紅外報警系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)機安全生產(chǎn)作業(yè)的研究,農(nóng)業(yè)機械化論文

紅外報警系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)機安全生產(chǎn)作業(yè)的研究,農(nóng)業(yè)機械化論文內(nèi)容摘要：從農(nóng)機安全生產(chǎn)講起，由農(nóng)機事故的特點引出被動紅外報警技術(shù)的原理和特點，討論了該技術(shù)在農(nóng)機安全預(yù)警領(lǐng)域的應(yīng)用。筆者將農(nóng)業(yè)機械構(gòu)造和最近幾年農(nóng)機安全事故原因綜合分析，提出將紅外報警系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)機安全生產(chǎn)作業(yè)，加強農(nóng)機安全防護性能，有效遏制和減少農(nóng)機事故的發(fā)生。本文關(guān)鍵詞語：農(nóng)機；安全；紅外預(yù)警；報警；應(yīng)用；0引言農(nóng)機安全生產(chǎn)是國家安全生產(chǎn)重點行業(yè)和領(lǐng)域之一。隨著財政連年大幅增加農(nóng)機購置補貼投入，農(nóng)業(yè)機械保有量一直保持高速增長態(tài)勢。與此同時，農(nóng)機安全生產(chǎn)形勢愈加嚴(yán)峻，提高農(nóng)機安全防護性能成為當(dāng)下農(nóng)機安全生產(chǎn)必須面對和亟待解決的重要環(huán)節(jié)。1農(nóng)業(yè)機械事故的特點和影響因素1.1農(nóng)業(yè)機械事故的特點農(nóng)業(yè)機械獨特的作業(yè)環(huán)境決定了農(nóng)業(yè)機械事故有著明顯的特點。1.1.1農(nóng)業(yè)機械事故的分散性和隱蔽性由于農(nóng)業(yè)機械作業(yè)地點分布于田間、場院、鄉(xiāng)村道路等廣大農(nóng)村，所以農(nóng)業(yè)機械事故的發(fā)生地也遍布農(nóng)村廣大區(qū)域，具有分散性。農(nóng)業(yè)機械事故的分散也決定了事故的責(zé)任往往多為單方或自傷。加之農(nóng)村信息不暢，導(dǎo)致管理部門很難把握事故信息，呈現(xiàn)隱蔽性。1.1.2農(nóng)業(yè)機械事故的多樣性及稍微輕傷事故的高發(fā)性農(nóng)業(yè)機械事故隨農(nóng)業(yè)機械作業(yè)所處的環(huán)境不同而呈現(xiàn)多樣性，在作業(yè)前后的轉(zhuǎn)移途中、作業(yè)經(jīng)過中、維修時段均有發(fā)生。從事故報告看，農(nóng)業(yè)機械事故有砸傷、燙傷、燒傷、摔傷、絞傷〔死〕、機件打傷〔死〕、撞傷等多樣的事故。1.2影響農(nóng)機安全生產(chǎn)的主要因素據(jù)最近幾年農(nóng)業(yè)機械事故統(tǒng)計分析，影響農(nóng)機安全生產(chǎn)，造成農(nóng)業(yè)機械事故的原因主要可歸結(jié)為下面幾個方面。1.2.1農(nóng)機操作者安全意識不強操作技能差從實際情況來看，多數(shù)農(nóng)業(yè)機械事故源于農(nóng)機操作者思想上疏忽大意或人為錯誤。例如，很多農(nóng)機操作者存在不按要求操作、不注意警示、不注重維護、違章載人、酒后駕駛、無證駕駛、違規(guī)操作、不定期參加檢驗等問題。除此之外，由于農(nóng)機操作者文化素質(zhì)普遍較低，只看到新型農(nóng)機具作業(yè)先進的一面，卻沒有把握先進的操作技術(shù)和安全使用的基本知識。圖1是發(fā)生在陜西省的一原因駕駛員操作不當(dāng)和注意力不集中造成的事故。圖1陜西省的一起農(nóng)機事故1.2.2缺乏安全投入科技開發(fā)不夠隨著農(nóng)業(yè)機械購置補貼等惠農(nóng)強農(nóng)政策的實行，各地農(nóng)業(yè)機械保有量不斷增加，拖拉機、收割機以及大量新型的農(nóng)機產(chǎn)品投入市場，但這些機械體積大，工作盲區(qū)大，安全防護能力較差，在轉(zhuǎn)移和作業(yè)經(jīng)過中極易對周邊人員造成傷害，存在著重大的安全隱患。2被動紅外報警原理和特點熱釋電紅外傳感器的主要材料是鉭酸鋰〔LiTao3〕、硫酸三甘酞〔LATGS〕、鈦鋯酸鉛〔PZT〕。它是在鈦酸鋇一類壓電晶體上，上下外表設(shè)有電極，并在外表加有黑色膜。當(dāng)有紅外線間歇地照射時，其外表溫度上升，使晶體內(nèi)部的原子排列產(chǎn)生變化，即引起自發(fā)極化電荷。此現(xiàn)象為熱釋電效應(yīng)，為熱電效應(yīng)之一。熱釋電效應(yīng)產(chǎn)生的外表電荷是暫時的，只要它一出現(xiàn)，便很快被空氣中的各離子所中和。為此，用熱釋電效應(yīng)制作紅外傳感器時，多是在它的元件前面加有機械式的周期遮光裝置，以便使自發(fā)極化電荷周期性地出現(xiàn)，只要檢測移動物體時不用。由于熱釋傳感器的輸出阻抗很大，輸出電壓信號又極微弱，所以在傳感器內(nèi)部附加1只場效應(yīng)管與1個薄膜電阻Rg,使其阻抗進行變換。Rs為負載電阻，有的熱釋傳感器無Rs,需外接。為實現(xiàn)不同的檢測目的，在進入紅外線的窗口上設(shè)有濾光鏡，將不需要的光譜濾掉。外報警器分主動式、被動式2種。主動式紅外線報警器的工作原理是，報警器主動發(fā)出紅外線，紅外線碰到障礙物，就會反彈回來，被報警器的探頭接收。假如探頭監(jiān)測到紅外線是靜止不動的，也就是不斷發(fā)出紅外線又不斷反彈的，那么報警器就不會報警。當(dāng)有會動的物體觸犯了這根看不見的紅線的時候，探頭就會檢測到有異常，就會報警。2.1被動紅外報警原理紅外報警系統(tǒng)工作原理見圖2.圖2紅外報警系統(tǒng)工作原理被動紅外報警器主要是根據(jù)外界紅外能量的變化來判定能否有人在移動。人體的紅外能量與環(huán)境有差異不同，當(dāng)人通過探測區(qū)域時，報警器收集到的這個不同的紅外能量的位置變化，進而通過分析發(fā)出報警。人體都有恒定的體溫，一般在37℃左右，會發(fā)出特定波長10m左右的紅外線。被動紅外報警器就是靠探測人體發(fā)射的10m左右的紅外線而進行工作的。人體發(fā)射的10m左右的紅外線通過菲涅爾濾光片加強后，聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測處理后就能產(chǎn)生報警信號。2.2被動紅外報警的特點被動紅外報警的特點：〔1〕被動紅外報警器是以探測人體輻射為目的的，所以熱釋電元件對波長為10m左右的紅外輻射必須非常敏感?！?〕為了僅僅對人體的紅外輻射敏感，在它的輻射照面通常覆蓋有特殊的菲涅爾濾光片，使環(huán)境的干擾遭到明顯的控制作用?！?〕被動紅外報警器的傳感器包含2個相互串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件，而且制成的2個電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對2個熱釋元件幾乎具有一樣的作用，使其產(chǎn)生釋電效應(yīng)互相抵消，于是報警器無信號輸出。〔4〕一旦人侵入被動紅外報警器探測區(qū)域內(nèi)，人體紅外輻射通過部分鏡面聚焦，并被熱釋電元接收，但是2片熱釋電元接收到的熱量不同，熱釋電也不同，不能抵消，經(jīng)信號處理而報警。3被動紅外報警技術(shù)在農(nóng)機設(shè)備中的應(yīng)用方向被動紅外探測器主要適用于環(huán)境較為穩(wěn)定的報警裝置。被動紅外應(yīng)用于田間、場院等農(nóng)業(yè)機械作業(yè)場所，受干擾因素多，因此在戶外農(nóng)業(yè)機械安全領(lǐng)域處于起步或空白階段。對于被動紅外探測器的使用情況，這里將從現(xiàn)有被動紅外設(shè)備功能同農(nóng)業(yè)機械安全作業(yè)風(fēng)險點怎樣結(jié)合的角度，綜合分析其在農(nóng)業(yè)機械安全領(lǐng)域的應(yīng)用方向。3.1辨別探測器在農(nóng)業(yè)機械安全報警系統(tǒng)中的應(yīng)用方向農(nóng)業(yè)機械作業(yè)時前進后退方向為重點危險區(qū)域，辨別探測器功能為周邊有人向機械移動〔或前進〕方向經(jīng)過報警，另一方向經(jīng)過不報警。假如有人向拖拉機行進反方向走去，觸發(fā)非報警方向，探測器不會報警。假如有人向拖拉機移動〔或前進〕方向靠近被探測到，則會觸發(fā)報警，這樣減少了一些不必要的誤報。3.2幕簾探測器在農(nóng)業(yè)機械安全報警系統(tǒng)中的應(yīng)用方向農(nóng)業(yè)機械進料位置、高速旋轉(zhuǎn)部件、傳動部件、機器前進或倒退區(qū)域等特定位置為高危險區(qū)域，幕簾探測器因其探測角度較小，當(dāng)有人靠近特定危險區(qū)域的時候，將發(fā)生報警。這類產(chǎn)品適宜聯(lián)合收割機等大型多功能移動式駕駛操作人員盲區(qū)較大的農(nóng)業(yè)機械安全報警。3.3雙鑒探測器在農(nóng)業(yè)機械安全報警系統(tǒng)中的應(yīng)用方向雙鑒探測器主要探測方式包含了被動紅外探測、微波探測2種探測方式。單一被動紅外探測方式，對農(nóng)業(yè)機械的復(fù)雜環(huán)境比擬敏感，誤報幾率大，而微波探測僅對移動的固體有反響，雙鑒探測器需要被動紅外和微波模塊同時報警時才會報警，因而能夠大幅降低誤報幾率。雙鑒探測器穩(wěn)定性高，銀行、基站、商業(yè)環(huán)境等較多領(lǐng)域已采用。雙鑒探測技術(shù)較為完備，農(nóng)業(yè)機械方面應(yīng)用推廣基礎(chǔ)好，前景廣闊。4被動紅外報警技術(shù)在農(nóng)機設(shè)備應(yīng)用中需解決的幾個問題被動紅外探測器由于探測原理的問題，遭到的影響因素較多，而在農(nóng)機安全行業(yè)重點需要解決誤報問題。怎樣避免或減少由于田間作業(yè)環(huán)境影響而產(chǎn)生的誤報，就需要從設(shè)計開場進行考慮，盡量避開主要誤報源。4.1探測區(qū)域不應(yīng)對著農(nóng)業(yè)機械的出風(fēng)口探測區(qū)域不應(yīng)對著發(fā)動機排氣口、風(fēng)扇出風(fēng)口等農(nóng)業(yè)機械的出風(fēng)口，這是由于農(nóng)業(yè)機械工作時的排風(fēng)會導(dǎo)致局部溫度的變化，進而造成誤報。4.2探測區(qū)域應(yīng)盡量避免有物體擺動農(nóng)田、場院地勢開闊，氣流復(fù)雜，探測區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物秸稈等擺動物體多，因其比熱與空氣不同，在同樣受熱時，溫度變化可能有差異，假如同時有運動產(chǎn)生，則正好知足動紅外探測器的探測條件，很有可能引致誤報。4.3避免探測器本身漏報探測器本身漏報一般有2個方面的原因：〔1〕安裝的位置和角度調(diào)節(jié)不適宜，未將其對準(zhǔn)危險預(yù)警區(qū)域，使應(yīng)預(yù)警的范圍處在探測范圍之外；〔2〕當(dāng)農(nóng)田、場院環(huán)境溫度升高時，探測器的靈敏度會降低，可能也會產(chǎn)生漏報。5結(jié)束語盡管被動紅外探測技術(shù)在農(nóng)機安全作業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用還很少，在技術(shù)應(yīng)用上也還存在著很多