紅外報警系統(tǒng)應用于農(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的原理和特點，討論了該技術在農(nóng)機安全預警領域的應用。筆者將農(nóng)業(yè)機械構造和最近幾年農(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。本文關鍵詞語：農(nóng)機；安全；紅外預警；報警；應用；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)形勢愈加嚴峻，提高農(nóng)機安全防護性能成為當下農(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任往往多為單方或自傷。加之農(nóng)村信息不暢，導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，上下外表設有電極，并在外表加有黑色膜。當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，為熱電效應之一。熱釋電效應產(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，聚集到紅外感應源上。紅外感應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。〔2〕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。〔3〕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)生釋電效應互相抵消，于是報警器無信號輸出?！?〕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被動紅外報警技術在農(nóng)機設備中的應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)有被動紅外設備功能同農(nóng)業(yè)機械安全作業(yè)風險點怎樣結合的角度，綜合分析其在農(nóng)業(yè)機械安全領域的應用方向。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)中的應用方向農(nóng)業(yè)機械進料位置、高速旋轉部件、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)境等較多領域已采用。雙鑒探測技術較為完備，農(nóng)業(yè)機械方面應用推廣基礎好，前景廣闊。4被動紅外報警技術在農(nóng)機設備應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)域不應對著農(nóng)業(yè)機械的出風口探測區(qū)域不應對著發(fā)動機排氣口、風扇出風口等農(nóng)業(yè)機械的出風口，這是由于農(nóng)業(yè)機械工作時的排風會導致局部溫度的變化，進而造成誤報。4.2探測區(qū)域應盡量避免有物體擺動農(nóng)田、場院地勢開闊，氣流復雜，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，未將其對準危險預警區(qū)域，使應預警的范圍處在探測范圍之外；〔2〕當農(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結束語盡管被動紅外探測技術在農(nóng)機安全作業(yè)領域應用還很少，在技術應用上也還存在著很多