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第一章安全检测与监控绪论,安全检测的地位和任务安全监控的方法与发展安全检测的技术标准,安全检测的工作对象：劳动者作业场所有毒有害物质和物理危害因素的检测,安全检测在安全科学中的地位及任务,狭义的安全检测，侧重于测量，是对生产过程中某些与不安全、不卫生因素有关的量连续或断续监视测量，有时还要取得反馈信息，用以对生产过程进行检查、监督、保护、调整、预测，或者积累数据，寻求规律。广义的安全检测，是把安全检测与安全监控统称为安全检测，认为安全检测是指借助于仪器、传感器、探测设备迅速而准确地了解生产系统与作业环境中危险因素与有毒因素的类型、危害程度、范围及动态变化的一种手段。,安全监控的工作对象：对生产设备和设施的安全状态和安全水平进行监督监控,安全检测的目的：是为职业健康安全状态进行评价、为安全技术及设施进行监督、为安全技术措施的效果进行评价等提供可靠而准确的信息，达到改善劳动作业条件，改进生产工艺过程，控制系统或设备的事故（故障）发生。,安全检测在安全科学中的地位及任务,安全检测与监控技术的内容与分类,工业危险源,工业事故,人（劳动者）机（生产过程和设备）环境（工作场所）,人造系统,可观测性可控性,特点：,状态信息,安全检测与监控技术的内容与分类,状态信息概念,表征工业危险源状态的可观测的参数称为危险源的“状态信息”,其广义概念包括对安全生产和人员身心健康有直接或间接危害的各种因素,反映生产过程或设备的运行状况正常与否的参数、作业环境中化学和物理危害因素的浓度或强度等。,出现异常,说明危险源正在从相对安全的状态向即将发生事故的临界状态转化,提示人们必须及时采取措施,避免事故发生或将事故的伤害和损失降至最小程度,安全检测与监控技术的内容与分类,不安全因素包括：,粉尘危害因素：浓度、粒径分布；全尘或呼吸性粉尘；煤尘、石棉尘、纤维尘、岩尘、沥青烟尘等。,化学危害因素：可燃气体、有毒有害气体在空气中的浓度和氧含量。,物理危害因素：噪声与振动、辐射（紫外线、红外线、射频、微波、激光、同位素）、静电、电磁场、照度等。,机械伤害因素：人体部位误入机械动作区域或运动机械偏离规定的轨迹。,电气伤害因素：触电、电灼伤。,气候条件：气温、气压、湿度、风速等。,安全检测与监控技术的内容与分类,担负信息转化任务的器件称为传感器（sensor）或检测器（detector）。,由传感器或检测器及信号处理、显示单元便组成了“检测仪器”。,如果将传感器或检测器及信号处理、显示单元集于一体固定安装于现场，对安全状态信息进行实时（realtime）检测，则称这种装置为安全监测仪器。,如果只是将传感器或检测器固定安装于现场，而信号处理、显示、报警等单元安装在远离现场的控制室内，则称之为安全监测系统。,将监测系统与控制系统结合起来，把监测数据转变成控制信号，则称为监控系统。,几个概念：,安全检测与监控技术的内容与分类,安全检测,化学检测：利用检测对象的化学性质指标，通过一定的仪器与方法，对检测对象进行定性或定量分析的一种检测方法。,物理检测：利用检测对象的物理量（热、声、光、磁等）来分析对象。,主要用于有毒有害物质的检测，例如有毒有害气体、水质和各种固、液体毒物的测定。,如，噪声、电磁波、放射性、水质物理参数（水温、浊度、电导率）等的测定。,安全监测与控制常简称为安全监控，它具有监测和控制的综合能力。在安全检测与控制技术学科中所称的控制可分为两种。,安全控制,过程控制,应急控制,过程控制,在现代化生产中，一些重要的工艺参数大都由变送器、工业仪表乃至计算机来测量和调节，以保证生产过程及产品质量的稳定，这就是过程控制。,*考虑工艺参数的超限报警*外界危险因素（如可燃气体、有毒气体在环境中的浓度，烟雾、火焰信息等）的检测停车连锁系统,过程控制设计,应急控制,在对危险源的可控制性进行分析之后，选出一个或几个能将危险源从事故临界状态拉回到相对安全状态，以避免事故发生或将事故的伤害、损失降至最小程度。这种具有安全防范性质的控制技术称为应急控制。,监测与控制功能合而为一称为监控，将安全监测与应急控制结合为一体的仪器仪表或系统，称为安全监控仪器或安全监控系统。,从安全科学的整体观点出发，现代生产工艺,过程控制,安全监控,融为一体,综合系统,安全状态信息监测,过程控制,自诊断,应急控制,实时仿真,专家决策,监控技术的发展主要表现在：,监控网络集成化，它是将被监控对象按功能划分为若干系统，每个系统由相应的监控系统实行监控，所有监控系统都与中心控制计算机连接，形成监控网络，从而实现对生产系统实行全方位的安全监控（或监视）。预测型监控，这种监控即控制计算机根据检测结果，按照一定的预测模型进行预测计算，根据计算结果发出控制指令。这种监控技术对安全具有重要的意义。,预警、预报、报警、警报,预警(early-warning,pre-warning)可理解为系统实时检测危险源的“安全状态信息”并自动输入数据处理单元，根据其变化趋势和描述安全状态的数学模型或决策模式得到危险态势的动态数据，不断给出危险源向事故临界状态转化的瞬态过程。特点：预警应该有预测模型或决策模式，亦即描述危险源从相对安全的状态向事故临界状态转化的条件及其相互之间关系的表达式，由数据处理单元给出预测结果，必要时还可直接操作应急控制系统。,报警(alarm)是指危险源安全状态信息中的某个或几个观测值，分别达到各自的阀值时而发出声、光等信号而引人注意的功能。达到阀值之前或之后的变化通常是未知的，即使有的检测报警系统具有记录检测值的功能，或者设定两个以上的阀值，试图判别观测值的走势，但此观测值都是相互独立的，难以描述危险源状态转化全过程。而预警在一定程度上是对危险源状态的转化过程实现在线仿真。本质区别在于有无预测模型或模式。,报警与预警有很大不同,安全检测涉及到许多领域的知识，所使用的方法也很多。为了得到准确可行、可比性强的检测结果，最好采用标准的检测方法，没有标准检测方法的检测项目，可采用权威部门推荐的方法，或能被广泛认可的检测方法。检测所应用的规范要求是判断检测项目是否合格的准绳，必须严格执行国家标准和有关法规，所使用的检测报告书应经法定机构（如上级职业安全检察机构或技术检察局）的审批，以保证全国范围内的相对统一。我国颁布了许多车间空气中粉尘、有毒物质、噪声和辐射的卫生标准，包括最高容许量（浓度）和检测方法，这些是进行安全检测的依据。,对于各生产行业，国家或地方政府出台了相应的安全检测技术规范（标准）。,例如，防雷装置安全检测技术规范，其适用于防雷装置的检测。该标准规定了防雷装置的检测项目、检测要求和方法、检测周期、检测程序和检测数据整理。当然，目前还有许多新兴行业、新设备的安全检测，需要制定相关的安全检测技术规范（标准），这部分的工作还相当艰巨。,根据居住区大气和车间空气中有害物质的最高容许浓度，全国环境空气质量卫生监测检验方法科研协作组和车间空气监测检验方法科研协作组经过多年的标准化、规范化和实际应用，总结出版了车间空气监测检验方法（第三版），提出了168个毒物项目203种方法，有的已成为国家标准方法，环境空气质量监测试验方法提出47种有害物质，95种分析方法，在工作实践中可以作为参考。,目前，我国已出台了很多有关安全方面的政策与法规，其对各个行业安全生产和安全管理有重要的指导作用。中华人民共和国现行安全政策法规全编一书较全面系统收集了我国现行安全政策法规，在工作中参阅相关条文，做到依法办事。,在工矿企业安全管理工作中，哪些是安全检测应完成的任务?安全检测与安全监控的联系和区别是什么?,第二节检测技术概述,一、检测的基本概念,1、检测与测量：检测是意义更为广泛的测量,测量：以确定被测对象的属性和量值为目的的全部操作,检测技术：测量信号检出（极为重要）,检测过程：信息提取、信号转换存储与传输、显示记录、分析处理,检测技术：检测方法、检测结构、检测信号处理-综合性技术,2、检测的分类,被测量值的物理属性：电量、非电量,检测原理（物理的、化学的、生物学的）：,检测方法：主动和被动、直接与间接、接触式与非接触式、动态和静态,电磁法、光学法、微波法、超声法、核辐射法、电化学分析、色谱分析、质谱分析等,+,3、测量单位,被测量基准量,避免混乱-国际单位制（SI）：,长度质量时间电流热力学温度物质的量光量,实物单位-千克标准原器,米,-光在真空中1s时间内传播距离的1/299792485,能量（J）=力距离,大得多/小得多-词头：mm、m、nm（10-9m）；kHz、MHz（106Hz）、GHz（109Hz）,单位,测量：,SI基本单位：,倍数（结果）,SI组合单位：,七个物理量单位-相互独立,由基本单位导出,=质量加速度距离,J=kg（m/s2）m=m2kg/s2,能量-焦（耳）：长度、质量、时间,（m）,（kg）,（s）,（A）,（K）,（mol）,（cd）,（科学家）,1、产品检验和质量控制的重要手段,二、检测技术的作用与意义,被动检测,主动检测（在线检测）,质量控制领域,2、在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用,故障监测系统,动态监测,保证设备和人员安全提高经济效益,3、自动化系统中不可缺少的组成部分,生产过程：,“物流”,“信息流”,控制,管理,检测,获取信息,分析判断,自动控制,自动化：,信息获取、信息转换、信息处理、信息传送、信息执行,4、检测技术的完善和发展推动着现代科学技术的进步,检测手段水平决定科学研究的深度和广度,理论研究成果离不开必要的检测手段,三、检测系统构成,（信号检出部分）,（信号变换部分）,（分析处理部分、通信接口及总线）,1、信号检出部分,传感器（Sensor）-检出功能的器件,信号提取（被测量）、传输（信号变换部分）,特点：,1）输出量为电压、电流、频率,2）输出的电信号一般较微弱：,电压-毫伏级、微伏级；电流-毫安级、纳安级,3）输出信号与噪声混杂在一起-传感器内部噪声传感器的信噪比小、输出信号弱-信号淹没在噪声中,4）传感器的输出特性呈线性或非线性,选择：测量精度要求、被测量变化范围、被测对象所处的环境条件以及对传感器体积和整个检测系统的成本等的限制,电阻、电容、电感,两种：数字量、模拟量,5）外界环境的变化会影响传感器的输出特性,检测系统中形式最多样、与被测对象关联最密切的部分,2、信号变换部分,检出信号,适合于分析和处理的信号,信号调理电路,阻抗变换-输出阻抗很高时；,电压/电流（V/A）转换-需要电流输出时；,目的：,4）简化后续系统的组成,2）消除或抑制传感器输出量中的无用信号,3）提高测量、分析的准确度,信号放大-输出信号微弱时；,噪声抑制-信号淹没在噪声中；,模拟/数字（A/D）转换-需要输出数字信号时,1）对传感器的输出量变换成易于处理或放大的量,3、分析处理部分,功能：管理不同系统之间的数据、状态和控制信息的传输和交换,不断注入新内容-检测系统的研究中心,通用标准接口-不同的系统尤其是不同厂家的产品能够互联,4、通信接口与总线部分,计算机系统-强大问题分析能力、复杂系统的实时控制,自动化、智能化,USB、IEEE-488、RS-232（串行）、并行,总线：传送数字信号的公共通道-信号线的集合,RS-232C、VXI、Centronics（并行）,（硬件系统）,（规范、结构形式）,接口-分系统和上位机之间/分系统之间交换信息,四、检测方法,选择：被测量的性质、特点和测量任务要求,分类：,（1）按测量手续：直接测量、间接测量,（2）按测量值的获得方式：偏移法测量、零位法测量、差分式测量,（3）按传感器与被测对象是否直接接触：接触式测量、非接触式测量,（4）根据对象变化的特点：静态测量、动态测量,1、直接测量与间接测量,直接测量-与同类基准进行简单的比较以得到被测量,线纹尺-物体尺寸、天平-物体重量,间接测量-被测量无法或不易进行直接测量,自变量,目标变量,负载电阻功率=电压电流,（直接测量）,2、偏移法与零位法测量,1）偏移法-完全从被测量中获得信号转换所需能量,例：弹簧秤,2）零位法-不从信号源获得能量,作用：,测量原理线性化、提高灵敏度,结构：对称结构的两个传感器，被测量反对称作用在两个传感器上,（常见检测结构形式）,高精度测量,例：天平称量物体,测量误差,3、差分式测量,消除干扰的影响,2,4、随动跟踪测量,-基于零位法的测量,例：高精度电子秤、伺服加速度计、高精度压力传感器,自学习能力-神经网络模拟某种非线性映射,-智能化检测的标志之一,高精度测量,5、主动探索与信息反馈型检测,自适应能力,改变传感器的工作温度传感器的灵敏度,被测对象,通过学习不断调整连接强度,问题最优解,调整对象的位置、姿态使检测结果具有确定性,信号特征辨析,五、检测技术的发展趋势,检测技术,相关学科：物理、化学、数学、生物学、材料科学等等,新的检测理论、方法和技术手段,1、传感器水平的提高,光纤传感器、液晶传感器、压敏传感器（以高分子有机材料为敏感元件）,化学传感器、微生物传感器、仿生传感器（代替视觉、嗅觉、味觉和听觉）以及检测超高温、超高压、超低温和超高真空等极端参数的新型传感器,科学研究,3）传感器向着高精度小型化和集成化方向发展,微电子技术-多个同类型传感器集成在一个芯片或阵列上,一体化：将传感器和后续的处理电路集成一体,微型化：微米/纳米技术、MEMS技术体积微小、重量轻微,特点：点测量平面/空间测量,例：电荷耦合器件（CCD）-光敏元阵列,数码相机,多功能传感-不同功能的传感器集成化,集成化：,特点：一个传感器可以同时测量不同种类的多个参数,例：测量血液中各种成分的多功能传感器,特点：减少干扰，提高灵敏度，方便使用；可实现实时数据处理（传感器和数据处理电路集成）,2、检测系统由模拟式、数字式向智能化方向发展,以计算机为中心的检测系统复杂对象或系统的多路、多参数检测；数据存贮、传输、处理或复杂分析加工；故障诊断,请多谅解教学中的问题，多提意见!,为了这门课、为了你的师弟妹、也为了教师请留下你的宝贵的意见、建议！,
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