家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、PAGE PAGE 38作者 第 頁(yè) 共26頁(yè)摘 要隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,人們對(duì)生活質(zhì)量的提高和生活環(huán)境的改善越來(lái)越重視,液化氣、煤氣進(jìn)入家庭的使用為人們帶來(lái)了方便,也改善了城市的環(huán)境,但同時(shí)也給人們帶來(lái)了潛在的危險(xiǎn),其中一氧化碳是最主要的危險(xiǎn)源。一氧化碳是一種無(wú)色無(wú)味同時(shí)這些氣體燃料在使用中，若管道和閥門(mén)密封不好，它們泄露出去，輕者引起中毒，重者造成火災(zāi)，危及人們的生命財(cái)產(chǎn)。由于這些原因，對(duì)于氣體的檢測(cè)與控制就變得很重要了，研究各種氣體的檢測(cè)方法與氣體傳感器也隨之成為一個(gè)重要課題。本論文主要實(shí)現(xiàn)管道煤氣泄露的測(cè)量與報(bào)警，系統(tǒng)主要以半導(dǎo)體氣體傳感器為研究對(duì)象，以單片機(jī)為核心構(gòu)成一個(gè)具備

2、數(shù)據(jù)采集、對(duì)象控制、結(jié)果顯示、數(shù)據(jù)通信等功能的完整系統(tǒng)。通過(guò)虛擬儀器Lab VIEW進(jìn)行控制之后，再通過(guò)計(jì)算機(jī)I/O接口輸出;輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，分別控制報(bào)警燈、蜂鳴器及切斷電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣泄露事故的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制;程序?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)。關(guān)鍵詞：氣體傳感器，單片機(jī)，數(shù)據(jù)采集，Lab VIEW目錄第一章緒論11.1論文研究來(lái)源、目的和意義11.1.1 論文研究來(lái)源21.1.2 論文研究目的和意義21.2可燃性氣體報(bào)警器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀31.3本論文主要任務(wù)3第二章煤氣泄露自動(dòng)測(cè)試總體設(shè)計(jì)42.1設(shè)計(jì)要求52.1.1煤氣泄露測(cè)試的功能52.1.2煤氣泄露測(cè)試系統(tǒng)框圖52.1.2煤氣泄露測(cè)試的各

3、個(gè)功能模塊62.2設(shè)計(jì)原理72.2.1氣體傳感器介紹72.2.2氣體傳感器的選定72.3數(shù)據(jù)處理82.3.1傳感器非線性信號(hào)處理92.3.2數(shù)字濾波處理9第三章煤氣泄露自動(dòng)測(cè)試硬件設(shè)計(jì)93.1溫度補(bǔ)償電路113.1.1 OP07低噪聲高精度運(yùn)算放大器113.1.2溫度補(bǔ)償123.2模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809123.2.1 ADC0809的介紹123.2.2引腳功能133.2.3主要特性143.3單片機(jī)AT89C51的概述153.3.1 AT89C51簡(jiǎn)介153.3.2主要性能參數(shù)153.3.3管腳說(shuō)明163.4 聲光報(bào)警與LED顯示193.4.1聲光報(bào)警單元193.4.2 LED顯示203.5

4、排氣扇控制系統(tǒng)與切斷閥213.5.1光電隔離器213.5.2繼電器選擇223.5.3光電隔離電路23第四章接口總線224.1 RS-232接口總線22結(jié)論24謝 辭25參考文獻(xiàn)26家庭廚房煤氣泄漏檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)第一章 緒論1.1論文研究來(lái)源、目的和意義1.1.1 論文研究來(lái)源隨著科技的發(fā)展，越來(lái)越多的可燃性氣體作為能源應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活中。但是可燃性氣體在給我們帶來(lái)極大便利的同時(shí)，也存在巨大隱患?？扇夹詺怏w發(fā)生泄漏達(dá)到爆炸極限后，一旦有火源作用，便會(huì)引起燃燒、爆炸等事故，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)＜吧踩榱藴p少這類(lèi)事故的發(fā)生，就必須對(duì)這些可燃性氣體進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，采用

5、先進(jìn)可靠的安全檢測(cè)儀表，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)環(huán)境中可燃性氣體的濃度，及早發(fā)現(xiàn)事故隱患，采取有效措施，避免事故發(fā)生，才能確保工業(yè)安全和家庭生活安全。因此，研究可燃性氣體的檢測(cè)方法與研制可燃性氣體報(bào)警器就成為傳感器技術(shù)發(fā)展領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。1.1.2 論文研究目的和意義可燃性氣體通常指城市煤氣、石油液化氣、汽油蒸汽、酒精蒸汽、天然氣以及煤礦瓦斯等1。這些氣體主要含有烷類(lèi)、烴類(lèi)、烯類(lèi)、醇類(lèi)、苯類(lèi)以及一氧化碳和氫氣等成分，易燃、易爆、貯存和使用這些氣體的過(guò)程中，如違反操作規(guī)程和設(shè)備密封不好，都有可能發(fā)生可燃?xì)怏w泄漏現(xiàn)象，進(jìn)而釀成火災(zāi)或爆炸事故，給國(guó)家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成損失。可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警裝置是能夠檢測(cè)環(huán)境

6、中的可燃性氣體濃度并具有報(bào)警功能的儀器。該報(bào)警裝置是石油化學(xué)工業(yè)、有可燃性氣體泄漏可能的生產(chǎn)工廠及家庭防火防爆必備的儀器?？扇夹詺怏w報(bào)警器屬于中華人民共和國(guó)強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具目錄中第46項(xiàng)，它歸類(lèi)于物理化學(xué)計(jì)量器具。建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范(GBJ16-87)第10.3.2條明確規(guī)定:“散發(fā)可燃?xì)怏w、可燃蒸汽的甲類(lèi)廠房和場(chǎng)所，應(yīng)設(shè)置可燃性氣體濃度檢測(cè)報(bào)警裝置”。2003年12月，國(guó)家執(zhí)行新的可燃性氣體探測(cè)器標(biāo)準(zhǔn)(GB15322-2003)可燃?xì)怏w探測(cè)器，2004年10月國(guó)家頒布可燃?xì)怏w檢測(cè)報(bào)警器規(guī)程JJG693-2004，研究新型、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)可燃性氣體，并合乎國(guó)家相關(guān)規(guī)定的報(bào)警器具有極其重

7、要得意義。目前我國(guó)已有許多城市鋪設(shè)了煤氣管道，使用人口約達(dá)二億人，煤氣發(fā)生基地及中轉(zhuǎn)站也達(dá)幾千家。如果這些家用燃?xì)夂兔簹饣丶爸修D(zhuǎn)站的報(bào)警率按10%計(jì)算，可燃性氣體檢測(cè)報(bào)警器的需求量就達(dá)2000萬(wàn)臺(tái)以上。隨著全社會(huì)對(duì)防火防爆及人身安全的重視程度的提高，這個(gè)數(shù)字會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。近十年來(lái)，農(nóng)村的沼氣使用也得到了極大的發(fā)展。到2006年底，全國(guó)沼氣池?cái)?shù)量已達(dá)近1300萬(wàn)座，這就為檢測(cè)沼氣（主要成分是甲烷）濃度的儀器提供了市場(chǎng)?？梢?jiàn)，可燃性氣體報(bào)警器具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。1.2可燃性氣體報(bào)警器的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀國(guó)外從20世紀(jì)30年代開(kāi)始研究及開(kāi)發(fā)氣體傳感器，且發(fā)展迅速，一方面是因?yàn)槿藗儼踩庾R(shí)增強(qiáng)，對(duì)環(huán)境安全

8、性和生活舒適性要求提高；另一方面是因?yàn)閭鞲衅魇袌?chǎng)增長(zhǎng)受到政府安全法規(guī)的推動(dòng)。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)1996年2002年氣體傳感器年均增長(zhǎng)率為27%30%。隨著傳感器生產(chǎn)工藝水平逐步提高，傳感器日益小型化、集成度不斷增大，使得氣體檢測(cè)儀器的體積也逐漸變小，提高了氣體檢測(cè)儀器的便攜性，更加利于生產(chǎn)、運(yùn)輸及市場(chǎng)推廣。1963年5月，日本開(kāi)發(fā)完成第一臺(tái)接觸燃燒式家用燃?xì)庑孤﹫?bào)警器，次年12月其改良產(chǎn)品問(wèn)世，改良的報(bào)警器可以檢測(cè)燃?xì)?、一氧化碳等氣體，可以安裝在浴室或者采用集中監(jiān)視。我國(guó)在70年代初期開(kāi)始研制可燃性氣體報(bào)警器，生產(chǎn)型號(hào)多樣、品種較齊全，應(yīng)用范圍也由單一的煉油系統(tǒng)擴(kuò)展到幾乎所有危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境的各種類(lèi)

9、型報(bào)警器，產(chǎn)品數(shù)量也在不斷增加。但主要是在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的傳感器技術(shù)和先進(jìn)的生產(chǎn)工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行研究與開(kāi)發(fā)形成自己的特色。近年來(lái)，在氣體選擇性和產(chǎn)品穩(wěn)定性上也有很大進(jìn)步。燃?xì)鈭?bào)警器可分為民用可燃?xì)怏w報(bào)警器、工業(yè)用可燃性氣體報(bào)警器、有毒有害氣體報(bào)警器三大系列產(chǎn)品。(1)民用可燃?xì)怏w報(bào)警器民用可燃?xì)怏w報(bào)警器為居民家庭用的燃?xì)鈭?bào)警器,一般安裝在廚房，遇燃?xì)庑孤r(shí)，報(bào)警器可發(fā)出聲光報(bào)警，或同時(shí)伴有數(shù)字顯示，同時(shí)聯(lián)動(dòng)外部設(shè)備。有的報(bào)警器可自動(dòng)開(kāi)啟排風(fēng)扇，把燃?xì)馀懦鍪彝?；有的?bào)警器在報(bào)警時(shí)可自動(dòng)關(guān)閉燃?xì)忾y門(mén)，以防燃?xì)饫^續(xù)泄漏。(2)工業(yè)用可燃性氣體報(bào)警器及有毒有害氣體報(bào)警器工業(yè)用可燃性氣體報(bào)警器及有毒有害氣

10、體報(bào)警器只是檢測(cè)探頭有差異，而在原理和應(yīng)用中都很相近。工業(yè)用燃?xì)鈭?bào)警器及有毒氣體報(bào)警器根據(jù)檢測(cè)環(huán)境的不同，也可分為檢漏儀、控制器和探測(cè)器。檢漏儀的體積較小，可隨身攜帶或手持，主要應(yīng)用于燃?xì)夤芾淼牟槁┡c巡檢。若有燃?xì)庑孤?，檢漏儀便會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)數(shù)字顯示氣體濃度，以便及時(shí)采取安全措施，防止爆炸等惡性事故的發(fā)生?？刂破髋c探測(cè)器結(jié)合使用，可在防爆現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)氣體的濃度。探測(cè)器安裝在防爆現(xiàn)場(chǎng)，控器壁掛在值班室等有人值守的地方，二者采用屏蔽電纜線連接。當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)的探測(cè)器探測(cè)到燃?xì)庑孤┲螅ㄟ^(guò)屏蔽電纜線將信號(hào)傳到控制器，控制器發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)裝置或關(guān)閉電磁閥切斷氣源，以確保安全。此種儀器廣泛

11、應(yīng)用于液化氣站、汽車(chē)加氣站、鍋爐房等工業(yè)場(chǎng)所。1.3本論文主要任務(wù)本篇論文是煤氣泄漏自動(dòng)檢測(cè)的研制，主要針對(duì)CO氣體，主要實(shí)現(xiàn)家庭煤氣檢測(cè)的檢測(cè)與報(bào)警。數(shù)據(jù)采集模塊利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)氣體濃度實(shí)時(shí)采集、電路狀態(tài)信號(hào)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理；數(shù)據(jù)傳輸模塊將檢測(cè)信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)I/O接口為計(jì)算機(jī)與外部數(shù)據(jù)連接的硬件支持。當(dāng)數(shù)據(jù)進(jìn)入計(jì)算機(jī)后，在LabVIEW平臺(tái)上，經(jīng)數(shù)據(jù)處理子程序、報(bào)警子程序輸出報(bào)警信號(hào)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)I/O接口輸出;輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電路，分別控制報(bào)警燈、蜂鳴器及切斷電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤氣泄露事故的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制。 第2章煤氣泄露自動(dòng)測(cè)試總體設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)要求2.1.1煤氣泄露測(cè)試的功能在

12、本設(shè)計(jì)中，煤氣泄露測(cè)試裝置的主要功能就是快速準(zhǔn)確的檢測(cè)被測(cè)氣體中有害氣體的含量（主要是CO氣體），通過(guò)LED顯示屏將CO氣體濃度顯示出來(lái)，當(dāng)氣體濃度達(dá)到一定門(mén)限值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，為了提高實(shí)用性系統(tǒng)還應(yīng)該具備人機(jī)交互界面、與計(jì)算機(jī)通信端口。為了實(shí)現(xiàn)以上功能：系統(tǒng)應(yīng)該具備氣體傳感器、數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、LED數(shù)碼顯示、輸入鍵盤(pán)、聲光報(bào)警單元、光電隔離技術(shù)和切斷閥、RS-232通信模塊。2.1.2煤氣泄露測(cè)試系統(tǒng)框圖 圖2-1系統(tǒng)框圖系統(tǒng)工作流程為:由裝在室內(nèi)的CO傳感器獲得被測(cè)量對(duì)象(室內(nèi)CO濃度)原始信號(hào),經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和取樣放大得到矯正后的可匹配信號(hào)，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換,得到被測(cè)對(duì)象的

13、數(shù)字量信號(hào),再由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,得到最終的室內(nèi)環(huán)境CO濃度值,將此數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)碼管顯示并保存,同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的限值參數(shù)判斷環(huán)境濃度是否超標(biāo),如果超標(biāo)立即向光隔離接口輸出控制信號(hào),通過(guò)繼電器打開(kāi)排氣扇, 如果超出下限值，切斷閥關(guān)閉，并開(kāi)始進(jìn)入危險(xiǎn)期計(jì)時(shí),如果發(fā)現(xiàn)環(huán)境中一氧化碳濃度長(zhǎng)時(shí)間處于危險(xiǎn)狀態(tài),則有可能排氣扇未能打開(kāi),或者房間發(fā)生嚴(yán)重CO泄露事故,此時(shí)啟動(dòng)預(yù)警信號(hào)進(jìn)行語(yǔ)音報(bào)警提示,提示室內(nèi)人員打開(kāi)門(mén)窗、關(guān)閉氣源并迅速撤離事故現(xiàn)場(chǎng)。如果系統(tǒng)接有上位機(jī)工作的話,可通過(guò)通信接口對(duì)單片機(jī)組成的下位機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,并可定時(shí)地從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中讀取以前測(cè)量的數(shù)據(jù)值,進(jìn)行二次處理加工或存入數(shù)據(jù)庫(kù)永久保

14、存。具體技術(shù)指標(biāo)如下：應(yīng)用范圍：工業(yè)生產(chǎn)和人民生活中的CO檢測(cè)；檢測(cè)對(duì)象：CO及他們的混合氣體；檢測(cè)范圍：CO:01000ppm；檢測(cè)精度：CO優(yōu)于20ppm；報(bào)警濃度：100ppm300ppm響應(yīng)時(shí)間：30ms；電池電壓：+12V；工作溫度范圍：-20+70；工作濕度范圍：1095%RH。2.1.2煤氣泄露測(cè)試的各個(gè)功能模塊在本設(shè)計(jì)中，煤氣泄露測(cè)試裝置的主要功能就是快速準(zhǔn)確的檢測(cè)被測(cè)氣體中有害氣體的含量（主要是CO氣體），通過(guò)LED顯示屏將CO氣體濃度顯示出來(lái)，當(dāng)氣體濃度達(dá)到一定門(mén)限值時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警，為了提高實(shí)用性系統(tǒng)還應(yīng)該具備人機(jī)交互界面、與計(jì)算機(jī)通信端口。為了實(shí)現(xiàn)以上功能：系統(tǒng)應(yīng)該具備氣

15、體傳感器、數(shù)據(jù)采集、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機(jī)、LED數(shù)碼顯示、聲光報(bào)警單元、光電隔離技術(shù)和切斷閥、RS-232通信模塊。2.2設(shè)計(jì)原理2.2.1氣體傳感器介紹1. 氣體傳感器是氣體與氣味檢測(cè)的關(guān)鍵元件。根據(jù)其氣敏特性，氣體傳感器可以分為六大類(lèi)：(1) 半導(dǎo)體氣體傳感器。(2) 固體電解質(zhì)氣體傳感器。(3) 接觸感染式氣體傳感器。(4) 電化學(xué)式氣體傳感器。(5) 光學(xué)式氣體傳感器。(6) 高分子氣體傳感器。2. 氣體傳感器應(yīng)滿足的基本條件一個(gè)氣體傳感器可以是單功能的，也可以是多功能的；可以是單一的實(shí)體，也可以是由多個(gè)不同功能傳感器組成的陣列。但是，任何一個(gè)完整的氣體傳感器都必須具備以下條件：(1

16、) 能選擇性地檢測(cè)某種單一氣體，而對(duì)共存的其它氣體不響應(yīng)或低響應(yīng)。(2) 對(duì)被測(cè)氣體具有較高的靈敏度，能有效地檢測(cè)允許范圍內(nèi)的氣體濃度。(3) 對(duì)檢測(cè)信號(hào)響應(yīng)速度快，重復(fù)性好。(4) 長(zhǎng)期工作穩(wěn)定性好。(5) 使用壽命長(zhǎng)。(6) 制造成本低，使用與維護(hù)方便。2.2.2氣體傳感器的選定氣體傳感器是本系統(tǒng)檢測(cè)的起點(diǎn)也是系統(tǒng)的核心和重點(diǎn)，選擇合適的傳感器成為決定系統(tǒng)成功的關(guān)鍵。CO氣體傳感器屬于氣敏傳感器，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后送到單片機(jī)，進(jìn)而由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)處理、濃度處理及報(bào)警控制等工作。傳感器作為煤氣泄露測(cè)試裝置報(bào)警器的信號(hào)采集部分，是儀表的核心組成部分之一。由此可見(jiàn)，傳感器的

17、選型是非常重要的。由于監(jiān)控系統(tǒng)最關(guān)鍵的部分在于室內(nèi)一氧化碳?xì)怏w濃度的檢測(cè),本系統(tǒng)考慮到室內(nèi)空氣中一氧化碳含量的大致范圍,結(jié)合國(guó)家環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)(GB30951996)規(guī)定的一氧化碳分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),我們選用了Motorola生產(chǎn)的一種專(zhuān)門(mén)用于家庭用途的MGS1100型一氧化碳?xì)怏w傳感器, MGS1100一氧化碳傳感器是一種應(yīng)用全微電子工藝制成的半導(dǎo)體氣體傳感器，作為CO敏感元件，對(duì)CO響應(yīng)的選擇性好，并具有靈敏度高，穩(wěn)定性好等特點(diǎn)在信號(hào)采集的同時(shí)加以溫度補(bǔ)償。它是在微型硅橋結(jié)構(gòu)中嵌入的加熱器上制作一層SnO2薄膜,這種結(jié)構(gòu)不僅使得SnO2薄膜對(duì)CO氣體在很寬的溫度范圍內(nèi)具有敏感性,而且硅膜減少熱傳導(dǎo)的

18、熱損失,從而大大降低了功耗。圖2-2傳感器管腳與基本測(cè)量電路圖其中2、4端為加熱器的電源接線端,1、3為傳感器輸出端,其工作原理是把傳感器置于CO氣體環(huán)中,SnO2薄膜層的電阻會(huì)隨著CO濃度的變化而變化,CO濃度越大,SnO2薄膜層阻值越小。圖22（b）為取得傳感器輸出信號(hào)的基本電路圖,Vh為加熱電壓,傳感器電阻RS與負(fù)載電阻RL串聯(lián)接到工作電壓VCC兩端, 由此可得關(guān)系:VRL=RLVCC/（RL+RS）傳感器阻值RS隨著CO濃度的增大而減小時(shí),輸出負(fù)載電壓VRL逐漸變大,所以通過(guò)測(cè)量負(fù)載電壓即可反應(yīng)出被測(cè)對(duì)象的CO濃度。MGS1100型一氧化碳?xì)怏w傳感器的特點(diǎn)：測(cè)量濃度范圍為0-1000P

19、PM，測(cè)量精度為3%，分辨率為1PPM，工作溫度-2070，零點(diǎn)漂移為PPM10。2.3數(shù)據(jù)處理2.3.1傳感器非線性信號(hào)處理人們使用傳感器時(shí)總希望傳感器的輸出量和它所測(cè)量的輸入量呈線性關(guān)系,但由于傳感器內(nèi)部因素和測(cè)量誤差等原因,傳感器的輸入輸出特性在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)往往不是嚴(yán)格的直線關(guān)系。在本系統(tǒng)中測(cè)量得到的是經(jīng)傳感器和采集電路變換的電壓信號(hào),為了真實(shí)地反映被測(cè)量的CO濃度值,需要將根據(jù)系統(tǒng)特性在測(cè)量范圍內(nèi)將環(huán)境濃度與采集電壓之間的關(guān)系作一個(gè)誤差盡可能小的標(biāo)定,依據(jù)此標(biāo)定關(guān)系,將測(cè)量得到的電壓信號(hào)真實(shí)地轉(zhuǎn)化成被測(cè)環(huán)境的CO濃度值。本系統(tǒng)采用的是分段插值法來(lái)對(duì)系統(tǒng)測(cè)量值和目標(biāo)值進(jìn)行標(biāo)定的。2.3

20、.2數(shù)字濾波處理數(shù)字濾波的方法有很多種,可以根據(jù)不同的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行選擇。下面介紹幾種常用得數(shù)字濾波法：1. 程序判斷濾波2. 中值濾波3. 算術(shù)平均值濾波4. 滑動(dòng)平均濾波5. RC低通數(shù)字濾波6. 加權(quán)平均值濾波本文采用的是中值濾波法,下面主要介紹中值濾波法：所謂中值濾波是對(duì)某一參數(shù)連續(xù)采樣N次(一般N取奇數(shù)),然后把N次的采樣值從小到大(或從大到小)排隊(duì),再取中間值作為本次采樣值中值濾波對(duì)于去掉偶然因素引起的波動(dòng)或采樣器不穩(wěn)定而造成的誤差所引起的脈動(dòng)干擾比較有效.若變量變化比較緩慢,則采用中值濾波效果比較好,但對(duì)快速變化的參數(shù),如流量,則不宜使用。中值濾波程序設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是:首先把N個(gè)采樣值

21、從小到大(或從大到小)進(jìn)行排隊(duì),然后再取中間值。N個(gè)數(shù)據(jù)按大小排序的具體做法是兩兩進(jìn)行比較,設(shè)R0為存放數(shù)據(jù)區(qū)首地址,先將(R0)與(R0)+1)進(jìn)行比較,若(R0)95%0.05gcm330mL30min101.53.0mm30min1020mgcm298%0.02gcm320mL30min891.01.5mm30min2050mgcm24%泥漿密度秤500700mL漏斗法100mL量杯法500mL量筒或穩(wěn)定計(jì)失水量?jī)xpH試紙失水量?jī)x靜切力計(jì)含砂量測(cè)定器注：1.密度：表中上限為新制泥漿，下限為循環(huán)泥漿。一般采用膨潤(rùn)土泥漿時(shí)，新漿密度控制在1.041.05；循環(huán)程中的泥漿控制在1.251.30

22、；對(duì)于松散易坍地層，密度可適當(dāng)加大。澆灌混凝土前槽內(nèi)泥漿控制在1.151.25，視土質(zhì)情況而定；2.成槽時(shí)，泥漿主要起護(hù)壁作用，在一般情況下可只考慮密度、粘度、膠體率三項(xiàng)指標(biāo)；3.當(dāng)存在易塌方土層(如砂層或地下水位下的粉砂層等)或采用產(chǎn)生沖擊、沖刷的掘削機(jī)械時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮，泥漿粘度，宜用2530s。3.3.2在施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)檢查和控制泥漿的性能，定時(shí)對(duì)泥漿性能進(jìn)行測(cè)試，隨時(shí)調(diào)泥漿配合比，做好泥漿質(zhì)量檢測(cè)記錄。一般作法是：在新漿拌制后靜止24h，測(cè)一次全項(xiàng)(含砂量除外)；在成槽過(guò)程中，一般每進(jìn)尺15m或每4h測(cè)定一次泥漿密度和粘度。在槽結(jié)束前測(cè)一次密度、粘度；澆灌混凝土前測(cè)一次密度。兩次取樣位

23、置均應(yīng)在槽底以上200mm處。失水量和pH值，應(yīng)在每槽孔的中部和底部各測(cè)一次。含砂量可根據(jù)實(shí)際情況測(cè)定。穩(wěn)定性和膠體率一般在循環(huán)泥漿中不測(cè)定。3.3.3泥漿必須經(jīng)過(guò)充分?jǐn)嚢?，常用方法有：低速臥式攪拌機(jī)攪拌；螺旋槳式攪拌機(jī)攪拌；壓縮空氣攪拌；離心泵重復(fù)循環(huán)。泥漿攪拌后應(yīng)在儲(chǔ)漿池內(nèi)靜置24h以上，或加分散劑膨潤(rùn)土或粘土充分水化后方可使用。3.3.4通過(guò)溝槽循環(huán)或混凝土換置排出的泥漿，如重復(fù)使用，必須進(jìn)行凈化再生處理。一般采用重力沉降處理，它是利用泥漿和土渣的密度差，使土渣沉淀，沉淀后的泥漿進(jìn)入貯漿池，貯漿池的容積一般為一個(gè)單元槽段挖掘量及泥漿槽總體積的2倍以上。沉淀池和貯漿池設(shè)在地上或地下均可，但

24、要視現(xiàn)場(chǎng)條件和工藝要求合理配置。如采用原土造漿循環(huán)時(shí)，應(yīng)將高壓水通過(guò)導(dǎo)管從鉆頭孔射出，不得將水直接注入槽孔中。3.3.5在容易產(chǎn)生泥漿滲漏的土層施工時(shí)，應(yīng)適當(dāng)提高泥漿粘度和增加儲(chǔ)備量，并備堵漏材料。如發(fā)生泥漿滲漏，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)漿和堵漏，使槽內(nèi)泥漿保持正常。3.4槽段開(kāi)挖3.4.1挖槽施工前應(yīng)預(yù)先將連續(xù)墻劃分為若干個(gè)單元槽段，其長(zhǎng)度一般為47m。每個(gè)單元槽段由若干個(gè)開(kāi)挖段組成。在導(dǎo)墻頂面劃好槽段的控制標(biāo)記，如有封閉槽段時(shí)，必須采用兩段式成槽，以免導(dǎo)致最后一個(gè)槽段無(wú)法鉆進(jìn)。3.4.2成槽前對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行一次全面檢查，各部件必須連接可靠，特別是鉆頭連接螺栓不得有松脫現(xiàn)象。3.4.3為保證機(jī)械運(yùn)行和工作平穩(wěn)，

25、軌道鋪設(shè)應(yīng)牢固可靠，道碴應(yīng)鋪填密實(shí)。軌道寬度允許誤差為5mm，軌道標(biāo)高允許誤差10mm。連續(xù)墻鉆機(jī)就位后應(yīng)使機(jī)架平穩(wěn)，并使懸掛中心點(diǎn)和槽段中心一致。鉆機(jī)調(diào)好后，應(yīng)用夾軌器固定牢靠。3.4.4挖槽過(guò)程中，應(yīng)保持槽內(nèi)始終充滿泥漿，以保持槽壁穩(wěn)定。成槽時(shí)，依排渣和泥漿循環(huán)方式分為正循環(huán)和反循環(huán)。當(dāng)采用砂泵排渣時(shí)，依砂泵是否潛入泥漿中，又分為泵舉式和泵吸式。一般采用泵舉式反循環(huán)方式排渣，操作簡(jiǎn)便，排泥效率高，但開(kāi)始鉆進(jìn)須先用正循環(huán)方式，待潛水砂泵電機(jī)潛入泥漿中后，再改用反循環(huán)排泥。3.4.5當(dāng)遇到堅(jiān)硬地層或遇到局部巖層無(wú)法鉆進(jìn)時(shí)，可輔以采用沖擊鉆將其破碎，用空氣吸泥機(jī)或砂泵將土渣吸出地面。3.4.6成

26、槽時(shí)要隨時(shí)掌握槽孔的垂直精度，應(yīng)利用鉆機(jī)的測(cè)斜裝置經(jīng)常觀測(cè)偏斜情況，不斷調(diào)整鉆機(jī)操作，并利用糾偏裝置來(lái)調(diào)整下鉆偏斜。3.4.7挖槽時(shí)應(yīng)加強(qiáng)觀測(cè)，如槽壁發(fā)生較嚴(yán)重的局部坍落時(shí)，應(yīng)及時(shí)回填并妥善處理。槽段開(kāi)挖結(jié)束后，應(yīng)檢查槽位、槽深、槽寬及槽壁垂直度等項(xiàng)目，合格后方可進(jìn)行清槽換漿。在挖槽過(guò)程中應(yīng)作好施工記錄。3.5清槽3.5.1當(dāng)挖槽達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，應(yīng)停止鉆進(jìn)，僅使鉆頭空轉(zhuǎn)而不進(jìn)尺，將槽底殘留的土打成小顆粒，然后開(kāi)啟砂泵，利用反循環(huán)抽漿，持續(xù)吸渣1015min，將槽底鉆渣清除干凈。也可用空氣吸泥機(jī)進(jìn)行清槽。3.5.2當(dāng)采用正循環(huán)清槽時(shí)，將鉆頭提高槽底100200mm，空轉(zhuǎn)并保持泥漿正常循環(huán)，以中速

27、壓入泥漿，把槽孔內(nèi)的浮渣置換出來(lái)。3.5.3對(duì)采用原土造漿的槽孔，成槽后可使鉆頭空轉(zhuǎn)不進(jìn)尺，同時(shí)射水，待排出泥漿密度降到1.1左右，即認(rèn)為清槽合格。但當(dāng)清槽后至澆灌混凝土間隔時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，為防止泥漿沉淀和保證槽壁穩(wěn)定，應(yīng)用符合要求的新泥漿將槽孔的泥漿全部置換出來(lái)。3.5.4清理槽底和置換泥漿結(jié)束1h后，槽底沉渣厚度不得大于200mm；澆混凝土前槽底沉渣厚度不得大于300mm，槽內(nèi)泥漿密度為1.11.25、粘度為1822s、含砂量應(yīng)小于8%。3.6鋼筋籠制作及安放3.6.1鋼筋籠的加工制作，要求主筋凈保護(hù)層為7080mm。為防止在插入鋼筋籠時(shí)擦傷槽面，并確保鋼筋保護(hù)層厚度，宜在鋼筋籠上設(shè)置定位鋼筋

28、環(huán)、混凝土墊塊。縱向鋼筋底端距槽底的距離應(yīng)有100200mm，當(dāng)采用接頭管時(shí)，水平鋼筋的端部至接頭管或混凝土及接頭面應(yīng)留有100150mm間隙。縱向鋼筋應(yīng)布置在水平鋼筋的內(nèi)側(cè)。為便于插入槽內(nèi)，利鋼筋底端宜稍向內(nèi)彎折。鋼筋籠的內(nèi)空尺寸，應(yīng)比導(dǎo)管連接處的外徑大100mm以上。3.6.2為了保證鋼筋籠的幾何尺寸和相對(duì)位置準(zhǔn)確，鋼筋籠宜在制作平臺(tái)上成型。鋼筋籠每棱邊(橫向及豎向)鋼筋的交點(diǎn)處應(yīng)全部點(diǎn)焊，其余交點(diǎn)處采用交錯(cuò)點(diǎn)焊。對(duì)成型時(shí)臨時(shí)扎結(jié)的鐵絲，宜將線頭彎向鋼筋籠內(nèi)側(cè)。為保證鋼筋籠在安裝過(guò)程中具有足夠的剛度，除結(jié)構(gòu)受力要求外，尚應(yīng)考慮增設(shè)斜拉補(bǔ)強(qiáng)鋼筋，將縱向鋼筋形成骨架并加適當(dāng)附加鋼筋。斜拉筋與附

29、加鋼筋必須與設(shè)計(jì)主筋焊牢固。鋼筋籠的接頭當(dāng)采用搭接時(shí)，為使接頭能夠承受吊入時(shí)的下段鋼筋自重，部分接頭應(yīng)焊牢固。3.6.3鋼筋籠制作允許偏差值為：主筋間距l(xiāng)0mm；箍筋間距20mm；鋼筋籠厚度和寬目l0mm；鋼筋籠總長(zhǎng)度50mm。3.6.4鋼筋籠吊放應(yīng)使用起吊架，采用雙索或四索起吊，以防起吊時(shí)因鋼索的收緊力而目起鋼筋籠變形。同時(shí)要注意在起吊時(shí)不得拖拉鋼筋籠，以免造成彎曲變形。為避免鋼筋吊起后在空中擺動(dòng)，應(yīng)在鋼筋籠下端系上溜繩，用人力加以控制。3.6.5鋼筋籠需要分段吊入接長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)注意不得使鋼筋籠產(chǎn)生變形。下段鋼筋籠入槽后.臨時(shí)穿鋼管擱置在導(dǎo)墻上，再焊接接長(zhǎng)上段鋼筋籠。鋼筋籠吊入槽內(nèi)時(shí)，吊點(diǎn)中心必

30、須對(duì)準(zhǔn)槽段中心，豎直緩慢放至設(shè)計(jì)標(biāo)高，再用吊筋穿管擱置在導(dǎo)墻上。如果鋼筋籠不能順利地?cái)z入槽內(nèi)，應(yīng)重新吊出，查明原因，采取相應(yīng)措施加以解決，不得強(qiáng)行插入。3.6.6所有用于內(nèi)部結(jié)構(gòu)連續(xù)的預(yù)埋件、預(yù)埋鋼筋等，應(yīng)與鋼筋籠焊牢固。3.7澆注水下混凝土。3.7.1混凝土配合比應(yīng)符合下列要求：混凝土的實(shí)際配制強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)比設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)高一級(jí)；水泥用量不宜少于370kgm3；水灰比不應(yīng)大于0.6；坍落度宜為1820cm，并應(yīng)有一定的流動(dòng)度保持率；坍落度降低至15cm的時(shí)間，一般不宜小于lh；擴(kuò)散度宜為3438cm；凝土拌合物的含砂率不小于45%；混凝土的初凝時(shí)間，應(yīng)能滿足混凝土澆灌和接頭施工工藝要求，一般不宜

31、低于34h。3.7.2接頭管和鋼筋就位后，應(yīng)檢查沉渣厚度并在4h以?xún)?nèi)澆灌混凝土。澆灌混凝土必使用導(dǎo)管，其內(nèi)徑一般選用250mm，每節(jié)長(zhǎng)度一般為2.02.5m。導(dǎo)管要求連接牢靠，接頭用橡膠圈密封，防止漏水。導(dǎo)管接頭若用法蘭連接，應(yīng)設(shè)錐形法蘭罩，以防拔管時(shí)掛住鋼筋。導(dǎo)管在使用前要注意認(rèn)真檢查和清理，使用后要立即將粘附在導(dǎo)管上的混凝土清除干凈。3.7.3在單元槽段較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)使用多根導(dǎo)管澆灌，導(dǎo)管內(nèi)徑與導(dǎo)管間距的關(guān)系一般是：導(dǎo)管內(nèi)徑為150mm，200mm，250mm時(shí)，其間距分別為2m、3m、34m，且距槽段端部均不得超過(guò)1.5m。為防止泥漿卷入導(dǎo)管內(nèi)，導(dǎo)管在混凝土內(nèi)必須保持適宜的埋置深度，一般應(yīng)控

32、制在24m為宜。在任何情況下，不得小于1.5m或大于6m。，3.7.4導(dǎo)管下口與槽底的間距，以能放出隔水栓和混凝土為度，一般比栓長(zhǎng)100200mm。隔水栓應(yīng)放在泥漿液面上。為防止粗骨料卡住隔水栓，在澆注混凝土前宜先灌入適量的水泥砂漿。隔水栓用鐵絲吊住，待導(dǎo)管上口貯斗內(nèi)混凝土的存量滿足首次澆筑，導(dǎo)管底端能埋入混凝土中0.81.2m時(shí)，才能剪斷鐵絲，繼續(xù)澆筑。3.7.5混凝土澆灌應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，槽內(nèi)混凝土面上升速度一般不宜小于2mh，中途不得間歇。當(dāng)混凝土不能暢通時(shí)，應(yīng)將導(dǎo)管上下提動(dòng)，慢提快放，但不宜超過(guò)300mm。導(dǎo)管不能作橫向移動(dòng)。提升導(dǎo)管應(yīng)避免碰掛鋼筋籠。3.7.6隨著混凝土的上升，要適時(shí)提升和

33、拆卸導(dǎo)管，導(dǎo)管底端埋入混凝土面以下一般保持24m。不宜大于6m，并不小于1m，嚴(yán)禁把導(dǎo)管底端提出混凝土上面。3.7.7在一個(gè)槽段內(nèi)同時(shí)使用兩根導(dǎo)管灌注混凝土?xí)r，其間距不應(yīng)大于3.0m，導(dǎo)管距槽段端頭不宜大于1.5m，混凝土應(yīng)均勻上升，各導(dǎo)管處的混凝土表面的高差不宜大于0.3m，混凝土澆筑完畢，終澆混凝土面高程應(yīng)高于設(shè)計(jì)要求0.30.5m，此部分浮漿層以后鑿去。3.7.8在澆灌過(guò)程中應(yīng)隨時(shí)掌握混凝土澆灌量，應(yīng)有專(zhuān)人每30min測(cè)量一次導(dǎo)管埋深和管外混凝土標(biāo)高。測(cè)定應(yīng)取三個(gè)以上測(cè)點(diǎn)，用平均值確定混凝土上升狀況，以決定導(dǎo)管的提拔長(zhǎng)度。3.8接頭施工3.8.1連續(xù)墻各單元槽段間的接頭型式，一般常用的為

34、半圓形接頭型式。方法是在未開(kāi)挖一側(cè)的槽段端部先放置接頭管，后放入鋼筋籠，澆灌混凝土，根據(jù)混凝土的凝結(jié)硬化速度，徐徐將接頭管拔出，最后在澆灌段的端面形成半圓形的接合面，在澆筑下段混凝土前，應(yīng)用特制的鋼絲刷子沿接頭處上下往復(fù)移動(dòng)數(shù)次，刷去接頭處的殘留泥漿，以利新舊混凝土的結(jié)合。3.8.2接頭管一般用10mm厚鋼板卷成。槽孔較深時(shí)，做成分節(jié)拼裝式組合管，各單節(jié)長(zhǎng)度為6m、4m、2m不等，便于根據(jù)槽深接成合適的長(zhǎng)度。外徑比槽孔寬度小1020mm，直徑誤差在3mm以?xún)?nèi)。接頭管表面要求平整光滑，連接緊密可靠，一般采用承插式銷(xiāo)接。各單節(jié)組裝好后，要求上下垂直。3.8.3接頭管一般用起重機(jī)組裝、吊放。吊放時(shí)要

35、緊貼單元槽段的端部和對(duì)準(zhǔn)槽段中心，保持接頭管垂直并緩慢地插入槽內(nèi)。下端放至槽底，上端固定在導(dǎo)墻或頂升架上。3.8.4提拔接頭管宜使用頂升架(或較大噸位吊車(chē))，頂升架上安裝有大行程(12m)、起重量較大(50100t)的液壓千斤頂兩臺(tái)，配有專(zhuān)用高壓油泵。3.8.5提拔接頭管必須掌握好混凝土的澆灌時(shí)間、澆灌高度、混凝土的凝固硬化速度，不失時(shí)機(jī)地提動(dòng)和拔出，不能過(guò)早、過(guò)快和過(guò)遲、過(guò)緩。如過(guò)早、過(guò)快，則會(huì)造成混凝土壁塌落；過(guò)遲、過(guò)緩，則由于混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)，摩阻力增大，造成提拔不動(dòng)和埋管事故。一般宜在混凝土開(kāi)始澆灌后23h即開(kāi)始提動(dòng)接頭管，然后使管子回落。以后每隔1520min提動(dòng)一次，每次提起1002

36、00mm，使管子在自重下回落，說(shuō)明混凝土尚處于塑性狀態(tài)。如管子不回落，管內(nèi)又沒(méi)有涌漿等異?，F(xiàn)象，宜每隔2030mm拔出0.51.0m，如此重復(fù)。在混凝土澆灌結(jié)束后58h內(nèi)將接頭管全部拔出。4、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)4.1地下連續(xù)墻均應(yīng)設(shè)置導(dǎo)墻，導(dǎo)墻形式有預(yù)制及現(xiàn)澆兩種，現(xiàn)澆導(dǎo)墻形狀有“L”型或倒“L”型，可根據(jù)不同土質(zhì)選用。4.2地下墻施工前宜先試成槽，以檢驗(yàn)?zāi)酀{的配比、成槽機(jī)的選型并可復(fù)核地質(zhì)資料。4.3作為永久結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻，其抗?jié)B質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)可按現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)地下防水工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50208執(zhí)行。4.4地下墻槽段間的連接接頭形式，應(yīng)根據(jù)地下墻的使用要求選用，且應(yīng)考慮施工單位的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)論選用何種接

37、頭，在澆注混凝土前，接頭處必須刷洗干凈，不留任何泥砂或污物。4.5地下墻與地下室結(jié)構(gòu)頂板、樓板、底板及梁之間連接可預(yù)埋鋼筋或接駁器(錐螺紋或直螺紋)，對(duì)接駁器也應(yīng)按原材料檢驗(yàn)要求，抽樣復(fù)驗(yàn)。數(shù)量每500套為一個(gè)檢驗(yàn)批，每批應(yīng)抽查3件，復(fù)驗(yàn)內(nèi)容為外觀、尺寸、抗拉試驗(yàn)等。4.6施工前應(yīng)檢驗(yàn)進(jìn)場(chǎng)的鋼材、電焊條。己完工的導(dǎo)墻應(yīng)檢查其凈空尺寸，墻面平整度與垂直度。檢查泥漿用的儀器、泥漿循環(huán)系統(tǒng)應(yīng)完好。地下連續(xù)墻應(yīng)用商品混凝土。4.7施工中應(yīng)檢查成槽的垂直度、槽底的淤積物厚度、泥漿比重、鋼筋籠尺寸、澆注導(dǎo)管位置、混凝土上升速度、澆注面標(biāo)高、地下墻連接面的清洗程度、商品混凝土的坍落度、鎖口管或接頭箱的拔出時(shí)

38、間及速度等。4.8成槽結(jié)束后應(yīng)對(duì)成槽的寬度、深度及傾斜度進(jìn)行檢驗(yàn)，重要結(jié)構(gòu)每段槽段都應(yīng)檢查，一般結(jié)構(gòu)可抽查總槽段數(shù)的20%，每槽段應(yīng)抽查1個(gè)段面。4.9永久性結(jié)構(gòu)的地下墻，在鋼筋籠沉放后，應(yīng)做二次清孔，沉渣厚度應(yīng)符合要求。4.10每50m3地下墻應(yīng)做1組試件，每幅槽段不得少于1組，在強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求后方可開(kāi)挖土方。4.11作為永久性結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻，土方開(kāi)挖后應(yīng)進(jìn)行逐段檢查，鋼筋混凝土底板也應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50204的規(guī)定。4.12地下連續(xù)墻的鋼筋籠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合建筑地基基礎(chǔ)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范GB50202-2002表5.6.4.1的規(guī)定。其他標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合表4.12的規(guī)定。地下連續(xù)墻的鋼筋籠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 表4.12 項(xiàng)目序號(hào)檢查項(xiàng)目允許偏差或允許值檢查方法單位數(shù)值主控項(xiàng)目1墻體強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求查試件記錄或取芯試壓2垂直度：永久結(jié)構(gòu)臨時(shí)結(jié)構(gòu)13001150測(cè)聲波測(cè)槽儀或成槽機(jī)上的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般項(xiàng)目1導(dǎo)墻尺寸寬度墻面平整度導(dǎo)墻平面位置mmmmmmW+4051O用鋼尺量，形為地下墻設(shè)計(jì)厚度用鋼尺量用鋼尺量2沉渣厚度：永久結(jié)構(gòu)臨時(shí)結(jié)構(gòu)mmmm1004200重錘測(cè)或沉積物測(cè)定儀測(cè)3槽深mm