CN218974391U - 一种矿用超声波风速传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种矿用超声波风速传感器，包括：超声波换能器、驱动电路、时间测量模块、微处理器最小系统、LoRa无线收发模块；所述超声波换能器通过所述驱动电路与所述微处理器最小系统连接；所述时间测量模块分别与所述微处理器最小系统、所述驱动电路连接，所述微处理器最小系统分别与所述LoRa无线收发模块、所述驱动电路连接。本实用新型提供的传感器，可任意角度安装，避免了传统风速传感器由于安装角度带来的误差，提高了风速测量精度，同时使用两路时间测量模块降低了传感器响应时间。
Description
技术领域
本实用涉及风速测量技术领域，具体涉及一种矿用超声波风速传感器。
背景技术
风速传感器是煤矿井下测量风速风向的重要仪器，准确测量风速关乎矿井通风系统的稳定性、合理性和经济性。利用超声波测风速有涡街法和时差法2种技术途径，涡街法使用1对超声波换能器进行风速测量，时差法有使用一对超声波换能器也有使用两对超声波换能器。
现有技术中，矿用风速传感器大多只能测量一维风速，基于超声波涡街法的风速传感器对风流稳定性及安装精度要求高，且存在不能准确测量低风速，不能满足矿井最低允许风速0.15m/s的测量要求。
发明内容
本实用新型提供一种矿用超声波风速传感器，以至少解决相关技术中对传感器安装精度要求高级不能准确测量低风速的技术问题。
本实用新型第一方面实施例提出一种矿用超声波风速传感器，包括：超声波换能器、驱动电路、时间测量模块、微处理器最小系统、LoRa无线收发模块；
所述超声波换能器通过所述驱动电路与所述微处理器最小系统连接；
所述时间测量模块分别与所述微处理器最小系统、所述驱动电路连接，所述时间测量模块，用于测量超声波渡越时间，并将所述超声波渡越时间发送到所述微处理器最小系统，所述微处理器最小系统，用于计算风速数据；
所述微处理器最小系统分别与所述LoRa无线收发模块、所述驱动电路连接，所述LoRa无线收发模块，用于输出微处理器最小系统计算的风速数据；
其中，所述超声波换能器有两组，且一组有两个超声波换能器；
所述时间测量模块的个数与超声波换能器的组数相同。
优选的，所述传感器还包括：遥控模块；
所述遥控模块与所述微处理器最小系统连接，所述遥控模块用于向所述微处理器最小系统发送控制指令。
进一步的，所述传感器还包括：显示模块；
所述显示模块与所述微处理器最小系统连接，所述显示模块用于显示风速数据和矿用超声波风速传感器的地址。
进一步的，所述传感器还包括：电源模块；
所述电源模块分别与所述超声波换能器、所述驱动电路、所述时间测量模块、所述微处理器最小系统、所述LoRa无线收发模块、所述遥控模块及所述显示模块连接，所述电源模块，用于供电。
优选的，所述驱动电路包括：换能器选择电路、超声波驱动电路、放大及滤波电路；
所述换能器选择电路分别与所述微处理器最小系统、所述超声波驱动电路连接；
所述超声波驱动电路与所述超声波换能器连接；
所述放大及滤波电路分别与所述超声波换能器、所述时间测量模块连接。
优选的，所述两组超声波换能器二维正交分布。
本实用新型的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：
本实用新型提供的一种矿用超声波风速传感器，包括：超声波换能器、驱动电路、时间测量模块、微处理器最小系统、LoRa无线收发模块；所述超声波换能器通过所述驱动电路与所述微处理器最小系统连接；所述时间测量模块分别与所述微处理器最小系统、所述驱动电路连接，所述时间测量模块，用于测量超声波渡越时间，并将所述超声波渡越时间发送到所述微处理器最小系统，所述微处理器最小系统，用于计算风速数据；所述微处理器最小系统分别与所述LoRa无线收发模块、所述驱动电路连接，所述LoRa无线收发模块，用于输出微处理器最小系统计算的风速数据。本实用新型提供的传感器，可任意角度安装，避免了传统风速传感器由于安装角度带来的误差，提高了风速测量精度，同时使用两路时间测量模块降低了传感器响应时间。
本实用新型附加的方面以及优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型上述的和/或附加的方面以及优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本实用新型一个实施例提供的一种矿用超声波风速传感器的框图；
图2是根据本实用新型一个实施例提供的一种矿用超声波风速传感器的详细示意图；
图3是根据本实用新型一个实施例提供的超声波换能器分布示意图；
附图标记：
超声波换能器1、驱动电路2、时间测量模块3、微处理器最小系统4、LoRa无线收发模块5、遥控模块6、显示模块7、电源模块8、换能器选择电路2-1、超声波驱动电路2-2、放大及滤波电路2-3。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
本实用新型提出的一种矿用超声波风速传感器，包括：超声波换能器、驱动电路、时间测量模块、微处理器最小系统、LoRa无线收发模块；所述超声波换能器通过所述驱动电路与所述微处理器最小系统连接；所述时间测量模块分别与所述微处理器最小系统、所述驱动电路连接，所述时间测量模块，用于测量超声波渡越时间，并将所述超声波渡越时间发送到所述微处理器最小系统，所述微处理器最小系统，用于计算风速数据；所述微处理器最小系统分别与所述LoRa无线收发模块、所述驱动电路连接，所述LoRa无线收发模块，用于输出微处理器最小系统计算的风速数据。本实用新型提供的传感器，可任意角度安装，避免了传统风速传感器由于安装角度带来的误差，提高了风速测量精度，同时使用两路时间测量模块降低了传感器响应时间。
下面参考附图描述本实用新型实施例的一种矿用超声波风速传感器。
实施例1
图1为本公开实施例提供的一种矿用超声波风速传感器的结构图，如图1所示，所述传感器包括：超声波换能器1、驱动电路2、时间测量模块3、微处理器最小系统4、LoRa无线收发模块5；
所述超声波换能器1通过所述驱动电路2与所述微处理器最小系统4连接；
所述时间测量模块3分别与所述微处理器最小系统4、所述驱动电路2连接，所述时间测量模块3，用于测量超声波渡越时间，并将所述超声波渡越时间发送到所述微处理器最小系统4，所述微处理器最小系统4，用于计算风速数据；
所述微处理器最小系统4分别与所述LoRa无线收发模块5、所述驱动电路2连接，所述LoRa无线收发模块5，用于输出微处理器最小系统4计算的风速数据；
其中，所述超声波换能器1有两组，且一组有两个超声波换能器1；
所述时间测量模块3的个数与超声波换能器1的组数相同即有两个时间测量模块3。
需要说明的是，所述微处理器最小系统4向所述驱动电路2发动控制信号，所述驱动电路2基于所述控制信号，驱动所述超声波换能器1发出超声波及接收超声波，并对接收的超声波信号进行调理，同时微处理器最小系统4向时间测量模块3发送测量渡越时间的指令，所述时间测量模块3测量超声波的渡越时间，并将测量的渡越时间发送到微处理器最小系统4，所述微处理器最小系统4基于所述渡越时间计算当前矿井位置的风速及风向，并将通过所述LoRa无线收发模块5输出。
在本公开实施例中，如图2所示，所述传感器还包括：遥控模块6即图中的遥控电路；
所述遥控模块6与所述微处理器最小系统4连接，所述遥控模块6用于向所述微处理器最小系统4发送控制指令。
需要说明的是，如图2所示，所述传感器还包括：显示模块7即图2中的显示电路；
所述显示模块7与所述微处理器最小系统4连接，所述显示模块7用于显示风速数据和矿用超声波风速传感器的地址。
进一步的，如图2所示，所述传感器还包括：电源模块8；
所述电源模块8分别与所述超声波换能器1、所述驱动电路2、所述时间测量模块3、所述微处理器最小系统4、所述LoRa无线收发模块5、所述遥控模块6及所述显示模块7连接，所述电源模块8，用于供电。
在本公开实施例中，如图2所示，所述驱动电路2包括：换能器选择电路2-1、超声波驱动电路2-2、放大及滤波电路2-3；
所述换能器选择电路2-1分别与所述微处理器最小系统4、所述超声波驱动电路2-2连接；
所述超声波驱动电路2-2与所述超声波换能器1连接；
所述放大及滤波电路2-3分别与所述超声波换能器1、所述时间测量模块3连接。
其中，所述换能器选择电路2-1，用于择需要发出超声波的超声波换能器1及需要接收超声波的超声波换能器1；
所述超声波驱动电路2-2，用于升高电压驱动生成超声波；
所述放大及滤波电路2-3，用于对超声波换能器1收回的超声波进行滤波、放大等信号调理。
需要说明的是，图2中，时间测量模块3即图2中的MS1022时间测量电路1、MS1022时间测量电路2，MS1022时间测量电路1控制超声波换能器A、B，MS1022时间测量电路2控制超声波换能器C、D，微处理器最小系统4同时控制MS1022时间测量电路实现超声波顺向传播的时间tAB、tCD与超声波逆向传播的时间tBA、tDC的测量。
其中，所述两组超声波换能器二维正交分布，如图3所示。
示例的，首先遥控模块6向所述微处理器最小系统4发送控制指令，其次微处理器最小系统4向所述驱动电路2中的换能器选择电路2-1发动控制信号，所述换能器选择电路2-1基于所述控制信号，选择需要发出超声波及接收超声波的超声波换能器1，选择完成之后利用超声波驱动电路2-2升高电压驱动超声波换能器1中的超声波换能器A发出超声波，超声波换能器B接收超声波，超声波换能器C发出超声波，超声波换能器D接收超声波,或驱动超声波换能器1中的超声波换能器B发出超声波，超声波换能器A接收超声波，超声波换能器D发出超声波，超声波换能器C接收超声波,然后利用放大及滤波电路2-3对收回的超声波进行滤波、放大等信号调理，同时微处理器最小系统4向时间测量模块3发送测量渡越时间的指令，所述时间测量模块3测量超声波由超声波换能器A发出超声波到超声波换能器B接收超声波所用的渡越时间tAB，由超声波换能器B发出超声波到超声波换能器A接收超声波所用的渡越时间tBA，由超声波换能器C发出超声波到超声波换能器D接收超声波所用的渡越时间tCD，由超声波换能器D发出超声波到超声波换能器C接收超声波所用的渡越时间tDC，并将各渡越时间发送到微处理器最小系统4，所述微处理器最小系统4基于所述渡越时间计算风速及风向，最后利用LoRa无线收发模块5输出所述风速及风向，利用显示模块7显示所述风速及风向及传感器的地址信息。
其中，所述微处理器最小系统4利用公式
计算风速，得到风速之后再利用公式
计算风向，式中，Vx--风速东西方向分量；Vy--风速南北方向分量；L--超声波传播的距离；tAB为超声波换能器A发出超声波到超声波换能器B接收超声波所用的渡越时间，tBA为由超声波换能器B发出超声波到超声波换能器A接收超声波所用的渡越时间，tCD为由超声波换能器C发出超声波到超声波换能器D接收超声波所用的渡越时间，tDC为由超声波换能器D发出超声波到超声波换能器C接收超声波所用的渡越时间，θ为风向角度。
综上，本实施例提出的一种矿用超声波风速传感器，可任意角度安装，避免了传统风速传感器由于安装角度带来的误差，提高了风速测量精度，同时使用两路MS1022时间测量电路降低了传感器响应时间。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种矿用超声波风速传感器，其特征在于，所述传感器包括：超声波换能器、驱动电路、时间测量模块、微处理器最小系统、LoRa无线收发模块；
所述超声波换能器通过所述驱动电路与所述微处理器最小系统连接；
所述时间测量模块分别与所述微处理器最小系统、所述驱动电路连接，所述时间测量模块，用于测量超声波渡越时间，并将所述超声波渡越时间发送到所述微处理器最小系统，所述微处理器最小系统，用于计算风速数据；
所述微处理器最小系统分别与所述LoRa无线收发模块、所述驱动电路连接，所述LoRa无线收发模块，用于输出微处理器最小系统计算的风速数据；
其中，所述超声波换能器有两组，且一组有两个超声波换能器；
所述时间测量模块的个数与超声波换能器的组数相同。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括：遥控模块；
所述遥控模块与所述微处理器最小系统连接，所述遥控模块用于向所述微处理器最小系统发送控制指令。
3.如权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括：显示模块；
所述显示模块与所述微处理器最小系统连接，所述显示模块用于显示风速数据和矿用超声波风速传感器的地址。
4.如权利要求3所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括：电源模块；
所述电源模块分别与所述超声波换能器、所述驱动电路、所述时间测量模块、所述微处理器最小系统、所述LoRa无线收发模块、所述遥控模块及所述显示模块连接，所述电源模块，用于供电。
5.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述驱动电路包括：换能器选择电路、超声波驱动电路、放大及滤波电路；
所述换能器选择电路分别与所述微处理器最小系统、所述超声波驱动电路连接；
所述超声波驱动电路与所述超声波换能器连接；
所述放大及滤波电路分别与所述超声波换能器、所述时间测量模块连接。
6.如权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述两组超声波换能器二维正交分布。
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