汪 楠 馮 睿 凌 敏 陸欣云

（南京工程學(xué)院 211167）

一種對(duì)高壓電纜警報(bào)安全帽的研究

汪 楠 馮 睿 凌 敏 陸欣云

（南京工程學(xué)院 211167）

當(dāng)前，安全帽已經(jīng)被冠上“安全三寶”之一的稱號(hào)，由此我們可以看出安全帽在日常作業(yè)中發(fā)揮的重要作用。特別是近年來(lái)，隨著人們對(duì)作業(yè)安全性的逐漸重視，社會(huì)對(duì)作業(yè)的關(guān)注度也越來(lái)越高，這也導(dǎo)致對(duì)安全帽的需求量也不斷加大。傳統(tǒng)安全帽主要發(fā)揮對(duì)抗沖擊的作用，進(jìn)而保護(hù)作業(yè)人員的頭部安全，現(xiàn)有的電磁感應(yīng)式報(bào)警安全帽的精度過(guò)低，誤差較大，因此無(wú)法在電力工程中無(wú)法得到廣泛應(yīng)用。但是本文設(shè)計(jì)的主要是一種可以用于高壓電纜報(bào)警的安全帽，接下來(lái)就設(shè)計(jì)目的、安全帽構(gòu)成、工作原理等進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

高壓電纜；報(bào)警；安全帽

就當(dāng)前來(lái)看，我國(guó)絕大部分的變電站均為無(wú)人值守和巡維管理的模式，因此一旦變電站發(fā)生事故，有很大可能危機(jī)工作人員的生命安全和健康，而開關(guān)爆炸、主變泄漏、電抗器起火等均會(huì)不定向產(chǎn)生很大的沖擊和墜落物，因此規(guī)范佩戴安全帽能夠抵抗人體頭部遭受的墜落物以及其他原因帶來(lái)的傷害。因此所有在變電站現(xiàn)場(chǎng)工作的人員均應(yīng)佩戴安全帽。但是常常有部分臨時(shí)工、民工等其他單位的人員在進(jìn)入變電站時(shí)不佩戴安全帽，缺乏安全意識(shí)，引發(fā)很大安全隱患[1]。因此，為了進(jìn)一步保證變電站的安全生產(chǎn)和管理，研發(fā)一套用于高壓電纜報(bào)警的安全帽，實(shí)現(xiàn)對(duì)進(jìn)入變電站工作人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控，將風(fēng)險(xiǎn)將至最低。

1 高壓電纜的警報(bào)安全帽設(shè)計(jì)目的

當(dāng)前，市場(chǎng)上現(xiàn)有具備報(bào)警功能的安全帽僅僅只能對(duì)超過(guò)規(guī)定安全距離的情況發(fā)出報(bào)警，電力工作進(jìn)入高壓變電所等高危場(chǎng)所需要佩戴安全帽。安全帽對(duì)人體頭部受墜落物及其他特定因素引起的傷害起防護(hù)作用。鑒于電力系統(tǒng)經(jīng)常出現(xiàn)故障，電纜檢修不便。現(xiàn)研究一種故障點(diǎn)磁場(chǎng)異常檢測(cè)安全帽，當(dāng)工作人員在電纜下行走，頭頂上方出現(xiàn)異常磁場(chǎng)，安全帽會(huì)發(fā)出語(yǔ)音警報(bào)。同時(shí)安全帽增加了護(hù)目鏡，有效保護(hù)視力。此外還裝有語(yǔ)音對(duì)話功能，幫助工作中的檢修人員能夠?qū)崟r(shí)溝通。

2 高壓電纜的警報(bào)安全帽

2.1 高壓電纜的警報(bào)安全帽組成結(jié)構(gòu)

高壓電纜的警報(bào)安全帽主要由八大部分構(gòu)成：其中分別為：①頭盔本體；②小電源；③運(yùn)算放大器；④多圈感應(yīng)磁頭；⑤功率放大器；⑥蜂鳴器；⑦護(hù)目鏡（內(nèi)嵌式）：⑧語(yǔ)音對(duì)講機(jī)，具體如圖1所示。

圖1 高壓電纜的警報(bào)安全帽組成結(jié)構(gòu)圖

2.2 高壓電纜的警報(bào)安全帽放大器分析

考慮到安全帽內(nèi)部空間較小，使用壽命長(zhǎng)。所以我們采用低功耗型，由于電子電路集成化的最大優(yōu)點(diǎn)是能使復(fù)雜電路小型輕便，所以隨著便攜式儀器應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，必須使用低電源電壓供電、低功率消耗的運(yùn)算放大器相適用。常用的運(yùn)算放大器有TL-022C、TL-060C等，其工作電壓為± 2V～±18V，消耗電流為50～250mA。目前有的產(chǎn)品功耗已達(dá)微瓦級(jí)，例如ICL7600的供電電源為1.5V，功耗為10MW，可采用單節(jié)電池供電。高壓電纜的警報(bào)安全帽采用D類功率放大器。D類（數(shù)字音頻功率）放大器是一種輸入模擬音頻信號(hào)或PCM數(shù)字信息變換成PWM（脈沖寬度調(diào)制）或PDM（脈沖密度調(diào)制）的脈沖信號(hào)，然后用PWM或PDM的脈沖信號(hào)去控制大功率開關(guān)器件通/斷音頻功率放大器，也稱為開關(guān)放大器。具有效率高的突出優(yōu)點(diǎn)[2]。數(shù)字音頻功率放大器也看上去成是一個(gè)一比特的功率數(shù)模變換器，放大器由輸入信號(hào)處理電路、開關(guān)信號(hào)形成電路、大功率開關(guān)電路（半橋式和全橋式）和低通濾波器（LC）等四部分組成。D類放大或數(shù)字式放大器。系利用極高頻率的轉(zhuǎn)換開關(guān)電路來(lái)放大音頻信號(hào)的。

2.3 高壓電纜的警報(bào)安全帽報(bào)警系統(tǒng)原理分析

為了充分滿足高壓電纜測(cè)量的需要，在本次研究的高壓電纜報(bào)警安全帽主要重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面的技術(shù)要求：①電纜電壓測(cè)量較為精確；②語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)啟動(dòng)及時(shí)；③抗干擾性和穩(wěn)定性強(qiáng)；④減少測(cè)量系統(tǒng)對(duì)被測(cè)量系統(tǒng)的干擾。為了充分考慮上述技術(shù)問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)的安全帽主要是以C8051F020單片機(jī)為核心開展言之安全帽的電纜測(cè)量和語(yǔ)音報(bào)警設(shè)備，主要由傳感器、測(cè)量電路、單片機(jī)綜合分析電路以及輸出電路四大部分構(gòu)成，系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

圖2 高壓電纜的警報(bào)安全帽報(bào)警系統(tǒng)原理圖

其報(bào)警系統(tǒng)的主要原理為：先由電場(chǎng)傳感器將電纜信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榇郎y(cè)電纜相對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，然后由測(cè)量電路對(duì)電壓信號(hào)開展濾波放大處理，待放大處理后的電壓信號(hào)被輸入單片機(jī)中，在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換，并對(duì)數(shù)據(jù)開展綜合處理，最后再由單片機(jī)控制輸出電路將待測(cè)電纜值通過(guò)數(shù)字音頻爆出，并根據(jù)設(shè)置進(jìn)行報(bào)警。

3 高壓電纜的警報(bào)安全帽優(yōu)點(diǎn)和效益分析

高壓電纜的警報(bào)安全帽具有四個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①具有很高的效率，通常能夠達(dá)到85%以上；②體積小，可以比模擬的放大電路節(jié)省很大的空間；③無(wú)裂噪聲接通；④低失真，頻率響應(yīng)曲線好。外圍元器件少，便于設(shè)計(jì)調(diào)試。在正常和有故障的磁場(chǎng)環(huán)境下能夠做出不同反應(yīng)，當(dāng)處于異常磁場(chǎng)下其會(huì)發(fā)出警報(bào)；安全帽佩戴人員能夠與1km內(nèi)其他佩戴人員或持有語(yǔ)音對(duì)講接收端的人員正常語(yǔ)音對(duì)話；護(hù)目鏡能夠有效保護(hù)佩戴者的面部（主要是眼睛）；其實(shí)用性、性價(jià)比高，適合電力工作機(jī)構(gòu)大批采購(gòu)[3]。

4 高壓電纜的警報(bào)安全帽注意事項(xiàng)

針對(duì)本文設(shè)計(jì)出來(lái)的高壓電纜的警報(bào)安全帽應(yīng)注意以下注意事項(xiàng)：①不能將該安全帽貯存在酸性、堿性、高溫、潮濕以及日曬等地方；也不能將其跟硬物放置在一起；②在佩戴安全帽之前應(yīng)該仔細(xì)觀察其外觀是否出現(xiàn)裂紋、磨損和凹凸不平等；一旦發(fā)現(xiàn)安全帽存在可能影響其性能的缺陷時(shí)應(yīng)該報(bào)廢，以免降低安全帽的安全性；③工作人員在佩戴安全帽是必須將安全帽戴正、戴牢，保證安全帽不能晃動(dòng)，要系緊下顎帶，并調(diào)節(jié)好后箍防止安全帽脫落；④若安全帽遭受過(guò)一次沖擊或者被用于做過(guò)試驗(yàn)，應(yīng)報(bào)廢，以免發(fā)生危險(xiǎn)。

[1]陳韜，涂岸，路峰，徐靜靜，田力.UWB無(wú)線定位技術(shù)在報(bào)警安全帽中的運(yùn)用[J].中國(guó)科技信息，2011，22：82+92.

[2]朱明增.變電站現(xiàn)場(chǎng)佩戴安全帽智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)研究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2015，24：178～179.

[3]徐天奇.智能防觸電安全帽系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2012，03：206～208.

指導(dǎo)老師：陸欣云。

X931

A

1004-7344（2016）15-0324-01

2016-5-10