矿用风速传感器

毕业设计（论文）

（说明书）

题目：矿用风速传感器电路设计

姓名：李雪

学号： 20092004299

平顶山工业职业技术学院

2011 年 12 月 9 日

平顶山工业职业技术学院

毕业设计（论文）任务书姓名李雪

专业应用电子线路（设计与应用方向）

任务下达日期 2011 年 9 月 19 日

设计（论文）开始日期 2011 年 9 月 26 日

设计（论文）完成日期 2011 年 12 月 9 日

设计（论文）题目：矿用风速传感器电路设计

A·编制设计

B·设计专题（毕业论文）

指导教师张宏

系（部）主任郭宗跃

2011年 12 月 9日

平顶山工业职业技术学院

毕业设计（论文）答辩委员会记录

自动化与信息工程系应用电子线路（设计与应用方向）专业，学生李雪于 2011 年 12 月日进行了毕业设计（论文）答辩。

设计题目：矿用风速传感器电路设计

专题（论文）题目：矿用风速传感器电路设计

指导老师：张宏

答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生李雪毕业设计（论文）成绩为。

答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）：

答辩委员会副主任（签字）：

答辩委员会委员：，，，

，，，

平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语

第页

毕业设计（论文）及答辩评语：

目录

摘要 (1)

第1章矿用风速传感器概述 (2)

1.1矿用风速传感器的作用 (2)

1.2矿用风速传感器的安装位置 (2)

1.3矿用风速传感器的技术指标 (2)

1.4矿用风速传感器的分类 (2)

1.5测风方法 (3)

1.6测风注意事项 (4)

1.7 各类传感器性能比较 (5)

1.8超声波风速传感器的主要特点 (6)

第2章工作原理及设计方案 (8)

2.1工作原理 (8)

2.1.1卡曼涡街原理 (8)

2.1.2超声波旋涡式风速传感器工作原理 (9)

2.2设计方案 (10)

第3章各部分电路设计 (12)

3.1电源电路的设计 (12)

3.2发射电路设计 (13)

3.2.1电感三点式振荡器 (13)

3.2.2乙类推挽功率放大电路 (15)

3.2.3 相关的计算 (16)

3.3超声波发射/接收电路 (17)

3.4接收电路的设计 (19)

3.4.1中频放大电路 (19)

3.4.2 检波电路 (19)

3.4.3低频放大电路 (21)

3.5整形电路的设计 (22)

3.6频率-电流装换电路的设计 (23)

3.7显示电路的设计 (24)

第4章风速传感器的使用 (30)

4.1使用前的准备 (30)

4.2 传感器接线 (30)

4.3 风速传感器使用注意事项 (31)

4.4维护与保养 (31)

结束语 (33)

致谢 (34)

参考文献 (1)

附录 (2)

摘要

矿用传感器是煤矿监控系统的“耳目”，它用于监测煤矿环境参数与生产过程参数，将各种物理量转换为电信号。

煤矿安全监测系统是煤炭高产、高效、安全生产的重要保证。世界各主要产煤国对此都十分重视，研制、生产和推广使用了环境安全、轨道运输、胶带运输、提升运输、供电、排水、矿山压力、火灾、水灾、煤与瓦斯突出、大型机电设备健康状况等监控系统，提高了生产率和设备利用率，增强了矿山安全。

随着传感器技术、电子技术、计算机技术和信息传输技术的发展和在煤矿的应用，为适应机械化采煤的需要，矿井监控系统由早期的单一参数的监测系统，发展为多参数单方面监控系统。这些系统均针对某一方面的多参数监控，这包括环境安全监控系统、轨道运输监控系统，胶带运输监控系统、提升运输监控系统、供电监控系统、排水监控系统、矿山压力监控系统、火灾监控系统、水灾监控系统、煤与瓦斯突出监控系统、大型机电设备健康状况监控系统等。

环境安全监控系统主要用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、风速、负压、湿度、温度、风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停、工作电压、工作电流等，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。

环境参数传感器包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、温度、湿度、风速、绝对压力、相对压力(负压)、粉尘、烟雾等传感器。生产参数传感器包括机电设备开／停、料位、皮带秤重、机组位置、皮带打滑、电压、电流、功率等传感器。

矿用风速传感器在煤矿开采业中的作用，不可小觑。在煤矿开采时风速的大小直接影响矿工的生命安全，风速太小，有害气体得不到及时的稀释，可能导致爆炸；如瓦斯爆炸。当风速太大时，可能导致粉尘爆炸。因此风速传感器在煤矿开采中至关重要。

主要是将信号转换为超声波，利用接收换能器接收经过风速调制的信号。然后经过中频放大、检波、低频放大、整形后得到方波，然后分两路，一路送给就地显示，一路进行F/I转换。

第1章矿用风速传感器概述

1.1矿用风速传感器的作用

矿用风速传感器用于检测煤矿井下各坑道、风口、主风扇等处的风速。在煤炭开采的过程中，总有瓦斯涌出。为稀释矿井空气中的瓦斯，需不断地向井下输送新鲜空气。风量是通风系统的重要参数之一。因此，对矿井风速的监测是矿井监控的主要内容之一。

1.2矿用风速传感器的安装位置

安装：风速传感器可安装在主要测风站和进回风巷等地。安装地应在距顶板较好无明显淋水，不妨碍运输和行人安全的地方，传感头指向应与风流方向一致。安装前应首先测量通道平均风速，任选一点安装，遥控器对准传感器按动上、下键，使就地显示为平均风速即可。注意：传感器安装一定要牢固，不得摆动，传感器测风面一定要垂直风流方向。

1.3矿用风速传感器的技术指标

测量范围：0.4 ～15m/s

测量误差：≤±0.3m/s

输出信号：频率型200Hz~1000Hz或电流型1mA~5mA

工作电压：12V～21V(DC)

工作电流：≤90 mA

传输距离：≤2Km

1.4矿用风速传感器的分类

（1）按传感器用途可分为环境参数传感器与生产参数传感器。

（2）按供电方式可分为自带电源式传感器与外接电源式传感器两种。

（3）按其输出信号形式可分为模拟量、开关量、累计脉冲量等。模拟信号应符合

下列信号制式：电流模拟信号为1～5mA或4～20mA，频率模拟信号为200～1000Hz

或5～15Hz。

（4）按作用原理不同可分为：机械翼式风速传感器、电子翼式风速传感器、热效应式风速传感器超声波风速传感器。

（5）按风速的测量范围可分为高速风速传感器（V>10m/s）、中速风速传感器（V=0.5m/s～10m/s）、低速风速传感器(V =0.3m/s～0.5m/s)