CN205427057U - 一种用于测量粉尘带电量的传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于测量粉尘带电量的传感器，其包括用于将电荷信号转换为电流信号的静电感应电极、信号放大电路、滤波电路、微处理器、通信接口模块、金属屏蔽外壳和绝缘管；其中，静电感应电极、信号放大电路、滤波电路、微处理器和通信接口模块依次连接；金属屏蔽外壳与绝缘管连接；信号放大电路、滤波电路、微处理器和通信接口模块位于金属屏蔽外壳内部；在绝缘管内设有用于安装静电感应电极的不锈钢金属杆；静电感应电极呈杆状；静电感应电极伸入到绝缘管内并安装在不锈钢金属杆上。本实用新型集传感、电子、通信等技术于一体，其既可以对现场的粉尘带电量进行实时测量，又可以与上位机进行数据通信，实现了粉尘带电量的在线监测。
Description
技术领域
本实用新型属于传感器技术领域，具体涉及一种用于测量粉尘带电量的传感器。
背景技术
随着现代工业的迅速发展，安全生产监测监控系统的不断完善和提高，传统的粉尘带电量传感器在准确度、稳定性和可靠性等方面已经不能满足要求。由于传感器技术、计算机技术和通信技术的飞速发展，传感器开始朝着集成化、智能化的方向发展，传感器已经不再是传统概念上的传感器，而是具有一定智能化功能的传感器。智能传感器是一种带有微处理器并兼有监测和信息处理功能的传感器，传感器智能化是当今传感器技术的主要发展方向之一。传感器技术和智能化技术的结合，使传感器由单一功能、单一检测对象向多功能和多变量检测发展，也使传感器由被动进行信号转换向主动控制传感器特性和主动进行信息处理发展，使传感器由孤立的元器件向系统化、网络化和智能化的方向发展。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提出一种用于测量粉尘带电量的传感器，利于实现粉尘带电量检测过程的自动化程度。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种用于测量粉尘带电量的传感器，包括用于将电荷信号转换为电流信号的静电感应电极、信号放大电路、滤波电路、微处理器、通信接口模块、金属屏蔽外壳和绝缘管；其中，静电感应电极、信号放大电路、滤波电路、微处理器和通信接口模块依次连接；金属屏蔽外壳与绝缘管连接；信号放大电路、滤波电路、微处理器和通信接口模块位于金属屏蔽外壳内部；在绝缘管内设有用于安装静电感应电极的不锈钢金属杆；静电感应电极呈杆状；静电感应电极伸入到绝缘管内并安装在不锈钢金属杆上。
优选地，所述通信接口模块采用4-20mA模拟电流通信接口。
优选地，所述用于测量粉尘带电量的传感器还包括电源电路，电源电路与微处理器连接。
本实用新型具有如下优点：
1、本实用新型将微处理器嵌入到传感器系统中，具有了信息处理、数据传输的功能，同时实现了粉尘带电量检测的过程自动化，传感器的整个检测过程中，如检测通道的启动和闭合、数据的采集、传输与处理等都通过微控制器来控制操作。
2、本实用新型能够实时检测传感器的运行情况、工作状态以及对粉尘的带电量检测结果进行实时的输出，使传感器的操作更加方便直观。
3、本实用新型设计有通信接口模块，配有4-20mA模拟电流通信接口，可以很灵活地与PC以及其他仪器设备一起组成用户所需要的多种功能的自动检测系统。
附图说明
图1为本实用新型的一种用于测量粉尘带电量的传感器中硬件电路的结构示意图；
图2为本实用新型的硬件电路中信号放大电路的结构示意图；
图3为本实用新型的硬件电路中滤波电路的结构示意图；
图4为本实用新型的一种用于测量粉尘带电量的传感器中壳体部分的结构示意图；
其中，1-静电感应电极，2-信号放大电路，3-滤波电路，4-微处理器，5-通信接口模块，6-金属屏蔽外壳，7-绝缘管。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：
一种用于测量粉尘带电量的传感器，包括硬件电路和壳体部分。
如图1所示，硬件电路包括依次连接的静电感应电极1、信号放大电路2、滤波电路3、微处理器4和通信接口模块5。其中，静电感应电极1用于将电荷信号转换为电流信号，电流信号经信号放大电路2进行放大、滤波电路3的滤波处理后传输给微处理器4，微处理器4用于将数据采集以及对数据进行误差自校正处理后，将校正后的数据通过通信接口模块5输出。微处理器4可以根据检测由静电感应电极1、信号放大电路2以及滤波电路3构成的数据输入通道自动启动和闭合。通信接口模块5可以采用4-20mA模拟电流通信接口，可以很灵活地与PC以及其他仪器设备一起组成用户所需要的多种功能的自动检测系统。
如图2所示，信号放大电路2由两级构成，第一级选用超低输入偏置电流运算放大器AD594运放进行设计，R1是输入电阻，其放大电路的反馈部分是由电阻R2、R3、R4构成T型反馈电阻网络，C5是补偿电容，其既能够实现选用阻值较小的电阻以减小电路的漂移误差，同时又可以得到较大的放大倍数和输入电阻，从而有效地提高了电路的灵敏度和精确度。由于运放的反相端与同相端都存在分布电容，通过反馈电路的电阻会产生极点，从而使电路的相位滞后增大，因而需要进行频率补偿，补偿的方法是在反馈回路中并联电容C5。第二级选用TL081运放构成电压串联负反馈网络，R6是输入电阻，R7，R8为反馈电阻网络。C1、C2、C6、C7为滤波电容。第二级放大电路选用宽带JFET型运算放大器TL081进行电压串联负反馈网络的设计，实现对采集信号的进一步放大。
如图3所示，滤波电路3中，前一级为二阶巴特沃斯低通滤波电路，第二级为50Hz陷波电路。滤波电路3由巴特沃斯低通滤波电路与50Hz陷波电路组成，巴特沃斯滤波电路选用二阶低通滤波，截止频率为100Hz，当输入信号的频率比较低的时候，输出电压虽然是最大，但反馈电容C8相当于断路，当输入电压的频率增加到某频率时，反馈电容C8的阻抗降低，在电路中为保证电路的稳定性，R11、R12需要满足一定的数量关系；陷波电路设计为Q值可调的有源双T型双跟随电路，运放选用JFET型双运算放大器TL082。双T陷波网络要求C11＝C12＝C，C13＝2C，R13＝R14＝R，R15＝R/2，这种对称关系使得对应于ω0的频率信号互相抵消,直至衰减到零。TL082_PartA的输出作为整个电路的输出，TL082_PartB用作电压跟随器，与输出端组成电压反馈电路。
微处理器4可以选用32位的以ARMCortex-M3为内核的STM32F107芯片。此外，为了使系统能有充足的数据空间来存储采集到数据，微处理器4还外扩了256KB的存储器。
此外，硬件电路还包括电源电路，该电源电路与微处理器4连接。所述电源电路主要采用LM2596芯片完成5V电压的转换。
如图4所示，壳体部分包括相互连接的金属屏蔽外壳6和绝缘管7。其中，
信号放大电路2、滤波电路3、微处理器4和通信接口模块5位于金属屏蔽外壳内部。在绝缘管7内设有用于安装静电感应电极1的不锈钢金属杆。
静电感应电极1呈杆状；静电感应电极1伸入到绝缘管7内并安装在不锈钢金属杆上。
金属屏蔽外壳6是由金属铝材料制成的。绝缘管7是由聚四氟乙烯材料制成的。
本实用新型集传感、电子、通信等技术于一体，其既可以对现场的粉尘带电量进行实时测量，又可以与上位机进行数据通信，实现了粉尘带电量的在线监测。
当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。
Claims (3)
1.一种用于测量粉尘带电量的传感器，其特征在于，包括用于将电荷信号转换为电流信号的静电感应电极、信号放大电路、滤波电路、微处理器、通信接口模块、金属屏蔽外壳和绝缘管；其中，静电感应电极、信号放大电路、滤波电路、微处理器和通信接口模块依次连接；金属屏蔽外壳与绝缘管连接；信号放大电路、滤波电路、微处理器和通信接口模块位于金属屏蔽外壳内部；在绝缘管内设有用于安装静电感应电极的不锈钢金属杆；静电感应电极呈杆状；静电感应电极伸入到绝缘管内并安装在不锈钢金属杆上。
2.根据权利要求1所述的一种用于测量粉尘带电量的传感器，其特征在于，所述通信接口模块采用4-20mA模拟电流通信接口。
3.根据权利要求1所述的一种用于测量粉尘带电量的传感器，其特征在于，所述用于测量粉尘带电量的传感器还包括电源电路，该电源电路与微处理器连接。
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