CN112162109A - 一种煤矿用风速仪 - Google Patents
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Abstract
本发明一种煤矿用风速仪提供了一种利用超声波在空气中传播的时间差来测量风速，测量范围为传播线路上的平均风速，测量更加精确，且体积小，安装操作便捷，具有防爆防水功能的风速仪。包括显示主机、两个超声波换能器和温湿度气压传感器，两个所述超声波换能器分别通过传输电缆和显示主机连接，温湿度气压传感器通过传输电缆和显示主机连接；所述显示主机由风速仪发生与接收电路、发射电压调整电路、DSP信号处理电路、LCD显示器及按键电路、数据处理器电路、接收信号处理电源电路、通信电路和电源电路组成，所述通信电路通过通信线对外交换数据，并与数据处理器电路信号连接。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿设备领域，具体为一种利用超声波在空气中传播的时间差来测量风速的风速仪。
背景技术
传统的矿用风速测量仪器，有矿用风量传感器、矿用双向风速传感器、矿用风向传感器、矿用收缩管风速传感器和矿用双向风速传感器等，原理分别为超声波涡流、超声波、机械式、压力式和压力式皮托管，这些传统测量仪器的始动风速均为0.4m/s、精度≥0.2m/s、分辨率≥0.1m/s，由于流体在巷道流动中截面上的各点并不是均匀一致的，传统的仪器测量的是断面上某一点的风速，测量不够精准；且传统的测量仪器在安装时部分放置在顶部，以不影响过人、车等，其测量的风速很难有代表性，获取的风速不够准确，更难于通过风速计算风量。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种煤矿用风速仪，其利用超声波在空气中传播的时间差来测量风速，测量范围为传播线路上的平均风速，测量更加精确，利用温湿度气压传感器可以将工况风量转换为标准风量，且体积小，安装操作便捷，具有防爆防水功能的风速仪。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种煤矿用风速仪，其特征在于，包括显示主机、两个超声波换能器和温湿度气压传感器，两个所述超声波换能器分别通过传输电缆和显示主机连接，温湿度气压传感器通过传输电缆和显示主机连接；所述显示主机由风速仪发生与接收电路、发射电压调整电路、DSP信号处理电路、LCD显示器及按键电路、数据处理器电路、接收信号处理电源电路、通信电路和电源电路组成，所述通信电路通过通信线对外交换数据，并与数据处理器电路信号连接，所述电源电路通过电源线对外连接，并与数据处理器电路、接收信号处理电源电路电连接，所述接收信号处理电源电路通过信号线和数据处理器电路信号连接，所述LCD显示器及按键电路通过信号线和数据处理器电路信号连接，所述DSP信号处理电路通过信号线和数据处理器电路信号连接，所述接收信号处理电路通过信号线和DSP信号处理电路、接收信号处理电源电路信号连接，所述发射电压调整电路通过信号线和DSP信号处理电路信号连接，所述风速仪发射与接收切换电路通过信号线和发射电压调整电路、接收信号处理电路信号连接，超声波换能器A和超声波换能器B通过传输电缆与风速仪发射与接收切换电路信号连接，所述温湿度气压传感器通过传输电缆和数据处理器电路信号信号连接；
优选地，所述DSP信号处理电路采用TMS320F28335信号处理器；
优选地，所述传输电缆采用煤矿用聚乙烯绝缘编织屏蔽聚氯乙烯护套通信电缆MHYVP1×4(7/0.37mm)。
优选地，所述超声波换能器与显示主机为分体式。
本发明的有益效果在于：1、本仪器测量范围为传播线路上的平均风速，能够安装在巷道两帮，且始动风速能够达到小于0.1m/s，风速分辨率达到0.01m/s，精度能够达到0.1m/s，相比现有传统的测量仪器，测量精度更高，并且通过气压、温度、湿度的校正，可以获得标准工况下的风量。
2、超声波换能器和主机采用较低频率的超声波信号，本风速仪采用40KHz，便于超声信号远距离传输，容易做到本质安全产品，能够在易爆场合使用。
3、运用了TMS320F28335信号处理器(DSP)，其内部集成了一个高速ADC，满足了采样的需要，降低了成本。
4、本仪器采用了其它产品没有的接收信号的放大和发射电路的发射信号幅度自动调节。
5、在大距离上实现风速、风量测量，能够用于监测宽度较大的巷道内的风流速度，在此之前未有相同产品。
6、超声波换能器与显示主机是分体的，便于现场安装。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种煤矿用风速仪的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种煤矿用风速仪的原理图；
图3为传统煤矿用测量仪器安装时的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种煤矿用风速仪安装时的示意图；
附图标记说明：
显示主机1、传输电缆2、超声波换能器3、温湿度气压传感器4、传统煤矿用测量仪器5。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种煤矿用风速仪，包括显示主机1、两个超声波换能器3和温湿度气压传感器4，两个所述超声波换能器3分别通过传输电缆2和显示主机1连接，温湿度气压传感器4通过传输电缆2和显示主机1连接；所述显示主机1由风速仪发生与接收电路、发射电压调整电路、DSP信号处理电路、LCD显示器及按键电路、数据处理器电路、接收信号处理电源电路、通信电路和电源电路组成，所述通信电路通过通信线对外交换数据，并与数据处理器电路信号连接，所述电源电路通过电源线对外连接，并与数据处理器电路、接收信号处理电源电路电连接，所述接收信号处理电源电路通过信号线和数据处理器电路信号连接，所述LCD显示器及按键电路通过信号线和数据处理器电路信号连接，所述DSP信号处理电路通过信号线和数据处理器电路信号连接，所述接收信号处理电路通过信号线和DSP信号处理电路、接收信号处理电源电路信号连接，所述发射电压调整电路通过信号线和DSP信号处理电路信号连接，所述风速仪发射与接收切换电路通过信号线和发射电压调整电路、接收信号处理电路信号连接，超声波换能器3A和超声波换能器3B通过传输电缆2与风速仪发射与接收切换电路信号连接，所述温湿度气压传感器4通过传输电缆2和数据处理器电路信号信号连接；
进一步，所述DSP信号处理电路采用TMS320F28335信号处理器；
进一步，所述传输电缆2采用煤矿用聚乙烯绝缘编织屏蔽聚氯乙烯护套通信电缆MHYVP1×4(7/0.37mm)。
进一步，所述超声波换能器3与显示主机1为分体式。
使用时，将两个超声波换能器3A、B分别安装在巷道的两帮，并使其对准，超声波换能器3A和超声波换能器3B互为收发，超声波换能器3A发出超声波，超声波穿过整个巷道截面，被超声波换能器3B接收；超声波换能器3发出超声波，超声波穿过整个巷道截面被超声波换能器3A接收；超声波换能器3A、B接收到超声波后，向风速仪发射与接收切换电路发送反馈信号，风速仪发射与接收切换电路将超声波信号传递给接收信号处理电路，接收信号处理电路将接收到的超声波信号经过放大、选频、限幅、整形，然后送入DSP信号处理器电路，DSP信号处理器电路根据信号的幅值，控制接收信号处理电路的放大倍数和发射电压调整电路的发射电压，达到信号调整的目的。同时DSP信号处理器电路将接收的模拟信号进行数字化滤波等软件处理，并将数据结果送到数据处理器电路，数据处理器电路进行数据处理，根据预定的函数关系
计算得出当前风速，其中L为超声波路径，即测量距离，α为声波方向与风向之夹角，V为风速，tab为超声波换能器A发出超声波至超声波换能器B接收到超声波信号的时间，tba为超声波换能器B发出超声波至超声波换能器A接收到超声波信号的时间，数据处理器将处理得出的具体风速传输至LCD显示器，并将根据巷道参数和气压、温度、湿度将其转换为标准工况风量，可通过按键电路和通信电路将相关参数输入，通信电路通过RS485信号方式直接或通过其它通信分站传输至地面。
所述电源从电源电路进入设备后，经过处理供给数据处理器电路和接收信号处理电源电路，分别用于数字电路供电和模拟电路供电。
本发明的使用环境为：a)环境温度:0～40℃；b)相对湿度:＜98％；c)大气压力:80～110kPa；d)有瓦斯或煤尘爆炸危险，但无显著振动和冲击、无破坏绝缘的腐蚀性气体的场所。
本发明中的设计利用超声波在空气中传播的时间差来测量风速，测量范围为传播线路上的平均风速，能够安装在巷道两帮，测量更加精确，并利用温湿度气压传感器可以将工况风量转换为标准风量；在大距离上实现风速、风量测量，能够用于监测宽度较大的巷道内的风流速度；且体积小，安装操作便捷，具有防爆防水功能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种煤矿用风速仪，其特征在于，包括显示主机、两个超声波换能器和温湿度气压传感器，两个所述超声波换能器分别通过传输电缆和显示主机连接，温湿度气压传感器通过传输电缆和显示主机连接；所述显示主机由风速仪发生与接收电路、发射电压调整电路、DSP信号处理电路、LCD显示器及按键电路、数据处理器电路、接收信号处理电源电路、通信电路和电源电路组成，所述通信电路通过通信线对外交换数据，并与数据处理器电路信号连接，所述电源电路通过电源线对外连接，并与数据处理器电路、接收信号处理电源电路电连接，所述接收信号处理电源电路通过信号线和数据处理器电路信号连接，所述LCD显示器及按键电路通过信号线和数据处理器电路信号连接，所述DSP信号处理电路通过信号线和数据处理器电路信号连接，所述接收信号处理电路通过信号线和DSP信号处理电路、接收信号处理电源电路信号连接，所述发射电压调整电路通过信号线和DSP信号处理电路信号连接，所述风速仪发射与接收切换电路通过信号线和发射电压调整电路、接收信号处理电路信号连接，超声波换能器A和超声波换能器B通过传输电缆与风速仪发射与接收切换电路信号连接，所述温湿度气压传感器通过传输电缆和数据处理器电路信号信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿用风速仪，其特征在于，所述DSP信号处理电路采用TMS320F28335信号处理器。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿用风速仪，其特征在于，所述传输电缆采用煤矿用聚乙烯绝缘编织屏蔽聚氯乙烯护套通信电缆MHYVP1×4(7/0.37mm)。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿用风速仪，其特征在于，所述超声波换能器与显示主机为分体式。
Priority Applications (1)
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| CN202010599270.4A CN112162109A (zh) | 2020-06-28 | 2020-06-28 | 一种煤矿用风速仪 |
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Publications (1)
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| CN202010599270.4A Pending CN112162109A (zh) | 2020-06-28 | 2020-06-28 | 一种煤矿用风速仪 |
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- 2020-06-28 CN CN202010599270.4A patent/CN112162109A/zh active Pending
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