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探析一种矿用本安型人员报警探测器

 论文栏目:矿业工程    更新时间:2014-06-04 10:00   

目前,我国煤炭企业安全生产形势较为严峻,安全问题已成为制约煤炭工业发展的突出问题之一。
  煤矿生产需要挖掘大量的巷道,受施工顺序、工程衔接和通风条件等多方面因素的影响,不可避免地会留下盲巷。一旦井下生产人员误闯入盲巷,极有可能造成窒息甚至死亡等安全事故[1-2]。
  此外,煤矿中如炸药库、变电所和水仓等重要地区,当无关人员靠近或试图进入时,也需要对此类人员进行语音告警并上报报警信息到管理中心[3-5]。
  针对以上安全隐患,本文设计了一种矿用本安型报警探测器。该报警探测器安装在煤矿井下的重要地段,可以对误入该地段的工作人员进行声光告警,减少煤矿生产人员的安全隐患,并加强煤矿生产重地的管理。
  1人员探测技术
  目前常用的人员探测技术主要有:
  1) 被动红外探测技术[6-7]:根据接收到的红外辐射(温度)电平变化进行报警,不宜用在有热气流流动之处。
  2) 主动红外探测技术[8-9]:当发射机与接收机之间的红外辐射光束在完全等于或大于设定阈值部分被遮断时进行报警。由于红外线穿透能力很差,不宜用在高粉尘和高湿度之处。
  3) 微波多普勒型探测技术[10-11]:根据多普勒原理,用电磁波探测到覆盖范围内人体的移动,然后进行报警。
  由于煤矿井下存在高温、高湿和高粉尘等恶劣环境,导致采用主、被动红外探测技术的探测器不能有效工作。综上所述,微波多普勒型探测器最适合于煤矿井下应用。
  2报警探测器设计
  2.1报警探测器结构框图
  报警探测器由本安电源、MCU小系统、多普勒探头、语音报警电路以及RS485通信接口电路组成,如图1所示。
  2.2报警探测器工作原理
  当多普勒探头探测到其探测区域内有人员移动时,会产生1个低电平信号,此时MCU探测到与探测器接口相连IO管脚P1.4的电平从高变化到低,即判断有人员通过危险区域,如图2所示。
  在该情况下,MCU通过SPI总线控制专用语音模块U1驱动外接音箱,播放相应危险区域的告警语音,如“盲井严禁入内”、“水仓要地严禁入内”等,如图3所示。
  2.3本质安全设计
  本报警探测器为本质安全型产品,需严格按照GB 3836.1-2010和GB 3836.4-2010标准设计。
  2.3.1本安电源设计
  本报警探测器电源由1524 V本安电源供电。根据本质安全要求,输入端添加1路300 mA自恢复保险丝和24 V的TVS管对输入电压进行保护,采用二极管整流桥进行电源防反接设计,并限制输入端电容总量不大于2.2 μF。
  采用LM22680电源芯片输出12 V电压,并根据本安要求在12 V电压输出端添加2级保护电路,即2个12 V的TVS管。
  12 V电压用于给多普勒探头供电,并根据本安要求,对外接口电路电源与输入本安电源相隔离,因此本探测报警器选用12 V转5 V的双路隔离电源模块U2,分别给MCU小系统和RS485接口供电,如图4所示。
  2.3.2RS485接口设计
  3报警探测器测试与结果
  4结论
  在煤矿井下的复杂环境中,本文设计的矿用本安型人员报警探测器能有效地对误入危险地段的工作人员进行检测,并且能够发出语音告警提示,从而减少了煤矿井下安全事故的发生,在预防煤矿安全事故应用方面有着十分重要的作用。
  参考文献:
  [1]王实生.对盲巷氮气窒息事故的分析与建议[J].煤矿安全,1990(4):3032.
  [2]姜启晔.浅析窒息事故[J].煤矿安全,1991(3):4548.
  [3]蔡卫,马尚权.我国煤矿安全管理的现状及对策[J].煤炭科学技术,2004, 32(12):7476.
  [4]王云刚,王恩元,刘贞堂.安全目标管理在煤矿安全管理中的应用[J].中国矿业,2007,16(8):3234.
  [5]原冬梅.煤矿安全监控系统的现状和发展[J].科技创新与应用, 2013(25):146.
  [6]谢白玉.户外被动红外探测器的设计[J].办公自动化,2013(6): 4336.
  [7]王益峰,杨淼,宋文星,等.APD主/被动红外成像读出电路设计[J].电子器件,2011,34(6):659663.
  [8]杨旺严.主动红外入侵探测系统研究与设计[D].广州:华南理工大学,2011.
  [9]李克强.主动式红外线探测报警系统在监狱安全工作的设计[D].南昌:南昌大学,2012.
  [10]冯春卫,胡启迪.多普勒型微波报警探测器的分析和研究[J].价值工程,2011(16):164165.
  [11]宋孝忠.多普勒型微波报警系统的研究[D].武汉:华中科技大学,2007.

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