燃气管道安全“小卫士”

燃气管道在长时间使用的过程中，可能会受到如地质灾害、材料缺陷等多种因素的影响，导致管道受损，引发燃气泄漏甚至出现爆炸等事故。因此，对燃气管道进行实时监测和预警，是保障公共安全和人民生命财产安全的重要措施。

一、设计目标

1.设计适用于燃气管道的传感器节点和网关设备，实现对管道内部状态和环境参数的实时监测。

2.利用物联网技术，将各个传感器节点与网关设备进行组网通信，实现数据的集中管理和远程传输。

3.开发数据分析和处理算法，对采集到的数据进行处理和分析，发现异常情况后及时预警。

4.对系统的性能和可靠性进行测试与验证，确保系统能在不同环境下稳定运行。

二、制作过程

利用物联网技术，将多种传感器组网，实现数据的集中管理和远程传输。

制作模型时，需要使用的器材有胶枪、激光切割套件、Arduino主控板、Arduino拓展板、烟雾传感器、火焰传感器、舵机、开关模块、电池盒及电池等。

当出现燃气泄漏或发生火灾时，烟雾传感器能及时感知并将信息传输到Arduino主控板，通过控制蜂鸣器报警，并及时关闭燃气阀门。

作者有话说：

选择哪些传感器来监测燃气管道内部状态和环境参数？怎样设计适用于燃气管道的传感器节点和网关设备？如何处理和分析大量实时数据，以便及时发现异常情况并发出预警？……在制作过程中，针对遇到的难题，我进行了大量的理论分析和实验验证，最终完成了制作。

三、系统测试

（一）实验设计

用打火机释放出的未燃烧气体模拟燃气管道泄漏和家中有害气体泄漏，并对两种情况进行分析。

（二）实验数据

1. 传感器数据

在不同场景下，传感器能准确监测燃气浓度的变化，并实时传输至数据处理中心。传感器数据的准确性达98%以上，满足实际应用需求。

2. 响应时间

在实验过程中，检测系统的响应时间在5秒以内。即使在复杂环境下，系统的响应时间也较为稳定，未出现明显延迟或故障。

3. 报警准确率

在多次实验中，系统均未出现误报或漏报情况，报警准确率达99%以上，表现出良好的稳定性和可靠性。

4. 其他数据

在总测试时间为5小时（即执行30个测试周期）的情况下，使用额定容量为19 Ah的电池，可正常工作3年。这体现了该技术在燃气管道检测系统应用中的低功耗特性。

通信设备：接收电流在10～20 mA，能耗大幅降低，这样在偏远地区或难以布线供电的燃气管道监测场景中，设备可依靠电池供电长时间运行。

数据准确性：通过传感器和数据预处理技术，燃气管道检测系统采集数据的准确率通常能达90%以上。

系统响应时间：从传感器检测出数据异常到监控中心发出警报，系统的响应时间在1～3秒。

实验结果表明，该系统能准确监测燃气管道内部状态和环境参数的变化，及时发现异常情况并发出预警，能有效降低燃气管道事故的发生率。（指导老师：辽宁省朝阳市第二高级中学  雷鑫）

点评专家

谭迪熬  中国发明协会院士专家咨询工作委员会首任专家、中国发明协会中小学创造教育分会会长

洪郡堂同学的作品是一件创新实践作品。这是因为该项目为选题专业性较强，需具备较深厚的专业基础，并在专业实验室或专业机构完成的A类作品，已有多个专业机构在该领域形成了较成熟的技术。通过这一项目的实施，洪郡堂同学的科研潜质得到了激发，实践能力也得到了培养，这是值得肯定的。

但应指出的是，科技创新既包括“从0到1”的基础研究和原始创新，也包括“从1到10或10到100”的应用研究。习近平总书记曾在科学家座谈会上明确指出：“我们必须走出适合国情的创新路子，特别是要把原始创新能力提升摆在更加突出的位置，努力实现更多‘从0到1’的突破。”我们培养拔尖创新人才，就是要培养学生的原创能力，让学生从小养成善于发现新问题，并用独特的方式解决问题，乐于实现“从0到1”的突破的好习惯！因此，我们应注重选题和解题的原创性，而不是作品的“高、精、尖”或成人化。

探索任务卡

查一查：你家燃气表是否安装了防泄漏装置？

画一画：为燃气安全设计一张科普海报。