一種用于測量粉塵帶電量的傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于測量粉塵帶電量的傳感器，其包括用于將電荷信號轉(zhuǎn)換為電流信號的靜電感應(yīng)電極、信號放大電路、濾波電路、微處理器、通信接口模塊、金屬屏蔽外殼和絕緣管；其中，靜電感應(yīng)電極、信號放大電路、濾波電路、微處理器和通信接口模塊依次連接；金屬屏蔽外殼與絕緣管連接；信號放大電路、濾波電路、微處理器和通信接口模塊位于金屬屏蔽外殼內(nèi)部；在絕緣管內(nèi)設(shè)有用于安裝靜電感應(yīng)電極的不銹鋼金屬桿；靜電感應(yīng)電極呈桿狀；靜電感應(yīng)電極伸入到絕緣管內(nèi)并安裝在不銹鋼金屬桿上。本實用新型集傳感、電子、通信等技術(shù)于一體，其既可以對現(xiàn)場的粉塵帶電量進(jìn)行實時測量，又可以與上位機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)了粉塵帶電量的在線監(jiān)測。
【專利說明】
一種用于測量粉塵帶電量的傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于測量粉塵帶電量的傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的不斷完善和提高，傳統(tǒng)的粉塵帶電量傳感器在準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性和可靠性等方面已經(jīng)不能滿足要求。由于傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，傳感器開始朝著集成化、智能化的方向發(fā)展，傳感器已經(jīng)不再是傳統(tǒng)概念上的傳感器，而是具有一定智能化功能的傳感器。智能傳感器是一種帶有微處理器并兼有監(jiān)測和信息處理功能的傳感器，傳感器智能化是當(dāng)今傳感器技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。傳感器技術(shù)和智能化技術(shù)的結(jié)合，使傳感器由單一功能、單一檢測對象向多功能和多變量檢測發(fā)展，也使傳感器由被動進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換向主動控制傳感器特性和主動進(jìn)行信息處理發(fā)展，使傳感器由孤立的元器件向系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的在于提出一種用于測量粉塵帶電量的傳感器，利于實現(xiàn)粉塵帶電量檢測過程的自動化程度。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]—種用于測量粉塵帶電量的傳感器，包括用于將電荷信號轉(zhuǎn)換為電流信號的靜電感應(yīng)電極、信號放大電路、濾波電路、微處理器、通信接口模塊、金屬屏蔽外殼和絕緣管;其中，靜電感應(yīng)電極、信號放大電路、濾波電路、微處理器和通信接口模塊依次連接;金屬屏蔽外殼與絕緣管連接;信號放大電路、濾波電路、微處理器和通信接口模塊位于金屬屏蔽外殼內(nèi)部;在絕緣管內(nèi)設(shè)有用于安裝靜電感應(yīng)電極的不銹鋼金屬桿;靜電感應(yīng)電極呈桿狀;靜電感應(yīng)電極伸入到絕緣管內(nèi)并安裝在不銹鋼金屬桿上。
[0006]優(yōu)選地，所述通信接口模塊采用4_20mA模擬電流通信接口。
[0007]優(yōu)選地，所述用于測量粉塵帶電量的傳感器還包括電源電路，電源電路與微處理器連接。
[0008]本實用新型具有如下優(yōu)點:
[0009]1、本實用新型將微處理器嵌入到傳感器系統(tǒng)中，具有了信息處理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ埽瑫r實現(xiàn)了粉塵帶電量檢測的過程自動化，傳感器的整個檢測過程中，如檢測通道的啟動和閉合、數(shù)據(jù)的采集、傳輸與處理等都通過微控制器來控制操作。
[0010]2、本實用新型能夠?qū)崟r檢測傳感器的運行情況、工作狀態(tài)以及對粉塵的帶電量檢測結(jié)果進(jìn)行實時的輸出，使傳感器的操作更加方便直觀。
[0011]3、本實用新型設(shè)計有通信接口模塊，配有4-20mA模擬電流通信接口，可以很靈活地與PC以及其他儀器設(shè)備一起組成用戶所需要的多種功能的自動檢測系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0012]圖1為本實用新型的一種用于測量粉塵帶電量的傳感器中硬件電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]圖2為本實用新型的硬件電路中信號放大電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖3為本實用新型的硬件電路中濾波電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖4為本實用新型的一種用于測量粉塵帶電量的傳感器中殼體部分的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]其中，1-靜電感應(yīng)電極，2-信號放大電路，3-濾波電路，4-微處理器，5-通信接口模塊，6-金屬屏蔽外殼，7-絕緣管。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖以及【具體實施方式】對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0018]—種用于測量粉塵帶電量的傳感器，包括硬件電路和殼體部分。
[0019]如圖1所示，硬件電路包括依次連接的靜電感應(yīng)電極1、信號放大電路2、濾波電路
3、微處理器4和通信接口模塊5。其中，靜電感應(yīng)電極I用于將電荷信號轉(zhuǎn)換為電流信號，電流信號經(jīng)信號放大電路2進(jìn)行放大、濾波電路3的濾波處理后傳輸給微處理器4，微處理器4用于將數(shù)據(jù)采集以及對數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差自校正處理后，將校正后的數(shù)據(jù)通過通信接口模塊5輸出。微處理器4可以根據(jù)檢測由靜電感應(yīng)電極1、信號放大電路2以及濾波電路3構(gòu)成的數(shù)據(jù)輸入通道自動啟動和閉合。通信接口模塊5可以采用4-20mA模擬電流通信接口，可以很靈活地與PC以及其他儀器設(shè)備一起組成用戶所需要的多種功能的自動檢測系統(tǒng)。
[0020]如圖2所示，信號放大電路2由兩級構(gòu)成，第一級選用超低輸入偏置電流運算放大器AD594運放進(jìn)行設(shè)計，Rl是輸入電阻，其放大電路的反饋部分是由電阻R2、R3、R4構(gòu)成T型反饋電阻網(wǎng)絡(luò)，C5是補償電容，其既能夠?qū)崿F(xiàn)選用阻值較小的電阻以減小電路的漂移誤差，同時又可以得到較大的放大倍數(shù)和輸入電阻，從而有效地提高了電路的靈敏度和精確度。由于運放的反相端與同相端都存在分布電容，通過反饋電路的電阻會產(chǎn)生極點，從而使電路的相位滯后增大，因而需要進(jìn)行頻率補償，補償?shù)姆椒ㄊ窃诜答伝芈分胁⒙?lián)電容C5。第二級選用TL081運放構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，R6是輸入電阻，R7，R8為反饋電阻網(wǎng)絡(luò)。Cl、C2、C6、C7為濾波電容。第二級放大電路選用寬帶JFET型運算放大器TL081進(jìn)行電壓串聯(lián)負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，實現(xiàn)對采集信號的進(jìn)一步放大。
[0021]如圖3所示，濾波電路3中，前一級為二階巴特沃斯低通濾波電路，第二級為50Hz陷波電路。濾波電路3由巴特沃斯低通濾波電路與50Hz陷波電路組成，巴特沃斯濾波電路選用二階低通濾波，截止頻率為100Hz，當(dāng)輸入信號的頻率比較低的時候，輸出電壓雖然是最大，但反饋電容CS相當(dāng)于斷路，當(dāng)輸入電壓的頻率增加到某頻率時，反饋電容CS的阻抗降低，在電路中為保證電路的穩(wěn)定性，R11、R12需要滿足一定的數(shù)量關(guān)系；陷波電路設(shè)計為Q值可調(diào)的有源雙T型雙跟隨電路，運放選用JFET型雙運算放大器TL082。雙T陷波網(wǎng)絡(luò)要求Cll =C12= C，C13 = 2C，R13 = R14 = R，R15 = R/2，這種對稱關(guān)系使得對應(yīng)于ω0的頻率信號互相抵消，直至衰減到零。TL082_PartA的輸出作為整個電路的輸出，TL082_PartB用作電壓跟隨器，與輸出端組成電壓反饋電路。
[0022]微處理器4可以選用32位的以ARM Cortex_M3為內(nèi)核的STM32F107芯片。此外，為了使系統(tǒng)能有充足的數(shù)據(jù)空間來存儲采集到數(shù)據(jù)，微處理器4還外擴(kuò)了 256KB的存儲器。
[0023]此外，硬件電路還包括電源電路，該電源電路與微處理器4連接。所述電源電路主要采用LM2596芯片完成5V電壓的轉(zhuǎn)換。
[0024]如圖4所示，殼體部分包括相互連接的金屬屏蔽外殼6和絕緣管7。其中，
[0025]信號放大電路2、濾波電路3、微處理器4和通信接口模塊5位于金屬屏蔽外殼內(nèi)部。在絕緣管7內(nèi)設(shè)有用于安裝靜電感應(yīng)電極I的不銹鋼金屬桿。
[0026]靜電感應(yīng)電極I呈桿狀;靜電感應(yīng)電極I伸入到絕緣管7內(nèi)并安裝在不銹鋼金屬桿上。
[0027]金屬屏蔽外殼6是由金屬鋁材料制成的。絕緣管7是由聚四氟乙烯材料制成的。
[0028]本實用新型集傳感、電子、通信等技術(shù)于一體，其既可以對現(xiàn)場的粉塵帶電量進(jìn)行實時測量，又可以與上位機進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)了粉塵帶電量的在線監(jiān)測。
[0029]當(dāng)然，以上說明僅僅為本實用新型的較佳實施例，本實用新型并不限于列舉上述實施例，應(yīng)當(dāng)說明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說明書的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本實用新型的保護(hù)。
【主權(quán)項】
1.一種用于測量粉塵帶電量的傳感器，其特征在于，包括用于將電荷信號轉(zhuǎn)換為電流信號的靜電感應(yīng)電極、信號放大電路、濾波電路、微處理器、通信接口模塊、金屬屏蔽外殼和絕緣管；其中，靜電感應(yīng)電極、信號放大電路、濾波電路、微處理器和通信接口模塊依次連接;金屬屏蔽外殼與絕緣管連接;信號放大電路、濾波電路、微處理器和通信接口模塊位于金屬屏蔽外殼內(nèi)部;在絕緣管內(nèi)設(shè)有用于安裝靜電感應(yīng)電極的不銹鋼金屬桿;靜電感應(yīng)電極呈桿狀;靜電感應(yīng)電極伸入到絕緣管內(nèi)并安裝在不銹鋼金屬桿上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測量粉塵帶電量的傳感器，其特征在于，所述通信接口模塊采用4_20mA模擬電流通信接口。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于測量粉塵帶電量的傳感器，其特征在于，所述用于測量粉塵帶電量的傳感器還包括電源電路，該電源電路與微處理器連接。
【文檔編號】G01R29/24GK205427057SQ201620292649
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】程學(xué)珍, 李繼明
【申請人】程學(xué)珍, 李繼明