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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:劉英莉
研究生(外文):Ing-Li Liou
論文名稱:勞工工作活動、時間與有害氣體暴露自動連續監測設備研發
論文名稱(外文):Development of An Infrared enabled time activity pattern monitor
指導教授:王鵬堯王鵬堯引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:環境工程研究所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:中文
論文頁數:126
中文關鍵詞:暴露評估時間-活動模式個人採樣器紅外線
外文關鍵詞:Exposure assessmentTime-activity patternPersonal monitorInfrared
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本研究已成功開發出一套結合紅外線定位系統、化學感測器及電子控制系統新式個人暴露評估監測設備-IR-TAP。此套設備可精確的測定勞工工作時的活動位置與停留時間,並採集不同工作區域的暴露濃度,且可由勞工個人攜帶;其可改善過去傳統暴露評估方法的限制,同時解決了勞工暴露評估中關於暴露濃度、暴露位置及暴露時間等三大問題。
經由實驗室的性能測試結果顯示,IR-TAP的主機噪訊均為0,外加氣體感測器時的噪訊僅約0.2;最大耗電量為344mA,以2組鎳氫電池為電源時可連續使用至少7小時以上;定位系統的紅外線訊號接收正確率在靜置時達到99%以上,在個人攜帶的情形下亦可達94%。實際的暴露評估實驗中顯示,IR-TAP對於勞工時間-活動的記錄值與人工觀察值間有極高的相關性(R2 = 0.93∼0.99),統計上無亦顯著差異;而在暴露濃度的測量上,IR-TAP以分區採樣的方式與傳統採樣方法所得結果在統計上無顯著差異,兩者的相關係數達0.99以上。各項測試結果均顯示本套監測設備確可取代傳統暴露評估方法而獲得精確可靠的勞工時間-活動資料,且可藉此了解各種暴露濃度及暴露位置間的關係,以作為職病研究及工程改善的重要參考資料。後續應針對紅外線編碼數僅有32組的限制進行研究,並對資料傳輸的方式作更深入的探討,以便進行大規模且高效率的勞工暴露評估調查。
An Infrared enabled time activity pattern monitor (called IR-TAP) has been developed for personal exposure assessment among workers. The IR-TAP consists with four major parts: the infrared positioning system; the chemical sensor; and the electronic flow control system. It can precisely detect the position of a worker, determine the durations within the exposed area, and measure the exposed concentration in that area. Therefore, using the IR-TAP, the three major parameters in exposure assessment — time, position, and concentration can be solved simultaneously.
The laboratory tests showed that the power consumption of the IR-TAP was 344 mA. It can be continuously operated for 7 hours when using two sets of Ni-H battery packs. The reproducibility tests indicated that the IR-TAP had 94 to 99% accuracy in determining the worker’s positions. The field studies showed that the worker’s time-activity patterns measured by the IR-TAP were highly correlated with that obtained by human observations (R2=0.93~0.99). The personal exposure experiments also showed that the exposed concentrations measured by the IR-TAP had no significant variation with those measured by the conventional TWA method. The correlation coefficient between these two methods were as high as 0.99. The results indicated that the IR-TAP can be used as an alternative method in investigating personal exposures. The technique developed in this research provides not only measurements of exposed concentrations, but also precise time-activity patterns of labors. With this tool on hands, further investigations of how worker’s activity patterns can affect exposure dose are make possible.
Future works, such as full scale field studies, determining the limitation of the IR-TAP, and the extending the use of this technique in different working places and industries are needed to fully understand the power of this new device.
第一章 前言1
1.1 研究緣起1
1.2 研究目的2
1.3 研究架構及流程2
第二章 文獻回顧4
2.1 暴露評估方法4
2.2 個人氣狀污染物採樣偵測器5
2.3 時間-活動模式之調查測量方式9
2.4 紅外線原理及應用11
第三章 IR-TAP使用材料及開發設計步驟14
3.1 系統設計原理14
3.2 整體系統架構規劃15
3.2.1 硬體設計架構15
3.2.2 韌體及軟體設計16
3.3 硬體單元使用材料選擇及設計19
3.3.1 自動控制及資料儲存單元19
3.3.2 紅外線定位單元22
3.3.3 氣體流向控制單元25
3.3.4 濃度感測單元28
3.3.5 電力供應元件30
3.4 系統程式設計撰寫31
3.4.1 系統控制程式31
3.4.2 下載界面程式35
3.4.3 數據分析程式36
3.5 IR-TAP系統整合及製作41
第四章 IR-TAP系統性能測試47
4.1基本性能測試47
4.1.1 紅外線接收正確率測試47
4.1.2 紅外線發射範圍測試49
4.1.3 耗電量及電力供應時間測試51
4.1.3.1不同操作狀態下之耗電量測試51
4.1.3.2 主要耗電元件運作時之電力供應時間測試51
4.1.4 背景噪訊測試53
4.2 時間-活動模式記錄性能測試實驗55
4.2.1 測試現場空間規劃及紅外線發射器佈置55
4.2.2 時間-活動模式模擬測試58
4.3 暴露評估實驗58
4.3.1 氣體感測器校正58
4.3.2 測試現場暴露狀況說明及濃度區域劃分61
4.3.3 活性碳管採樣63
4.3.4 樣品保存及分析63
第五章 結果與討論65
5.1基本性能測試結果65
5.1.1紅外線接收正確率測試結果65
5.1.2 紅外線發射範圍測試結果68
5.1.3 耗電量及電力供應時間測試結果71
5.1.3.1不同操作狀態下之耗電量71
5.1.3.2 主要耗電元件運作時之電力供應時間71
5.1.4 背景噪訊測試76
5.2 時間-活動模式記錄性能測試實驗結果82
5.3 暴露評估實驗結果92
5.3.1 氣體感測器校正結果92
5.3.2 時間-活動模式測量結果92
5.3.3 暴露濃度採樣結果93
第六章 結論與建議105
6.1 結論105
6.2 建議106
參考文獻109
附錄112
圖目錄
圖1-1 研究流程圖3
圖2-1 紅外線調變及解編碼原理13
圖3-1 IR-TAP硬體系統架構圖17
圖3-2 各程式互動運作圖18
圖3-3 BasicX-24外觀及細部構造20
圖3-4 紅外線發光二極體及感測器外觀及腳位定義圖24
圖3-5 紅外線編碼(PT2248)及解碼(PT2249A)晶片腳位定義圖24
圖3-6 ETO-3M-6三向電磁閥外觀及尺寸圖26
圖3-7 ETO-3M-6三向電磁閥氣體流向控制26
圖3-8 氣體流向控制及濃度採集系統27
圖3-9 電晶體放大控制三向閥及指示燈線路27
圖3-10 TGS822 氣體感測器外觀、尺寸及腳位定義圖28
圖3-11 感測器與可變電阻線路圖29
圖3-12 系統程式流程圖34
圖3-13 資料下載界面程式35
圖3-14(a) 數據分析程式-參數設定界面38
圖3-14(b) 數據分析程式-原始檔選擇及分析界面38
圖3-14(c) 數據分析程式-路徑撥放界面39
圖3-15 數據分析程式運作流程圖40
圖3-16 接收控制主機尺寸及外殼元件配置43
圖3-17 雕刻並焊接完成之主機電路板43
圖3-18 發射器電路板及電池44
圖3-19 接收控制主機及感測器、電池組44
圖3-20 氣體感測氣與採樣管佩戴45
圖3-21 紅外線接收感測器佩戴45
圖3-22 整體個人攜帶部份佩戴方式46
圖4-1 正確率測試完整架設圖48
圖4-2 正確率測試用圓盤尺寸圖49
圖4-2 紅外線發射範圍測試圖50
圖4-3 耗電量測試電路圖52
圖4-4 電力供應時間測試電路圖53
圖4-5 紅外線發射LED佈點實際狀況圖56
圖4-6 測試現場尺寸、空間規劃及紅外線發射器佈點位置圖57
圖4-7 標準氣體產生系統圖61
圖4-8 測試現場暴露源位置及濃度區域圖62
圖5-1 發射器使用不同電源電壓之紅外線發射範圍測試結果圖70
圖5-2 接收控制主機主要元件個別耗電量圖73
圖5-3 接收控制主機主要元件個別耗電百分比圖74
圖5-4 電力供應時間測試結果圖75
圖5-5 靜置且無感測器噪訊測試結果圖77
圖5-6 個人攜帶且無感測器噪訊測試78
圖5-7 靜置且有感測器噪訊測試結果圖79
圖5-8 個人攜帶且有感測器噪訊測試結果圖80
圖5-9 觀察記錄值與儀器記錄值於區域A停留時間測量結果比較90
圖5-10 觀察記錄值與儀器記錄值於區域B停留時間測量結果比較90
圖5-11 觀察記錄值與儀器記錄值於區域C停留時間測量結果比較91
圖5-12 觀察記錄值與儀器記錄值於區域D停留時間測量結果比較91
圖5-13 標準氣體產生系統校正結果圖96
圖5-14 氣體感測器校正結果圖96
圖5-16 觀察記錄值與儀器記錄值於低濃度區暴露時間測量結果比較99
圖5-17 觀察記錄值與儀器記錄值於中濃度區暴露時間測量結果比較100
圖5-18 觀察記錄值與儀器記錄值於高濃度區暴露時間測量結果比較100
圖5-19 暴露濃度採樣結果-” TWA ”與” TWA-N ”比較102
圖5-20 暴露濃度採樣結果-” TWA ”與Sensor感應訊號推算濃度比較102
圖5-21 平均暴露濃度百分比及平均暴露時間百分比關係圖104
表目錄
表2-1 被動式採樣器之各主要元件及功能7
表2-2 被動試採樣器優缺點說明8
表3-1 BasicX-24各細部構造之功能20
表3-2 Basic-24應用於IR- TAP之腳位說明21
表3-3 紅外線遙控編解碼IC特性23
表3-4 半導體型氣體感應器之特性29
表3-5 IR-TAP整體系統規格表42
表5-1 紅外線接收正確率測試結果表67
表5-2 紅外線發射範圍測試結果表(各次測試平均)69
表5-3 不同操作狀態下之耗電量測試結果表73
表5-4 電力供應時間測試結果表74
表5-5 氣體感測器噪訊測試結果表81
表5-6(1) 時間-活動記錄性能測試結果-185
表5-6(2) 時間-活動記錄性能測試結果-286
表5-6(3) 時間-活動記錄性能測試結果-387
表5-7 時間-活動記錄性能測試結果於各區域中的各項統計表88
表5-8(1) 紅外線接收動態正確率統計表-188
表5-8(2) 紅外線接收動態正確率統計表-289
表5-9 氣體感測器各次校正結果表97
表5-10 暴露評估之時間-活動模式測量結果與比較98
表5-11 時間-活動記錄結果於各濃度區域中的各項統計表99
表5-12 暴露濃度採樣結果表101
表5-13 暴露濃度及暴露時間百分比103
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