一种集成GNSS和微震信息的多功能危化气体监测装置及系统的制作方法

本发明涉及危险化学品监测领域，特别是一种多功能危化气体监测装置及监测系统。

背景技术：

针对于危险气体化工行业，传统的方式采用定期手持排查可能发生泄漏的气体，或采用定点监测气体浓度到达阈值本地报警的措施，来解决危化气体的泄漏安全问题。人工排查的方式费时费力，且存在点检不全面和实时性差的缺陷，容易产生误报。定点监测气体浓度仅关注危险气体本身，对于影响危险气体泄漏产生的相关因素以及发生危险灾害的预警和逃生建议提供的可利用信息有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于：针对现有危化气体监测方案监测效率低、实时性查和容易漏报误报的缺陷，提供一种多功能危化气体监测装置。

一种多功能危化气体监测装置，包括基座和设置于基座上的杆体，所述杆体顶端设置有GNSS接收器和风速风向传感器，所述基座设置有与所述监测装置成一体结构的微震传感器；

所述杆体上部设有光伏横杆，所述光伏横杆上安装有光伏板；所述杆体上部安装有激光甲烷传感器，所述杆体下部安装有集成气体传感器；

所述杆体上还设有控制箱和报警装置，所述控制箱内设置有数据采样模块、控制器和数据传输模块，以及与所述光伏板连接的MPPT控制器；

所述风速风向传感器、微震传感器、激光甲烷传感器、集成气体传感器和MPPT控制器通过所述数据采样模块连接所述控制器；所述GNSS接收器、报警装置和数据传输模块分别与所述控制器连接；所述控制器根据各类监测数据是否触发阈值判定是否向所述报警装置发送报警信号。

监测装置基于GNSS定位的滑坡、沉降监测基于静态差分测量原始实现高精度毫米精度监测方案。静态差分是指在两个以上GNSS接收机之间，进行较长时间(通常为一小时以上)的测量，得到高精度的位置数据。

风速风向传感器用于监测定位点的实时气象信息，以便获取及时的气体扩散通道和扩散条件。

所述激光甲烷传感器通过激光发射原理探测激光所经过路径的甲烷最高浓度，相比于传统气体传感器只能探测到气体传感器临近区域的气体分布情况，探测范围更广。杆体下部设置的集成气体传感器，可以根据需要集成多种气体传感器，同时探测多种易燃易爆和有毒气体。

具体的实施方式中，监测装置配备3通道微震传感器，微震传感器频率响应范围0.01Hz～250Hz，速度测量范围为0.01cm/s～40cm/s(X、Y、Z三方向)，测量精度0.5％。

MPPT(Maximum Power Point Tracking)传感器即最大功率点跟踪传感器，由于光伏组件受到光强以及环境等外界因素的影响，其输出功率是变化的，所述MPPT传感器用于保持光伏组件的逆变器运行在最大功率点，使之充分利用太阳能。

进一步地，所述控制箱设置有门磁传感器，所述门禁传感器通过所述数据采样模块连接所述控制器。监测装置配备门磁传感器，实时监测控制箱箱门的开关状态，对恶意破坏和非法入侵的行为起到很好的监测作用。

进一步地，所述杆体上还设置有湿温度传感器，所述温湿度传感器通过所述数据采样模块连接所述控制器。具体的实施方式中，监测装置配备TH10S-B_RS485通讯型温湿度传感器，功耗小于0.1W，满足野外电力能源匮乏的使用要求，温度精度：±0.5℃分辨率0.1℃，湿度精度：±5％rh，分辨率0.1rh。

进一步地，所述GNSS接收器支持GPS、北斗和GLONASS多模卫星导航系统。

进一步地，所述杆体或横杆上还设置有视频监控装置，所述视频监控装置连接所述控制器以传输视频信号。可以根据各类监测数据的异常情况启动所述视频监控装置，获取危化气体监测点位周围的影像资料。

进一步地，所述横杆上设置有固定支架，所述光伏板通过半圆形安装板与所述固定支架连接；所述半圆形安装板包括圆心附近的固定孔和圆周内侧呈扇形分布的角度调节孔，所述角度调节孔为相互分离的孔位或者整体扇形条形孔。

进一步地，所述杆体底座以底座中心为圆心的圆周上设置有沿圆周方向的腰圆孔。

本发明的另一方面提供一种多功能危化气体监测预警系统：包括GNSS基准站和设置于监测区域的若干本发明第一方面所述的监测装置，所述若干监测装置通过无线通信网络连接远程数据服务平台，所述远程数据服务平台用于对所述若干监测装置传输的各类监测数据进行存储和分析预警，并将报警信息发送至报警设备和监测装置；

所述远程数据服务平台包括数据服务器、数据备份服务器、WEB服务器和应用程序服务器，其通过所述应用程序服务器向所述报警设备发送报警信息。

进一步地，所述系统还包括第三方监控平台，所述远程数据服务平台通过网络防火墙连向所述第三方监控平台发送监测数据。

有益效果：

1、本申请提供的多功能危化监测装置同时配备了激光甲烷传感器和集成气体传感器以及相应的采集、控制和传输设备，实现了对多种易燃易爆、有毒气体的在线实时监测，激光甲烷传感器的设置突破了传统气体传感器只能采集传感器临近区域的局限，扩大了危险气体的探测范围。

2、本监测装置集成GNSS信息和微震信息，同时对危化监测装置所处地点的事故爆炸振动和到达此处的地震波进行监测，进而能够衡量爆炸冲击波或地震波强度对危险源处的影响程度。

3、监测装置的光伏板采用光伏支架和半圆形安装板实现角度可调的安装方式，满足了光伏板的单轴方向可调；同时，装置底座沿圆周方向设置的腰圆孔使得监测装置在水平方向转动可调，带动光伏板实现双轴方向可调。光伏板的双轴方向可调满足了根据季节或者地形的需要调整光伏板的摆放角度，最大效率地提高光伏使用效率。

4、本申请采用上述监测装置构建了基于GNSS卫星定位系统和物联网技术的远程实时在线监测预警系统，集监测装置和数据分析服务平台为一体，实时采集监测区域多个危险气体监测点的气体浓度、振动、风力风向和现场环境数据。

附图说明

图1为实施例1多功能危化气体监测装置结构主视图；

图2为实施例1多功能危化气体监测装置结构正视图；

图3为实施例1底座腰圆孔布置图；

图4为实施例1多功能危化气体监测装置功能模块连接图；

图5为实施例1GNSS模块电路图；

图6为实施例1微震传感器电路图；

图7为实施例1激光甲烷传感器电路图；

图8为实施例1集成气体传感器电路图；

图9为实施例1温湿度传感器电路图；

图10为实施例1MPPT传感器电路图；

图11为实施例1数据传输模块电路图

图12为实施例2监测系统结构图。

图中标记：1-基座，2-杆体，3-GNSS接收器，4-风速风向传感器，5-微震传感器，6-光伏横杆，7-光伏板，8-激光甲烷传感器，9-集成气体传感器，10-温湿度传感器，11-控制箱。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

实施例1提供一种多功能危化气体监测装置，如图1-2所示，包括基座1和设置于基座1上的杆体2，所述杆体2顶端设置有GNSS接收器3和风速风向传感器4，所述基座1设置有与所述监测装置成一体结构的微震传感器5；

所述杆体2上部设有光伏横杆6，所述光伏横杆6上安装有光伏板7；所述杆体2上部安装有激光甲烷传感器8，所述杆体2下部安装有集成气体传感器10；

所述杆体2上还设有控制箱11和报警装置，所述控制箱11内设置有数据采样模块、控制器和数据传输模块，以及与所述光伏板连接的MPPT控制器；

如图4所示，所述风速风向传感器4、微震传感器5、激光甲烷传感器8、集成气体传感器9和MPPT控制器通过所述数据采样模块连接所述控制器；所述GNSS接收器3、报警装置和数据传输模块分别与所述控制器连接；所述控制器根据各类监测数据是否触发阈值判定是否向所述报警装置发送报警信号。

监测装置基于GNSS定位的滑坡、沉降监测基于静态差分测量原始实现高精度毫米精度监测方案。静态差分是指在两个以上GNSS接收机之间，进行较长时间(通常为一小时以上)的测量，得到高精度的位置数据。

风速风向传感器4用于监测定位点的实时气象信息，以便获取及时的气体扩散通道和扩散条件。

所述激光甲烷传感器8通过激光发射原理探测激光所经过路径的甲烷最高浓度。杆体下部设置的集成气体传感器9，可以根据需要集成多种气体传感器，同时探测多种易燃易爆和有毒气体。

监测装置配备3通道微震传感器5，微震传感器5频率响应范围0.01Hz～250Hz，速度测量范围为0.01cm/s～40cm/s(X、Y、Z三方向)，测量精度0.5％。

MPPT(Maximum Power Point Tracking)传感器即最大功率点跟踪传感器，由于光伏组件受到光强以及环境等外界因素的影响，其输出功率是变化的，所述MPPT传感器用于保持光伏组件的逆变器运行在最大功率点，使之充分利用太阳能。

所述控制箱11设置有门磁传感器，所述门禁传感器通过所述数据采样模块连接所述控制器。监测装置配备门磁传感器，实时监测控制箱箱门的开关状态，对恶意破坏和非法入侵的行为起到很好的监测作用。

所述杆体2上还设置有湿温度传感器9，所述温湿度传感器9通过所述数据采样模块连接所述控制器。具体的实施方式中，监测装置配备TH10S-B_RS485通讯型温湿度传感器，功耗小于0.1W，满足野外电力能源匮乏的使用要求，温度精度：±0.5℃分辨率0.1℃，湿度精度：±5％rh，分辨率0.1rh。

所述GNSS接收器支持GPS、北斗和GLONASS多模卫星导航系统。

所述杆体或横杆上还设置有视频监控装置，所述视频监控装置连接所述控制器以传输视频信号。可以根据各类监测数据的异常情况启动所述视频监控装置，获取危化气体监测点位周围的影像资料。

如图2所示，所述横杆上设置有固定支架，所述光伏板通过半圆形安装板与所述固定支架连接；所述半圆形安装板包括圆心附近的固定孔和圆周内侧呈扇形分布的角度调节孔，所述角度调节孔为相互分离的孔位或者整体扇形条形孔。

如图3所示，所述杆体底座以底座中心为圆心的圆周上设置有沿圆周方向的腰圆孔。

具体的实施方式中，所述控制器采用STM32F407VET6型嵌入式单片机，所述数据采集模块采用STM32F103R8嵌入式单片机，如图5所示为GNSS接收器模块电路，所述GNSS接收器支持GPS、北斗和GLONASS多模卫星导航系统，所述GNSS接收器通过图中U1-24RXDE和U1-23TXD4连接所述控制器对应端口，GNSS接收器与控制器采用USART(全双工通用同步/异步串行收发模块)通信。

如图6所示为微震传感器电路图，微震传感器通过U9-16、U9-17连接所述控制器对应端口。类似地，图7为激光甲烷传感器电路图，图8为包含4中气体探测传感器的集成气体传感器电路图，图9为温湿度传感器电路图，图10为MPPT传感器电路图；以上传感器均通过对应的端口连接所述数据采样模块后，数据采样模块连接所述控制器，进行数据传输。另外，门磁传感器采用开关量输入，集成气体传感器采用模拟量输入，激光甲烷传感器和微震传感器采用RS232通信，MPPT传感器和温湿度传感器采用RS485通信。

图10为数据传输模块电路图，图11为声光报警模块和视频监控装置电源控制模块电路图，以上模块直接与所述控制器连接，实现对数据传输和控制器对模块的控制，其中，对于声光报警模块采用开关量输出，对于DTU数据传输模块采用USART通信。

实施例2

实施例2提供一种采用上述多功能危化气体监测装置构建的监测预警系统，如图12所示，包括GNSS基准站和设置于监测区域的若干本发明第一方面所述的监测装置，所述若干监测装置通过4G无限传输模块DTU连接远程数据服务平台，所述远程数据服务平台用于对所述若干监测装置传输的各类监测数据进行存储和分析预警，并将报警信息发送至报警设备和监测装置；所述的存储包括数据格式的标准化、数据库的构建和查询索引构建，所述分析预警主要是将各类监测监测数据与预先设定的阈值进行比较，以便根据是否超过阈值向所述监测装置发送报警信号，以及根据各类实时数据进行动态可视化信息呈现，相关可视化过程可由现有的商用可视化软件实现。

所述远程数据服务平台包括数据服务器、数据备份服务器、WEB服务器和应用程序服务器，其通过所述应用程序服务器向所述报警设备发送报警信息。所述报警设备包括与所述应用服务器连接的移动终端和固定式电子设备，所述应用程序服务器通过短信、电子邮件的方式向报警设备发送报警信息。所述应用程序服务器还可以连接网络打印设备，将所述远程数据服务平台接收到的各类监测数据信息打印输出为纸质文件。所述应用程序服务器还可以连接大屏显示设备，便于预警中心实时掌握监测数据的动态变化信息。

所述系统还包括第三方监控平台，所述远程数据服务平台通过网络防火墙连向所述第三方监控平台发送监测数据。所述第三方监控平台便于上级主管部门实时掌握监测信息，实时指导现场安全监测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。