的兼容性，溫度傳感器采用長沙金碼的半導體類傳感器，在-20℃～85℃范圍內溫度測量精度為±0.5℃；溫度計由優質不銹鋼外殼和專用電纜組成，具有優越的防水性能，信號穩定。
表2溫度傳感器主要技術指標
測量范圍 -20～+85℃
精度 ±0.5℃
靈 敏 度 0.1℃
2）測量頻率
數據采集由計算機自動控制，采集的頻率和時間可以預先設定。一般情況下，可以設定5～60分鐘測量一次。
5.3.2動應變監測
（1）測量方法
動應變測試采用電阻應變片法由電阻應變片配合動態應變儀進行動應變數據采集。動應變采集使用自主研發的動應變數據采集儀，它是智能化的低功耗數據采集設備，適合在低功耗場合使用，具有三個顯著優點：一是低功耗；二是本地數據預處理及過濾；三是可遠程重啟及更新采集設備，有很強的擴展性及可維護性。
表3動態應變測試通道技術指標
電阻值范圍 1000Ω
供橋電壓 5V
供橋電壓精度 0.1%
供橋電壓穩定度 < 0.05%
滿度值 ±1500με
準確度 < 0.5%（FS）
模數轉換器 高速24位A/D
（2）測量頻率
考慮到動態設備為主要的耗電設備，橋上的動應變至少得保持一個跨中截面的設備24小時不停采集，用于重車荷載統計，其余截面可采用定時采集，可設置每2小時采集30分鐘的方式，或根據供電情況設置間隔采樣時間，采樣頻率設為50～250Hz/s，以節省功耗。
5.3.3自振特性及索力監測
（1）測量方法
主橋結構自振特性采用環境隨機振動法，使用電容加速度傳感器，即將加速度傳感器放在主梁指定位置，根據對隨機振動信號的分析，判斷結構的自振特性參數，這其中包括自振頻率、阻尼比和振型。由于梁體振動一般較弱，采用低頻加速度傳感器。
（2）測量頻率
為了節省功耗，可設置振動及索力數據每隔2小時采集30分鐘，或根據供電情況設置間隔采樣時間，在功耗允許的情況下，可控制部分監測點24小時不停采樣，采樣頻率設為50～250Hz/s。
5.3.4主梁（系梁）撓度監測
主梁撓度監測采用靜力水準技術，靜力水準相對于GPS，具有精度高、成本低的特點。
（1）測量原理
靜力水準測量采用連通管的方法，測量使用電感式靜力水準儀，構成一個差異沉降測量系統。
靜力水準測量系統主要由主體容器、連通管、電感式傳感器等部分組成。當儀器主體發生高程變化時，主體容器內液面發生變化，使相對于浮子上的屏蔽管儀器主體上的電感式傳感器可變電感發生變化，通過測量儀表測出該點的高程變化。測量電路采用非接觸比率測量方式，自動平衡出數字量而測出液面相對于主體的升降量。然后，通過各自的升降量計算出結構的沉降值。
表4靜力水準儀主要技術指標
測量范圍 100～200mm
精度 0.01mm
測點誤差 測點誤差：
工作溫度 -10℃~60℃
品牌 國產
（2）測量頻率
數據采集由計算機自動控制，采集的頻率和時間可以預先設定。一般情況下，可以設定5～60分鐘測量一次。
5.3.5主要橋型監測內容
表5簡支空心板梁橋監測內容
序號 監測內容 傳感器類型 監測目的 測點布置
1 環境溫度 溫度傳感器 了解結構服役環境特征 與應變測點布置一致
2 動應變 應變傳感器 查看關鍵截面損傷狀況，重載車輛統計 跨中截面，個別跨徑1/4截面
3 自振特性 加速度傳感器 監測主梁自振特性 跨中控制點
4 主梁撓度 靜力水準儀 監測主梁幾何線形 在跨中及墩頂控制點
表6T梁、箱梁橋監測方案
序號 監測內容 傳感器類型 監測目的 測點布置
1 環境溫度 溫度傳感器 了解結構服役環境特征，獲取溫度荷載 與應變測點布置一致
2 動應變 應變傳感器 查看關鍵截面損傷狀況，重載車輛統計 跨中截面，1/4截面（應變花），連續箱梁支座處截面
3 自振特性 加速度傳感器 監測主梁自振特性 跨中控制點
4 主梁撓度 靜力水準儀 監測主梁幾何線形 在跨中及墩頂控制點
表7 拱橋監測方案（含系桿拱）
序號 監測內容 傳感器類型 監測目的 測點布置
1 環境溫度 溫度傳感器 了解結構服役環境特征，獲取溫度荷載 與應變測點布置一致
2 動應變 應變傳感器 查看關鍵截面損傷狀況，重載車輛統計 拱肋拱腳截面和跨中截面，個別跨徑1/4截面
3 自振特性 加速度傳感器 監測拱肋或系梁自振特性（豎向、橫向） 拱肋1/4和跨中控制點，系桿拱橋系梁跨中控制點
4 吊桿索力 加速度傳感器 監測吊桿索力長期發展趨勢 跨中和1/4跨吊桿控制點
5 主梁撓度 靜力水準儀 監測系梁幾何線形 系梁跨中及墩頂處
6橋梁結構狀態評估系統
主要分為四個部分：
1、橋梁荷載評估。主要包含兩部分內容：
① 溫度荷載評估；
② 車輛荷載統計分類。
2、橋梁結構響應。它主要包含以下幾部分工作：
① 設定預警值下的關鍵截面應力評估；
② 主梁振動特性評估；
③ 吊桿索力評估；
④ 主梁撓度評估。
3、考慮抗力-荷載雙重效應的橋梁結構安全評估。
4、為把握整體路網或關鍵線路內橋梁群安全狀況提供有效依據。
7 結論
橋梁實時在線監測及評估系統由于其高度的時效性在橋梁管理中發揮著越來越重要的作用，并與傳統人工檢測方法相輔相成，可以更加全面地完成對橋梁結構狀態的評估工作。
橋梁安全監測系統以路網內橋梁群為主要監測對象，并結合現代傳感、通訊及網絡等信息技術，實現橋梁群的集中管理、信息共享、資源整合等功能，因此，從監測方案制定、監測系統搭建到數據處理、傳輸和預警評估實現的每個過程都應具有高度可擴展性，并通過關鍵節點橋梁重車荷載監測掌握整個路網重車荷載分布狀況，對提升路網安全管理水平、把握路網運營狀況具有重大意義。
參考文獻
[1]《浙江省橋梁安全監測系統可行性研究報告》，2012.
[2] 《公路橋涵養護規范》（JTH H11-2004）
[3] 《計算機軟件開發規范》（GB/8566）
安全監測系統范文2
關鍵詞：水庫土壩；安全監測；自動化
Abstract: with the rapid development of economy in our country, gradually increase the reservoir dam, at the same time, the original reservoir dam, old equipment, make people puts forward higher requirements on its safe operation. The current all kinds of application in dam safety monitoring system, the existing monitoring automation, overcomes the traditional artificial observation the shortcomings of low accuracy, great strength, ensure the safety of dam operation. Cattle are based on the east reservoir earth dam safety monitoring system design as an example, systematically discusses the application of the monitoring system comprehensively, has carried on the exploration and innovation, to provide a reference for the similar project, and can provide the reference for the dam operation management department, in hopes of the automation monitoring developments in the field of driving and good demonstration effect.
Key words: reservoir earth dam; Safety monitoring; automation
中圖分類號：X924.2文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013)
一、大壩安全監測
（一）大壩安全監測內容、方法及儀器
監測內容：水庫水位，水壓，滲流，流量，電導率，風力，相對濕度，空氣和水的溫度以及大壩壩體地表位移監測。
項目組成：數據記錄儀，水壓計，水位計、鋼筋計、測縫計、沉降儀、傾斜儀，水質探測器，GPS定位系統，數據庫工具，數傳系統，預警系統等。
（二）大壩安全監測系統自動化
大壩安全監測自動化系統是利用電子計算機和傳感技術以及信息搜集處理技術，實現大壩觀測數據自動采集處理和分析計算，對大壩性態正常與否作出初步判斷和分級報警的觀測系統。大壩安全監測是將數據采集、信息管理和分析評價融匯在一起的系統工程。
二、放牛洞水庫安全監測自動化系統
大壩安全監測系統能實現全天候遠程自動監測，本項目中使用的各種傳感器使用監測站數據記錄儀實現自動監測，并且進入相關數據庫。同樣，監測系統也具備人工觀測條件，觀測人員可攜帶讀數儀或筆記本電腦到各監測站讀取數據。大壩遠程監測系統可以記錄下監測對象完整的數據變化過程，并且借助于光纖網絡數傳系統實時得到數據，同時將數據傳送到網絡覆蓋范圍內的任何需要這些數據的部門，非網絡覆蓋范圍內可通過無線基站、GSM(GPRS)、CDMA等實現遠程數據無線傳輸。
（一）監測系統總體結構與功能
根據項目具體情況，大壩安全監測系統分外部變形監測（水平位移和沉降位移）、滲流監測、環境量監測等三大部分。安全監測自動化系統采用分布式的網絡結構，包括測站層的現場網絡和監測中心站層的計算機網絡。安全監測化系統采用分層分布式的網絡結構，即包括測站層的現場網絡和監測中心站層的計算機網絡。測站層由各測點傳感器和數據測量控制裝置（MCU）組成。監測中心站位于辦公樓的中心機房內，監測中心站層由監測計算機，以及激光打印機、電源設備等組成。系統達到的功能(1)中心站功能.中心站具備完善的系統功能，如系統設置、系統診斷、數據采集和傳感器設置等。(2)數據采集站功能。
（二）自動化安全監測項目
1、滲流監測
滲流監測項目包括大壩浸潤線及滲流量監測。
（1）浸潤線監測
浸潤線監測利用現有測壓管實現，在測壓管內安裝滲壓計實現自動化監測?，F有2個浸潤線監測斷面，每個斷面從上游壩肩到下游堆石棱體前有4個測壓管，共8個測壓管，安裝8支高精度滲壓計來進行自動化監測。
（2）滲流量監測
在壩下游排水溝上設1個量水堰測點，用三角堰方式實現滲流量監測，安裝1個高精度水位傳感器測量，通過測量滲流水位來換算滲流量。
2、環境量監測
環境量監測主要包括上游水位監測。在大壩左岸上游面利用水位豎井布置水位計1支，并接入自動化系統進行自動監測。
在左壩頭管理房附近設1個氣溫計、1個雨量計實現自動化測量。
3、自動化監測系統
放牛洞水庫大壩安全監測系統以自動監測為主，變形監測采用人工監測實現，其觀測數據可以輸入自動化系統配套的信息管理軟件進行管理。
所有自動化監測儀器均接入測控單元(MCU)，由一臺主控機進行控制。主控機上安裝數據自動采集軟件、信息管理軟件，完成整個樞紐的自動監測和監測數據管理。監測主機安裝在離大壩約250m的水庫管理辦公室內。水庫處于南法多雷區，為確保系統長期可靠運行，大壩與機房之間用光纜通訊，避免雷電干擾。
4、自動化監測項目組成表
系統采用智能分布式結構，現場總線用RS-485實現數據通信。壩頂監測站設置2個智能測量控制裝置（MCU），共裝配16通道智能數據采集模塊2塊，連接各測點。在水庫監控中心建立監測中心，進行大壩安全監測管理。具體配置見表2-1。
自動化安全監測項目組成表2-1
（三）安全監測設備選型
1.儀器設備的選擇及布置目的明確能全面反映大壩的工作狀況。
2.根據大壩結構特點及壩線長等因素合理選擇各觀測斷面及變形監網，做到主次相結合，在能夠全面反映大壩工作性態的條件下盡量減少觀測斷面以及儀器或測點的數量。
3.選擇精度可靠穩定耐久的儀器設備盡量布置在有良好的照明防潮和交通條件的位置適當選用自動化觀測設備以人工觀測為主確保觀測數據不致中斷。
4.適當考慮和協調觀測儀器埋設與大壩土建施工之問的相互干擾問題做好施工期儀器和電纜的保護工作確保儀器埋設質量和大壩施工質量。
5.觀測設備選型對，還要考慮能否便于實現觀測數據自動采集。數據自動采集裝置在可靠、先進的前提下，還要考慮留有人工觀測接口。
（四）觀測數據的采集系統
1.數據采集軟件
DG型數據采集軟件是在Windows XP環境下一套圖視化的窗口軟件，所有監測點均可顯示在布置圖上，每個測點都與數據庫相連接，同時布置圖上的每一個測點又與現場測控裝置的對應儀器相通，操作和選擇屏幕布置圖上的測點或采集模塊就可以完成對該測點或模塊的數據采集、換算、處理、入庫等全部過程。對自動采集的數據自動入庫；對人工測量的數據，提供一個人機界面窗口，可鍵盤輸入進庫。數據采集軟件用于單機采集和網絡采集，如果計算機被設計為Windows NT局域網的一個節點，則局域網（甚至廣域網）上的任意一臺計算機應可以控制計算機進行數據采集，并把采集的數據傳送到本地計算機上。DG型大壩安全監測自動化系統數據采集軟件功能框圖如圖所示。采集軟件功能模塊主要包括：系統工具、數據采集、數據管理和數據通訊。
DG型數據采集軟件功能框圖
2.信息管理軟件
DSIM型大壩安全信息管理系統具有對大壩安全監測自動化系統采集的監測數據及其它有關大壩安全的信息進行自動獲取、存儲、加工處理和輸入輸出的功能，并且為數據分析軟件提供完備的數據接口，以便利用大壩安全監測數據和各種大壩安全信息對大壩性態作出分析判斷，按《土石壩安全監測技術規范》和《土石壩監測資料整編辦法》對水庫大壩監測資料進行整編分析，生成有關報表和圖形，做好大壩安全運行和管理工作的功能。大壩安全信息管理系統具備滿足設計要求的測點管理、遠程控制、數據輸入（包括自動輸入、人工輸入和全自動物理量轉換和數據過濾）、數據輸出、通過輸出模板輸出數據、備份管理、系統安全管理、軟件自動升級等功能。
三、放牛洞水庫安全監測自動化系統擬解決問題
放牛洞水庫是一座以供水調蓄為主要目的的平原水庫，水庫大壩為均質土壩，為解決這種類型大壩的安全監測自動化系統問題，需解決下列問題：
(1)確定大壩安全監測的主要觀測項目為大壩滲流和大壩沉降變形；
(2)根據水庫所在地的地質、水文、氣象等條件，合理布置監測點，以便真實、全面的反映水庫大壩實際的工作情況；
(3)布置環境測點。觀測上下游水位、降雨量、溫度、氣壓等，充分考慮環境變量對水庫大壩安全穩定的影響；
(4)建立有平原水庫特色的監測模型；
(5)建立水庫預警預測模型。對一些特殊的演變現象和迅速變化的現象進行及時的跟蹤分析，實現從靜態到動態的仿真模擬和預測報警；
(6)選擇精度高、穩定性好、耐久性滿足要求的儀器進行數據采集；
(7)選擇高效、保密、穩定的數據傳輸方式；
(8)建立自動化程度高的強大網絡系統；
(9)提供友好的人機對話界面，便于用戶從不同的側面觀察和分析監測信息，從不同的角度控制監測系統，以便及時處理險情。
總結
經過多方的努力、協同工作，共同完成了放牛洞水庫安全監測自動化系統研究項目?？偨Y該系統技術關鍵點與創新點如下：
(1)采用自動監測技術測量堤壩滲流，測量數據穩定性高、可靠性強、誤差小。
(2)采用光纖通信方式，使安全監測中心的監測設備和監測點之間能夠保持高速穩定的連接。
(3)系統布置多個沉降觀測點，以便及時了解情況，為分析堤壩的沉降、變形提供依據。
(4)數據采集點布局合理，每個斷面多點布置，能全面反映堤壩的滲流浸潤。多斷面全方位布置，形成全方位分布的滲流觀測網，反映了整個堤壩的滲流情況，可以及時采取有效措施，防止滲流破壞的發生。
(5)合理布置上下游水位、降雨量、溫度、氣壓等環境觀測點。觀測，配合滲流觀測，使分析考慮的因素更全面。
(6)建立的具有平原水庫特色的滲流監測模型，充分考慮了水位頻繁漲落、環境條件變化(如氣溫、降雨等)等因素，使之與監測數據充分擬合。
(7)建立了預警預測模型。該模型可根據水位預測滲流情況，反應值精度高，發現異常及時報警以便處理。對一些特殊的演變現象和迅速變化的現象進行及時的跟蹤分析，實現從靜態到動態的仿真模擬和預測報警。
安全監測系統范文3
關鍵詞 GSM；傳感器；火災；STM32
中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）09-0035-02
生活中火災、天然氣泄漏以及外人非法入侵對人身財產安全構成很大威脅，設計一款可自動檢測以上險情并能提前預警的智能家用安全系統可有效降低威脅，避免意外情況的發生。目前國內外對此類智能報警系統研究發展迅速，市場上有采用有線、藍牙、紅外和zigbee等方式作為家庭自組網，采用IP網關服務器的智能安全監控系統，但該類系統成本較高。
本文采用嵌入式網關服務器，通過多組傳感器節點的感知，將數字信息傳給中心節點，經中心節點處理分析后，利用溫濕度傳感器、煙霧傳感器、天然氣傳感器和紅外傳感器實現對火災、天然氣泄漏和外人非法入侵的監測，通過GSM網絡向預定的手機號發送報警信息，該系統結構簡單、成本低、監測精準、可靠性高。
1 系統總體設計
智能家用安全監測系統整體框圖如圖1所示。主要包括STM32主控器、多路溫度傳感器DS18B20、多個煙霧傳感器MQ-2、無線通信模塊、紅外監測模塊、天然氣監測模塊、LCD顯示模塊、聲光報警和電源模塊。
圖1 系統總體框圖
系統設置多組溫度傳感器和煙霧傳感器，意為通過多組信息的綜合分析，判斷是否為意外情況。紅外監測模塊安裝在窗檐，當感應到非法入侵時，傳送報警信號給MCU。天然氣監測模塊用于監測家中天然氣管道的泄漏。當STM32收到任何報警，將啟動聲光報警并通過無線通信模塊給預留手機號發送報警短信，將意外損失降到最小。
2 系統硬件設計
1）通信模塊。nRF24L01是NORDIC公司生產的單片無線收發芯片，工作頻率范圍為2.400 GHz～2.525 GHz，電壓工作范圍為1.9 V～3.6 V，可傳輸語音和數據信號，通過接口連接器和天線連接器分別連接SIM卡讀卡器和天線。
nRF24L01的數據接口通過AT命令可雙向傳輸指令和數據。它支持Text和PDU兩種格式的短信，可通過AT命令或關斷信號實現重啟和故障恢復。nRF24L01中IRQ引腳與MCU控制端連接，可控制nRF24L01工作與否。
圖2 無線通信模塊nRF24L01電路圖
2）火災監測模塊。該模塊選用1#，2#和3#煙霧傳感器MQ-2和1#，2#和3#溫度傳感器DS18B20共同監測室內火警情況。其中，MQ-2濃度檢測范圍為227.88 mg/m3～9260 mg/m3，傳感器輸出電壓值范圍為0～5 V，通過A/D轉換模塊將數字信號送給STM32，再經信號傳輸通過LCD顯示。DS18B20集溫度采集和A/D轉換于一體，直接輸出數字信號。DS18B20具有單總線、體積小、分辨率高和抗干擾能力強等特點，其溫度測量范圍為-55℃～+125℃，滿足室內溫度監測的要求。系統中3組溫度傳感器分別分布在3個房間，與相應的煙霧傳感器配套。
3）入侵檢測模塊。入侵檢測模塊通過多組安裝在窗檐的紅外檢測模塊組成。其主要由紅外線傳感器RE200B和以CS9803GP為核心的信息處理模塊組成。該模塊的工作原理為通過其紅外探頭監測、監測環境中紅外線強度信息的變化，再經過核心電路的處理分析，若確有外人入侵，則把報警信號發送給STM32。
4）天然氣監測模塊。本系統針對膠管泄漏采用內聽音的管線泄漏監測方法。本監測方法原理是利用在管壁破裂時，管內流體自破裂處噴涌，此時管內外會形成氣壓差并產生頻率低于20Hz的聲波信號。該信號主要以橫波沿管內外管壁傳輸。管道兩端加速度傳感器對其進行震動測試，通過兩信號到達時間差，可計算出泄漏位置。
圖3 管道泄漏定位示意圖
對泄漏點定位原理圖如圖所示，L為已知兩傳感器間隔距離，X為泄漏點與首端傳感器的距離。設泄漏聲波傳播速度為a，t為首端傳感器和末端傳感器接收到聲波信號的時間差，則X的表達式：
（1）
一旦天然氣檢測模塊檢測到管道有泄漏，則將高電平報警信號和計算得的X值以二進制編碼的方式傳送給給STM32。
5）LCD顯示模塊。系統選用LCM12864點陣液晶顯示器來顯示溫度、煙霧濃度和天然氣管道泄漏位置等信息。LCM12864顯示分辨率為128*64，可顯示4行*8列中文字符或4行*16列英文字符。系統給LCM12864供5 V電壓，采用并口方式與STM32連接。
6）聲光報警模塊。聲光報警由1個LED燈、1個BUZZER蜂鳴器和另外一些基礎器件組成。
3 系統軟件設計
3.1 無線通信模塊
該設計發送短信選用支持中文和英文短信的收發的PUD模式。AT指令可用于終端設備和PC之間的連接和通信，使用命令“AT+CMGF=0”來選擇PDU模式。
3.2 火災監測模塊
煙霧傳感器和溫度傳感器都把實時測量數據傳送給STM32，STM32根據兩種傳感器發送的數據綜合分析判斷。有以下三種情況。
1）三組溫度傳感器和煙霧傳感器監測參數均平穩小幅度上升，此情況判斷為天氣原因所致，不采取警報行動。
2）某一組溫度和煙霧傳感器監測參數上升陡峭，與另外兩組參數懸殊，可判斷為意外情況，將及時采取聲光報警和短信報警。
3）同一組煙霧傳感器和溫度傳感器不同步上升，如煙霧濃度上升而溫度不上升，則可能為室內抽煙所致；若溫度上升而煙霧濃度不上升，則可能是室內取暖所致；遇到此類情況，系統仍然開啟聲光報警和發送報警短信，若此情況確為人為所致
表1 溫度真實值與測量值對比
標稱值（℃） 測量值
（℃） 誤差值
（℃） 相對誤差
（%） 平均誤差
（%）
10 10.2 0.2 2.00 1.15
15 14.9 -0.2 1.33
20 20.2 0.2 1.00
25 25.1 0.1 0.40
30 30.3 0.3 1.00
而非意外情況，可人為按RESET按鍵解除警報。
4 測試和分析
針對系統中的溫度傳感器和煙霧傳感器，分別進行了測試。DS18B20測量結果如表1所示。
對MQ-2進行對甲烷氣體的濃度測試，測試結果如表2所示。
表2 煙霧濃度真實值和測量值對比
標稱值
（%） 測量值
（%） 誤差值
（%） 相對誤差（%） 平均誤差（%）
0.00 0.00 0.00 0.000 0.935
10.00 10.02 0.02 0.200
15.00 14.98 -0.02 0.133
20.00 20.05 0.05 0.250
25.00 25.00 0.00 0.000
30.00 29.86 -0.14 0.467
35.00 34.55 -0.45 1.286
40.00 39.26 -0.74 1.850
50.00 48.20 -1.80 3.600
60.00 59.18 -0.82 1.367
70.00 70.78 0.78 1.114
80.00 81.22 1.22 1.525
90.00 91.14 1.14 1.267
100.00 99.97 -0.03 0.030
測試表明，DS18B20對溫度的測量精度達到0.1℃，平均相對誤差為1.15%。MQ-2在對甲烷測驗的試驗中，測量精度達到0.01%，平均相對誤差為0.935%。兩傳感器的量精度均較高。
5 結論
本系統實現了利用溫濕度傳感器、煙霧傳感器、天然氣傳感器和紅外傳感器實現對火災、天然氣泄漏和外人非法入侵的監測，及時通過GSM網絡對監測的異常情況進行報警提示。經實驗測試，本系統可有效監測溫濕度和煙霧濃度等信息，系統性能可靠，結構簡單。如何進一步提高監測精度，提升系統性能，完善系統功能將是下一步研究工作的重點。
參考文獻
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安全監測系統范文4
關鍵詞： 光纖傳感器； 拉曼散射； 電力電纜； 載流量/溫度
中圖分類號： TP 212文獻標識碼： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2013.01.015
引言 隨著經濟社會的發展，對電的需求量越來越大，水電、火電、可再生發電系統、城市變電的大規模建立，電纜輸電任務隨之加大，如何來保證電纜的安全正常有效的運營，保障電纜資產價值，成為一種迫切需要解決的問題。電纜運行不安全因素主要為電纜在運行時電纜發熱，導致電纜溫度過高致使電纜發生火災。光纖傳感技術是伴隨著光導纖維和光纖通信技術發展而另辟新徑的一種嶄新的傳感技術。光纖傳感具有抗電磁干擾、靈敏度高、安全可靠、耐腐蝕、可進行分布式測量、便于組網等諸多優點。目前國內外研究機構用光纖傳感監測技術對電力電纜在線測溫及載流量[1]的安全監測的研發和應用大多還處于初期研究階段，應用也基本停留在對個別設備和某個部件的監測上。比如Micron Optics公司推出的光纖點式測溫系統實現對風力發電機組的溫度檢測?；诶植际焦饫w溫度傳感技術的分布式光纖載流量/溫度安全監測系統，不僅具有普通光纖傳感器的優點，而且還具有對光纖沿線各點的載流量/溫度的分布式傳感能力。利用這種特點可以連續實時測量光纖沿線幾十公里內各點的溫度。定位精度≤1 m，測溫精度可達1 ℃，非常適用于高壓電力電纜的載流量/溫度傳感監測的應用場合。1系統工作原理分布式光纖載流量/溫度安全監測系統由拉曼分布式光纖測溫傳感器、感溫光纜、載流量軟件以及電流記錄儀組成。拉曼分布式光纖測溫傳感器[24]能對電力電纜全線溫度進行周期性實時在線監測，對極易出現故障的電纜接頭進行重點監測。該項技術利用光纖作為傳感器，將光纖直接敷設在被測物體表面，在一定條件下被測物體各個位置的溫度信號會以光波的形式回傳到光纖端部，最終被提取并顯示出來。這種技術只需一根或幾根光纖就可以監測長達數十公里的線型設備或點式設備。光纖的拉曼散射與溫度有著密切的關系。依據光時域反射測定法[5]，將短促的激光脈沖按精確的時間間隔注入光纖之中。在同一根光纖中，散射光的強度隨時間呈現出指數衰減。如果知道光在光纖中的傳播速度，就能計算出距離。從該指數衰減的偏差就能得出溫度。光纖既是該信號的生成器，又是該信號的渠道。反射光被分流到傳感器中來加以解碼。在光纖測溫系統連接的監控屏上能同時顯示距離和溫度數據。利用此技術把光纖與被測高壓電纜采用接觸方式安裝，測出高壓電纜表面溫度，根據表面溫度，電纜結構，輻射環境等因素，精確計算出電纜的線芯溫度，通過線芯溫度計算出通過線芯的載流量，并給出電纜對應分區的最高溫度，電纜的運行溫度和電纜的負荷水平，對溫度異常點進行報警。光學儀器第35卷
第1期楊斌，等：分布式光纖載流量/溫度安全監測系統的研究
安全監測系統范文5
［關鍵詞］ 大壩安全監測； 設備； 選型
1工程概況
新立城水庫位于吉林省伊通河中上游，距長春市區16km，控制流域面積1 970平方公里，總庫容5．92億立方米，是一座以防洪、供水為主的大型水庫。水庫按百年一遇洪水設計，按可能最大洪水校核。樞紐工程包括大壩、輸水洞和溢洪道等主要建筑物。
2大壩滲流監測系統建設必要性
雖然新立城水庫大壩現有安全監測設施對揭示水庫存在的問題和保證大壩安全運行發揮了重要作用，但監測項目設置仍存在不足，不能適應新立城水庫工程管理技術進步的要求；本次除險加固后，原設滲流監測設施無法全部保留，也不滿足《土石壩安全監測技術規范》（SL60—1994）的要求，主要表現為：
（1） 大壩壩基壩體滲流監測雖已建立包括輸水洞滲漏監測在內的6個監測斷面，但監測儀器的布設基于當時大壩滲流狀態，一是壩基高噴灌漿施工勢必導致壩頂及上游監測設施損壞，二是原監測儀器布置難以滿足建立灌漿體后的滲流監測要求。在灌漿體有效作用下，壩軸線下游布設的監測儀器尤其是壩體滲流監測儀器可能處于非有效工作狀態，應針對大壩新的防滲體系布設和完善滲流監測測點。
（2） 在目前條件下減壓井能起到一定的排水減壓作用，但灌漿體建立后，減壓井功效將發生根本的改變，應視具體情況更新監測方案。滲流量監測將以總堰為主進行監測。
3滲流監測系統技術方案設計
3．1滲流監測斷面及測點設計
大壩除險加固主體工程為壩基高噴灌漿，其主旨為根治大壩壩基滲透隱患。對于灌漿完工后的防滲效果以及大壩滲流場的變化情況，均需要有針對性地在特定的位置安裝監測設施，對其工程效果進行監測。
本次滲流監測設計充分考慮壩基地質情況及此次除險加固工程的工程內容，并結合原滲流監測系統的布置及系統運行成果，共布設14個監測斷面，分別為0＋405、0＋605、0＋805、1＋005、1＋205、1＋405、1＋591、1＋805、1＋911、2＋005、2＋201、2＋401、2＋525。下面以幾個典型斷面為例闡述一下監測系統的布點原則。
（1） 0＋405斷面。大壩0＋000~0＋400樁號處于壩址河道岸坡段，此壩段滲流隱患屬于次要部位，建壩時未清至壩基風化巖石，基礎仍為強透水層。盡管庫區天然及淤積覆蓋深厚，但了解壩基灌漿效果還是必要的。因此，此斷面僅在灌漿斷面前后各布置一個測點，監測其灌漿效果。
（2） 1＋205、1＋405、1＋591、1＋805、1＋911、2＋005斷面。大壩1＋200~2＋200樁號處于壩址河床段，壩高超過15米。此壩段是大壩變形較大的壩段，也是壩基滲透隱患嚴重的壩段，應予以重點監測。因此，在1＋205、1＋405、1＋591、1＋805、1＋911、2＋005樁號各布置一個監測斷面。其中，1＋405和2＋005斷面布置及監測目的與0＋405斷面相同；1＋205斷面布置3條監測垂線，分別位于灌漿斷面前、后及下游馬道，每條垂線壩基壩體各布置一個測點，監測高壓灌漿在壩基壩體防滲效果、壩基滲流壓力分布和壩體浸潤線。1＋591斷面布置4條監測垂線，灌漿斷面前、后各一個鉆孔，每孔壩基壩體各設一個測點，監測高壓灌漿效果，每條垂線壩基壩體各布置一個測點，監測灌漿在壩基壩體防滲效果、壩基滲流壓力分布和壩體浸潤線。下游馬道和壩腳下游的兩條垂線均沿用原滲流監測系統測點，監測壩基滲流壓力分布和壩體浸潤線；1＋805斷面布置4條監測垂線，灌漿斷面前、后布置與1＋591斷面布置和監測目的相同，下游馬道垂線上布置一個壩體測點，監測壩體浸潤線，下游壩腳外壩基布置一個測點，與灌漿斷面前、后壩基測點形成壩基監測斷面，監測本斷面壩基滲流壓力分布情況；1＋911斷面灌漿斷面前壩基設一個測點，下游馬道和壩腳下游的兩條垂線均沿用原滲流監測系統測點，本斷面3測點均為壩基測點，旨在監測灌漿在壩基的防滲效果。
（3） 2＋201、2＋401、2＋525斷面。大壩2＋200~2＋600樁號為壩址主河槽段，亦即最大壩高段，是大壩滲流監測的重點壩段。為此，在2＋201、2＋401、2＋525斷面各布置一個完整監測斷面，監測壩基壩體滲流壓力狀態。其中2＋201、2＋401斷面基于原滲流斷面布置，并盡量利用原系統有效測點。
上述滲流監測斷面及布設滲流測點構成大壩滲流監測體系，基于其監測成果，對大壩壩基、壩體滲流壓力平面分布狀態進行總體評價。
3．2大壩滲流監測系統儀器選型
大壩滲流安全監測和管理自動化系統，采用分布式自動化數據采集系統，各斷面測點滲流監測數據傳入從站的MCU，從站MCU數據無線傳輸到設在水庫管理局工程管理處總控制室控制主站。
3．2．1儀器選型原則
掌握儀器的使用條件，了解其應用歷史，包括儀器應用歷史、正常使用年限、使用環境、故障率、準確度、精度等；考察生產廠家的生產能力，售后保證條件；足夠的可靠性、耐久性及滿足工程需要的使用精度要求；必須根據工程性態的預測結果、物理量的變化范圍、使用條件、使用年限及性價比確定儀器類型、型號、量程及精度等級等。
3．2．2滲流壓力監測儀器
滲流壓力監測儀器品種和類型較多，有振弦式、差動電阻式、電阻應變片式以及電感式、氣動式等類型，國內外生產廠家知名的就有20余家。各孔隙水壓力計的性能指標和穩定性各有特點，通過性能價格比的綜合比較，新立城水庫大壩滲流監測所用孔隙水壓力計選用美國GEOKON公司生產的振弦式4500系列孔隙水壓力計。該類傳感器全部采用受溫度影響最小的不銹鋼元件制造，振弦元件設在焊接成的真空密封腔內，鋼弦的兩端采用特殊鍛壓工藝技術固定，標準透水石是用帶50微米小孔的不銹鋼制成，從而保證了產品的高穩定性和微型化，具有堅固耐用、外形尺寸小、安裝簡便、測值穩定可靠、精度和分辨率高等特點，因而在國內許多大型水利工程中得到應用，如二灘水電站、三峽水利樞紐、丹江口水電站、葛洲壩樞紐、官廳水庫、黃碧莊水庫、潘家口水利樞紐、萬家寨引黃入晉工程、豐滿水電站等近百個水利工程的安全監測，取得了較好的監測效果。
3．3測控單元（MCU）選型
3．3．1選型原則
大壩安全監測自動化系統起步于20世紀80年代，在90年代得到較大的發展，國內外均有成熟的產品問世并在實際應用中日臻完善?？紤]到進口產品雖在性能上具有較大的優勢，但其價位高、維護不及時且對操作管理人員要求高（英文操作軟件），建議大壩測控單元選用國內產品。
3．3．2本系統建議MCU選型
依據新立城水庫大壩滲流監測系統工程的特點以及系統建設先進性的要求，數據采集單元（MCU），選用基康儀器（北京）有限公司生產的測量控制單元BGK－MICRO－40MCU。
安全監測系統范文6
【關鍵詞】CAN 總線技術；煤礦安全；監測系統
1 我國煤礦安全監控系統的發展現狀
煤礦安全監控技術是隨著煤炭工業和現代計算機和自動化技術的發展而發展起來的一門技術。煤礦安全監控技術為煤礦的安全生產提供了良好的技術保障。我國一直是全球最大的煤炭生產國，對煤礦安全監控也十分重視。從上世紀八十年代開始，我國開始從國外，如德國、美國、波蘭等，引進安全監控系統。之后我國逐漸在消化國外技術的同時，結合我國煤礦的實際情況，自行研制了一批監控設備，代表性的國產監控系統有KJF2000、KJ66、WEBGIS，等等。這些設備為我國煤礦安全生產做出了重要貢獻。隨著安全監控技術的進一步發展，監控數據的傳輸逐漸成為各國競相研究的重點領域。目前，我國在數據傳輸領域還處于比較落后的地位，主要存在的問題有以下幾點：①傳輸速率慢；②非標準化；③高速傳輸時的傳輸距離短；④無中繼連接的節點數少；⑤傳輸系統結構靈活性差。
2 CAN 總線技術概述及其在煤礦安全監控中的應用
CAN的全名是ControllerAreaNetwork，屬于現場總線的范疇，它是一種有效支持分布式控制或實時控制的本行通信網絡。CAN總線技術最早是在1986年由德國電氣商博世公司開發的，當時主要用于汽車領域。此后不久，CAN的高性能和高可靠性獲得了全世界的認同，并迅速在工業設備、工業自動化等眾多領域得到了應用。到了上世紀九十年代末期，人們試著將其應用于煤礦安全監控中，結果迅速取得了成功，大大改善了煤礦安全狀況。CAN具有下列主要特性：①多主站依據優先權進行總線訪問；②無破壞性的基于優先權的仲裁；③借助接收濾波的多地址幀傳送；④遠程數據請求；⑤配置靈活性；⑥全系統數據相容性；⑦錯誤檢測和出錯信令；⑧發送期間若丟失仲裁或由于出錯而遭破壞的幀可自動重發送；⑨暫時錯誤和永久性故障節點的判別以及故障節點的自動脫離。
CAN中的總線數值為兩種互補邏輯數值：“顯性”數值表示邏輯“0”，隱性表示邏輯“1”。在總線空閑或“隱性”位期間，發送“隱性”狀態，“顯性”狀態以大于最小閾值的差分電壓表示。在“隱性”狀態下，VCAN―H和VCAN-L被固定于平均電壓電平，V近似為0。在“顯性”份期間，“顯性”狀態改寫“隱性”狀態并發送。如圖l所示。
圖1 總線位的數值表示
基于CAN總線的煤礦井下安全監測系統由井上通信系統和井下通信系統（監測網絡）組成。CAN總線包含2層通信網絡：（1）數據接口和井下監測分站之間的通信；（2）井下監測分站與各種安全監測傳感器之間的通信。
3 監測系統硬件設計
3.1 微處理器系統
根據煤礦井下環境的要求，這里選用了ATMEL公司的8位高性能嵌入式微處理器ATmega64作為通信管理機的CPU。首先，ATmega64的執行速度快，采用了單循環周期指令，而且性能穩定，完全可以滿足通信管理機的要求；CAN總線上數據收發采用中斷的方式，提高了通信管理機的實時性；ATmega64提供了2個串口，一個串口通過Max232提供RS-232串行通訊口，另一個串口備用，實現雙機備份功能。
3.2 CAN總線模塊接口
CAN總線模塊的CPU通過CAN控制器SJA1000及CAN收發器MCP2551連接到CAN總線上，單片機的I/O口連接SJA1000的AD0～AD7以及ALE、CS、RST、RD和WR等引腳，進行數據傳輸和總線控制。SJA1000的TX0、RX0分別接CAN收發器MCP2551的TXD和RXD引腳，進行數據的收發。MCP2551是CAN協議控制器和物理總線的接口，提供了對總線的差動發送能力和對CAN控制器的差動接收能力。
4 監測系統軟件設計
煤礦井下監測是一項非常復雜的工作，檢測系統需要監測的內容很多，有生產設備的運行狀態，有井下溫度、風速、風量、氣壓以及粉塵濃度的監測，還有氣體成分中甲烷、一氧化碳、二氧化碳和氧氣濃度的監測。對于如此復雜的監測系統，一旦通信出現故障，后果將非常嚴重，根據以上分析，主通信選擇CAN總線，所以，下面主要介紹一下CAN總線的工作流程，如圖2所示。
圖2 CAN總線工作流程示意圖
5 CAN總線性能測試
測試采用BER誤碼率測試軟件，上位機軟件通過RS-232串口定時1s向數據接口發送80個隨機數據，并將發送的數據顯示在窗口，同時顯示發送的數據個數。數據接口接收到數據后按CAN協議進行數據打包，然后發送給監測分站。在數據接口與監測分站之間連接一段長度為12 km的仿真線，監測分站將收到的數據原樣傳送給傳感器。而后，傳感器再將收到的數據返回給監測分站，分站將數據返回給數據接口，數據接口將收到的數據解包，通過RS-232送回上位機。上位機將收到的數據與發送的數據逐個比較，若80個數據完全吻合，則將顯示收到的數據以及正確數據個數，并根據發送與收到正確數計算誤碼率。該軟件可同時記錄測試的時間。以上測試連續進行10天，共計240 h，傳輸數據5.6×108個，誤碼率為0。由此，CAN總線性能可靠、穩定，是一種理想的通信總線。
參考文獻
