专利名称：一种液化石油气罐箱/槽罐车运输泄漏实时探测器的制作方法
技术领域：
本发明属于气体检测分析技术领域。涉及一种具有温湿补偿功能的气体检测分析仪，特别适用于液化石油气(LPG)安全运输过程中的泄漏实时探测。
背景技术：
近年来液化石油气槽车的泄漏事故时有发生，给人民群众的生命财产带来威胁。液化石油气的饱和蒸气压高(50℃时为116MPa)，闪点、燃点低，爆炸极限范围大约为2％～10％。一旦发生泄漏事故，泄漏的液化气沿地面迅速扩散，在大范围内形成爆炸性混合物，1千克液化气全部气化后体积可达5000升，若以2％浓度计算可组成25立方米爆炸性气体，其爆炸威力相当于10千克TNT炸药的爆炸当量。爆炸形成的冲击波不仅会使建筑物倒塌，而且瞬间形成大体积空间火焰，破坏力极强。目前的液化石油气罐箱/槽罐车上仅安装有机械式的压力表和液位装置，没有任何的泄漏监测设备。由于罐箱内液化石油气压力高(一般高于2Mpa)，易汽化，只有发生严重的泄漏事故时才可能观察到压力和液位的变化，事故危险性高。部分液化石油气运输车辆上安装了GPS/GPRS终端系统，可以实时向控制中心发送车辆位置和速度信息，但是当发生事故时只能由司机或押运员通知相关部门到现场处理，降低了事故处理和及时防范的效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够适用于液化石油气运输过程的具有温湿补偿功能的液化石油气实时泄漏探测器，充分利用车载的GPS/GPRS终端，将实时监测信息随时通过GPS/GPRS通讯终端发送给主控中心，并且启动报警装置警示司机和周围人员。
本发明的技术方案是，对液化石油气罐箱容易泄漏的各个口安装环境敏感探头，通过单片机信息处理中心检测探头的信息并对检测到的信息进行处理、温湿度补偿以及划分等级，并将处理后的信息通过串口发送给GPS/GPRS终端，根据泄漏等级启动声光报警系统报警。运输过程中液化石油气罐箱容易泄露的部位主要是三个腔口，即装卸料口、进出气口和人口，因此探测器包括一个主探测器和两个副探测器，分别对应安装在三个腔口附近。主探测器主要由信息控制处理单元和由一个气敏元件、一个湿敏元件和温敏元件组成的环境敏感探头组成。环境敏感探头外接相应的信号调理电路、模数转换电路然后连接信息控制和处理单元，由信息处理单元完成对环境温度湿度的量化和对气体传感器信号的温湿度补偿，并将补偿后的信号转换为监测环境中LPG气体的浓度，根据预设泄漏等级对泄漏情况进行划分和定义，最后将温湿度、泄漏等级以及时间等信息通过串口传送到GPS/GPRS终端，根据泄漏等级判断是否启动声光报警电路报警，并由该终端将信息发送到主控中心。两个副探测器各包括一个气体传感器及其信号调理电路和电压-电流信号转换电路，将传感器上的信号转换为4-20mA的电流信号，通过导线与主探测器相连。主、副探测器所用电路均为目前现有技术，容易实现。根据气体扩散速度慢的特点，通过多次检测取平均，前后数据变化综合分析来判断是否有液化石油气泄漏，能够避免由于震动、酒气以及烟气等的干扰，因而该气体检测分析仪具有较强的泄漏识别和分析以及抗干扰能力。整个系统包括环境敏感探头、采样电路、信息处理和控制中心、对气体传感器的加热控制单元、存储数据的E2PROM、RS232接口、超限报警的报警电路以及电源电路。本发明中，环境敏感探头包括气体传感器、湿度传感器和温度传感器。控制中心由单片机实现，主要包括A/D转换、信号预处理、信息融合及温湿补偿技术。
本发明的效果和益处是为液化石油气运输用的罐箱/槽罐车设计了科学的、有效的泄漏实时探测器，通过不间断的检测液化石油气的泄漏情况，发现泄漏后通过声光报警通知周围人群疏散，通知汽车司机和押运员及时采取措施堵漏并报告给控制中心，控制中心根据情况对现场进行监控，可以最大程度的减小生命财产方面的损失，降低事故危险性，提高防范措施，实现液化石油气的安全运输。
图1是本发明的液化石油气泄漏探测器原理框图。
其中(I)为主探测器环境敏感探头，(II)(III)为副探测器，(IV)为报警单元，(V)为电源模块和(VI)为主探测器主板。
图2是本发明的主探测器的环境敏感探头电路原理图。
图3是本发明的副探测器电路原理图。
图4是本发明的电源电路原理图。
图5是本发明的主探测器的主板电路原理图。
具体实施例方式
以下结合技术方案和附图，从硬件和软件两个方面详细叙述本发明的具体实施方式
。根据原理框图，硬件部分各个单元的具体实施方式
如下(I)主探测器环境敏感探头本发明以日本Figaro公司的TGS2611型传感器作为液化石油气体敏感探头，温度和湿度检测分别采用Pt1000和HIH3610型号的传感器。采用霍尔传感器监测封闭腔的开状态和关状态，当检测到封闭腔未关合时，启动报警系统，警示司机和押运员关闭腔盖。当非法打开腔时也启动报警系统。主探测器的环境敏感探头电路原理图见图2。
(II)(III)副探测器该部分主要包括气体传感器的加热控制单元和气体传感器信号的电压-电流转换模块。副探测器安装在LPG罐箱的顶部人口和进出气口，由于LPG罐箱尺寸较大，主副探测器之间的距离约10米左右，将传感器信号转换为4-20mA之间的电流信号，然后通过导线连接到主探测器，可以减少线路上的电压损失。副探测器的电路原理图见图3。
(IV)报警电路该部分电路主要包括声音报警(大分贝警笛报警)和光报警(通过LED指示灯显示气体泄漏程度)电路，可由GPS/GPRS终端供电和控制，当接收到探测器串口发送过来的报警信息时，根据泄漏等级启动。该部分安装在运输车辆的驾驶室内，及时通知司机和押运员。
(V)电源部分电路探测器采用汽车电源供电(24V)，主要包括低压和过压保护电路，电源电压监测电路和DC-DC转换模块。当电源电压低于正常工作电压时发送低压报警信息。该部分的电路原理图见图4。
(VI)主探测器主板主探测器主板是系统控制中心，主要包括单片机及其外围电路，完成气体传感器工作模式的控制，对气体、温度、湿度传感器的采样控制，控制系统的计时，串口通讯等。单片机的典型外围电路主要包括存储器(用于存储传感器的标定值和各种补偿参数、报警限度等常数值)和串口(用于连接GPS/GPRS通讯模块，传输探测信息)。根据信息传输距离，当主探测器和GPS/GPRS模块之间的距离超过15米时，通讯线路中加入RS232长线接受/发送器，拓宽信号的传输距离。主探测器主板的电路原理图见图5。
软件部分是探测器的核心部分，主要是嵌入单片机内的控制和信息处理单元。检测控制、A/D转换、存储、计时等都是一般的单片机程序，易于编程。针对本探测器，气体传感器的温湿度补偿和浓度转换方法是软件的核心。本发明的具体检测方法如下调整传感器的匹配电阻，使得传感器电阻上的电压约为3V，也就是匹配电阻上的电压信号约为0.3V，Vcc＝3.3V。此时匹配电阻约为5Kohm。
多次检测环境温度、湿度和气体传感器的信号，取平均值。按照温湿度传感器的转换表，求出当前的环境温度和环境相对湿度。
测得环境温度T(℃)，相对湿度RH(％)，计算温湿度补偿系数a当RH＜40％时， a＝-0.027*T+2.0533；当40％＜RH＜55％时，a＝-0.025*T+1.72；当55％＜RH＜80％时，a＝-0.022*T+1.47；当80％＜RH时， a＝-0.0217*T+1.34。
根据温湿度补偿系数，补偿AD转换得到的气体传感器电压信号VLs；补偿后的信号VL0为VL0＝a*VLs根据补偿后的匹配电压信号VL0，计算气体浓度Conclog10Conc＝2.3767*log10VL0+2.9289两边反对数，求得气体浓度Conc(ppm)。
分出泄漏等级当Conc＜LEVEL1时，没有泄漏；当LEVEL1＜Conc＜LEVEL2时，微量泄漏；当LEVEL2＜Conc时，剧烈泄漏。
其中LEVEL1和LEVEL2根据实际情况确定。(初始设置为LEVEL1＝3000ppm，LEVEL2＝8000ppm)
权利要求
1.一种液化石油气罐箱/槽罐车运输泄漏实时探测器，包括一个主探测器和两个副探测器，主探测器安装在液化石油气罐箱底部的进料出料口，两个副探测器分别安装在罐箱顶部的人口和进气出气口，报警单元安装在汽车驾驶室内，其特征在于，主探测器内包括环境敏感探头、控制和信息融合中心及与之相连的气体传感器检测电路、温度检测电路、湿度检测电路、腔盖开关检测电路、数据存储电路、通信接口电路、加热控制电路及电源电路；副探测器内包括气体传感器及其加热电压转换电路、电压-电流转换电路；主探测器内嵌入了气体传感器的温湿补偿和浓度转换算法。
2.根据权利要求1所述的一种液化石油气罐箱/槽罐车运输泄漏实时探测器，其特征在于，所述的控制和信息融合中心由MSP430F149单片机实现，气体传感器的加热电路部分采用稳压控制模块LM2576实现2V-15V之间的直流电压转换，存储器使用256K容量的EEPROM，采用MAX3221实现单片机RS232口的电平转换，气体传感器和温度检测电路采用单臂电桥实现，采用AD694实现将传感器电压信号转换为4-20mA电流信号。
3.根据权利要求1所述的一种液化石油气罐箱/槽罐车运输泄漏实时探测器，其特征在于，气体泄漏的有无和泄露程度使用多次检测综合评定的方法得到，检测信号使用所述的温湿度补偿算法和浓度转换算法转换成泄漏程度信息。
4.根据权利要求1或2所述的一种液化石油气罐箱/槽罐车运输泄漏实时探测器，其特征在于，探测器检测到泄漏信息以及腔盖开启信息后，通过串口发送报警信息至GPS/GPRS终端模块，根据泄漏等级启动报警模块，并将泄漏信息发送给主控中心。
5.根据权利要求1或2所述的一种液化石油气罐箱/槽罐车运输泄漏实时探测器，其特征在于，使用车载蓄电池供电，供电部分增加低压/过压保护电路和电源低压报警点路。
全文摘要
一种液化石油气罐箱/槽罐车运输的泄漏实时探测器属于气体检测分析技术领域。公开了一种具有温湿补偿功能的适用于液化石油气罐箱/槽罐车运输过程监测的泄漏实时探测器，包括一个主探测器和两个副探测器，主探测器内包括环境敏感探头、嵌入了温湿补偿和浓度转换算法的控制和信息融合中心及与之相连的气体传感器、温度湿度和腔盖开关检测电路、数据存储电路、通信接口电路、加热控制电路及电源电路；副探测器内包括气体传感器及其加热电压转换、电压－电流转换电路。本发明的效果和益处是该探测器能够实时监测液化石油气的泄漏状况，及时将泄漏信息发送到主控中心并启动报警装置警示司机和周围人群，可以降低事故危险性和隐患的发生。
文档编号G01M3/00GK1822065SQ20051020075
公开日2006年8月23日 申请日期2005年11月28日 优先权日2005年11月28日
发明者唐祯安, 魏广芬, 孙代平, 刘一玮 申请人:大连理工大学