紅外報警系統應用于農機安全生產作業的研究,農業機械化論文內容摘要：從農機安全生產講起，由農機事故的特點引出被動紅外報警技術的原理和特點，討論了該技術在農機安全預警領域的應用。筆者將農業機械構造和最近幾年農機安全事故原因綜合分析，提出將紅外報警系統應用于農機安全生產作業，加強農機安全防護性能，有效遏制和減少農機事故的發生。本文關鍵詞語：農機；安全；紅外預警；報警；應用；0引言農機安全生產是國家安全生產重點行業和領域之一。隨著財政連年大幅增加農機購置補貼投入，農業機械保有量一直保持高速增長態勢。與此同時，農機安全生產形勢愈加嚴峻，提高農機安全防護性能成為當下農機安全生產必須面對和亟待解決的重要環節。1農業機械事故的特點和影響因素1.1農業機械事故的特點農業機械獨特的作業環境決定了農業機械事故有著明顯的特點。1.1.1農業機械事故的分散性和隱蔽性由于農業機械作業地點分布于田間、場院、鄉村道路等廣大農村，所以農業機械事故的發生地也遍布農村廣大區域，具有分散性。農業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。加之農村信息不暢，導致管理部門很難把握事故信息，呈現隱蔽性。1.1.2農業機械事故的多樣性及稍微輕傷事故的高發性農業機械事故隨農業機械作業所處的環境不同而呈現多樣性，在作業前后的轉移途中、作業經過中、維修時段均有發生。從事故報告看，農業機械事故有砸傷、燙傷、燒傷、摔傷、絞傷〔死〕、機件打傷〔死〕、撞傷等多樣的事故。1.2影響農機安全生產的主要因素據最近幾年農業機械事故統計分析，影響農機安全生產，造成農業機械事故的原因主要可歸結為下面幾個方面。1.2.1農機操作者安全意識不強操作技能差從實際情況來看，多數農業機械事故源于農機操作者思想上疏忽大意或人為錯誤。例如，很多農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、違規操作、不定期參加檢驗等問題。除此之外，由于農機操作者文化素質普遍較低，只看到新型農機具作業先進的一面，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陜西省的一起農機事故1.2.2缺乏安全投入科技開發不夠隨著農業機械購置補貼等惠農強農政策的實行，各地農業機械保有量不斷增加，拖拉機、收割機以及大量新型的農機產品投入市場，但這些機械體積大，工作盲區大，安全防護能力較差，在轉移和作業經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，使晶體內部的原子排列產生變化，即引起自發極化電荷。此現象為熱釋電效應，為熱電效應之一。熱釋電效應產生的外表電荷是暫時的，只要它一出現，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，以便使自發極化電荷周期性地出現，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。假如探頭監測到紅外線是靜止不動的，也就是不斷發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工作原理見圖2.圖2紅外報警系統工作原理被動紅外報警器主要是根據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境有差異不同，當人通過探測區域時，報警器收集到的這個不同的紅外能量的位置變化，進而通過分析發出報警。人體都有恒定的體溫，一般在37℃左右，會發出特定波長10m左右的紅外線。被動紅外報警器就是靠探測人體發射的10m左右的紅外線而進行工作的。人體發射的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生變化時就會失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續電路經檢測處理后就能產生報警信號。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個相互串聯或并聯的熱釋電元件，而且制成的2個電極化方向正好相反，環境背景輻射對2個熱釋元件幾乎具有一樣的作用，使其產生釋電效應互相抵消，于是報警器無信號輸出。〔4〕一旦人侵入被動紅外報警器探測區域內，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，經信號處理而報警。3被動紅外報警技術在農機設備中的應用方向被動紅外探測器主要適用于環境較為穩定的報警裝置。被動紅外應用于田間、場院等農業機械作業場所，受干擾因素多，因此在戶外農業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，這里將從現有被動紅外設備功能同農業機械安全作業風險點怎樣結合的角度，綜合分析其在農業機械安全領域的應用方向。3.1辨別探測器在農業機械安全報警系統中的應用方向農業機械作業時前進后退方向為重點危險區域，辨別探測器功能為周邊有人向機械移動〔或前進〕方向經過報警，另一方向經過不報警。假如有人向拖拉機行進反方向走去，觸發非報警方向，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，則會觸發報警，這樣減少了一些不必要的誤報。3.2幕簾探測器在農業機械安全報警系統中的應用方向農業機械進料位置、高速旋轉部件、傳動部件、機器前進或倒退區域等特定位置為高危險區域，幕簾探測器因其探測角度較小，當有人靠近特定危險區域的時候，將發生報警。這類產品適宜聯合收割機等大型多功能移動式駕駛操作人員盲區較大的農業機械安全報警。3.3雙鑒探測器在農業機械安全報警系統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，對農業機械的復雜環境比擬敏感，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。雙鑒探測器穩定性高，銀行、基站、商業環境等較多領域已采用。雙鑒探測技術較為完備，農業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，而在農機安全行業重點需要解決誤報問題。怎樣避免或減少由于田間作業環境影響而產生的誤報，就需要從設計開場進行考慮，盡量避開主要誤報源。4.1探測區域不應對著農業機械的出風口探測區域不應對著發動機排氣口、風扇出風口等農業機械的出風口，這是由于農業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探測區域應盡量避免有物體擺動農田、場院地勢開闊，氣流復雜，探測區域內農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節不適宜，未將其對準危險預警區域，使應預警的范圍處在探測范圍之外；〔2〕當農田、場院環境溫度升高時，探測器的靈敏度會降低，可能也會產生漏報。5結束語盡管被動紅外探測技術在農機安全作業領域應用還很少，在技術應用上也還存在著很多