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危险气体无线监测系统的设计及气体源定位算法的研究

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危险气体无线监测系统的设计及气体源定位算法的研究

作者：孙凯西南交通大学

学位级别：硕士

危险气体经常出现在人们日常的生产和生活中。如民用的天然气、工业用的工业气体、自然灾害或安全事故后伴随产生的有毒气体等,这些气体的泄漏都会造成极大地危害。同时,气体泄漏后,如果所监测的区域面积较大,经常难以确定气体源的位置... 详细信息

危险气体经常出现在人们日常的生产和生活中。如民用的天然气、工业用的工业气体、自然灾害或安全事故后伴随产生的有毒气体等,这些气体的泄漏都会造成极大地危害。同时,气体泄漏后,如果所监测的区域面积较大,经常难以确定气体源的位置。针对以上原因,本文首先设计了基于无线传感网的危险气体的监测系统,然后研究了气体源定位算法。为了监测气体的泄漏并定位气体源的位置,首先设计了基于ZigBee无线传感技术的气体监测系统,它主要分为下位机监测节点和上位机监测平台。下位机监测节点主要分为：固定气体监测节点、移动气体监测节点、路由器节点和协调器节点。固定气体监测节点安装在固定位置点进行气体浓度的监测,移动气体监测节点则配备给机器人或者专业人员,以便自由移动地监测气体浓度并排除险情。气体监测节点将检测到的气体浓度经过ZigBee网络发送出去,路由器则主要负责信息的中继和转发,扩大系统监测的范围。同时部分路由器为附近的气体监测节点提供路由节点ID,以便气体监测节点根据路由ID确定自身所处的路由区域。协调器节点将搜集的数据进行整理后通过串口上传到上位机监测平台,基于C#的上位机监测平台对数据进行分类处理,按区域显示各节点的气体浓度,并绘制节点浓度的历史曲线。为了能在监测到气体泄漏之后还能定位气体源的位置,本文研究了气体源定位的算法。首先分析了不同的气体源定位方法,选择了基于模型的气体源定位的方法。然后,介绍了不同的气体扩散模型,重点研究了高斯烟羽模型,分别仿真了不同高度平面、不同大气稳定度、不同气体泄漏源和风向条件下的高斯烟羽模型,这些研究可以直接地将模型应用在定位算法中。最后,结合最小二乘法的搜索法,划分待测区域为多个网格区域,搜寻模型的输出和实际的输出之差的平方和最小的区域,对该区域进行进一步划分搜寻,直到寻找到满足需求的气体源位置。根据其仿真结果,能满足气体源定位的需求。

关键词：无线传感网危险气体气体源定位高斯烟羽模型最小二乘法

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危险气体泄漏扩散的实验方法研究

中国安全科学学报 2006年第7期16卷 18-23页

作者：冯志华聂百胜中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院

综述了研究危险气体事故泄漏扩散的3种实验方法,即全规模大型现场实验、实验室模拟和小型现场实验,详细讨论该3种试验方法在实施和应用中的优缺点。对小型现场实验的无量纲长度、速度、时间、大气稳定度、大气湍流、液滴的尺寸分布和沉... 详细信息

综述了研究危险气体事故泄漏扩散的3种实验方法,即全规模大型现场实验、实验室模拟和小型现场实验,详细讨论该3种试验方法在实施和应用中的优缺点。对小型现场实验的无量纲长度、速度、时间、大气稳定度、大气湍流、液滴的尺寸分布和沉降、源动量通量比例等重要参数的确定方法重点进行分析和阐述。小型试验法特别适用于模拟化学性质活泼的危险气体的泄漏扩散研究,可为安全评价、应急救援提供有价值的参考数据。

关键词：安全技术危险气体泄漏扩散实验模型

危险气体扩散实时仿真的关键技术──“反求源强”方法初探

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中国安全科学学报 1997年第S1期7卷 35-39页

作者：吕武轩施小丁赵宝元刘慧劳动部劳动保护科学研究所北京化工大学应用数理系

阐述了计算机实时仿真在危险气体泄漏扩散预警系统中的应用。文中首次提出了通过求解气体扩散方程一类反问题来确定源强，即根据传感器实时检测的浓度值，代入反问题算法的仿真程序求得近似泄漏强度，再将实时采集的气象参数一并代入扩... 详细信息

阐述了计算机实时仿真在危险气体泄漏扩散预警系统中的应用。文中首次提出了通过求解气体扩散方程一类反问题来确定源强，即根据传感器实时检测的浓度值，代入反问题算法的仿真程序求得近似泄漏强度，再将实时采集的气象参数一并代入扩散方程，在显示屏上给出有害气体云团在区域电子地图上的扩散态势。

关键词：危险气体瞬时泄放扩散方程反问题实时仿真

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危险气体的近场泄漏溯源研究

危险气体的近场泄漏溯源研究

作者：张仕良北京化工大学

学位级别：硕士

生产生活中会大量使用到危险化学物质,其中气态或气体加压后的液态是较为常见的存在形式。它们一旦发生泄漏,会直接威胁周围人员的生命和财产安全,亦会对环境造成巨大的破坏、引起社会恐慌等问题。而泄漏的前兆往往是微泄漏或者逸散性泄... 详细信息

生产生活中会大量使用到危险化学物质,其中气态或气体加压后的液态是较为常见的存在形式。它们一旦发生泄漏,会直接威胁周围人员的生命和财产安全,亦会对环境造成巨大的破坏、引起社会恐慌等问题。而泄漏的前兆往往是微泄漏或者逸散性泄漏,这些泄漏难以发现且不会造成直接影响,往往会被人忽视。泄漏溯源是化学品泄漏事故处理的重要前提,实现快速泄漏溯源,于最短时间内准确定位微泄漏或者逸散性泄漏的泄漏源点是防止泄漏的必要手段。本文首先介绍了危险气体泄漏后在大气中的扩散规律,总结了研究扩散规律所使用的研究方法,以及基于扩散规律所开发的溯源方法。本文的研究,旨在使用合理的研究方法研究轻质气体和中性气体发生微泄漏或逸散性泄漏时在近场范围内的一般扩散规律,填补危化品安全领域所需的实验观测,进而基于规律开发模型,为溯源提供理论依据。本文设计了全尺寸实验并结合风洞模拟方法,在室外研究了在自然风影响下的中性气体乙烯发生逸散性泄漏后的近场扩散规律;在室内搭建可以控制风速的全尺寸风洞,研究了在非严格连续但风速风向不变的风矢量影响下,轻质气体氨气发生微泄漏后在近场内的扩散规律。发生近场泄漏中,浓度会向泄漏源的下风向聚集,连续的泄漏可以看作连续的高斯烟团扩散,这些烟团沿着一条先单调递增,再单调递减,单调递增时呈“S”型的曲线,向着下风向运动。基于所发现的规律,本文通过曲线数据分析拟合等方法,研究了描述非稳态扩散过程的近场扩散模型。为了使单风向模型在针对风矢量不断变化的环境中的溯源保持准确性,研究了一种针对风矢量变化的采样方法,优化了溯源过程,降低了溯源成本。通过该方法分析自然风影响下的乙烯泄漏实验数据,复现了在某个风矢量影响下的烟团,一定程度上证明了该采样方法的可行性。

关键词：危险气体风洞实验物理建模泄漏溯源

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高校危险气体管理现状及改进策略探究

实验室研究与探索 2022年第1期41卷 312-316页

作者：王满意宁信虞俊超杨晓峰孙骞渠晖南开大学实验室设备处天津300071

危险气体安全管理一直是高校实验室安全管理的重点和难点。高校实验室因空间狭小、硬件条件不达标、钢瓶质量参差不齐、操作使用缺乏规范等问题,导致高校危险气体安全隐患突出。为改进高校危险气体安全管理,从学校、学院、实验室3个层... 详细信息

危险气体安全管理一直是高校实验室安全管理的重点和难点。高校实验室因空间狭小、硬件条件不达标、钢瓶质量参差不齐、操作使用缺乏规范等问题,导致高校危险气体安全隐患突出。为改进高校危险气体安全管理,从学校、学院、实验室3个层级入手,深入阐述了通过事先规划存储空间、落实危险气体安全准入、管路和存储硬件条件、招标遴选供应商、统筹共享减少存量、加强安全培训和应落实演练等方式,提出了完善高校危险气体全生命周期安全管理的解决方案。

关键词：危险气体易燃气体有毒气体科学管理实验室安全

Matlab在危险气体扩散模拟分析中的应用

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工业安全与环保 2009年第3期35卷 24-26页

作者：艾唐伟徐小贤王洪中国地质大学(武汉)工程学院武汉430074

利用Matlab程序,并选取适当的气体扩散模型,对危险气体的扩散进行模拟和分析,不仅可以快速精确完成复杂的计算和分析,输出对应数据图形,使得安全工作者直观和便捷地熟悉事故情况,及时作出决策,采取应急方案。通过对危险气体泄漏后的浓... 详细信息

利用Matlab程序,并选取适当的气体扩散模型,对危险气体的扩散进行模拟和分析,不仅可以快速精确完成复杂的计算和分析,输出对应数据图形,使得安全工作者直观和便捷地熟悉事故情况,及时作出决策,采取应急方案。通过对危险气体泄漏后的浓度计算和浓度等高线模拟等,迅速地判断事故周边区域的安全状态,等浓度曲线反映出了影响气体扩散浓度与大气稳定度和风速的关系。

关键词： Matlab 危险气体扩散模拟分析

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基于多传感器融合的煤矿危险气体巡检系统

煤矿安全 2021年第12期52卷 128-132页

作者：孟广瑞杨闯国家能源集团煤炭与运输产业管理部煤矿智能化办公室北京100010 中煤科工集团沈阳研究院有限公司辽宁抚顺113122 煤矿安全技术国家重点实验室辽宁抚顺113122

设计了基于多传感器融合技术的煤矿危险气体巡检系统,将系统整体架构分为执行层、网络层和决策层,决策层中的监控平台和服务器与执行层中的可移动巡检机器人通过网络层实现数据传输;介绍了危险气体巡检作业流程及巡检机器人的模块组成... 详细信息

设计了基于多传感器融合技术的煤矿危险气体巡检系统,将系统整体架构分为执行层、网络层和决策层,决策层中的监控平台和服务器与执行层中的可移动巡检机器人通过网络层实现数据传输;介绍了危险气体巡检作业流程及巡检机器人的模块组成和功能分类,机器人中的智能感知模块对应环境参数监测功能,通过搭载多种传感器实现机器人的自主导航避障和危险气体体积分数数据采集,采用BP神经网络算法实现多传感器融合,完成煤矿井下环境的多种危险气体体积分数实时监测。

关键词：监控系统巡检机器人多传感器融合危险气体 BP神经网络

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实验楼层内危险气体泄漏人员撤离预案研究

实验技术与管理 2020年第6期37卷 292-298页

作者：王厚成焦继宗曹辉辉程世红程慧波兰州大学资源环境学院甘肃兰州730000 兰州大学实验室与设备管理处甘肃兰州730000 甘肃省环境监测中心站甘肃兰州730000

通过数值模拟手段,分析实验室楼层内危险气体扩散过程,研究实验室楼层内人员最佳撤离预案。研究显示:在危险气体扩散过程中,楼层人员必须在160s内全部撤离;氨气泄漏速率较低时,须在泄漏实验室门洞连接走廊通道处设置机械通风装置;当氨... 详细信息

通过数值模拟手段,分析实验室楼层内危险气体扩散过程,研究实验室楼层内人员最佳撤离预案。研究显示:在危险气体扩散过程中,楼层人员必须在160s内全部撤离;氨气泄漏速率较低时,须在泄漏实验室门洞连接走廊通道处设置机械通风装置;当氨气泄漏速率达到0.05 g/s时,除设置机械通风装置外,还需在以上走廊通道的联通空间中设置机械通风系统;在氨气泄漏速率大于0.1 g/s时,应设置全面通风设置,需全面降低整个楼层的氨气浓度。

关键词：危险气体气体泄漏撤离预案实验室安全数值模拟

检测危险气体的石英晶振微天平气体传感器的研究

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检测危险气体的石英晶振微天平气体传感器的研究

作者：胡瑛天津理工大学

学位级别：硕士

为了弥补传统气体传感器气体检测精度不高这一不足,本文使用石英晶振微天平（Quartz Crystal Microbalance, QCM）气体传感器对危险气体进行检测。实验过程中,通过对镀膜工艺的改进,自主研制了旋转镀膜机,使用旋转镀膜机进行对石英晶振... 详细信息

为了弥补传统气体传感器气体检测精度不高这一不足,本文使用石英晶振微天平（Quartz Crystal Microbalance, QCM）气体传感器对危险气体进行检测。实验过程中,通过对镀膜工艺的改进,自主研制了旋转镀膜机,使用旋转镀膜机进行对石英晶振片的镀膜,其成膜即快又均匀;在进气装置中,采用静态塑料袋进气法,尽可能的排除了环境当中的干扰因素;使用了实验组自主编制的基于LabVIEW平台的QCM气体传感器频率测试程序对测试结果进行记录。本论文在一定温度条件下进行试验,利用QCM气体传感器,主要测试了七种敏感膜对二甲苯气体和正己烷气体的响应特性。主要对二甲苯气体及正己烷气体响应特性进行研究,主要测试其响应性,稳定性,重复性,以及不同浓度气体频率响应的线性关系。通过对实验数据的分析,得出以下结论：二氧化钛敏感膜对二甲苯气体及正己烷气体的响应性和重复性最好,其稳定性较高;二氧化钛敏感膜对气体的选择性最好;二氧化钛敏感膜与不同浓度的正己烷气体的响应频率具有良好的线性关系。

关键词：石英晶振微天平气体传感器危险气体响应特性 LabVIEW