CN203519155U - 矿用全方向自供电无线振动传感装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种矿用全方向自供电无线振动传感装置，其特征在于：全方向振动能量收集模块、信号处理模块、无线信号发射模块固定于一个独立的防爆壳体内，振动传感器连接在防爆壳体外；无线信号发射模块的NRF2401芯片的发送模块U4接微处理器U3，微处理器U3将模拟信号进行处理并转化为数字信号并对NRF2401芯片进行控制，NRF2401芯片的发送模块U4将数据发送到NRF2401芯片的接收模块U5中，接收模块U5再将信号发送给微处理器U2储存起来。本实用新型可以有效的实现电牵引采煤机远距离信号采集模块的供电问题，并利用无线传输的方式方便的实现所监测信号的传输问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤炭开采中电牵引采煤机状态监测领域，具体涉及一种全方向自供电无线振动传感装置。
背景技术
采煤机是煤炭开采中最主要的关键设备之一，其运行状态好坏直接影响煤炭生产人员的安全和煤炭企业的经济效益。而电牵引采煤机在工作中，由于受到来自煤块、岩石等巨大的冲击载荷，以及煤尘、水雾等方面的污染，导致采煤机出现的故障不能得到及时查实和排除，从而埋下安全隐患。如何实现对电牵引采煤机工作状态进行有效的监测，受到人们的广泛关注，国内外专家对电牵引采煤机状态监测也进行了深入研究。
电牵引采煤机构成一般包括牵引部、截割部、电动机和附属装置。目前，电牵引采煤机状态监测系统主要涉及采煤机的电气设备，包括牵引电机、截割电机、变频器、变压器等。这些设备与系统电源和控制模块紧密相连，布局相对集中，电源线与信号线易于布置。而对于距离采煤机监测系统的电源和控制模块较远部件，由于防爆、供电等原因未能实现对该部分有效监测。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种矿用全方向自供电无线振动传感装置，能够有效解决信号采集模块的供电和信号传输问题。
本实用新型的技术方案是：一种矿用全方向自供电无线振动传感装置，包括振动传感器、微处理器U2、全方向振动能量收集模块、信号处理模块和无线信号发射模块，其特征在于：全方向振动能量收集模块、信号处理模块、无线信号发射模块固定于一个独立的防爆壳体内，振动传感器连接在防爆壳体外；
所述全方向振动能量收集模块包括：全方向振动能量收集器，LTC3588-1芯片构成的能量收集电路；
所述信号处理模块包括：信号调理电路U6，微处理器U3，其中信号调理电路U6包括运算放大电路；
所述无线信号发射模块以NRF2401芯片为核心，包括发送模块U4和接收模块U5；
其中全方向振动能量收集器连接能量收集电路；能量收集电路的输出连接振动传感器和微处理器U3电源；振动传感器输出端接信号调理电路U6的输入端；信号调理电路U6的输出端接微处理器U3；微处理器U3接NRF2401发送模块U4；NRF2401接收模块U5接微处理器U2。
运算放大电路中的前置放大器U1、压电传感器等效电容C1、传感器绝缘漏电阻R1、前置放大电路输入电阻R2、电缆电容C2和前置放大器U1的输入电容C3并联在前置放大器U1的输入端，反馈电容C4接在前置放大器U1的反向输入端和输出端，反馈电容C4将前置放大器U1的输出信号反馈到反向输入端；漏电阻R3并在反馈电容C4的两端。
NRF2401芯片的发送模块U4的MISO接微处理器U3，微处理器U3将模拟信号进行处理并转化为数字信号并对NRF2401芯片进行控制，NRF2401芯片的发送模块U4的数据通过MISO发送到NRF2401芯片的接收模块U5中，接收模块U5再将信号发送给微处理器U2储存起来。
本实用新型利用电牵引采煤机工作过程中自身产生的振动作为能量来源，给电牵引采煤机机械部分监测模块提供电能，并利用无线通信方式实现远距离信号传输，有效解决了电牵引采煤机状态监测系统远距离部件的信号监测模块的供电和信号传输问题。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型运算放大电路图。
图3是本实用新型无线通信模块与微处理器通信图。
图4是本实用新型整体通信框图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括振动传感器2、全方向振动能量收集模块3、信号处理模块4和无线信号发射模块5，其中全方向振动能量收集模块3、信号处理模块4、无线信号发射模块5固定于一个独立的防爆壳体1内，振动传感器2连接在防爆壳体1外；所述振动传感器2以无线通信作为通信方式，以振动能量作为模块辅助电源，采集转换机械振动能量为电能，作为信号处理模块4、振动传感器2的电源。
所述全方向振动能量收集模块3包括：全方向振动能量收集器和能量收集电路；其中全方向能量收集器为正方体，壳体底面与防爆壳体1相焊接。
所述信号处理模块4包括：信号调理电路U6，微处理器U3
所述无线信号发射模块5以NRF2401芯片为核心，包括发送模块U4和接收模块U5；
LTC3588—1中包括了一个低损耗、全波桥式整流器和一个高效率降压型转换器，然后将能量转换成可以调节的输出。可以使电荷在储存电容器上积累，并高效的将一部分储存的电荷传输出去。
在图2中，运算放大电路采用负反馈放大电路、输入阻抗高、输出阻抗低的电荷放大电路，将压电加速度传感器输出的电荷转换为与输入电荷成比例的输出电压，以方便信号处理模块4对振动传感器2采集的信号进行分析处理。
运算放大电路中的前置放大器U1、压电传感器等效电容C1、传感器绝缘漏电阻R1、前置放大电路输入电阻R2、电缆电容C2和前置放大器U1的输入电容C3并联在前置放大器U1的输入端，反馈电容C4接在前置放大器U1的反向输入端和输出端，反馈电容C4将前置放大器U1的输出信号反馈到反向输入端；漏电阻R3并在反馈电容C4的两端。Q1是振动产生的电荷，当运算放大器为理想放大器时，根据虚地原理，同向端接地。通过它能得到与输入电荷成比例的输出电压，其实它并不把电荷放大，而是把一个高内阻的电荷源转换为一个低内阻的电压源。
在图3中，无线信号发送模块5由微处理器U3和NRF2401组成，微处理器U3对振动传感器2采集的信号进行处理，处理包括：AD转换、数字滤波、快速傅里叶变换等。
NRF2401的发送模块U4的MISO接微处理器U3，微处理器U3将模拟信号进行处理并转化为数字信号并对NRF2401进行控制，NRF2401的发送模块U4的数据通过MISO发送到NRF2401的接收模块U5中。
在图4中，全方向振动能量收集模块3将压电产生的能量转换并储存，使用LTC3588-1芯片为核心，可提供高达100mA的连续输出电流或甚至更高的脉冲负载，其输出电压设为3.3V为全方向振动传感装置供电。
全方向振动能量收集模块3为振动传感器2和微处理器U3提供辅助能源，振动传感器2把采集到的信号通过信号调理电路U6处理后传输给微处理器U3，微处理器U3把传输来的模拟信号进行处理并转化成数字信号后传输给NRF2401的发送模块U4，NRF2401的发送模块U4再通过无线传输将信号传输给NRF2401的接收模块U5，最后NRF2401的接收模块U5再把信号传输给微处理器U2进行储存。
开机后，采煤机工作过程中由于采掘冲击载荷和自身传动系统机械部件的运动引起壳体振动，防爆壳体1与采煤机壳体一起振动，安装于防爆壳体内压电晶体产生电能，电能通过LTC3588-1将电能存储到电容中，当存储的电能达到一定值时，LTC3588-1开始给振动传感器2和微处理器U3供电。信号处理模块4开始工作，振动传感器2采集的信号，经信号调理电路U6放大后送入微处理器U3，信号在微处理器U3内经A/D转换等信号处理后，发送给无线信号发射模块5,无线信号发射模块的NRF2401芯片的发送模块U4将信号发送给接收模块U5，接收模块U5再将信号发送给微处理器U2储存起来。
Claims (3)
1.一种矿用全方向自供电无线振动传感装置，包括振动传感器(2)、微处理器U2、全方向振动能量收集模块(3)、信号处理模块(4)和无线信号发射模块(5)，其特征在于：全方向振动能量收集模块(3)、信号处理模块(4)和无线信号发射模块(5)固定于一个独立的防爆壳体(1)内，振动传感器(2)连接在防爆壳体(1)外；
所述全方向振动能量收集模块(3)包括：全方向振动能量收集器，LTC3588-1芯片构成的能量收集电路；
所述信号处理模块(4)包括：信号调理电路U6，微处理器U3，其中信号调理电路U6包括运算放大电路；
所述无线信号发射模块(5)以NRF2401芯片为核心，包括发送模块U4和接收模块U5；
其中全方向振动能量收集器连接能量收集电路；能量收集电路的输出连接振动传感器(2)和微处理器U3电源；振动传感器输出端接信号调理电路U6的输入端；信号调理电路U6的输出端接微处理器U3；微处理器U3接NRF2401发送模块U4；NRF2401接收模块U5接微处理器U2。
2.如权利要求1所述的矿用全方向自供电无线振动传感装置，其特征在于：所述运算放大电路中的前置放大器U1、压电传感器等效电容C1、传感器绝缘漏电阻R1、前置放大电路输入电阻R2、电缆电容C2和前置放大器U1的输入电容C3并联在前置放大器U1的输入端，反馈电容C4接在前置放大器U1的反向输入端和输出端，反馈电容C4将前置放大器U1的输出信号反馈到反向输入端；漏电阻R3并在反馈电容C4的两端。
3.如权利要求1所述的矿用全方向自供电无线振动传感装置，其特征在于：NRF2401芯片的发送模块U4的MISO接微处理器U3，微处理器U3对NRF2401芯片进行控制，NRF2401芯片的发送模块U4的数据通过MISO发送到NRF2401芯片的接收模块U5中，接收模块U5再将信号发送给微处理器U2储存起来。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN103914964A (zh) * | 2014-04-18 | 2014-07-09 | 天津华宁电子有限公司 | 一种基于WiMax无线通讯的矿用速度传感器检测系统 |
| CN113189426A (zh) * | 2021-04-30 | 2021-07-30 | 国网四川省电力公司营销服务中心 | 复合环境下传感器微能量收集装置性能测试方法及系统 |
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