CN205449347U - 基于m-bus总线的矿用应变传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于M-BUS总线的矿用应变传感器，包括转换器主板，和依次相连的上基座、应变器、下基座；其中，所述转换器主板内设置M-BUS总线模块和ARM处理器；当所述矿用应变传感器进行测试时，被测元件连接至所述上基座和所述下基座，经过所述应变器输出频率信号，然后该信号通过所述M-BUS总线模块传输至所述ARM处理器进行处理转化。应变器和ARM处理器采用M-BUS总线半双工的传输方式，有效的避免了井下其他信号的干扰，ARM处理器可以将传感器数据进行统一处理、显示和存储，当上位机发出指令后，ARM处理器将存储的数据打包发送到上位机中，进行数据的实时显示，方便用户调用和信息查询。

Description

基于M-BUS总线的矿用应变传感器

技术领域

本实用新型涉及一种应变传感器，尤其是涉及一种用于煤矿安全监测系统的基于M-BUS总线的矿用应变传感器。

背景技术

随着现代化科学技术的发展以及计算机和其它新材料新工艺的出现并应用，目前，具有多种应变的测量方法。常用的有：电阻式应变传感器法、光栅传感器法和振弦式应变传感器法(振弦法)等。

电阻式应变传感器法是利用电阻应变片将应变转换为电阻变化，再用相应的测量电路将电阻转换成电压或电流输出的方法。优点是简单、实用、成本较低，缺点是电阻应变片因易受环境影响，寿命短、灵敏度较低，而且输出模拟信号，必须经过复杂的A/D转换电路才能完成数据的采集。

光栅传感器法是通过把光纤埋入材料基体内，然后通过测量光纤的拉伸应变来反映材料及结构内部的应变状况。它具有许多独特的优点，包括：灵敏度高，抗干扰性强、寿命长、复用性好等优良特性。但是光纤光栅传感器对温度和应变都是敏感的，即温度、应力均能引起布拉喇光栅中心波长的漂移。在进行应变测量时，很多情况下往往是忽略了温度的影响。

振弦式应变传感器法是通过固定在端块或被测元件之间的钢弦的弦振频率与弦的拉力的变化关系，来测量应变传感器所在点的应变，振弦式应变传感器输出频率信号，具有稳定性良好、防水要求低、抗干扰能力强、采集数据方便和测试量为应变累计值等优点，尤其适合恶劣环境下的长期监测。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种稳定、高效、精确的基于M-BUS总线的矿用应变传感器。

本实用新型采用的技术方案是：

一种基于M-BUS总线的矿用应变传感器，包括转换器主板，

和依次相连的上基座、应变器、下基座；

其中，所述转换器主板内设置M-BUS总线模块和ARM处理器；

当所述矿用应变传感器进行测试时，被测元件连接至所述上基座和所述下基座，经过所述应变器输出频率信号，然后该信号通过所述M-BUS总线模块传输至所述ARM处理器进行处理转化，即可得到被测元件的应变结果。

优选的，所述转换器主板上还设有键盘器，可以对不同场合的应变力进行现场标定，有效防止零点漂移的产生，使得传感器精度更加精准。

优选的，所述M-BUS总线模块通过M-BUS传输线与所述应变器相连，所述M-BUS传输线为通信电缆。进一步优选的，所述转换器主板上还设有应变器接口，所述M-BUS传输线通过所述应变器接口与所述M-BUS总线模块相连，有效的提高了频率信号的传输速度，能够提高系统的工作效率。

所述上、下基座受力后钢弦拉力发生变化，原有的振动频率也随之发生改变，通信电缆将频率信号的变化通过M-BUS总线的方式传输到ARM处理器中，经过ARM处理器的处理，信号形式从频率信号转化为数字信号，并通过其他通信形式连接到通信电路中。

优选的，所述应变器为振弦式应变器，该振弦式应变器至少包括一根可以产生共振的钢弦，所述钢弦处设有激发与接收线圈，此为本领域中的振弦式应变器的基本结构。进一步优选的，所述振弦式应变器还包括内部设有所述的激发与接收线圈的保护罩，所述保护罩内还设有热敏电阻，有效提高了系统的稳定性和精确性；所述振弦式应变器还包括内部设有所述的钢弦的保护管，所述保护管的两端连接所述上基座和下基座。另外，所述上基座和下基座与所述应变器中的钢弦连接。

优选的，所述转换器主板内还设置显示屏，所述显示屏为LCD液晶显示屏，该显示屏可以现场显示传感器工作状态和数据处理情况，对后期维护工作带来极大方便；也可以进行现场标定，提高传感器的精确性。

优选的，所述转换器主板内还设置电源，控制传感器的开与关。

本实用新型的有益效果是：通过基座与应变器的连接，应变接触面积变得更大，可以检测出很微弱的应变信号，提高了传感器的灵敏度。应变器和ARM处理器采用M-BUS总线半双工的传输方式，有效的避免了井下其他信号的干扰，ARM处理器可以将传感器数据进行统一处理、显示和存储，当上位机发出指令后，ARM处理器将存储的数据打包发送到上位机中，进行数据的实时显示，方便用户调用和信息查询。键盘器可以实现时间设定，进行现场标定等功能。处理器采用的ARM处理器其功能强大，LCD液晶显示屏，可以同时处理大量的传感器数据信息并进行实时显示，可以在现场就能观测到传感器的工作状态。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图。

图2是振弦式应变器的结构示意图。

其中，1、上基座，2、下基座，3、应变器，3-1、钢弦，3-2保护管，3-3、激发与接收线圈，3-4、热敏电阻，3-5保护罩，4、通信电缆，5、应变器接口，6、M-BUS总线模块，7、键盘器，8、电源，9、ARM处理器，10、LCD液晶显示屏，11、转换器主板。

具体实施方式

本实用新型提供了一种基于M-BUS总线的矿用应变传感器，为了使本实用新型的目的、技术方案以及优点更清楚、明确，下面结合附图和具体实例对本实用新型进一步说明。

实施例1

如图1所示，一种基于M-BUS总线的矿用应变传感器，包括转换器主板11，和依次相连的上基座1、应变器3、下基座2；

其中，所述转换器主板11内设置应变器接口5、M-BUS总线模块6、键盘器7、电源8、ARM处理器。

如图2所示，所述应变器3为振弦式应变器，包括一保护管3-2，所述保护管3-2两端分别设有上基座1和下基座2，所述上基座1和下基座2之间连着3-2一根可以产生共振的钢弦3-1，所述保护管3-2上设有一保护罩3-5，所述保护罩3-5内设有激发与接收线圈3-3和热敏电阻3-4；所述振弦式应变器还包括与所述保护罩3-5内的激发与接收线圈3-3相连的通信电缆4。

所述上基座1和下基座2与所述振弦式应变器中的钢弦3-1连接；所述激发与接收线圈3-3通过通信电缆4和所述应变器接口5与M-BUS总线模块6相连，然后所述M-BUS总线模块6与ARM处理器相连9。

本实施例的一种基于M-BUS总线的矿用应变传感器，其目的在于将应变器测量的频率信号转换为电信号，并通过ARM处理后传输到相应的上位机中，实现对井下各种力的实时监测，如图2所示，上基座1和下基座2直接与钢弦3-1相连，使得应变接触面积变得更大，能够提高传感器的灵敏度，测试时将上基座1和下基座2连接被测元件。钢弦3-1和激发与接收线圈3-3相互配合，钢弦振动频率一旦发生应变，激发与接收线圈将频率信号的变化通过通信电缆4的传输到ARM处理器9中，ARM处理器9可以将传感器数据进行统一处理、显示和存储。键盘器7可以实现时间设定，进行现场标定等功能，并能防止零点漂移的产生和井下温度湿度等环境的干扰。处理器采用的ARM处理器其功能强大，自带LCD液晶显示屏10，可以同时处理大量的传感器数据信息并进行实时显示，可以在现场就能观测到传感器的工作状态，对于后期维护工作也带来极大方便。

本实施例的一种用于煤矿安全监测系统的基于M-BUS总线的矿用应变传感器，本传感器具有灵敏度高、智能化程度高、抗干扰能力强等特点。该振弦传感器感受由压力的变化而引起固定在端块或被测元件之间的钢弦的弦振频率的变化。然后，根据弦振频率与弦的拉力的变化关系，通过测量频率，即可求出被测压力或者待测形变。然后频率信号通过M-BUS总线模块传送到ARM处理器中，处理器将频率信号转化为数字信号，进行集中存储，在LCD液晶显示屏上显示所受应变力的大小和历史应变曲线，方便用户实地考察传感器的工作性能，改善了系统的实用性，大大提高了信息处理的准确性和实时性。通过键盘器对传感器的标定，每个传感器具有自己的地址，可以同时应用于不同环境下的多种应变测量，提高了系统的智能化和先进程度，可以在煤矿安全监测系统中进行推广和应用。

智能传感器和通信分站以M-BUS总线的形式连接，智能传感器作为从机，将测量结果传送给通信分站，再由通信分站远传给监控计算机。M-BUS总线是一种用于远程仪表读取数据的欧洲标准，它有如下特点：①两线制总线，不分正负极性，施工简单；②采用独特的电平特征传输数字信号，抗干扰能力强；③总线可以为每一通信节点提供3.3V/3mA的稳压电源，为仪表提供两种供电方式；④可采用任意总线拓扑结构，系统组网成本低、扩展灵活；⑤总线采用12～42V电源供电，具有本质安全的防爆特性；⑥专门设计的报文格式，满足能耗计量仪表联网和远程读数需要；⑦通信过程完全由主机控制，任一通信节点故障不影响整个总线。M-BUS总线的上述特点很好地满足了本系统测点分散、智能传感器分布范围较广、工作环境恶劣以及井下设备防爆等要求。进一步，信号经过ARM处理器转换存储以后，当上位机发出寻求数据指令以后，数据经过M-BUS总线形式传输到相应的信号电路中。这样，传感器数据就能及时的发送到监测上位机中，为用户调取传感器数据和对井下监测信息的实时监控带来极大的方便。

应当注意的是，上述针对基于M-BUS总线的矿用应变传感器实施实例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本实用新型专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，这些均落入本实用新型的保护范围之内，本实用新型的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于M-BUS总线的矿用应变传感器，其特征是：包括转换器主板，

和依次相连的上基座、应变器、下基座；

其中，所述转换器主板内设置M-BUS总线模块和ARM处理器；

当所述矿用应变传感器进行测试时，被测元件连接至所述上基座和所述下基座，经过所述应变器输出频率信号，然后该信号通过所述M-BUS总线模块传输至所述ARM处理器进行处理转化。

2.如权利要求1所述的矿用应变传感器，其特征是：所述应变器为振弦式应变器，该振弦式应变器至少包括一根可以产生共振的钢弦，所述钢弦处设有激发与接收线圈。

3.如权利要求2所述的矿用应变传感器，其特征是：所述振弦式应变器还包括内部设有所述激发与接收线圈的保护罩。

4.如权利要求3所述的矿用应变传感器，其特征是：所述保护罩内还设有热敏电阻。

5.如权利要求2所述的矿用应变传感器，其特征是：所述振弦式应变器还包括内部设有所述的钢弦的保护管，所述保护管的两端连接所述上基座和下基座。

6.如权利要求1所述的矿用应变传感器，其特征是：所述M-BUS总线模块通过M-BUS传输线与所述应变器相连，所述M-BUS传输线为通信电缆。

7.如权利要求1所述的矿用应变传感器，其特征是：所述转换器主板上还设有应变器接口，所述M-BUS传输线通过所述应变器接口与所述M-BUS总线模块相连。

8.如权利要求1所述的矿用应变传感器，其特征是：所述转换器主板上还设有键盘器。

9.如权利要求1所述的矿用应变传感器，其特征是：所述转换器主板内还设置显示屏，所述显示屏为LCD液晶显示屏。

10.如权利要求1所述的矿用应变传感器，其特征是：所述转换器主板内还设置电源。