一種基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器，包括金屬支架、金屬屏蔽罩、絕緣管、左右密封環(huán)、金屬電極、風機外罩、風機和電路盒。金屬屏蔽罩和絕緣管通過左右密封環(huán)扣合，絕緣管與金屬屏蔽罩間形成密閉的屏蔽空間。絕緣管構成直通式風道，風機外罩固定連接在金屬屏蔽罩右端，風機安裝在風機外罩內。3個金屬電極經(jīng)金屬連接板相互連接，位于絕緣管內壁的凹槽中。金屬支架屏蔽接地，金屬屏蔽罩上方的電路盒安裝有控制電路模塊，金屬電極的感應信號經(jīng)控制電路模塊輸出粉塵濃度的監(jiān)測信號。本發(fā)明有效地解決了探頭表面因粉塵粘附、堆積、分布變化等造成傳感器靈敏度降低的問題，能夠很好地克服光學傳感器的缺點，抗干擾能力強，靈敏度高，結構簡單。
【專利說明】—種基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及檢測技術，特別涉及一種基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器。
【背景技術】
[0002]粉塵是煤礦主要災害之一，長期吸入，可引起塵肺病，而且粉塵具有爆炸性，給煤礦生產(chǎn)造成安全隱患。因此，必須對煤礦井下粉塵進行準確、實時檢測，掌握井下粉塵濃度變化情況。目前普遍采用的粉塵傳感器是激光散射傳感器，其操作簡單，測量速度快。但是這類傳感器采用的是光學原理，粉塵容易堆積在光學鏡頭上，需要定期清理鏡頭，不然就會導致傳感器的靈敏度降低，而且光散射傳感器內部的風道過于復雜，容易沉積粉塵從而堵塞風道，影響傳感器壽命。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的技術缺陷，提供一種可以有效解決表面因粉塵粘附、堆積、分布變化等造成傳感器靈敏度降低的問題，并能夠很好地克服光學傳感器的缺點，抗干擾能力強，靈敏度高的結構簡單的基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器。
[0004]為達到上述目的，本發(fā)明提供的基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器，包括金屬支架，還包括金屬屏蔽罩、絕緣管、左密封環(huán)、右密封環(huán)、金屬電極、風機外罩、風機和電路盒，其中:金屬屏蔽罩和絕緣管均呈圓筒形，金屬屏蔽罩的左端和絕緣管的左端通過左密封環(huán)扣合相連接，金屬屏蔽罩的右端和絕緣管的右端通過右密封環(huán)扣合相連接，絕緣管外壁與金屬屏蔽罩內壁之間形成一個密閉的屏蔽空間，絕緣管的內壁構成直通式風道，風機外罩呈喇機形，固定連接在金屬屏蔽罩的右端，風機安裝在風機外罩內；金屬電極為3個,均呈圓環(huán)形，3個金屬電極通過金屬連接板相互連接，絕緣管的內壁中部設有等間距的電極凹槽，電極凹槽通過水平的連接凹槽相互連接在一起，3個金屬電極分別位于電極凹槽中，金屬連接板位于連接凹槽中；金屬支架設有屏蔽接地，金屬屏蔽罩安裝在金屬支架上，電路盒安裝在金屬屏蔽罩上方，電路盒內腔`中安裝有控制電路模塊，電路盒的前方設有窗口，窗口處安裝有數(shù)碼管顯示模塊，金屬屏蔽罩的上壁和電路盒的下壁分別設有通孔，金屬電極的連接導線穿過兩通孔與控制電路模塊電相連；金屬電極的感應信號接至控制電路模塊，控制電路模塊輸出粉塵濃度的監(jiān)測信號。
[0005]本發(fā)明基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器，其中所述控制電路模塊包括信號放大電路、模數(shù)轉換電路、DSP處理器、報警電路和信號輸出電路，所述信號放大電路、模數(shù)轉換電路、DSP處理器與數(shù)碼管顯示模塊依次相連，所述報警電路和信號輸出電路分別與DSP處理器相連，金屬電極的感應信號經(jīng)信號放大電路、模數(shù)轉換電路送到DSP處理器，DSP處理器的輸出接至數(shù)碼管顯示模塊，并由報警電路和信號輸出電路輸出粉塵濃度的監(jiān)測信號。
[0006]本發(fā)明基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器，其中所述信號輸出電路的輸出信號為標準信號輸出，包括4-20mA電流信號輸出、RS232/RS485信號輸出和CAN總線輸出。[0007]本發(fā)明基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器，其中所述金屬電極采用紫銅片制成，金屬屏蔽罩和金屬支架使用鋁材料制成，絕緣管和風機外罩采用聚四氟乙烯制成。
[0008]本發(fā)明基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器，其中所述電路盒設有盒蓋，盒蓋四周安裝有橡膠墊，電路盒的窗口前方設有透明有機玻璃封堵。
[0009]本發(fā)明基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器，其中所述風機選用直流電機，風機與電路盒電相連，由控制電路模塊供電。
[0010]本發(fā)明基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器的優(yōu)點和積極效果在于:由于采用了基于靜電感應法的非接觸式金屬電極，感應式金屬電極只對運動的顆粒產(chǎn)生反應，靜態(tài)的顆粒或者堆積的顆粒對于電極沒有影響，因而有效地解決了探頭表面因粉塵粘附、堆積、分布變化等造成傳感器靈敏度降低的問題。采用直通式大口徑風道不會堵塞，能夠很好地克服光學傳感器的缺點。電極與控制電路都用金屬罩密封，抗干擾能力強，其結構簡單、免維護、靈敏度高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步說明。
[0012]圖1為本發(fā)明基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器的結構爆炸圖；
[0013]圖2為本發(fā)明基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器的結構剖視示意圖；
[0014]圖3為金屬電極和絕緣管的結構示意圖；
[0015]圖4為控制電路模塊的原理框圖。
【具體實施方式】
[0016]參看圖1和圖2，本發(fā)明基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器，包括金屬支架9、金屬屏蔽罩4、絕緣管2、左密封環(huán)12、右密封環(huán)13、金屬電極1、風機外罩8、風機7和電路盒
5。其中:金屬電極I采用紫銅片制成，金屬屏蔽罩4和金屬支架9使用鋁材料制成。絕緣管和風機外罩采用聚四氟乙烯制成，風機選用直流電機。
[0017]金屬屏蔽罩4和絕緣管2均呈圓筒形，金屬屏蔽罩4的左端和絕緣管2的左端通過左密封環(huán)12扣合相連接，金屬屏蔽罩4的右端和絕緣管2的右端通過右密封環(huán)13扣合相連接，絕緣管2外壁與金屬屏蔽罩4內壁之間形成一個密閉的屏蔽空間10，絕緣管2的內壁構成直通式風道3,風機外罩8呈喇ΠΛ形，固定連接在金屬屏蔽罩4的右端。風機7安裝在風機外罩8內。風機7與電路盒5電相連，由控制電路模塊6供電進行工作。
[0018]結合參看圖3，金屬電極I為3個，均呈圓環(huán)形，3個金屬電極I通過金屬連接板14相互連接，絕緣管2的內壁中部設有等間距的電極凹槽，電極凹槽通過水平的連接凹槽相互連接在一起，3個金屬電極I分別位于電極凹槽中，金屬連接板14位于連接凹槽中。
[0019]金屬支架9設有屏蔽接地，金屬屏蔽罩4安裝在前后兩個金屬支架9上，電路盒5安裝在金屬屏蔽罩4上方。電路盒5和金屬屏蔽罩4通過金屬支架9進行連接固定，形成一個共地的屏蔽整體，既能防止外界噪聲對信號的干擾，又能防止電路板因受潮或進塵造成的故障。金屬支架9上還留有四個螺孔，便于傳感器現(xiàn)場的安裝于固定。
[0020]電路盒5設有盒蓋，盒蓋四周安裝有橡膠墊。電路盒5的窗口前方設有透明有機玻璃封堵。電路盒5內腔中安裝有控制電路模塊6，電路盒5的前方設有窗口，窗口處安裝有數(shù)碼管顯示模塊，金屬屏蔽罩4的上壁和電路盒5的下壁分別設有通孔，金屬電極I的連接導線11穿過兩通孔與控制電路模塊電相連。
[0021]參看圖4，控制電路模塊6包括信號放大電路、模數(shù)轉換電路、DSP處理器、報警電路、數(shù)模轉換電路和信號輸出電路，信號放大電路、模數(shù)轉換電路、DSP處理器與數(shù)碼管顯示模塊依次相連，報警電路和信號輸出電路分別與DSP處理器相連。
[0022]金屬電極I的感應信號經(jīng)信號放大電路、模數(shù)轉換電路將模擬信號轉換為數(shù)字信號，送入DSP處理器進行信號的處理，處理完的信號送到數(shù)碼管顯示模塊，并由報警電路和信號輸出電路輸出粉塵濃度的監(jiān)測信號。信號輸出電路的輸出信號為標準信號輸出，包括4-20mA電流信號輸出、RS232/RS485信號輸出和CAN總線輸出。
[0023]具體電路構成是:信號放大電路選用芯片LMC6001構成，芯片LMC6001是超低輸入電流放大器，輸入電流可達PA級，而且芯片LMC6001有較高的信噪比，所以芯片LMC6001很適合應用在靜電場合。模數(shù)轉換電路采用高精度的Σ-Λ型轉換器ADS1212，它具有分辨率高、線性度好、抗干擾能力強的特點，芯片ADS1212具有SPI接口，能夠很好的與DSP處理器進行通信。DSP處理器選用芯片TMS320F2812，其采用哈佛總線結構，CPU最高頻率可達150MHz,指令周期為6.67ns。一個周期內能夠完成32位X 32位的乘法累加運算，片內含有128KX16位的FLASH和18KX 16位的SRAM，具有豐富的SC1、SP1、CAN等通信接口。數(shù)碼管顯示模塊采用LED數(shù)碼管，數(shù)碼管通過鎖存器與DSP的I/O 口相連，最高顯示四位濃度值。報警電路采用的是光電開光控制的蜂鳴器。信號輸出電路設有4-20mA電流輸出，DSP處理器輸出的信號經(jīng)過由芯片AD694構成的數(shù)模轉換電路后，實現(xiàn)電流輸出；RS232/RS485信號輸出通過MAX232/MAX485芯片與DSP處理器的串行通信接口 SCI連接，完成電平轉換，實現(xiàn)232/485標準信號輸出；CAN總線輸出通過CAN總線收發(fā)器82C250與DSP處理器的CAN通信接口連接，實現(xiàn)CAN通信。
[0024]下面說明本發(fā)明基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器的工作過程。
[0025]傳感器上電，在風機7的作用下，粉塵會被從風機外罩8 一端吸入風道3中，均勻后從另一端排出。由于粉塵摩擦、碰撞后自身會帶電，因此粉塵流通過風道3時就會在金屬電極I上產(chǎn)生相對等的微弱感應電荷，電荷在金屬電極I上移動形成電流信號，電流信號由信號線11傳輸?shù)娇刂齐娐纺K6，控制電路模塊6對信號進行放大，DSP處理器進行信號的處理后通過數(shù)碼管進行濃度顯示。在濃度過高時會觸發(fā)報警電路進行報警。信號也可以通過各種信號輸出電路與上位機進行通信，從而實現(xiàn)對粉塵濃度的實時監(jiān)測。
[0026]上面所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的構思和范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設計方案前提下，本領域中普通工程技術人員對本發(fā)明的技術方案做出的各種變型和改進，均應落入本發(fā)明的保護范圍，本發(fā)明請求保護的技術內容，已經(jīng)全部記載在權利要求書中。
【權利要求】
1.一種基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器，包括金屬支架(9)，其特征在于:還包括金屬屏蔽罩(4)、絕緣管(2)、左密封環(huán)(12)、右密封環(huán)(13)、金屬電極(I)、風機外罩(8)、風機(7)和電路盒(5)，其中: 所述金屬屏蔽罩(4)和絕緣管(2)均呈圓筒形，所述金屬屏蔽罩(4)的左端和絕緣管(2)的左端通過所述左密封環(huán)(12)扣合相連接，所述金屬屏蔽罩(4)的右端和絕緣管(2)的右端通過所述右密封環(huán)(13)扣合相連接，所述絕緣管(2)外壁與所述金屬屏蔽罩(4)內壁之間形成一個密閉的屏蔽空間(10)，所述絕緣管(2)的內壁構成直通式風道(3)，所述風機外罩(8)呈喇叭形，固定連接在所述金屬屏蔽罩(4)的右端，所述風機(7)安裝在所述風機外罩(8)內； 所述金屬電極(I)為3個，均呈圓環(huán)形，3個所述金屬電極(I)通過金屬連接板(14)相互連接，所述絕緣管(2)的內壁中部設有等間距的電極凹槽，所述電極凹槽通過水平的連接凹槽相互連接在一起，3個所述金屬電極(I)分別位于所述電極凹槽中，所述金屬連接板(14)位于所述連接凹槽中； 所述金屬支架(9)設有屏蔽接地，所述金屬屏蔽罩(4)安裝在所述金屬支架(9)上，所述電路盒(5 )安裝在所述金屬屏蔽罩(4 )上方，所述電路盒(5 )內腔中安裝有控制電路模塊(6)，所述電路盒(5)的前方設有窗口，所述窗口處安裝有數(shù)碼管顯示模塊，所述金屬屏蔽罩(4)的上壁和電路盒(5)的下壁分別設有通孔，所述金屬電極(I)的連接導線穿過兩通孔與所述控制電路模塊(6)電相連； 所述金屬電極(I)的感應信號接至所述控制電路模塊(6 )，所述控制電路模塊(6 )輸出粉塵濃度的監(jiān)測信號。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器，其特征在于:所述控制電路模塊(6)包括信號放大電路、模數(shù)轉換電路、DSP處理器、報警電路和信號輸出電路，所述信號放大電路、模數(shù)轉換電路、DSP處理器與所述數(shù)碼管顯示模塊依次相連，所述報警電路和信號輸出電路分別與所述DSP處理器相連，所述金屬電極(I)的感應信號經(jīng)所述信號放大電路、模數(shù)轉換電路送到所述DSP處理器，所述DSP處理器的輸出接至所述數(shù)碼管顯示模塊，并由所述報警電路和信號輸出電路輸出粉塵濃度的監(jiān)測信號。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器，其特征在于:所述信號輸出電路的輸出信號為標準信號輸出，包括4-20mA電流信號輸出、RS232/RS485信號輸出和CAN總線輸出。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的一種基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器，其特征在于:所述金屬電極(I)采用紫銅片制成，所述金屬屏蔽罩(4)和金屬支架(9)使用鋁材料制成，所述絕緣管(3 )和風機外罩(6 )采用聚四氟乙烯制成。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器，其特征在于:所述電路盒(5)設有盒蓋，所述盒蓋四周安裝有橡膠墊，所述電路盒(5)的窗口前方設有透明有機玻璃封堵。
6.根據(jù)權利要求5所述的一種基于靜電感應的礦井粉塵濃度傳感器，其特征在于:所述風機(7)選用直流電機，所述風機(7)與所述電路盒(5)電相連，所述風機(7)由所述控制電路模塊(6)供電。
【文檔編號】G01N15/06GK103454195SQ201310451896
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月27日 優(yōu)先權日:2013年9月27日
【發(fā)明者】程學珍, 曹茂永, 逄明祥, 衛(wèi)阿盈, 徐景東, 崔立文 申請人:山東科技大學