防汛船船體安全預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用研究

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提要：為保證人員安全、減小財產(chǎn)損失特研制防汛船船體安全預(yù)警系統(tǒng)，以便及早采取預(yù)防或補(bǔ)救措施。該預(yù)警系統(tǒng)通過對船體容易撞擊的部位裝上壓力傳感器，對不同部位傳感器分別統(tǒng)計、編號。傳感器安裝在船體鋼板內(nèi)側(cè)，用以測量鋼板承受外力作用下的應(yīng)力變形，傳感器采用壓阻式壓力傳感器。在船體受到撞擊或碰撞后，鋼板瀕臨破壞前，由終端設(shè)備向船員發(fā)出報警信號并標(biāo)明具體部位，船員在收到訊息后便能迅速采取措施保證船只安全。
關(guān)鍵詞：防汛船 傳感器 壓力 安全
 
1.概況
我局目前有3艘防汛船，均為1977投入使用，船只設(shè)計使用年限為15年，現(xiàn)已超期服役19年。船只整體狀況較差，存在較大安全隱患，尤其船體鋼板嚴(yán)重銹蝕，最薄處僅為4mm，在執(zhí)行水上搶險、遷安救護(hù)、凌汛期間極易發(fā)生船體漏洞。為了保證人員安全、減小財產(chǎn)損失特研制防汛船船體安全預(yù)警系統(tǒng)——船只撞擊報警器，以便及早采取預(yù)防或補(bǔ)救措施。
對船體容易撞擊的部位裝上壓力傳感器，對不同部位傳感器分別統(tǒng)計、編號。傳感器安裝在船體鋼板內(nèi)側(cè)，用以測量鋼板承受外力作用下的應(yīng)力變形，傳感器采用壓阻式壓力傳感器。在船體受到撞擊或碰撞后，鋼板瀕臨破壞前，由終端設(shè)備向船員發(fā)出報警信號并標(biāo)明具體部位，船員在收到訊息后便能迅速采取措施保證船只安全。
二、技術(shù)原理
1、應(yīng)變片壓力傳感器原理與應(yīng)用
壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、生產(chǎn)自控等眾多行業(yè)。
力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。
壓阻式壓力傳感器的主要由電阻應(yīng)變片元件組成。電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。通常是將應(yīng)變片通過特殊的粘和劑緊密的粘合在產(chǎn)生力學(xué)應(yīng)變基體上，當(dāng)基體受力發(fā)生應(yīng)力變化時，電阻應(yīng)變片也一起產(chǎn)生形變，使應(yīng)變片的阻值發(fā)生改變，從而使加在電阻上的電壓發(fā)生變化。這種應(yīng)變片在受力時產(chǎn)生的阻值變化通常較小，一般這種應(yīng)變片都組成應(yīng)變電橋，并通過后續(xù)的儀表放大器進(jìn)行放大，再傳輸給處理電路（通常是 A/D轉(zhuǎn)換和CPU）顯示或執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
在船只容易受到撞擊的部位分別裝上壓力傳感器，當(dāng)一個或多個傳感器遭到碰撞時，將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，各路電信號經(jīng)電路放大器分別放大后，根據(jù)實(shí)際測驗結(jié)果和需要調(diào)整比較器的閥值，當(dāng)撞擊強(qiáng)度超過一定的壓力后，比較器有一正信號輸出，將該信號經(jīng)過信號處理器處理后，可經(jīng)識別是來來自哪個部位的信號，再經(jīng)過電路放大器將信號放大，從而驅(qū)動喇叭進(jìn)行報警，并由數(shù)碼管顯示撞擊部位的信號編碼-即確定船只的撞擊部位，電源的作用是為整個電路系統(tǒng)供電。
2、選用傳感器注意事項
a壓力傳感器的應(yīng)用技術(shù):由于該傳感器裝在船只的底部且撞擊時的壓力很大，因此在選用器件時即要考慮到安裝方便，更要注意傳感器的量程及使用條件(尤其要防水)。
b小信號電路放大器:最好選用對數(shù)放大器，以便使電路不易飽和，對小信號又有足夠的放大量。因為是弱信號放大，因此更應(yīng)注意電路的干擾問題。
c信號處理器:信號處理器的作用是對各個比較器的輸入信號進(jìn)行識別、編碼、確定發(fā)生故障的部位，進(jìn)而進(jìn)行報警。
d數(shù)字信號放大器的其作用是進(jìn)行功率放大，以驅(qū)動喇叭工作的數(shù)碼管顯示。
e系統(tǒng)測量技術(shù)：在各部件工作正常的情況下，系統(tǒng)聯(lián)試技術(shù)十分關(guān)鍵，電路的匹配，壓力傳感器閥值大小的確定等都要根椐實(shí)際測量結(jié)果來確定，只有這樣才能滿足實(shí)際工用需要。
三、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
該套安全預(yù)警系統(tǒng)是通過在船體不同部位安裝壓力傳感器，在船只控制臺按照控制終端設(shè)備，能夠快速準(zhǔn)確的監(jiān)測到船體破壞、變形，做到防患于未然，使船只安全性得到提高。
四、推廣應(yīng)用情況
該套安全預(yù)警系統(tǒng)今年年初已在我局船只上安裝應(yīng)用，并取得了較好的效果。
五、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益
當(dāng)船只在河道中航行經(jīng)常會遇到樹樁等漂浮物或凌汛期間浮冰的撞擊，或在靠近丁壩搶險時，壩體根石探測不明時船體易撞擊到水下根石。因船體鋼板已嚴(yán)重銹蝕，當(dāng)受到較大的撞擊力時會產(chǎn)生漏洞。03.8蔡集搶險期間船體碰撞出多個漏洞，給船只及人員安全帶來極大威脅。通過在船體容易撞擊的部位鋼板內(nèi)側(cè)分別裝上壓力傳感器，用以測量鋼板承受外力作用下的應(yīng)力變形，在鋼板瀕臨破壞前，由終端設(shè)備向船員發(fā)出報警信號并標(biāo)明具體部位，船員在收到訊息后便能迅速采取措施保證船只安全。