CN202008422U

CN202008422U - 矿用负压传感器

Info

Publication number: CN202008422U
Application number: CN2011200320340U
Authority: CN
Inventors: 刘新华; 郑伟竹; 谢周正
Original assignee: HARBIN LONGWEI MINE SAFETY HIGH-TECH DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: HARBIN LONGWEI MINE SAFETY HIGH-TECH DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2011-01-30
Filing date: 2011-01-30
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2021-01-30

Abstract

矿用负压传感器。在煤矿井下,风既能够给矿井提供足够的新鲜空气，创造必要的工作条件，保证井下人员对氧气的需要，又能够冲淡甲烷、CO等各种有害气体，降低井下温度，保证煤矿安全生产。一种矿用负压传感器，其组成包括:带有悬挂提手的传感器壳体（1），所述的壳体一侧上部具有电源接口（2），所述的壳体一侧下部具有正压接气孔(3)，所述的壳体另一侧下部具有负压接气孔（4），所述的壳体内装有整体电路，所述的壳体面具有被测点压力值显示器(5)。本实用新型用于煤矿压力检测。

Description

矿用负压传感器

技术领域：

本实用新型涉及一种新型矿用装置，具体涉及一种矿用负压传感器。

背景技术：

在煤矿井下,风既能够给矿井提供足够的新鲜空气，创造必要的工作条件，保证井下人员对氧气的需要，又能够冲淡甲烷、CO等各种有害气体，降低井下温度，保证煤矿安全生产。及时准确地掌握井下风速即风量的变化情况，对预防事故的发生和保证煤矿安全生产有着十分重要的意义。在煤矿井下有害气体自动化检测中，通风负压也是重要的检测参数之一。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种压力检测和单片机处理相结合的技术，提高探测器检测精度和工作稳定性，同时尽可能减少不必要的人工操作，提高工作效率。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

矿用负压传感器，其组成包括:带有悬挂提手的传感器壳体，所述的壳体一侧上部具有电源接口，所述的壳体一侧下部具有正压接气孔，所述的壳体另一侧下部具有负压接气孔，所述的壳体内装有整体电路，所述的壳体面具有被测点压力值显示器。

所述的矿用负压传感器，所述的整体电路包括电源电路，所述的电源电路连接电压转换电路、信号放大与数字调零电路、显示电路和红外遥控电路，硬件抗干扰结构，所述的信号放大与数字调零电路连接单片机电路，所述的单片机电路同时连接红外遥控接收器、4051输出控制电路、数码管显示器和红外遥控电路。

所述的矿用负压传感器，所述的电压转换电路为由34063构成的单片双极型线性集成电路或者由DC/DC模块构成的转换电路。

有益效果：

1.本实用新型具有温度自动补偿、红外遥控校准功能，输出信号为脉冲频率信号、测量精度高，性能稳定等特点，适应井下环境需求。

本实用新型采取了有效的抗干扰措施。经过试验及测试证明：该探测器具有可靠性高、功能强等特点，有着广阔的开发应用前景。

本实用新型的半导体压膜探测器是一种利用半导体膜片结构制成的电子式压力探测器，它可将空气压力这一物理量变换成电信号，并能够高精度、线性地检测出压力的变化。

本实用新型尽量减少了硬件电路的复杂程度，发挥单片机处理功能的优势，提高系统的可靠性。根据探测器及总体功能的要求，我们选用的是TI出产的MSP430F2012，源于430的低功耗适于井下环境，且2012仅14个引脚内部集成了A/D模块，对于A/D转换处理功能强大，同时拥有8路模拟输入通道，大大的简化了电路设计。

本实用新型的矿用负压传感器，在压力探测器半导体硅片上有一层扩散电阻体，如果对这一电阻体施加压力，由于压电电阻效应，其电阻值将发生变化。受到应变的部分，即膜片由于容易感压而变薄，为了减缓来自探测器底座应力的影响，将压力探测器片安装在玻璃基座上。当向空腔部分加上一定的压力时，膜片受到一定程度的拉伸或收缩而产生形变。受到拉伸的电阻R2和R4的阻值增加；受到压缩的电阻R1和R3阻值减小。由于各压电电阻组成桥路结构，如果将它们连接到恒流源上，则由于压力的增减，将在输出端获得输出电压ΔV，当压力为零时的ΔV等于偏置电压Voffset，在理想状态下我们希望Voffset=0V，实际上在生成扩散电阻体时，由于所形成的扩散电阻体尺寸大小的不同和存在杂质浓度的微小差异，因此总是有某个电压值存在。压力为零时，R1=R2=R3=R4=R，我们把加上一定压力时R1、R2电阻的变化部分记作ΔR；相应R3、R4电阻的变化部分记作-ΔR，于是就简化为下式：ΔV=ΔRI，这个ΔV相对压力呈现几乎完全线性的特性，只是随着温度的变化而有所改变。通过气压的变化引起的阻值变化，由阻值变化再引起改变的电信号传给单片机。经过相应的数据处理，我们就能得到我们所要的负压测量值。

根据压电效应原理，压力敏感元件将环境中的负压大小转换成电信号。信号经放大、检波后送单片机。经过软件处理得到负压值，由数码管显示，同时输出200～1000Hz频率信号。该频率(或电流)信号送工作站，经电缆和通讯接口装置传输到地面监控主机，实现负压值的连续实时监测。

附图说明：

附图1是本实用新型的结构示意图。

附图2是附图1的电路框图。

附图3是附图1中的电源电路图。

附图4是附图1中的信号放大与数字调零电路图。

附图5是附图1中的单片机电路图。

附图6是附图1中的4051输出控制电路图。

根据电子线路制图的规定，各附图中相同标号的线路之间具有连接关系。

具体实施方式：

实施例1：

一种矿用负压传感器，其组成包括:带有悬挂提手的传感器壳体1，所述的壳体1一侧上部具有电源接口2，所述的壳体1一侧下部具有正压接气孔3，所述的壳体1另一侧下部具有负压接气孔4，所述的壳体内装有整体电路6，所述的壳体面具有被测点压力值显示器5。

实施例2：

实施例1所述的矿用负压传感器，所述的整体电路包括电源电路即12V—5V转换电路，所述的电源电路连接电压转换电路、信号放大与数字调零电路、显示电路和红外遥控电路，硬件抗干扰结构，所述的信号放大与数字调零电路7连接单片机电路8，所述的单片机电路同时连接红外遥控接收器9、4051输出控制电路10、数码管显示器11和红外遥控电路。

实施例3：

实施例1所述的矿用负压传感器，

电压转换电路

在矿井下，负压探测器是由井下分站的9-18V直流电供电，探测器内部各芯片工作电压为＋5V，为保证探测器正常稳定工作，我们设计了两种电压转换电路

由34063构成的12V-5V的转换电路

34063是一单片双极型线性集成电路，由于内置有大电流的电源开关 34063能够控制的开关电流达到1.5A 内部线路包含有参考电压源振荡器转换器逻辑控制线路和开关晶体管，参考电压源是温度补偿的带隙基准源振荡器的振荡频率由3脚的外接定时电容决定。

由DC/DC模块构成的12V-5V的转换

输入端串接的隔离二级管，一是起保护作用，防止用户使用时接错极性而导致探测器损坏，二是在输入电源线短路时，防止探测器电路向外放电。较34063比较在本文的设计中功能上等同，但是它实现的电路简单，成本较34063要高些。

信号放大与数字调零电路

在测量控制系统中，用来放大探测器输出的微弱电压.

027] 信号调理电路的是获取外部数据后，要进行的下一步处理工作就是信号放大电路，由于差压敏感元件输出信号很弱，就必须采用信号放大后才能进行下一步信号处理。系统使用了LM2014对信号放大，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。

显示电路

显示是智能仪器系统必不可少的输出部分，是控制系统与操作人员之间交互的窗口。

数码管具有价格低、寿命长、对电压电流的要求低等优点。系统选用4位共阴极七段LED数码管。位选线控制字符选择，段选线控制显示段元的亮、暗。

红外遥控电路

本设计采用红外遥控调校，遥控接收头通过光—电转换将红外光转变为电信号，传给单片机，单片机根据接收到的编码执行相应的操作。

硬件抗干扰设计

硬件抗干扰技术是设计时首选的抗干扰措施，它能有效抑制干扰源，阻断干扰传输信道，只要合理地布置与选择有关参数，硬件抗干扰措施能抑制系统的绝大部分干扰。

（一）、选择合适的元器件

（1）深入了解了元器件的电器参数，根据电器参数选择合理器件以满足系统性能要求。

（2）减少焊点数量可降低接触不良故障，因此，尽量选用集成度高的电路，减少使用分立元器件。

（3）为使半导体器件满足系统可靠性要求，选择稳定性好的元器件。

（4）考虑功耗。从抗干扰的角度考虑，尽量选用功耗小的CMOS器件。

（二）、印刷电路板抗干扰设计

[0036] （1）接地技术

制作的电路板，电源地线要尽量宽一些，电路板上没有被器件占用的面积全作为接地线(称为“满接地”)，数字地和模拟电路也要分开接，以避免数字信号对模拟电路的影响。

（2）电源线布置

布电源线时，尽可能加粗导线宽度外，采取使电源线、地线的走向与数据传输的方向一致的方法，将有助于增强系统抗噪声的能力。

（3）去耦电容配置

在印刷电路板的各个集成电路芯片的电源线和地线间直接接入0.1uF的去耦电容，在印刷电路板入口处的电源线与地线之间并接一个100uF的限噪声电容器—钽电容器和一个0.1uF非电解电容。去耦电容一方面提供和吸收该集成电路开关门瞬间的充放电能，另一方面旁路掉该器件的高频噪声。

Claims

1.一种矿用负压传感器，其组成包括:带有悬挂提手的传感器壳体，其特征是: 所述的壳体一侧上部具有电源接口，所述的壳体一侧下部具有正压接气孔，所述的壳体另一侧下部具有负压接气孔，所述的壳体内装有整体电路，所述的壳体面具有被测点压力值显示器。

2.根据权利要求1所述的矿用负压传感器，其特征是: 所述的整体电路包括电源电路，所述的电源电路连接电压转换电路、信号放大与数字调零电路、显示电路和红外遥控电路，硬件抗干扰结构，所述的信号放大与数字调零电路连接单片机电路，所述的单片机电路同时连接红外遥控接收器、4051输出控制电路、数码管显示器和红外遥控电路。

3.根据权利要求2所述的矿用负压传感器，其特征是: 所述的电压转换电路为由34063构成的单片双极型线性集成电路或者由DC/DC模块构成的转换电路。