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

紅外報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)機(jī)安全生產(chǎn)作業(yè)的研究,農(nóng)業(yè)機(jī)械化論文內(nèi)容摘要：從農(nóng)機(jī)安全生產(chǎn)講起，由農(nóng)機(jī)事故的特點(diǎn)引出被動(dòng)紅外報(bào)警技術(shù)的原理和特點(diǎn)，討論了該技術(shù)在農(nóng)機(jī)安全預(yù)警領(lǐng)域的應(yīng)用。筆者將農(nóng)業(yè)機(jī)械構(gòu)造和最近幾年農(nóng)機(jī)安全事故原因綜合分析，提出將紅外報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)機(jī)安全生產(chǎn)作業(yè)，加強(qiáng)農(nóng)機(jī)安全防護(hù)性能，有效遏制和減少農(nóng)機(jī)事故的發(fā)生。本文關(guān)鍵詞語：農(nóng)機(jī)；安全；紅外預(yù)警；報(bào)警；應(yīng)用；0引言農(nóng)機(jī)安全生產(chǎn)是國家安全生產(chǎn)重點(diǎn)行業(yè)和領(lǐng)域之一。隨著財(cái)政連年大幅增加農(nóng)機(jī)購置補(bǔ)貼投入，農(nóng)業(yè)機(jī)械保有量一直保持高速增長態(tài)勢(shì)。與此同時(shí)，農(nóng)機(jī)安全生產(chǎn)形勢(shì)愈加嚴(yán)峻，提高農(nóng)機(jī)安全防護(hù)性能成為當(dāng)下農(nóng)機(jī)安全生產(chǎn)必須面對(duì)和亟待解決的重要環(huán)節(jié)。1農(nóng)業(yè)機(jī)械事故的特點(diǎn)和影響因素1.1農(nóng)業(yè)機(jī)械事故的特點(diǎn)農(nóng)業(yè)機(jī)械獨(dú)特的作業(yè)環(huán)境決定了農(nóng)業(yè)機(jī)械事故有著明顯的特點(diǎn)。1.1.1農(nóng)業(yè)機(jī)械事故的分散性和隱蔽性由于農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)地點(diǎn)分布于田間、場(chǎng)院、鄉(xiāng)村道路等廣大農(nóng)村，所以農(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)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(jī)械事故的多樣性及稍微輕傷事故的高發(fā)性農(nóng)業(yè)機(jī)械事故隨農(nóng)業(yè)機(jī)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(shí)段均有發(fā)生。從事故報(bào)告看，農(nóng)業(yè)機(jī)械事故有砸傷、燙傷、燒傷、摔傷、絞傷〔死〕、機(jī)件打傷〔死〕、撞傷等多樣的事故。1.2影響農(nóng)機(jī)安全生產(chǎn)的主要因素?fù)?jù)最近幾年農(nóng)業(yè)機(jī)械事故統(tǒng)計(jì)分析，影響農(nóng)機(jī)安全生產(chǎn)，造成農(nóng)業(yè)機(jī)械事故的原因主要可歸結(jié)為下面幾個(gè)方面。1.2.1農(nóng)機(jī)操作者安全意識(shí)不強(qiáng)操作技能差從實(shí)際情況來看，多數(shù)農(nóng)業(yè)機(jī)械事故源于農(nóng)機(jī)操作者思想上疏忽大意或人為錯(cuò)誤。例如，很多農(nóng)機(jī)操作者存在不按要求操作、不注意警示、不注重維護(hù)、違章載人、酒后駕駛、無證駕駛、違規(guī)操作、不定期參加檢驗(yàn)等問題。除此之外，由于農(nóng)機(jī)操作者文化素質(zhì)普遍較低，只看到新型農(nóng)機(jī)具作業(yè)先進(jìn)的一面，卻沒有把握先進(jìn)的操作技術(shù)和安全使用的基本知識(shí)。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(jī)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(jī)械購置補(bǔ)貼等惠農(nóng)強(qiáng)農(nóng)政策的實(shí)行，各地農(nóng)業(yè)機(jī)械保有量不斷增加，拖拉機(jī)、收割機(jī)以及大量新型的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品投入市場(chǎng)，但這些機(jī)械體積大，工作盲區(qū)大，安全防護(hù)能力較差，在轉(zhuǎn)移和作業(yè)經(jīng)過中極易對(duì)周邊人員造成傷害，存在著重大的安全隱患。2被動(dòng)紅外報(bào)警原理和特點(diǎn)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(shí)，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(shí)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(shí)，多是在它的元件前面加有機(jī)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(cè)移動(dòng)物體時(shí)不用。由于熱釋傳感器的輸出阻抗很大，輸出電壓信號(hào)又極微弱，所以在傳感器內(nèi)部附加1只場(chǎng)效應(yīng)管與1個(gè)薄膜電阻Rg,使其阻抗進(jìn)行變換。Rs為負(fù)載電阻，有的熱釋傳感器無Rs,需外接。為實(shí)現(xiàn)不同的檢測(cè)目的，在進(jìn)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(bào)警器分主動(dòng)式、被動(dòng)式2種。主動(dòng)式紅外線報(bào)警器的工作原理是，報(bào)警器主動(dòng)發(fā)出紅外線，紅外線碰到障礙物，就會(huì)反彈回來，被報(bào)警器的探頭接收。假如探頭監(jiān)測(cè)到紅外線是靜止不動(dòng)的，也就是不斷發(fā)出紅外線又不斷反彈的，那么報(bào)警器就不會(huì)報(bào)警。當(dāng)有會(huì)動(dòng)的物體觸犯了這根看不見的紅線的時(shí)候，探頭就會(huì)檢測(cè)到有異常，就會(huì)報(bào)警。2.1被動(dòng)紅外報(bào)警原理紅外報(bào)警系統(tǒng)工作原理見圖2.圖2紅外報(bào)警系統(tǒng)工作原理被動(dòng)紅外報(bào)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(dòng)。人體的紅外能量與環(huán)境有差異不同，當(dāng)人通過探測(cè)區(qū)域時(shí)，報(bào)警器收集到的這個(gè)不同的紅外能量的位置變化，進(jìn)而通過分析發(fā)出報(bào)警。人體都有恒定的體溫，一般在37℃左右，會(huì)發(fā)出特定波長10m左右的紅外線。被動(dòng)紅外報(bào)警器就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10m左右的紅外線而進(jìn)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(qiáng)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(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。2.2被動(dòng)紅外報(bào)警的特點(diǎn)被動(dòng)紅外報(bào)警的特點(diǎn)：〔1〕被動(dòng)紅外報(bào)警器是以探測(cè)人體輻射為目的的，所以熱釋電元件對(duì)波長為10m左右的紅外輻射必須非常敏感。〔2〕為了僅僅對(duì)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(dòng)紅外報(bào)警器的傳感器包含2個(gè)相互串聯(lián)或并聯(lián)的熱釋電元件，而且制成的2個(gè)電極化方向正好相反，環(huán)境背景輻射對(duì)2個(gè)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(bào)警器無信號(hào)輸出?！?〕一旦人侵入被動(dòng)紅外報(bào)警器探測(cè)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(hào)處理而報(bào)警。3被動(dòng)紅外報(bào)警技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)備中的應(yīng)用方向被動(dòng)紅外探測(cè)器主要適用于環(huán)境較為穩(wěn)定的報(bào)警裝置。被動(dòng)紅外應(yīng)用于田間、場(chǎng)院等農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)場(chǎng)所，受干擾因素多，因此在戶外農(nóng)業(yè)機(jī)械安全領(lǐng)域處于起步或空白階段。對(duì)于被動(dòng)紅外探測(cè)器的使用情況，這里將從現(xiàn)有被動(dòng)紅外設(shè)備功能同農(nóng)業(yè)機(jī)械安全作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)怎樣結(jié)合的角度，綜合分析其在農(nóng)業(yè)機(jī)械安全領(lǐng)域的應(yīng)用方向。3.1辨別探測(cè)器在農(nóng)業(yè)機(jī)械安全報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用方向農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)時(shí)前進(jìn)后退方向?yàn)橹攸c(diǎn)危險(xiǎn)區(qū)域，辨別探測(cè)器功能為周邊有人向機(jī)械移動(dòng)〔或前進(jìn)〕方向經(jīng)過報(bào)警，另一方向經(jīng)過不報(bào)警。假如有人向拖拉機(jī)行進(jìn)反方向走去，觸發(fā)非報(bào)警方向，探測(cè)器不會(huì)報(bào)警。假如有人向拖拉機(jī)移動(dòng)〔或前進(jìn)〕方向靠近被探測(cè)到，則會(huì)觸發(fā)報(bào)警，這樣減少了一些不必要的誤報(bào)。3.2幕簾探測(cè)器在農(nóng)業(yè)機(jī)械安全報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用方向農(nóng)業(yè)機(jī)械進(jìn)料位置、高速旋轉(zhuǎn)部件、傳動(dòng)部件、機(jī)器前進(jìn)或倒退區(qū)域等特定位置為高危險(xiǎn)區(qū)域，幕簾探測(cè)器因其探測(cè)角度較小，當(dāng)有人靠近特定危險(xiǎn)區(qū)域的時(shí)候，將發(fā)生報(bào)警。這類產(chǎn)品適宜聯(lián)合收割機(jī)等大型多功能移動(dòng)式駕駛操作人員盲區(qū)較大的農(nóng)業(yè)機(jī)械安全報(bào)警。3.3雙鑒探測(cè)器在農(nóng)業(yè)機(jī)械安全報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用方向雙鑒探測(cè)器主要探測(cè)方式包含了被動(dòng)紅外探測(cè)、微波探測(cè)2種探測(cè)方式。單一被動(dòng)紅外探測(cè)方式，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的復(fù)雜環(huán)境比擬敏感，誤報(bào)幾率大，而微波探測(cè)僅對(duì)移動(dòng)的固體有反響，雙鑒探測(cè)器需要被動(dòng)紅外和微波模塊同時(shí)報(bào)警時(shí)才會(huì)報(bào)警，因而能夠大幅降低誤報(bào)幾率。雙鑒探測(cè)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(cè)技術(shù)較為完備，農(nóng)業(yè)機(jī)械方面應(yīng)用推廣基礎(chǔ)好，前景廣闊。4被動(dòng)紅外報(bào)警技術(shù)在農(nóng)機(jī)設(shè)備應(yīng)用中需解決的幾個(gè)問題被動(dòng)紅外探測(cè)器由于探測(cè)原理的問題，遭到的影響因素較多，而在農(nóng)機(jī)安全行業(yè)重點(diǎn)需要解決誤報(bào)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(bào)，就需要從設(shè)計(jì)開場(chǎng)進(jìn)行考慮，盡量避開主要誤報(bào)源。4.1探測(cè)區(qū)域不應(yīng)對(duì)著農(nóng)業(yè)機(jī)械的出風(fēng)口探測(cè)區(qū)域不應(yīng)對(duì)著發(fā)動(dòng)機(jī)排氣口、風(fēng)扇出風(fēng)口等農(nóng)業(yè)機(jī)械的出風(fēng)口，這是由于農(nóng)業(yè)機(jī)械工作時(shí)的排風(fēng)會(huì)導(dǎo)致局部溫度的變化，進(jìn)而造成誤報(bào)。4.2探測(cè)區(qū)域應(yīng)盡量避免有物體擺動(dòng)農(nóng)田、場(chǎng)院地勢(shì)開闊，氣流復(fù)雜，探測(cè)區(qū)域內(nèi)農(nóng)作物秸稈等擺動(dòng)物體多，因其比熱與空氣不同，在同樣受熱時(shí)，溫度變化可能有差異，假如同時(shí)有運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，則正好知足動(dòng)紅外探測(cè)器的探測(cè)條件，很有可能引致誤報(bào)。4.3避免探測(cè)器本身漏報(bào)探測(cè)器本身漏報(bào)一般有2個(gè)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(duì)準(zhǔn)危險(xiǎn)預(yù)警區(qū)域，使應(yīng)預(yù)警的范圍處在探測(cè)范圍之外；〔2〕當(dāng)農(nóng)田、場(chǎng)院環(huán)境溫度升高時(shí)，探測(cè)器的靈敏度會(huì)降低，可能也會(huì)產(chǎn)生漏報(bào)。5結(jié)束語盡管被動(dòng)紅外探測(cè)技術(shù)在農(nóng)機(jī)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