本發(fā)明涉及安全生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置。

背景技術(shù)：

目前，隨著礦井的逐漸深入地下，受地熱的影響也越來越嚴重。許多500米以下礦井最高溫度達到40度，嚴重影響工人的健康與工作效率，因此，礦井降溫工作越來越受到關(guān)注，對礦井溫度的監(jiān)測也成為保證礦井安全生產(chǎn)的重要措施之一。通常，溫度監(jiān)測通過溫度傳感器實現(xiàn)的，利用溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成電信號，并將電信號傳輸給監(jiān)控人員，以達到溫度監(jiān)測的效果，但是，由于礦井中環(huán)境特殊，同時礦井內(nèi)距離較遠，使用電信號傳輸容易受礦井環(huán)境干擾，進而降低了溫度監(jiān)測的效率。

針對上述利用電信號來監(jiān)測礦井溫度的方法容易受礦井溫度干擾，從而導致溫度監(jiān)測效率不高的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明實施例的目的在于提供一種溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置，能夠有效監(jiān)測礦井中的溫度，并且降低信號傳輸過程中受礦井環(huán)境的干擾程度，進而提高溫度監(jiān)測的效率。

其中，本發(fā)明實施例提供了一種溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置，包括：依次連接的溫度傳感器、信號處理器以及信號轉(zhuǎn)換器；溫度傳感器用于實時采集所處環(huán)境的溫度，根據(jù)當前溫度調(diào)整內(nèi)阻，生成與當前溫度對應(yīng)的電壓信號，將電壓信號傳輸至信號處理器；信號處理器用于對電壓信號進行放大處理，輸出放大后的電壓信號；信號轉(zhuǎn)換器用于對接收到的電壓信號進行頻率轉(zhuǎn)換，得到與當前溫度對應(yīng)的頻率信號，輸出頻率信號。

本發(fā)明實施例還提供了第一種可能的實施方式，其中，上述裝置還包括：與信號轉(zhuǎn)換器的輸出端連接的光電耦合器，用于通過光電耦合的方式驅(qū)動頻率信號的輸出。

本發(fā)明實施例還提供了第二種可能的實施方式，其中，上述溫度傳感器包括：測量電橋，用于通過熱敏電阻采集所處環(huán)境的溫度，根據(jù)當前溫度調(diào)整溫度傳感器的內(nèi)阻，生成與當前溫度對應(yīng)的電壓信號，將電壓信號傳輸至信號處理器。

結(jié)合第二種可能的實施方式，本發(fā)明實施例還提供了第三種可能的實施方式，其中，上述溫度傳感器還包括：與測量電橋連接的穩(wěn)壓電路；該穩(wěn)壓電路通過穩(wěn)壓芯片為溫度傳感器提供穩(wěn)壓保護。

本發(fā)明實施例還提供了第四種可能的實施方式，其中，上述信號處理器為差分放大電路。

本發(fā)明實施例還提供了第五種可能的實施方式，其中，上述信號轉(zhuǎn)換器包括相互連接的輸出調(diào)節(jié)電路和轉(zhuǎn)換模塊；輸出調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換模塊的基準電流；轉(zhuǎn)換模塊用于根據(jù)外界的電源電壓生成基準電流，并接收信號處理器輸出的電壓信號，根據(jù)輸出調(diào)節(jié)電路調(diào)整后的基準電流和電壓信號，輸出與當前溫度對應(yīng)的頻率信號。

結(jié)合第五種可能的實施方式，本發(fā)明實施例還提供了第六種可能的實施方式，其中，上述信號轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍是：0～5V；上述信號轉(zhuǎn)換器輸出的頻率信號的頻率范圍是200Hz～1000Hz。

本發(fā)明實施例還提供了第七種可能的實施方式，其中，上述裝置還包括：過壓保護電路；該過壓保護電路設(shè)置于信號處理器的輸出端與信號轉(zhuǎn)換器的輸入端，用于對信號轉(zhuǎn)換器提供過壓保護。

本發(fā)明實施例還提供了第八種可能的實施方式，其中，上述裝置還包括：電源裝置，用于提供供電電壓。

結(jié)合第八種可能的實施方式，本發(fā)明實施例還提供了第九種可能的實施方式，其中，上述電源裝置的供電電壓為8V。

本發(fā)明實施例提供的一種溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置，通過溫度傳感器采集所處礦井的溫度，轉(zhuǎn)化成電信號后進行放大處理，并利用信號轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)化成與溫度對應(yīng)的頻率信號進行傳輸，實現(xiàn)了對礦井溫度的監(jiān)測，同時頻率信號的傳輸過程不容易受礦井復雜環(huán)境的干擾，進而提高了礦井溫度監(jiān)測的效率。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當理解，以下附圖僅示出了本發(fā)明的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。

圖1示出了本發(fā)明實施例所提供的一種溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了本發(fā)明實施例所提供的一種溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置的溫度傳感器的具體電路原理圖；

圖3示出了本發(fā)明實施例所提供的一種溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置的信號處理器的具體電路原理圖；

圖4示出了本發(fā)明實施例所提供的一種溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置的信號轉(zhuǎn)換器的具體電路原理圖；

圖5示出了本發(fā)明實施例所提供的一種溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置的具體電路原理圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本發(fā)明實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本發(fā)明的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本發(fā)明的范圍，而是僅僅表示本發(fā)明的選定實施例?；诒景l(fā)明的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

考慮到現(xiàn)有技術(shù)中對礦井溫度進行監(jiān)測時，利用溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成電信號進行傳輸過程中，容易受礦井中特殊環(huán)境的干擾，進而降低溫度監(jiān)測的效率的問題，本發(fā)明實施例提供了一種溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置，下面通過實施例進行描述。

實施例1

參見圖1所示的一種溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：依次連接的溫度傳感器10、信號處理器12以及信號轉(zhuǎn)換器14；

溫度傳感器10用于實時采集所處環(huán)境的溫度，根據(jù)當前溫度調(diào)整溫度傳感器的內(nèi)阻，生成與當前溫度對應(yīng)的電壓信號，將電壓信號傳輸至信號處理器12。

信號處理器12用于對電壓信號進行放大處理，輸出放大后的電壓信號，并將該電壓信號傳輸至信號轉(zhuǎn)換器14；其中，本發(fā)明實施例的信號處理器12優(yōu)選為差分放大電路。

信號轉(zhuǎn)換器14用于對接收到的電壓信號進行頻率轉(zhuǎn)換，得到與當前溫度對應(yīng)的頻率信號，輸出所述頻率信號。

具體實現(xiàn)時，上述溫度傳感器10包括：測量電橋，用于通過熱敏電阻采集所處環(huán)境的溫度，根據(jù)當前溫度調(diào)整溫度傳感器的內(nèi)阻，生成與當前溫度對應(yīng)的電壓信號，將電壓信號傳輸至信號處理器12；該溫度傳感器10還包括：與測量電橋連接的穩(wěn)壓電路；該穩(wěn)壓電路可以通過穩(wěn)壓芯片為溫度傳感器10提供穩(wěn)壓保護。

具體實現(xiàn)時，上述信號轉(zhuǎn)換器14包括相互連接的輸出調(diào)節(jié)電路和轉(zhuǎn)換模塊；其中，輸出調(diào)節(jié)電路用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換模塊的基準電流；轉(zhuǎn)換模塊用于根據(jù)外界的電源電壓生成基準電流，并接收信號處理器12輸出的電壓信號，根據(jù)輸出調(diào)節(jié)電路調(diào)整后的基準電流和電壓信號，輸出與當前溫度對應(yīng)的頻率信號。

進一步，上述溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置還包括：與信號轉(zhuǎn)換器14的輸出端連接的光電耦合器，用于通過光電耦合的方式驅(qū)動頻率信號的輸出。

本發(fā)明實施例提供的一種溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置，通過溫度傳感器采集所處礦井的溫度，轉(zhuǎn)化成電信號后進行放大處理，并利用信號轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)化成與溫度對應(yīng)的頻率信號進行傳輸，實現(xiàn)了對礦井溫度的監(jiān)測，同時頻率信號的傳輸也不容易受礦井復雜環(huán)境的干擾，進而提高了礦井溫度監(jiān)測的效率。

圖2示出了本發(fā)明實施例提供的一種溫度傳感器的電路原理圖，其中，P1為熱敏電阻，在本實施例中，優(yōu)選的器件型號為PT100鉑熱電阻，其電阻阻值Rpt與溫度t的關(guān)系可以表示為：

(1)-200攝氏度<t<0時，Rpt＝100*[1+A*t+B*t²+C*t³*(t-100)]；

(2)0<t<850攝氏度時，Rpt＝100*(1+A*t+B*t²)；

上述式中，A＝0.00390802；B＝-0.000000580；C＝0.0000000000042735?？梢奝T100在常溫0～100攝氏度之間變化時線性度較好，其阻值表達式可近似簡化為：Rpt＝100(1+At)，當溫度變化1攝氏度，PT100阻值近似變化0.39歐。圖2中，熱敏電阻P1、電阻R1、電阻R2和電位器VR2組成測量電橋，可以通過調(diào)節(jié)電位器VR2的阻值，對輸入到信號處理器的電信號進行調(diào)節(jié)，即，實現(xiàn)對溫度傳感器的測量精度進行調(diào)節(jié)。為了保證測量電橋輸出電壓信號的穩(wěn)定性，測量電橋的輸入電壓通過與測量電橋連接的穩(wěn)壓電路進行穩(wěn)壓保護，圖2中的電源VCC、電阻R8、電位器VR1和穩(wěn)壓源U6組成該穩(wěn)壓電路，其中，電源VCC優(yōu)選為8V，穩(wěn)壓源U6優(yōu)選為可控精密穩(wěn)壓源TL431，可以將測量電橋的輸入電壓穩(wěn)定至2.5V。

圖3示出了本發(fā)明實施例提供的一種信號處理器的電路原理圖，該信號處理器的具體電路優(yōu)選為差分放大電路，通過差分放大電路來實現(xiàn)電信號的放大處理過程，其中，上述放大電路的電源VCC優(yōu)選為8V。V+和V-為從測量電橋獲取的差分信號，通過電阻R3和電阻R4輸入到放大電路部分；放大電路優(yōu)選為采用LM324集成運算放大器，即圖3所示的U4A，該放大電路的放大倍數(shù)通過電阻R4和電阻R6來實現(xiàn)，且放大倍數(shù)為R6/R4，具體實現(xiàn)時，該放大電路還包括一個下拉電阻R5。當溫度上升時，PT100阻值變大，輸入到放大電路的差分信號變大，放大電路的輸出電壓也會對應(yīng)升高，該差分信號經(jīng)過放大電路處理后通過電阻R7輸入到下一級。

圖4示出了本發(fā)明實施例提供的一種信號轉(zhuǎn)換器的電路原理圖，其輸出調(diào)節(jié)電路由電阻R10和電位器RL2組成，通過調(diào)節(jié)電位器RL2來改變基準電流，進而調(diào)節(jié)增益偏差，以校正輸出頻率。轉(zhuǎn)換模塊通過集成電路芯片U2以及驅(qū)動電路組成，其中，集成電路芯片U2為電壓/頻率轉(zhuǎn)換芯片。本實施例中電壓/頻率轉(zhuǎn)換芯片的優(yōu)選型號為LM131，電源VCC優(yōu)選為8V，集成電路芯片U2的驅(qū)動電路包括電路R11、電容C5、電阻R9、電容C3以及電容C4，輸入的電壓信號經(jīng)Vin端輸入集成電路芯片U2的引腳7經(jīng)轉(zhuǎn)換模塊后，經(jīng)引腳3的Vout端輸出頻率信號，即模擬信號經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換器作用后輸出的是數(shù)字信號，便于進行長距離傳輸，且不容易受周圍環(huán)境的干擾。

應(yīng)當理解，上述附圖提供的應(yīng)用于本發(fā)明實施例的溫度傳感器、信號處理器以及信號轉(zhuǎn)換器的電路原理圖，僅僅是本發(fā)明實施例的優(yōu)選方式，其中，圖2、圖3、圖4中電子元器件的型號和參數(shù)，可以根據(jù)實際情況進行選擇，包括熱敏電阻、集成電路芯片等，在其他的實施例中，還可以是其他的型號，本發(fā)明實施例對此不進行限制。

實施例2

為了便于對上述實施例1進一步的理解，本發(fā)明實施例還提供了一種溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置的電路原理圖，如圖5所示。應(yīng)當理解，圖5僅僅是本發(fā)明實施例優(yōu)選的電路原理圖，其中，電子元器件的型號和參數(shù)可以根據(jù)實際使用情況來進行選擇。

圖5所示的電路圖，包括上述實施例1提供的溫度傳感器電路、信號處理器電路和信號轉(zhuǎn)換電路，還包括光電耦合電路、過壓保護電路和電源裝置的電路。

其中，光電耦合電路包括光電耦合器U1和電阻R12，其中，光電耦合器U1的型號優(yōu)選為P521。具體實現(xiàn)時，該光電耦合電路通過高速開關(guān)二極管D1連接電路的輸出端OUT的接線端子J0，以驅(qū)動頻率信號的輸出，其中，高速開關(guān)二極管型號優(yōu)選為1N4148。

過壓保護電路設(shè)置于信號處理器的輸出端與信號轉(zhuǎn)換器的輸入端，用于對信號轉(zhuǎn)換器提供過壓保護，在圖5中，過壓保護電路由電容C2和穩(wěn)壓二極管Z1組成，其中，電容C2和穩(wěn)壓二極管Z1的一端通過電阻R8與信號轉(zhuǎn)換器的輸入端連接，電容C2和穩(wěn)壓二極管Z1的另一端接地，具體實現(xiàn)時，該過壓保護電路將輸入到信號轉(zhuǎn)換器的電壓信號保護在5V以內(nèi)，當電壓信號超過5V時，穩(wěn)壓二極管反向擊穿，穩(wěn)壓二極管的反向電阻降低到一個很低的數(shù)值，在這個低阻區(qū)時，通過該穩(wěn)壓二極管的電流增加，而電壓則保持在5V電壓恒定，對信號轉(zhuǎn)換器起到了保護作用。

上述實施例提供的溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置還包括電源裝置，用于提供供電電壓，該電源裝置電路如圖5所示，包括二極管D2、二極管D3、電容C6、電容C7，以及集成電路芯片U3，其中，集成電路芯片U3是型號為78L08的三端穩(wěn)壓管，用于提供穩(wěn)定的供電電壓，即，該電源裝置的供電電壓為8V。本發(fā)明實施例用12V的直流電壓驅(qū)動該三端穩(wěn)壓管，其中，該12V的直流電壓通過輸出端OUT的接線端子J0的3引腳通過二極管D3和二極管D2輸入給集成電路芯片U3。電容C6和電容C7組成該電源電路的濾波部分，與地連接。

具體實現(xiàn)時，該溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置的電路運行包括如下過程：

(1)鉑熱電阻PT100根據(jù)當前溫度輸出阻值，通過測量電橋的兩個橋臂向信號處理器的放大電路輸入差分電壓信號；

(2)信號處理器的放大電路對差分信號進行放大處理，輸出電壓信號，經(jīng)過過壓保護電路將輸出電壓信號傳輸至信號轉(zhuǎn)換器；

(3)信號轉(zhuǎn)換器的集成電路芯片U2將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換成與當前溫度對應(yīng)的頻率信號，實現(xiàn)模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，并將該頻率信號輸出至光電耦合器；其中，該信號轉(zhuǎn)換器的輸入電壓范圍是：0～5V；信號轉(zhuǎn)換器輸出的頻率信號的頻率范圍是200Hz～1000Hz；

(4)光電耦合器通過光電耦合的方式驅(qū)動頻率信號的輸出，通過高速開關(guān)二極管1N4148連接至輸出端OUT的接線端子J0。

進一步，在接線端子J0的輸出端，還可以連接一個報警裝置，例如，蜂鳴器或者發(fā)光二極管等器件，當該溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置用于礦井溫度，且當前礦井環(huán)境溫度較高時，可以發(fā)出蜂鳴聲或者燈閃等進行報警，以提高環(huán)境監(jiān)測的效率。

本發(fā)明實施例提供的一種溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置，通過溫度傳感器采集所處礦井的溫度，轉(zhuǎn)化成電信號后進行放大處理，并利用信號轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)化成與溫度對應(yīng)的頻率信號進行傳輸，實現(xiàn)了對礦井溫度的監(jiān)測，同時頻率信號的傳輸過程也不容易受礦井復雜環(huán)境的干擾，進而提高了礦井溫度監(jiān)測的效率。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的溫度頻率轉(zhuǎn)換裝置的電路原理圖的具體工作過程，可以參考前述實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

需要注意的是，在發(fā)明的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

所以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準。