礦用全方向自供電無(wú)線振動(dòng)傳感裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種礦用全方向自供電無(wú)線振動(dòng)傳感裝置，其特征在于：全方向振動(dòng)能量收集模塊、信號(hào)處理模塊、無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊固定于一個(gè)獨(dú)立的防爆殼體內(nèi)，振動(dòng)傳感器連接在防爆殼體外；無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊的NRF2401芯片的發(fā)送模塊U4接微處理器U3，微處理器U3將模擬信號(hào)進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并對(duì)NRF2401芯片進(jìn)行控制，NRF2401芯片的發(fā)送模塊U4將數(shù)據(jù)發(fā)送到NRF2401芯片的接收模塊U5中，接收模塊U5再將信號(hào)發(fā)送給微處理器U2儲(chǔ)存起來(lái)。本實(shí)用新型可以有效的實(shí)現(xiàn)電牽引采煤機(jī)遠(yuǎn)距離信號(hào)采集模塊的供電問(wèn)題，并利用無(wú)線傳輸?shù)姆绞椒奖愕膶?shí)現(xiàn)所監(jiān)測(cè)信號(hào)的傳輸問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】礦用全方向自供電無(wú)線振動(dòng)傳感裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及煤炭開(kāi)采中電牽引采煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體涉及一種全方向自供電無(wú)線振動(dòng)傳感裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]采煤機(jī)是煤炭開(kāi)采中最主要的關(guān)鍵設(shè)備之一，其運(yùn)行狀態(tài)好壞直接影響煤炭生產(chǎn)人員的安全和煤炭企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。而電牽引采煤機(jī)在工作中，由于受到來(lái)自煤塊、巖石等巨大的沖擊載荷，以及煤塵、水霧等方面的污染，導(dǎo)致采煤機(jī)出現(xiàn)的故障不能得到及時(shí)查實(shí)和排除，從而埋下安全隱患。如何實(shí)現(xiàn)對(duì)電牽引采煤機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，受到人們的廣泛關(guān)注，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家對(duì)電牽引采煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)也進(jìn)行了深入研究。
[0003]電牽引采煤機(jī)構(gòu)成一般包括牽引部、截割部、電動(dòng)機(jī)和附屬裝置。目前，電牽引采煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要涉及采煤機(jī)的電氣設(shè)備，包括牽引電機(jī)、截割電機(jī)、變頻器、變壓器等。這些設(shè)備與系統(tǒng)電源和控制模塊緊密相連，布局相對(duì)集中，電源線與信號(hào)線易于布置。而對(duì)于距離采煤機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的電源和控制模塊較遠(yuǎn)部件，由于防爆、供電等原因未能實(shí)現(xiàn)對(duì)該部分有效監(jiān)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種礦用全方向自供電無(wú)線振動(dòng)傳感裝置，能夠有效解決信號(hào)采集模塊的供電和信號(hào)傳輸問(wèn)題。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種礦用全方向自供電無(wú)線振動(dòng)傳感裝置，包括振動(dòng)傳感器、微處理器U2、全方向振動(dòng)能量收集模塊、信號(hào)處理模塊和無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊，其特征在于:全方向振動(dòng)能量收集模塊、信號(hào)處理模塊、無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊固定于一個(gè)獨(dú)立的防爆殼體內(nèi)，振動(dòng)傳感器連接在防爆殼體外；
[0006]所述全方向振動(dòng)能量收集模塊包括:全方向振動(dòng)能量收集器，LTC3588-1芯片構(gòu)成的能量收集電路；
[0007]所述信號(hào)處理模塊包括:信號(hào)調(diào)理電路U6，微處理器U3，其中信號(hào)調(diào)理電路U6包括運(yùn)算放大電路；
[0008]所述無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊以NRF2401芯片為核心，包括發(fā)送模塊U4和接收模塊U5 ；
[0009]其中全方向振動(dòng)能量收集器連接能量收集電路；能量收集電路的輸出連接振動(dòng)傳感器和微處理器U3電源；振動(dòng)傳感器輸出端接信號(hào)調(diào)理電路U6的輸入端；信號(hào)調(diào)理電路U6的輸出端接微處理器U3 ;微處理器U3接NRF2401發(fā)送模塊U4 ；NRF2401接收模塊U5接微處理器U2。
[0010]運(yùn)算放大電路中的前置放大器U1、壓電傳感器等效電容Cl、傳感器絕緣漏電阻R1、前置放大電路輸入電阻R2、電纜電容C2和前置放大器Ul的輸入電容C3并聯(lián)在前置放大器Ul的輸入端，反饋電容C4接在前置放大器Ul的反向輸入端和輸出端，反饋電容C4將前置放大器Ul的輸出信號(hào)反饋到反向輸入端；漏電阻R3并在反饋電容C4的兩端。[0011 ] NRF2401芯片的發(fā)送模塊U4的MISO接微處理器U3，微處理器U3將模擬信號(hào)進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并對(duì)NRF2401芯片進(jìn)行控制，NRF2401芯片的發(fā)送模塊U4的數(shù)據(jù)通過(guò)MISO發(fā)送到NRF2401芯片的接收模塊U5中，接收模塊U5再將信號(hào)發(fā)送給微處理器U2儲(chǔ)存起來(lái)。
[0012]本實(shí)用新型利用電牽引采煤機(jī)工作過(guò)程中自身產(chǎn)生的振動(dòng)作為能量來(lái)源，給電牽引采煤機(jī)機(jī)械部分監(jiān)測(cè)模塊提供電能，并利用無(wú)線通信方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸，有效解決了電牽引采煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遠(yuǎn)距離部件的信號(hào)監(jiān)測(cè)模塊的供電和信號(hào)傳輸問(wèn)題。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本實(shí)用新型運(yùn)算放大電路圖。
[0015]圖3是本實(shí)用新型無(wú)線通信模塊與微處理器通信圖。
[0016]圖4是本實(shí)用新型整體通信框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，本實(shí)用新型包括振動(dòng)傳感器2、全方向振動(dòng)能量收集模塊3、信號(hào)處理模塊4和無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊5，其中全方向振動(dòng)能量收集模塊3、信號(hào)處理模塊4、無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊5固定于一個(gè)獨(dú)立的防爆殼體I內(nèi)，振動(dòng)傳感器2連接在防爆殼體I外；所述振動(dòng)傳感器2以無(wú)線通信作為通信方式，以振動(dòng)能量作為模塊輔助電源，采集轉(zhuǎn)換機(jī)械振動(dòng)能量為電能，作為信號(hào)處理模塊4、振動(dòng)傳感器2的電源。
[0018]所述全方向振動(dòng)能量收集模塊3包括:全方向振動(dòng)能量收集器和能量收集電路；其中全方向能量收集器為正方體，殼體底面與防爆殼體I相焊接。
[0019]所述信號(hào)處理模塊4包括:信號(hào)調(diào)理電路U6，微處理器U3
[0020]所述無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊5以NRF2401芯片為核心，包括發(fā)送模塊U4和接收模塊U5 ；
[0021]LTC3588—I中包括了一個(gè)低損耗、全波橋式整流器和一個(gè)高效率降壓型轉(zhuǎn)換器，然后將能量轉(zhuǎn)換成可以調(diào)節(jié)的輸出?？梢允闺姾稍趦?chǔ)存電容器上積累，并高效的將一部分儲(chǔ)存的電荷傳輸出去。
[0022]在圖2中，運(yùn)算放大電路采用負(fù)反饋放大電路、輸入阻抗高、輸出阻抗低的電荷放大電路，將壓電加速度傳感器輸出的電荷轉(zhuǎn)換為與輸入電荷成比例的輸出電壓，以方便信號(hào)處理模塊4對(duì)振動(dòng)傳感器2采集的信號(hào)進(jìn)行分析處理。
[0023]運(yùn)算放大電路中的前置放大器U1、壓電傳感器等效電容Cl、傳感器絕緣漏電阻R1、前置放大電路輸入電阻R2、電纜電容C2和前置放大器Ul的輸入電容C3并聯(lián)在前置放大器Ul的輸入端，反饋電容C4接在前置放大器Ul的反向輸入端和輸出端，反饋電容C4將前置放大器Ul的輸出信號(hào)反饋到反向輸入端；漏電阻R3并在反饋電容C4的兩端。Ql是振動(dòng)產(chǎn)生的電荷，當(dāng)運(yùn)算放大器為理想放大器時(shí)，根據(jù)虛地原理，同向端接地。通過(guò)它能得到與輸入電荷成比例的輸出電壓，其實(shí)它并不把電荷放大，而是把一個(gè)高內(nèi)阻的電荷源轉(zhuǎn)換為一個(gè)低內(nèi)阻的電壓源。
[0024]在圖3中，無(wú)線信號(hào)發(fā)送模塊5由微處理器U3和NRF2401組成，微處理器U3對(duì)振動(dòng)傳感器2采集的信號(hào)進(jìn)行處理，處理包括:AD轉(zhuǎn)換、數(shù)字濾波、快速傅里葉變換等。
[0025]NRF2401的發(fā)送模塊U4的MISO接微處理器U3，微處理器U3將模擬信號(hào)進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并對(duì)NRF2401進(jìn)行控制，NRF2401的發(fā)送模塊U4的數(shù)據(jù)通過(guò)MISO發(fā)送到NRF2401的接收模塊U5中。
[0026]在圖4中，全方向振動(dòng)能量收集模塊3將壓電產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換并儲(chǔ)存，使用LTC3588-1芯片為核心，可提供高達(dá)IOOmA的連續(xù)輸出電流或甚至更高的脈沖負(fù)載，其輸出電壓設(shè)為3.3V為全方向振動(dòng)傳感裝置供電。
[0027]全方向振動(dòng)能量收集模塊3為振動(dòng)傳感器2和微處理器U3提供輔助能源，振動(dòng)傳感器2把采集到的信號(hào)通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路U6處理后傳輸給微處理器U3，微處理器U3把傳輸來(lái)的模擬信號(hào)進(jìn)行處理并轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后傳輸給NRF2401的發(fā)送模塊U4，NRF2401的發(fā)送模塊U4再通過(guò)無(wú)線傳輸將信號(hào)傳輸給NRF2401的接收模塊U5，最后NRF2401的接收模塊U5再把信號(hào)傳輸給微處理器U2進(jìn)行儲(chǔ)存。
[0028]開(kāi)機(jī)后，采煤機(jī)工作過(guò)程中由于采掘沖擊載荷和自身傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械部件的運(yùn)動(dòng)引起殼體振動(dòng)，防爆殼體I與采煤機(jī)殼體一起振動(dòng)，安裝于防爆殼體內(nèi)壓電晶體產(chǎn)生電能，電能通過(guò)LTC3588-1將電能存儲(chǔ)到電容中，當(dāng)存儲(chǔ)的電能達(dá)到一定值時(shí)，LTC3588-1開(kāi)始給振動(dòng)傳感器2和微處理器U3供電。信號(hào)處理模塊4開(kāi)始工作，振動(dòng)傳感器2采集的信號(hào)，經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路U6放大后送入微處理器U3，信號(hào)在微處理器U3內(nèi)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換等信號(hào)處理后，發(fā)送給無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊5，無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊的NRF2401芯片的發(fā)送模塊U4將信號(hào)發(fā)送給接收模塊U5，接收模塊U5再將信號(hào)發(fā)送給微處理器U2儲(chǔ)存起來(lái)。
【權(quán)利要求】
1.一種礦用全方向自供電無(wú)線振動(dòng)傳感裝置，包括振動(dòng)傳感器(2)、微處理器U2、全方向振動(dòng)能量收集模塊(3)、信號(hào)處理模塊(4)和無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊(5)，其特征在于:全方向振動(dòng)能量收集模塊(3)、信號(hào)處理模塊(4)和無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊(5)固定于一個(gè)獨(dú)立的防爆殼體(I)內(nèi)，振動(dòng)傳感器(2)連接在防爆殼體(I)外； 所述全方向振動(dòng)能量收集模塊(3)包括:全方向振動(dòng)能量收集器，LTC3588-1芯片構(gòu)成的能量收集電路； 所述信號(hào)處理模塊(4)包括:信號(hào)調(diào)理電路U6，微處理器U3，其中信號(hào)調(diào)理電路U6包括運(yùn)算放大電路； 所述無(wú)線信號(hào)發(fā)射模塊(5)以NRF2401芯片為核心，包括發(fā)送模塊U4和接收模塊U5 ； 其中全方向振動(dòng)能量收集器連接能量收集電路；能量收集電路的輸出連接振動(dòng)傳感器(2)和微處理器U3電源；振動(dòng)傳感器輸出端接信號(hào)調(diào)理電路U6的輸入端；信號(hào)調(diào)理電路U6的輸出端接微處理器U3 ;微處理器U3接NRF2401發(fā)送模塊U4 ；NRF2401接收模塊U5接微處理器U2。
2.如權(quán)利要求1所述的礦用全方向自供電無(wú)線振動(dòng)傳感裝置，其特征在于:所述運(yùn)算放大電路中的前置放大器U1、壓電傳感器等效電容Cl、傳感器絕緣漏電阻R1、前置放大電路輸入電阻R2、電纜電容C2和前置放大器Ul的輸入電容C3并聯(lián)在前置放大器Ul的輸入端，反饋電容C4接在前置放大器Ul的反向輸入端和輸出端，反饋電容C4將前置放大器Ul的輸出信號(hào)反饋到反向輸入端；漏電阻R3并在反饋電容C4的兩端。
3.如權(quán)利要求1所述的礦用全方向自供電無(wú)線振動(dòng)傳感裝置，其特征在于:NRF2401芯片的發(fā)送模塊U4的MISO接微處理器U3，微處理器U3對(duì)NRF2401芯片進(jìn)行控制，NRF2401芯片的發(fā)送模塊U4的數(shù)據(jù)通過(guò)MISO發(fā)送到NRF2401芯片的接收模塊U5中，接收模塊U5再將信號(hào)發(fā)送給微處理器U2儲(chǔ)存起來(lái)。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK203519155SQ201320621461
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月30日
【發(fā)明者】張旭輝, 毛清華, 劉騰達(dá), 林然, 劉海濤, 王天龍 申請(qǐng)人:西安科技大學(xué)