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    矿用振动加速度传感器信号调理装置研制-上部

    摘要:针对煤矿井下大型设备振动信号难以采集的问题,设计了一种矿用振动筛加速度传感器信号调理装置。详细介绍了该信号调理装置中振动加速度传感器的选型设计,振动信号调理板中的供电模块、激励电路、滤波电路设计及防护设计。测试结果验证了该信号调理装置的可靠性和实用性。

    引言
    针对煤矿井下环境恶劣所造成的大型设备振动信号难以获取、振动监测技术无法在煤矿井下设备管理和监测中应用等问题,研制了一种矿用振动加速度传感器信号调理装置。该装置用于实时采集和检测井下采掘设备的振动数据。

    1 
    装置设计
    矿用振动加速度传感器信号调理装置的整体设
    计主要包括振动筛加速度传感器的选型设计、振动信
    号调理板设计、防护设计。
    1.1 振动加速度传感器的选型设计根据GB 3836.4—2000《爆炸性气体环境用电气设备 第4部分:本质安全型“i”》中对电子元器件、电路的电压电流、内部电容、外部电感、电气间隙、电子电路外部防护等方面的严格规定,对传感器进行选 型 设 计[3]。 本 文 选 用HK9141型 内 置IC(Integrated Circuits)压电式振动加速度传感 器。该传感器满足GB 3836.4—2000的要求,而且设计简单。HK9141型振动加速度传感器由压电加速度传感器和IC放大电路组成,如图1所示。IC放大电路包括一阶高通滤波器(用于确定传感器的低频截止频率)、零点调整和灵敏度调整电路。该传感器最大特点是两线制输出,即信号输出线与IC放大器的供电共用一条线,信号地与电源地共用一条线。信号输出线可用低噪声同轴电缆,也可用普通同轴电缆。

    HK9141型振动加速度传感器组成及其外接电路

    图1 HK9141型振动加速度传感器组成及其外接电路

    1.2 振动信号调理板设计振动信号调理板主要完成对HK9141型振动加速度传感器的驱动,并将其采集的信号进行低通滤波。振动信号调理板的设计包括供电模块、激励电路及滤波电路的设计。

    1.2.1 供电模块设计供电模块由镍氢电池组和电源保护电路2个部分组成,其 中 镍 氢 电 池 组 的 输 出 电 压 为7.2 V。GB 3836.4—2000中 规 定:电 源 的 短 路 电 流 应 在3A以下,开路电压应在6V以下。因此,设计了电源保护电路,用于将供电模块的短路电流限制在2.8A以下,开路电压限制在5V左右。供电模块的保护电路如图2所示。

    矿用振动筛供电模块的保护电路

    图2 供电模块的保护电路


    1.2.2 激励电路设计供电模块的输出电压为5V,HK9141型振动加速度传感器的激励电压为18~30V,因此,选用5V转24V的DC/DC芯片为振动加速度传感器提供激励电压。电压转换电路如图3所示。


    振动筛电压转换电路

    图3 电压转换电路

    HK9141型振动加速度传感器正常工作时需要2~20mA恒定电流作为激励电流。设计的电流激励电路如图4所示。该电路选用输出电压可变的LM317芯片。LM317的输出电压为1.25~37V,输出电流可超过1.5A,最小负载电流为3.5mA,具有0.1%的输入和负载调节率,同时具有限流、热断开等保护功能。CB1为去耦电容,用于消除电路中使用同一个电源而相互间产生的干扰和影响。

    矿用振动筛激励电路

    图4 激励电路

    LM317有3个引脚,分别是调整端(ADJ)、输出端(OUT)和输入端(IN)。输出端和调整端之间电压差为Uref=1.25V,则LM317的输出电流为

    矿用振动加速度传感器信号调理装置研制-上部

    将R5=300Ω代入式(1)得Iout=4.16mA,该值在2~20mA恒定激励电流内,因此设计的激励电路能够保证振动加速度传感器正常工作。

    1.2.2点的内容已完!下一章继续谈到:1.2.3滤波电路——矿用振动加速度传感器信号调理装置研制-下部



     

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