一种基于双pt的矿用风速传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于双PT的矿用风速传感器，通过利用薄膜双PT电阻作为加热元件，通以较大的电流，利用其自身的热效应，使PT膜探头达到一定的工作温度，在流体场中，铂膜的热量损失可表征空气流动速度，性能稳定、抗震性好、精度高。在双PT电阻的封装上采用了不锈钢套管，使其测量更灵敏、精度高。采用双PT电阻作为敏感元件检测和单片机处理相结合的技术，提高传感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。整个探测器总体设计方案都依照优化设计的原则，尽量减少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。
【专利说明】一种基于双PT的矿用风速传感器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种传感器装置，特别涉及一种基于双PT的矿用风速传感器。
【背景技术】
[0002]风速传感器用于数字化矿井下各个巷道或工作面，对矿井下风速进行实时连续监测和显示，同时可以将监测风速信号通过频率和电流输出到监控分站及矿山安全监控系统，为调整井下的通风状态，保证矿井下的安全生产提供可靠依据。现有的风速传感器都是采用超声波涡街式测量，精度不高，也无法满足矿井内的恶劣条件对风速传感准确可靠且坚固耐用的要求。
实用新型内容
[0003]本实用新型所要解决的技术问题，在于提供一种具有风速数学模型自动补偿、红外遥控校准功能，输出信号为脉冲频率信号、自动校准功能、测量精度高，性能稳定的双PT的矿用风速传感器。
[0004]针对上述目的，本实用新型采用以下技术方案:一种基于双PT的矿用风速传感器，包括:外壳和双PT不锈钢套管,所述外壳为封闭的箱体,外壳上方装有悬挂装置,其下方通过螺母固定连接有不锈钢通风口，外壳内装有控制电路板主板，外壳装有报警器，并开设有显示器窗口，所述不锈钢通风口内的安装有不锈钢套管，不锈钢套管内封装有薄膜双PT电阻，外壳一侧装有电源及数据线接口 ；所述的控制电路板主板包括:电源电路、LED显示电路、前端数据采集电路、信号放大数字调零电路、数据处理器、声光报警电路、频率信号输出电路和红外遥控接收电路，电源电路分别与LED显示电路、前端数据采集电路、信号放大数字调零电路、数据处理器、声光报警电路、频率信号输出电路、红外遥控接收电路连接，数据处理器分别与前端数据采集电路、信号放大数字调零电路、LED显示电路、声光报警电路、频率信号输出电路、红外遥控接收电路连接，薄膜双PT电阻的信号输出端与前端数据采集电路输入端连接，声光报警电路输出端连接报警器输入端。
[0005]所述报警器是报警灯和/或蜂鸣器。
[0006]所述薄膜双PT电阻是通过二合一胶水或硅胶或导热硅脂固定于不锈钢套管内。
[0007]本实用新型的有益效果在于:
[0008]1.利用薄膜双PT电阻作为加热元件，通以较大的电流，利用其自身的热效应，使PT膜探头达到一定的工作温度，在流体场中，钼膜的热量损失可表征空气流动速度，性能稳定、抗震性好、精度高。
[0009]2.在双PT电阻的封装上采用了不锈钢套管，使其测量更灵敏、精度高。
[0010]3.采用双PT电阻作为敏感元件检测和单片机处理相结合的技术，提高传感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。整个探测器总体设计方案都依照优化设计的原则，尽量减少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。【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型一种基于双PT的矿用风速传感器的结构示意图。
[0012]图2是本实用新型一种基于双PT的矿用风速传感器的连接关系示意图。
[0013]图3是本实用新型中前端数据采集电路图。
[0014]图4是本实用新型中LED显示电路图。
[0015]图5是本实用新型中频率信号输出电路图。
[0016]图6是本实用新型中电源电路图。
[0017]图7是本实用新型中红外遥控接收电路图。
【具体实施方式】
[0018]以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，参见图1-图7，一种基于双PT的矿用风速传感器，包括:外壳I和双PT不锈钢套管2，所述外壳I为封闭的箱体，外壳I上方装有悬挂装置3，其下方通过螺母固定连接有不锈钢通风口 5，外壳I内装有控制电路板主板4，外壳I装有报警器7，并开设有显示器窗口 8，不锈钢通风口 5内的安装有不锈钢套管6，不锈钢套管6内封装有薄膜双PT电阻10，外壳I 一侧装有电源及数据线接口 9 ;所述的控制电路板主板4包括:电源电路202、LED显示电路205、前端数据采集电路207、信号放大数字调零电路206、数据处理器201、声光报警电路203、频率信号输出电路204和红外遥控接收电路208，电源电路202分别与LED显示电路205、前端数据采集电路207、信号放大数字调零电路206、数据处理器201、声光报警电路203、频率信号输出电路204、红外遥控接收电路208连接，数据处理器201分别与前端数据采集电路207、LED显示电路205、声光报警电路203、信号放大数字调零电路206、频率信号输出电路204、红外遥控接收电路208连接，薄膜双PT电阻10的信号输出端与前端数据采集电路207输入端连接，声光报警电路203输出端连接报警器7输入端。
[0019]所述报警器7是报警灯和/或蜂鸣器。
[0020]所述薄膜双PT电阻10是通过二合一胶水或硅胶或导热硅脂固定于不锈钢套管6内。
[0021 ] 根据电子线路制图规定，相同标号的电路之间具有连接关系。
[0022]实施例:本实用新型的一个较佳实施方式是:
[0023]一种基于双PT的矿用风速传感器，其组成包括:外壳1，双PT不锈钢套管2，外壳I为封闭的箱体，外壳I正中央顶部连接悬挂装置3，外壳I里面装有控制电路板主板4，外壳I下中面通过螺母固定连接不锈钢通风口 5，不锈钢通风口 5里面正中央处安装1.5_不锈钢套管6，不锈钢套管6中封装薄膜双PT电阻10，外壳I上中间位置开有连接报警器7、并开设有显示器窗口 8，外壳右侧中部有电源及数据线接口 9。控制电路板主板4包括电源电路202、LED显示电路205、前端数据采集电路207、数据处理器201、声光报警电路203，频率信号输出电路204，红外遥控接收电路208，电源电路202分别与LED显示电路205、前端数据采集电路207、信号放大数字调零电路206、数据处理器201、声光报警电路203、频率信号输出电路204、红外遥控接收电路208连接，薄膜双PT电阻10的信号输出端与前端数据采集电路207输入端连接，前端数据采集电路207与数据处理器201连接，LED显示电路205的数值显示信号输入端与数据处理器201的数值显示信号的输出端连接，声光报警电路203输入端与数据处理器201的信号输出端连接，频率信号输出电路204的输入端与数据处理器201的的频率信号输出端连接，红外遥控接收电路208的输入端与数据处理器201的红外遥控启动信号输出端连接，声光报警电路203输出端连接报警器7输入端。
[0024]报警器7包括报警灯和蜂鸣器，并设置在外壳I的正面，外壳I的正面开有蜂鸣器发音口，蜂鸣器设置在外壳I的内腔体中、对应蜂鸣器发音口设置，报警灯和蜂鸣器的启动信号输入端同时与声光报警电路的报警信号的输出端连接。
[0025]数据处理器201采用型号为MSP430F2452的单片机实现。
[0026]参见图3-图7，本实用新型的硬件设计原则如下:
[0027]—个单片机应用系统的硬件电路设计包含两部分内容:一是系统扩展，即单片机内部的功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路。二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如键盘、显示等设计合适的接口电路。
[0028]如图3，前端数据采集电路207:在测量控制系统中，用来放大探测器输出的微弱电压，电流或电荷信号的放大电路称为测量放大电路，对其基本要求是:输入阻抗应与探测器输出阻抗相匹配；一定的放大倍数和稳定的增益；低噪声；低的输入失调电压和输入失调电流以及低的漂移；足够的带宽和转换速率(无畸变的放大瞬态信号)；高输入共模范围(高达几百伏)和高共模抑制比；可调的闭环增益；线性好，精度高；成本低。由于薄膜双PT电阻10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 MCP6044运算放大器对信号放大，MCP6044电源电压要求低，静态功耗小，可单电源使用等，这是一款性能非常好的精密放大器，它有以下特点:轨对轨信号输出、供电电压范围
2.1V-5.5V、很低的工作电流48uA。
[0029]如图4，LED显示电路205: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。操作人员可以通过系统显示的内容，及时掌握系统的状态、获得所需要的信息。常用的显示器件有LED、LCD、CRT等。LED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位一体共阳极七段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。
[0030]如图5，频率信号输出电路204:本设计采用集电极控制电路，PWM信号输出更精准。
[0031]如图6，电源电路202:包括MC34063、J1117、TL431电源模块。
[0032]MC34063构成的的电压转换电路，MC34063是低功耗低噪音低压转换芯片，专用于直流一直流变换，最大输出电流300MA，供电电压范围6V-30V，具有芯片使能端口，无负载状态下消耗电流仅85uA，宽输出电压范围在9-24V可调。只需要简单的电阻、电容、就可以满足电路中所需要的9-24V电压要求。
[0033]J1117和TL431组成的直流稳压电路。J1117电源模块实现了从MC34063输出的电压5V变为3.3V。TL431电源模块实现了从Jl117电源模块输出的电压3.3V变为2.5V。
[0034]如图7，红外遥控接收电路208:本设计采用红外遥控调校，红外遥控作为一种无线、非接触控制技术，具有抗干扰能力强，信息传输可靠，功耗低，易操作等特点。遥控接收头通过光一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。
[0035]本实用新型的安装方法:
[0036]本实用新型的安装距地面高度应大于30cm以防水溅。其安装探头应朝下。
[0037]硬件抗干扰设计:
[0038]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。
[0039](一)、选择合适的元器件
[0040]电路器件的质量会影响到报警仪的正常工作，特别对前端敏感元件输出的较弱信号，对电路的影响更为直接；另外元器件本身的热噪声将会叠加在检测信号中，影响测量数据。
[0041]选择器件应注意以下规则:
[0042](I)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。
[0043](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。
[0044](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。
[0045](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。
[0046](二)、印刷电路板抗干扰设计:
[0047]控制电路板主板4采用印刷电路板。它是整个系统中器件、信号线、电源线的高密度集合体，印刷电路板设计得好坏，对抗干扰能力影响很大，故印刷电路板设计决不单是元器件和线路的简单布局，还必须符合抗干扰的设计原则。
[0048]( I)接地技术:
[0049]接地分为大地和工作基准地两种。大地是指电气设备的金属外壳、线路等通过接地线、接地极与地球大地相连，该方法可以保证设备和人身安全，提供静电屏蔽通路，降低电磁感应噪声。工作基准地是指电源的零电位，对这种接地要尽量减小接地回路的公共阻抗，以减小系统中干扰信号的公共阻抗耦合。制作的电路板，电源地线要尽量宽一些，控制电路板主板4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。
[0050](2)电源线布置:
[0051]布电源线时，除了要根据电流的大小，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。
[0052](3)去耦电容配置:
[0053]控制电路板主板4为印刷电路板的各个关键部位配置去耦电容为印刷电路板设计的一项常规做法。电路中尖峰电流的存在给数字系统带来不良影响，它将在电源内阻上产生压降，在公共传输导线阻抗上产生压降，使供电电压跳动，从而形成一个干扰源。因此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IOOuF的限噪声电容器一钽电容器和一个
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。[0054](4)其它方面
[0055]CMOS芯片的输入阻抗很高，易受感应，故在使用时，对其未使用端要接地或接正电源，闲置不用的门电路输入端不悬空。
【权利要求】
1.一种基于双PT的矿用风速传感器，包括:外壳和双PT不锈钢套管，所述外壳为封闭的箱体，外壳上方装有悬挂装置，其下方通过螺母固定连接有不锈钢通风口，外壳内装有控制电路板主板，外壳装有报警器，并开设有显示器窗口，其特征在于，所述不锈钢通风口内的安装有不锈钢套管，不锈钢套管内封装有薄膜双PT电阻，外壳一侧装有电源及数据线接口 ；所述的控制电路板主板包括:电源电路、LED显示电路、前端数据采集电路、信号放大数字调零电路、数据处理器、声光报警电路、频率信号输出电路和红外遥控接收电路，电源电路分别与LED显示电路、前端数据采集电路、信号放大数字调零电路、数据处理器、声光报警电路、频率信号输出电路、红外遥控接收电路连接，数据处理器分别与前端数据采集电路、信号放大数字调零电路、LED显示电路、报警器、频率信号输出电路、红外遥控接收电路连接，薄膜双PT电阻的信号输出端与前端数据采集电路输入端连接，声光报警电路连接报m ο
2.根据权利要求1所述的基于双PT的矿用风速传感器，其特征在于，所述报警器是报警灯和/或蜂鸣器。
3.根据权利要求1所述的基于双PT的矿用风速传感器，其特征在于，所述薄膜双PT电阻是通过二合一胶水或硅胶或导热硅脂固定于不锈钢套管内。
【文档编号】G01P5/12GK203465286SQ201320597136
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】刘新华, 周力, 吕洪涛, 张敬博, 郭林根 申请人:江西省安创科技有限公司