一種基于雙pt的礦用風速傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于雙PT的礦用風速傳感器，通過利用薄膜雙PT電阻作為加熱元件，通以較大的電流，利用其自身的熱效應，使PT膜探頭達到一定的工作溫度，在流體場中，鉑膜的熱量損失可表征空氣流動速度，性能穩(wěn)定、抗震性好、精度高。在雙PT電阻的封裝上采用了不銹鋼套管，使其測量更靈敏、精度高。采用雙PT電阻作為敏感元件檢測和單片機處理相結合的技術，提高傳感器檢測精度和工作穩(wěn)定性，同時盡可能減少不必要的人工操作，提高工作效率。整個探測器總體設計方案都依照優(yōu)化設計的原則，盡量減少硬件電路的復雜程度，發(fā)揮單片機處理功能的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的可靠性。
【專利說明】一種基于雙PT的礦用風速傳感器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種傳感器裝置，特別涉及一種基于雙PT的礦用風速傳感器。
【背景技術】
[0002]風速傳感器用于數字化礦井下各個巷道或工作面，對礦井下風速進行實時連續(xù)監(jiān)測和顯示，同時可以將監(jiān)測風速信號通過頻率和電流輸出到監(jiān)控分站及礦山安全監(jiān)控系統(tǒng)，為調整井下的通風狀態(tài)，保證礦井下的安全生產提供可靠依據?，F有的風速傳感器都是采用超聲波渦街式測量，精度不高，也無法滿足礦井內的惡劣條件對風速傳感準確可靠且堅固耐用的要求。
實用新型內容
[0003]本實用新型所要解決的技術問題，在于提供一種具有風速數學模型自動補償、紅外遙控校準功能，輸出信號為脈沖頻率信號、自動校準功能、測量精度高，性能穩(wěn)定的雙PT的礦用風速傳感器。
[0004]針對上述目的，本實用新型采用以下技術方案:一種基于雙PT的礦用風速傳感器，包括:外殼和雙PT不銹鋼套管,所述外殼為封閉的箱體,外殼上方裝有懸掛裝置,其下方通過螺母固定連接有不銹鋼通風口，外殼內裝有控制電路板主板，外殼裝有報警器，并開設有顯示器窗口，所述不銹鋼通風口內的安裝有不銹鋼套管，不銹鋼套管內封裝有薄膜雙PT電阻，外殼一側裝有電源及數據線接口 ；所述的控制電路板主板包括:電源電路、LED顯示電路、前端數據采集電路、信號放大數字調零電路、數據處理器、聲光報警電路、頻率信號輸出電路和紅外遙控接收電路，電源電路分別與LED顯示電路、前端數據采集電路、信號放大數字調零電路、數據處理器、聲光報警電路、頻率信號輸出電路、紅外遙控接收電路連接，數據處理器分別與前端數據采集電路、信號放大數字調零電路、LED顯示電路、聲光報警電路、頻率信號輸出電路、紅外遙控接收電路連接，薄膜雙PT電阻的信號輸出端與前端數據采集電路輸入端連接，聲光報警電路輸出端連接報警器輸入端。
[0005]所述報警器是報警燈和/或蜂鳴器。
[0006]所述薄膜雙PT電阻是通過二合一膠水或硅膠或導熱硅脂固定于不銹鋼套管內。
[0007]本實用新型的有益效果在于:
[0008]1.利用薄膜雙PT電阻作為加熱元件，通以較大的電流，利用其自身的熱效應，使PT膜探頭達到一定的工作溫度，在流體場中，鉬膜的熱量損失可表征空氣流動速度，性能穩(wěn)定、抗震性好、精度高。
[0009]2.在雙PT電阻的封裝上采用了不銹鋼套管，使其測量更靈敏、精度高。
[0010]3.采用雙PT電阻作為敏感元件檢測和單片機處理相結合的技術，提高傳感器檢測精度和工作穩(wěn)定性，同時盡可能減少不必要的人工操作，提高工作效率。整個探測器總體設計方案都依照優(yōu)化設計的原則，盡量減少硬件電路的復雜程度，發(fā)揮單片機處理功能的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)的可靠性?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0011]圖1是本實用新型一種基于雙PT的礦用風速傳感器的結構示意圖。
[0012]圖2是本實用新型一種基于雙PT的礦用風速傳感器的連接關系示意圖。
[0013]圖3是本實用新型中前端數據采集電路圖。
[0014]圖4是本實用新型中LED顯示電路圖。
[0015]圖5是本實用新型中頻率信號輸出電路圖。
[0016]圖6是本實用新型中電源電路圖。
[0017]圖7是本實用新型中紅外遙控接收電路圖。
【具體實施方式】
[0018]以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明，參見圖1-圖7，一種基于雙PT的礦用風速傳感器，包括:外殼I和雙PT不銹鋼套管2，所述外殼I為封閉的箱體，外殼I上方裝有懸掛裝置3，其下方通過螺母固定連接有不銹鋼通風口 5，外殼I內裝有控制電路板主板4，外殼I裝有報警器7，并開設有顯示器窗口 8，不銹鋼通風口 5內的安裝有不銹鋼套管6，不銹鋼套管6內封裝有薄膜雙PT電阻10，外殼I 一側裝有電源及數據線接口 9 ;所述的控制電路板主板4包括:電源電路202、LED顯示電路205、前端數據采集電路207、信號放大數字調零電路206、數據處理器201、聲光報警電路203、頻率信號輸出電路204和紅外遙控接收電路208，電源電路202分別與LED顯示電路205、前端數據采集電路207、信號放大數字調零電路206、數據處理器201、聲光報警電路203、頻率信號輸出電路204、紅外遙控接收電路208連接，數據處理器201分別與前端數據采集電路207、LED顯示電路205、聲光報警電路203、信號放大數字調零電路206、頻率信號輸出電路204、紅外遙控接收電路208連接，薄膜雙PT電阻10的信號輸出端與前端數據采集電路207輸入端連接，聲光報警電路203輸出端連接報警器7輸入端。
[0019]所述報警器7是報警燈和/或蜂鳴器。
[0020]所述薄膜雙PT電阻10是通過二合一膠水或硅膠或導熱硅脂固定于不銹鋼套管6內。
[0021 ] 根據電子線路制圖規(guī)定，相同標號的電路之間具有連接關系。
[0022]實施例:本實用新型的一個較佳實施方式是:
[0023]一種基于雙PT的礦用風速傳感器，其組成包括:外殼1，雙PT不銹鋼套管2，外殼I為封閉的箱體，外殼I正中央頂部連接懸掛裝置3，外殼I里面裝有控制電路板主板4，外殼I下中面通過螺母固定連接不銹鋼通風口 5，不銹鋼通風口 5里面正中央處安裝1.5_不銹鋼套管6，不銹鋼套管6中封裝薄膜雙PT電阻10，外殼I上中間位置開有連接報警器7、并開設有顯示器窗口 8，外殼右側中部有電源及數據線接口 9?？刂齐娐钒逯靼?包括電源電路202、LED顯示電路205、前端數據采集電路207、數據處理器201、聲光報警電路203，頻率信號輸出電路204，紅外遙控接收電路208，電源電路202分別與LED顯示電路205、前端數據采集電路207、信號放大數字調零電路206、數據處理器201、聲光報警電路203、頻率信號輸出電路204、紅外遙控接收電路208連接，薄膜雙PT電阻10的信號輸出端與前端數據采集電路207輸入端連接，前端數據采集電路207與數據處理器201連接，LED顯示電路205的數值顯示信號輸入端與數據處理器201的數值顯示信號的輸出端連接，聲光報警電路203輸入端與數據處理器201的信號輸出端連接，頻率信號輸出電路204的輸入端與數據處理器201的的頻率信號輸出端連接，紅外遙控接收電路208的輸入端與數據處理器201的紅外遙控啟動信號輸出端連接，聲光報警電路203輸出端連接報警器7輸入端。
[0024]報警器7包括報警燈和蜂鳴器，并設置在外殼I的正面，外殼I的正面開有蜂鳴器發(fā)音口，蜂鳴器設置在外殼I的內腔體中、對應蜂鳴器發(fā)音口設置，報警燈和蜂鳴器的啟動信號輸入端同時與聲光報警電路的報警信號的輸出端連接。
[0025]數據處理器201采用型號為MSP430F2452的單片機實現。
[0026]參見圖3-圖7，本實用新型的硬件設計原則如下:
[0027]—個單片機應用系統(tǒng)的硬件電路設計包含兩部分內容:一是系統(tǒng)擴展，即單片機內部的功能單元，如ROM、RAM、I/O、定時器/計數器、中斷系統(tǒng)等不能滿足應用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當的芯片，設計相應的電路。二是系統(tǒng)的配置，即按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設備，如鍵盤、顯示等設計合適的接口電路。
[0028]如圖3，前端數據采集電路207:在測量控制系統(tǒng)中，用來放大探測器輸出的微弱電壓，電流或電荷信號的放大電路稱為測量放大電路，對其基本要求是:輸入阻抗應與探測器輸出阻抗相匹配；一定的放大倍數和穩(wěn)定的增益；低噪聲；低的輸入失調電壓和輸入失調電流以及低的漂移；足夠的帶寬和轉換速率(無畸變的放大瞬態(tài)信號)；高輸入共模范圍(高達幾百伏)和高共模抑制比；可調的閉環(huán)增益；線性好，精度高；成本低。由于薄膜雙PT電阻10輸出信號很弱，就必須采用信號放大后才能進行下一步信號處理。系統(tǒng)使用了 MCP6044運算放大器對信號放大，MCP6044電源電壓要求低，靜態(tài)功耗小，可單電源使用等，這是一款性能非常好的精密放大器，它有以下特點:軌對軌信號輸出、供電電壓范圍
2.1V-5.5V、很低的工作電流48uA。
[0029]如圖4，LED顯示電路205:是智能儀器系統(tǒng)必不可少的輸出部分，是控制系統(tǒng)與操作人員之間交互的窗口。操作人員可以通過系統(tǒng)顯示的內容，及時掌握系統(tǒng)的狀態(tài)、獲得所需要的信息。常用的顯示器件有LED、LCD、CRT等。LED數碼管具有價格低、壽命長、對電壓電流的要求低等優(yōu)點。系統(tǒng)選用4位一體共陽極七段LED數碼管。位選線控制字符選擇，段選線控制顯示段元的亮、暗。
[0030]如圖5，頻率信號輸出電路204:本設計采用集電極控制電路，PWM信號輸出更精準。
[0031]如圖6，電源電路202:包括MC34063、J1117、TL431電源模塊。
[0032]MC34063構成的的電壓轉換電路，MC34063是低功耗低噪音低壓轉換芯片，專用于直流一直流變換，最大輸出電流300MA，供電電壓范圍6V-30V，具有芯片使能端口，無負載狀態(tài)下消耗電流僅85uA，寬輸出電壓范圍在9-24V可調。只需要簡單的電阻、電容、就可以滿足電路中所需要的9-24V電壓要求。
[0033]J1117和TL431組成的直流穩(wěn)壓電路。J1117電源模塊實現了從MC34063輸出的電壓5V變?yōu)?.3V。TL431電源模塊實現了從Jl117電源模塊輸出的電壓3.3V變?yōu)?.5V。
[0034]如圖7，紅外遙控接收電路208:本設計采用紅外遙控調校，紅外遙控作為一種無線、非接觸控制技術，具有抗干擾能力強，信息傳輸可靠，功耗低，易操作等特點。遙控接收頭通過光一電轉換將紅外光轉變?yōu)殡娦盘?，傳給單片機，單片機根據接收到的編碼執(zhí)行相應的操作。
[0035]本實用新型的安裝方法:
[0036]本實用新型的安裝距地面高度應大于30cm以防水濺。其安裝探頭應朝下。
[0037]硬件抗干擾設計:
[0038]硬件抗干擾技術是設計時首選的抗干擾措施，它能有效抑制干擾源，阻斷干擾傳輸信道，只要合理地布置與選擇有關參數，硬件抗干擾措施能抑制系統(tǒng)的絕大部分干擾。
[0039](一)、選擇合適的元器件
[0040]電路器件的質量會影響到報警儀的正常工作，特別對前端敏感元件輸出的較弱信號，對電路的影響更為直接；另外元器件本身的熱噪聲將會疊加在檢測信號中，影響測量數據。
[0041]選擇器件應注意以下規(guī)則:
[0042](I)深入了解了元器件的電器參數，根據電器參數選擇合理器件以滿足系統(tǒng)性能要求。
[0043](2)減少焊點數量可降低接觸不良故障，因此，盡量選用集成度高的電路，減少使用分立元器件。
[0044](3)為使半導體器件滿足系統(tǒng)可靠性要求，選擇穩(wěn)定性好的元器件。
[0045](4)考慮功耗。從抗干擾的角度考慮，盡量選用功耗小的CMOS器件。
[0046](二)、印刷電路板抗干擾設計:
[0047]控制電路板主板4采用印刷電路板。它是整個系統(tǒng)中器件、信號線、電源線的高密度集合體，印刷電路板設計得好壞，對抗干擾能力影響很大，故印刷電路板設計決不單是元器件和線路的簡單布局，還必須符合抗干擾的設計原則。
[0048]( I)接地技術:
[0049]接地分為大地和工作基準地兩種。大地是指電氣設備的金屬外殼、線路等通過接地線、接地極與地球大地相連，該方法可以保證設備和人身安全，提供靜電屏蔽通路，降低電磁感應噪聲。工作基準地是指電源的零電位，對這種接地要盡量減小接地回路的公共阻抗，以減小系統(tǒng)中干擾信號的公共阻抗耦合。制作的電路板，電源地線要盡量寬一些，控制電路板主板4上沒有被器件占用的面積全作為接地線(稱為“滿接地”)，數字地和模擬電路也要分開接，以避免數字信號對模擬電路的影響。
[0050](2)電源線布置:
[0051]布電源線時，除了要根據電流的大小，盡可能加粗導線寬度外，采取使電源線、地線的走向與數據傳輸的方向一致的方法，將有助于增強系統(tǒng)抗噪聲的能力。
[0052](3)去耦電容配置:
[0053]控制電路板主板4為印刷電路板的各個關鍵部位配置去耦電容為印刷電路板設計的一項常規(guī)做法。電路中尖峰電流的存在給數字系統(tǒng)帶來不良影響，它將在電源內阻上產生壓降，在公共傳輸導線阻抗上產生壓降，使供電電壓跳動，從而形成一個干擾源。因此在印刷電路板的各個集成電路芯片的電源線和地線間直接接入0.1uF的去耦電容，在印刷電路板入口處的電源線與地線之間并接一個IOOuF的限噪聲電容器一鉭電容器和一個
0.1uF非電解電容。去耦電容一方面提供和吸收該集成電路開關門瞬間的充放電能，另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。[0054](4)其它方面
[0055]CMOS芯片的輸入阻抗很高，易受感應，故在使用時，對其未使用端要接地或接正電源，閑置不用的門電路輸入端不懸空。
【權利要求】
1.一種基于雙PT的礦用風速傳感器，包括:外殼和雙PT不銹鋼套管，所述外殼為封閉的箱體，外殼上方裝有懸掛裝置，其下方通過螺母固定連接有不銹鋼通風口，外殼內裝有控制電路板主板，外殼裝有報警器，并開設有顯示器窗口，其特征在于，所述不銹鋼通風口內的安裝有不銹鋼套管，不銹鋼套管內封裝有薄膜雙PT電阻，外殼一側裝有電源及數據線接口 ；所述的控制電路板主板包括:電源電路、LED顯示電路、前端數據采集電路、信號放大數字調零電路、數據處理器、聲光報警電路、頻率信號輸出電路和紅外遙控接收電路，電源電路分別與LED顯示電路、前端數據采集電路、信號放大數字調零電路、數據處理器、聲光報警電路、頻率信號輸出電路、紅外遙控接收電路連接，數據處理器分別與前端數據采集電路、信號放大數字調零電路、LED顯示電路、報警器、頻率信號輸出電路、紅外遙控接收電路連接，薄膜雙PT電阻的信號輸出端與前端數據采集電路輸入端連接，聲光報警電路連接報m ο
2.根據權利要求1所述的基于雙PT的礦用風速傳感器，其特征在于，所述報警器是報警燈和/或蜂鳴器。
3.根據權利要求1所述的基于雙PT的礦用風速傳感器，其特征在于，所述薄膜雙PT電阻是通過二合一膠水或硅膠或導熱硅脂固定于不銹鋼套管內。
【文檔編號】G01P5/12GK203465286SQ201320597136
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年9月26日 優(yōu)先權日:2013年9月26日
【發(fā)明者】劉新華, 周力, 呂洪濤, 張敬博, 郭林根 申請人:江西省安創(chuàng)科技有限公司