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礦用振動(dòng)加速度傳感器信號調理裝置研制-上部

摘要:針對煤礦井下大型設備振動(dòng)信號難以采集的問(wèn)題,設計了一種礦用振動(dòng)篩加速度傳感器信號調理裝置。詳細介紹了該信號調理裝置中振動(dòng)加速度傳感器的選型設計,振動(dòng)信號調理板中的供電模塊、激勵電路、濾波電路設計及防護設計。測試結果驗證了該信號調理裝置的可靠性和實(shí)用性。

引言
針對煤礦井下環(huán)境惡劣所造成的大型設備振動(dòng)信號難以獲取、振動(dòng)監測技術(shù)無(wú)法在煤礦井下設備管理和監測中應用等問(wèn)題,研制了一種礦用振動(dòng)加速度傳感器信號調理裝置。該裝置用于實(shí)時(shí)采集和檢測井下采掘設備的振動(dòng)數據。

1 
裝置設計
礦用振動(dòng)加速度傳感器信號調理裝置的整體設
計主要包括振動(dòng)篩加速度傳感器的選型設計、振動(dòng)信
號調理板設計、防護設計。
1.1 振動(dòng)加速度傳感器的選型設計根據GB?。常福常叮?mdash;2000《爆炸性氣體環(huán)境用電氣設備 第4部分:本質(zhì)安全型“i”》中對電子元器件、電路的電壓電流、內部電容、外部電感、電氣間隙、電子電路外部防護等方面的嚴格規定,對傳感器進(jìn)行選 型 設 計[3]。 本 文 選 用HK9141型 內 置IC(Integrated?。茫椋颍悖酰椋簦螅弘娛秸駝?dòng)加速度傳感 器。該傳感器滿(mǎn)足GB?。常福常叮?mdash;2000的要求,而且設計簡(jiǎn)單。HK9141型振動(dòng)加速度傳感器由壓電加速度傳感器和IC放大電路組成,如圖1所示。IC放大電路包括一階高通濾波器(用于確定傳感器的低頻截止頻率)、零點(diǎn)調整和靈敏度調整電路。該傳感器最大特點(diǎn)是兩線(xiàn)制輸出,即信號輸出線(xiàn)與IC放大器的供電共用一條線(xiàn),信號地與電源地共用一條線(xiàn)。信號輸出線(xiàn)可用低噪聲同軸電纜,也可用普通同軸電纜。

HK9141型振動(dòng)加速度傳感器組成及其外接電路

圖1?。龋耍梗保矗毙驼駝?dòng)加速度傳感器組成及其外接電路

1.2 振動(dòng)信號調理板設計振動(dòng)信號調理板主要完成對HK9141型振動(dòng)加速度傳感器的驅動(dòng),并將其采集的信號進(jìn)行低通濾波。振動(dòng)信號調理板的設計包括供電模塊、激勵電路及濾波電路的設計。

1.2.1 供電模塊設計供電模塊由鎳氫電池組和電源保護電路2個(gè)部分組成,其 中 鎳 氫 電 池 組 的 輸 出 電 壓 為7.2 V。GB?。常福常叮?mdash;2000中 規 定:電 源 的 短 路 電 流 應 在3A以下,開(kāi)路電壓應在6V以下。因此,設計了電源保護電路,用于將供電模塊的短路電流限制在2.8A以下,開(kāi)路電壓限制在5V左右。供電模塊的保護電路如圖2所示。

礦用振動(dòng)篩供電模塊的保護電路

圖2 供電模塊的保護電路


1.2.2 激勵電路設計供電模塊的輸出電壓為5V,HK9141型振動(dòng)加速度傳感器的激勵電壓為18~30V,因此,選用5V轉24V的DC/DC芯片為振動(dòng)加速度傳感器提供激勵電壓。電壓轉換電路如圖3所示。


振動(dòng)篩電壓轉換電路

圖3 電壓轉換電路

HK9141型振動(dòng)加速度傳感器正常工作時(shí)需要2~20mA恒定電流作為激勵電流。設計的電流激勵電路如圖4所示。該電路選用輸出電壓可變的LM317芯片。LM317的輸出電壓為1.25~37V,輸出電流可超過(guò)1.5A,最小負載電流為3.5mA,具有0.1%的輸入和負載調節率,同時(shí)具有限流、熱斷開(kāi)等保護功能。CB1為去耦電容,用于消除電路中使用同一個(gè)電源而相互間產(chǎn)生的干擾和影響。

礦用振動(dòng)篩激勵電路

圖4 激勵電路

LM317有3個(gè)引腳,分別是調整端(ADJ)、輸出端(OUT)和輸入端(IN)。輸出端和調整端之間電壓差為Uref=1.25V,則LM317的輸出電流為

礦用振動(dòng)加速度傳感器信號調理裝置研制-上部

將R5=300Ω代入式(1)得Iout=4.16mA,該值在2~20mA恒定激勵電流內,因此設計的激勵電路能夠保證振動(dòng)加速度傳感器正常工作。

1.2.2點(diǎn)的內容已完!下一章繼續談到:1.2.3濾波電路——礦用振動(dòng)加速度傳感器信號調理裝置研制-下部



 

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