GFW15礦用風(fēng)速傳感器
一、概述
1、用途及適用范圍
GFW15礦用風(fēng)速傳感器主要用于煤礦井下各種坑道，風(fēng)口,扇風(fēng)機(jī)井口等處的風(fēng)速的檢測(cè)，以確保煤礦的安全生產(chǎn)。
2、儀器特點(diǎn)
*微電腦處理芯片：采用新型單片微機(jī)和高集成數(shù)字化電路，使電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠，便于維修調(diào)試。
*靈敏度高：高性能的傳感器元件加上儀器內(nèi)部軟件的自動(dòng)非線性補(bǔ)償使得儀器對(duì)風(fēng)速的檢測(cè)具有較高的靈敏度。
*可靠性高：本儀器具有開機(jī)自檢、自動(dòng)穩(wěn)零、精度校正等功能，且采用紅外遙控調(diào)校，整機(jī)沒有任何調(diào)整孔，儀器的零點(diǎn)、精度的調(diào)整，報(bào)警值的設(shè)定以及輸出信號(hào)的設(shè)定均由紅外遙控器控制。可以避免開蓋調(diào)試，減小機(jī)械損傷，提高整機(jī)的密封性，延長(zhǎng)了儀器使用壽命。
*穩(wěn)定性好：本儀器根據(jù)卡曼渦街理論測(cè)量的風(fēng)速穩(wěn)定可靠。
*兼容性好：本儀器可由紅外遙控器靈活設(shè)置多種輸出信號(hào)式，幾乎可以與國內(nèi)所有類型的分站連接。
*外觀精巧、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：本儀器電路板采用貼片式焊接，外觀輕巧美觀，結(jié)構(gòu)精致合理，密封性極好，便于安裝。
3、型號(hào)
3．1、型式：吊掛式，連續(xù)工作方式
3．2、型號(hào)及其意義：其具體含義如圖1示。
圖1型號(hào)含義
二、結(jié)構(gòu)特征與工作原理
1、結(jié)構(gòu)特征
儀器外殼采用鋅合金材料壓鑄而成，上下蓋之間采用凹凸外加密封圈緊合，具有耐腐、防爆、抗干擾等特點(diǎn)。銘牌為不繡鋼標(biāo)牌，氣室為鍍鉻銅體。
該儀器的外觀結(jié)構(gòu)平面示意圖如圖2所示
圖2 外觀結(jié)構(gòu)平面示意圖
1、殼體 2、顯示窗 3、蜂鳴器室 4、銘牌 5、電纜緊固件 6、漩渦發(fā)生體
7、掛鉤 8、報(bào)警燈室
2、工作原理
儀器由電源電路；超聲波調(diào)制解調(diào)電路；中央處理電路；信號(hào)輸出電路；聲光報(bào)警電路；顯示電路；遙控接收電路；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路等組成（電原理框圖見圖3）。
2.1 電源電路：
穩(wěn)壓電路由穩(wěn)壓器M1、二極管VD001、電容C000～C003、C307～C309等組成。外接本安電源經(jīng)穩(wěn)壓后，給各電路供電5V，D102為電源反相集成塊7660，將＋5V電壓反相輸出－5V電壓供精密運(yùn)算放大器D302使用。
2.2 超聲波調(diào)制原理：
根據(jù)卡曼渦節(jié)理論，在無限界流場(chǎng)中垂直插入一根無限長(zhǎng)的非線性阻力體（漩渦發(fā)生體）時(shí)，則在一定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)（RED=200～50000），阻力體下游會(huì)產(chǎn)生兩排交替的、內(nèi)旋的漩渦列，而其漩渦率正比于流速，公式表示：
f=St V/d
式中： f――漩渦頻率 St――常數(shù)（斯特拉哈爾數(shù)范圍為0.21）
V――風(fēng)速 d――漩渦發(fā)生體線徑
因此，只要測(cè)出f，就可求出風(fēng)速V，超聲波風(fēng)速傳感器就是利用超聲波被漩渦調(diào)制的原理來測(cè)定漩渦頻率的。
圖4
圖4中，A、B為一對(duì)性能相同或相近的聲頭，A為發(fā)射聲頭，B為接收聲頭，C為旋渦發(fā)生體，A發(fā)射一束連續(xù)等幅的超聲波，超聲波穿過空氣到達(dá)對(duì)面被接收，當(dāng)沒有旋渦通過超聲波束時(shí)(左圖)，B接收到連續(xù)等幅的超聲波信號(hào)。當(dāng)旋渦與超聲波相碰時(shí)，因旋渦運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的內(nèi)部壓力梯度，使通過的旋渦的聲能被折射和反射，結(jié)果B接收到的超聲波束幅度就減?。ㄓ覉D），在旋渦流過超聲波束后，而下一個(gè)旋渦未到達(dá)之前，超聲波立即恢復(fù)原狀，B就收到原來幅值的超聲波束。因此，只要有一個(gè)旋渦通過超聲波束，超聲波就被調(diào)制一次。通過旋渦有多少個(gè)，超聲波就被調(diào)制多少次，所以超聲波束的調(diào)制頻率就是我們要測(cè)量的旋渦頻率f 。測(cè)量的頻率信號(hào)f由89C52單片機(jī)進(jìn)行平均值、瞬時(shí)值、統(tǒng)一化、非線性補(bǔ)償、修正等計(jì)算。
2.3 微處理電路：
此電路由集成微機(jī)芯片（單片機(jī)）D101及晶振JZ1、電容C101、C102組成。它完成數(shù)據(jù)的采集、運(yùn)算、處理、控制、輸出等功能。
2.4 信號(hào)輸出電路：
此電路由集成芯片D302A、三極管V401、V403、V404、二極管V404、電阻R401～R408電容C401、C402、發(fā)光二極管L401等組成。由單片機(jī)的24腳控制輸出與風(fēng)速對(duì)應(yīng)的頻率信號(hào)，25腳控制輸出與風(fēng)速對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)。
2.5 聲光報(bào)警：
聲光報(bào)警電路由R112、4個(gè)發(fā)光二極管組L、V101、R113和蜂鳴器S等組成，當(dāng)檢測(cè)的風(fēng)速值低于設(shè)定報(bào)警值時(shí)，單片機(jī)P2.3、P2.4口徑D4反向器驅(qū)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)聲光交替報(bào)警功能。
2.6顯示電路：
顯示電路由3位LED數(shù)碼管、R101∽R108等組成，該電路為動(dòng)態(tài)掃描顯示由單片機(jī)D101的P0口輸出的段碼徑限流電阻R101∽R108送入到數(shù)碼管的各段顯示數(shù)值。
2.7 遙控接收電路：
此電路由紅外接收頭HW、電阻R109、R110、電容C108、C109組成，負(fù)責(zé)接收由遙控器發(fā)來的命令信號(hào)，供給單片機(jī)的P35口。
2.8 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路：
此電路由集成芯片D103、電阻R114、R115組成，負(fù)責(zé)存儲(chǔ)由遙控器設(shè)置和調(diào)整的各種參數(shù)值。
三、主要技術(shù)指標(biāo)
1、適用條件：
環(huán)境溫度： 0℃～40℃
相對(duì)濕度： ≤98%RH
大氣壓力： 80～110KPa
2、主要技術(shù)參數(shù)：
2.1工作電壓波動(dòng)范圍:9V～24V DC
2.2測(cè)量范圍：風(fēng)速0.4～15.0m/s；
2.3坑道斷面積： ≤30 m2（任意設(shè)置）；
2.4允許誤差： ≤±0.3 m/s；
2.6信號(hào)輸出：5～15Hz，200Hz ～ 1000Hz
2.7傳輸距離：傳感器到分站的傳輸距離：2km（使用MHYVRP電纜，導(dǎo)體截面積1.5mm2, 分布電感<0.8mH/km，分布電容<0.06μF/km，電阻<12.8Ω/km）。
2.8工作電壓：18V DC； 工作電流：≤60mA
2.9防爆類型
防爆型式：礦用本質(zhì)安全型
防爆標(biāo)志：ExibI
2.10本安參數(shù)
a) Ui：18.3V DC Ii：60mA
b) Ci：0.07 nF Li：0 mH
3、外殼：
外殼材料： 鋅合金
外型尺寸： 225mm×166mm×53mm
重 量： ≤1.00Kg
4、關(guān)聯(lián)設(shè)備
關(guān)聯(lián)、配接、配套設(shè)備見附錄
四、安裝和調(diào)試
1、安裝
實(shí)際使用前，一般可進(jìn)行簡(jiǎn)單測(cè)試。本機(jī)出廠時(shí)已設(shè)置好參數(shù)，接線完成后，即可通電。在無風(fēng)狀態(tài)，風(fēng)速顯示為零，然后對(duì)準(zhǔn)探頭進(jìn)風(fēng)口吹風(fēng)，本機(jī)即刻顯示一定風(fēng)速。
安裝時(shí)，把測(cè)量探頭牢固地安裝在測(cè)量位置，不能晃動(dòng)，注意探頭進(jìn)風(fēng)方向,有圓柱體側(cè)為進(jìn)風(fēng)口。儀表可懸掛在附近，接入電源及輸出線。見圖5風(fēng)速安裝示意圖。
圖5
2、與關(guān)聯(lián)設(shè)備的連接
2．1、使用經(jīng)過防爆關(guān)聯(lián)設(shè)備檢驗(yàn)通過的本安型電源裝置。
2．2、儀器與關(guān)聯(lián)設(shè)備的連接如圖6示。
風(fēng)速
傳感器
地面微機(jī)
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
本安電源和分站
圖6 儀器與關(guān)聯(lián)設(shè)備的連接
2．3、儀器下端電纜連接插座接線方式如圖7示。
圖7 內(nèi)部插座接線方式
五、使用方法
本機(jī)出廠時(shí)設(shè)置為顯示風(fēng)速，一般情況下用戶不需任何操作既可使用，本機(jī)顯示探頭測(cè)點(diǎn)風(fēng)速。在使用中，用戶如需調(diào)整修改參數(shù)，必須先仔細(xì)閱讀本說明書，用遙控器方可調(diào)整。
1、儀器上電
當(dāng)儀器通電后，單片機(jī)復(fù)位，儀器依次顯示（“×”表示該位數(shù)碼管顯示的數(shù)字）：
F S 1 程序開始，顯示輸出信號(hào)方式
b ×.× 報(bào)警設(shè)定值
× × × 調(diào)制零頻
2、遙控器按健功能簡(jiǎn)介
本儀器的各種調(diào)節(jié)（調(diào)零、調(diào)精度等）均由紅外遙控器完成，本儀器使用的紅外遙控器外觀圖見圖8。
圖8
5
“功能”：按此健一次，儀器顯示“××.×.”，并閃爍，表示風(fēng)速調(diào)零狀態(tài)；按此鍵二次，儀器顯示“J×.×.”表示調(diào)風(fēng)速靈敏度（在風(fēng)速為6 .0m/s時(shí)調(diào)整）狀態(tài)；按此鍵三次，儀器顯示“××.×.”，表示調(diào)風(fēng)速補(bǔ)償系數(shù)狀態(tài)（注意分別在0～5 m/s、5 m/s～10 m/s和10 m/s～15 m/s段各調(diào)一次）；按此鍵四次，儀器顯示 “b×.×”表示調(diào)報(bào)警設(shè)定值狀態(tài)；按此鍵五次，儀器顯示“×××”表示漩渦調(diào)制實(shí)時(shí)頻率；按此鍵六次，儀器顯示“C 7.5”表示模擬7.5m/s風(fēng)速值狀態(tài)；按此鍵七次，儀器顯示“F S ×”表示調(diào)輸出頻率方式狀態(tài)；按此鍵八次，儀器顯示“q ”表示將儀器各參數(shù)設(shè)置為默認(rèn)值狀態(tài)；按此鍵九次與按此鍵一次相同，依此類推。“增加”：在風(fēng)速調(diào)零、調(diào)風(fēng)速靈敏度、調(diào)風(fēng)速補(bǔ)償系數(shù)、調(diào)報(bào)警設(shè)定值狀態(tài)下按此鍵，相應(yīng)值加一。按此鍵不放將連續(xù)加一。
“減小”：在風(fēng)速調(diào)零、調(diào)風(fēng)速靈敏度、調(diào)風(fēng)速補(bǔ)償系數(shù)、調(diào)報(bào)警設(shè)定值狀態(tài)下按此鍵，相應(yīng)值減一。按此鍵不放將連續(xù)減一。
“確定”： 按下此鍵，儀器自動(dòng)保存調(diào)試的值。并進(jìn)入正常檢測(cè)狀態(tài)。
“取消”：按下此鍵，儀器自動(dòng)取消前面調(diào)試的值，恢復(fù)原設(shè)置值，并進(jìn)入正常檢測(cè)狀態(tài)。
注：在沒有按“功能”鍵的情況下，按其它鍵儀器不響應(yīng)。
3、調(diào)試方法
軟件調(diào)節(jié)
調(diào)靈敏度
此項(xiàng)一定要在線性調(diào)節(jié)之前完成，將儀器按正確位置放入標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)洞內(nèi)，將風(fēng)洞內(nèi)風(fēng)速調(diào)節(jié)至6.0 m/s，按遙控器“功能”鍵使儀器顯示“J×.×.”，再按遙控器“增加”或“減小”鍵，使儀器顯示“J6.0.”，此時(shí)按遙控器“確定”鍵，靈敏度調(diào)節(jié)完畢。
線性調(diào)節(jié)
調(diào)節(jié)完靈敏度后，
在風(fēng)洞內(nèi)風(fēng)速調(diào)節(jié)至9.0 m/s時(shí)，按遙控器“功能”鍵使儀器顯示“××.×.”(注意最后一位有小數(shù)點(diǎn))，再按遙控器“增加”或“減小”鍵，使儀器顯示“ 9.1.”；
在風(fēng)洞內(nèi)風(fēng)速調(diào)節(jié)至12.0 m/s時(shí)，再按遙控器“增加”或“減小”鍵，使儀器顯示“12.1.”；
在風(fēng)洞內(nèi)風(fēng)速調(diào)節(jié)至15.0 m/s時(shí)，再按遙控器“增加”或“減小”鍵，使儀器顯示“15.0.”；
在風(fēng)洞內(nèi)風(fēng)速調(diào)節(jié)至3.0 m/s時(shí)，再按遙控器“增加”或“減小”鍵，使儀器顯示“3.0.”；
此時(shí)按遙控器“確定”鍵，線性調(diào)節(jié)完畢。
●硬件調(diào)節(jié)
出廠時(shí)已調(diào)好，當(dāng)用遙控器調(diào)節(jié)，靈敏度仍很低時(shí)，才進(jìn)行硬件調(diào)節(jié)。
上電后，用示波器測(cè)量線路板插腳的TD1端子，調(diào)節(jié)W301使得測(cè)量的波形如圖9所示，頻率為147.8KHZ左右；
圖9
用示波器測(cè)量VD302的正極，調(diào)節(jié)W302使得測(cè)量的波形為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，且幅度值為大。
恢復(fù)默認(rèn)參數(shù)狀態(tài)
在儀器調(diào)節(jié)錯(cuò)亂不易進(jìn)行調(diào)節(jié)情況下，可按遙控器“功能”鍵使儀器顯示“q ”，此時(shí)按遙控器“增加”鍵，儀器將顯示“q OJ”,表示已恢復(fù)默認(rèn)參數(shù)狀態(tài)，此時(shí)按遙控器“確定”鍵，再進(jìn)行軟件調(diào)節(jié)步驟。
六、使用維護(hù)注意事項(xiàng)
1、儀器要輕拿輕放，防止劇烈震動(dòng)。
2、儀器必須由專業(yè)人員進(jìn)行調(diào)試。
3、安裝時(shí)應(yīng)避免損壞探測(cè)器電纜，切記按規(guī)定接線操作。
4、投入正常使用后，探測(cè)器內(nèi)要定時(shí)（二周一次）輕擦掉淤積的煤塵，不然會(huì)
影響測(cè)量精度。探頭與儀表有配套關(guān)系不可調(diào)換。
5、風(fēng)速的標(biāo)定內(nèi)容為專業(yè)人員調(diào)試設(shè)置，一般人員慎用。如需設(shè)置，必須在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)
洞內(nèi)進(jìn)行，并請(qǐng)先記錄原參數(shù)值，萬一不能正常工作時(shí)，恢復(fù)原參數(shù)值。
6、儀器在正常工作情況下不要隨意操作遙控器。
7、按遙控器功能鍵時(shí)，只有在釋放該鍵后，儀器才會(huì)響應(yīng)。
8、請(qǐng)勿隨意改變輸出方式!
9、井下不許換遙控器電池，干電池型號(hào)、規(guī)格須由制造廠提供！
七、常見故障的分析與排除
表三 常見故障的分析與排除
故障現(xiàn)象 原因分析 排除方法
儀器上電無顯示 1. 分站內(nèi)部電源保險(xiǎn)絲熔斷 用萬用表檢查更換即可
2. 接線松動(dòng) 重新接好線
3. 傳感器D001壞，V004擊穿短路 檢查更換
常報(bào)警、數(shù)碼管顯示888 D104反向器壞 檢查更換
零頻顯示000 1.元件開路 檢查更換
2. D301B或D302B壞，N1三極管、WL或WV壞 檢查更換
數(shù)碼管顯示值雜亂 1.D101單片機(jī)壞， 檢查更換
2.晶振JZ壞，C201、C202壞 檢查更換
傳感器顯示正器，分站無數(shù)值顯示 1. 信號(hào)輸出線路開路 重新接好線
2. 三極管V404壞、R406阻值變大或開路 檢查更換
3. D302A壞或R402開路等相關(guān)器件壞 檢查更換
超限不報(bào)警 1. S蜂鳴器壞或蜂鳴器無+5V電源 檢查電源連線是否脫落或更換蜂鳴器
2. 三極管V101壞或R113開路 檢查更換
顯示正常按遙控調(diào)設(shè)置值不起作用 1. HW遙控接受頭壞 檢查更換
2.單片機(jī)D101壞 檢查更換
八、產(chǎn)品清單
將儀器取出后，檢查外觀有無破損現(xiàn)象。并檢查下列項(xiàng)目是否齊全。
礦用風(fēng)速傳感器 1個(gè)
遙控器 1個(gè)
專用工具 1只
使用說明書 1本
