双Pt矿用风速传感器的研究

发布时间：2017-06-20 03:02

  本文关键词：双Pt矿用风速传感器的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：风速在煤矿安全生产当中是一项非常重要的信息指标,煤矿井下作业环境复杂,混合着各种可燃性、有毒性气体和粉尘颗粒。保持巷道通风不仅可以避免瓦斯聚集导致爆炸,也可以为井下相关工作人员提供必要的氧气,还能冲淡井下巷道中有毒气体和粉尘,是保证安全生产和工作人员身体健康的必要措施。因此,对矿井通风口及巷道内风速的检测就成为一项必不可少的日常工作。目前煤矿井下使用的风速检测装置都存在分辨率低、灵敏度低、功耗高、易受环境温湿度影响的问题,无法适用煤矿井下恶劣环境和应对突发事故的发生。因此,研究出一款高精度、稳定性好的矿用风速传感器具有现实意义。论文针对目前市场上普通风速计的不足和实际测量的需要,提出具有温压补偿功能的双Pt矿用风速传感器的设计。传感器主要利用两个不同型号的薄膜铂电阻Pt20和Pt1000作为探头敏感元器件,放置于风场中,通以电流,利用电阻自身的热效应,使薄膜电阻高于环境一定的温度。在风场中,薄膜的热量损失可表征空气流动的速度。热量的损失则可以用电阻的变化反映出来,因此把两个薄膜电阻做成桥式结构作为检测探头即可用阻值的变化表征出风速值的大小。经过样机的试验测试,双Pt矿用风速传感器能实现井下通风口等关键区域0~15m/s风速的实时检测,在整个工作温度范围内,测量误差在±0.3m/s之内。通过对软件和硬件电路的改进,增加环境温度和压强的补偿设计,不仅能解决由于地域差距以及季节温度的变化引起测量不准的问题,增加系统的通用性和可靠性,还能有效的提高测量精度,在工作温度范围内测量误差由±0.3m/s减小到±0.2m/s之内。传感器结合MSP430F5529超低功耗单片机作为主控制芯片,用三位八段数码管能实时显示当前风速值,显示分辨率为0.1m/s,并对超限风速进行声光报警,保证井下作业人员的安全。
【关键词】：风速检测 双Pt 温压补偿 传感器
【学位授予单位】：东华理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题研究背景及意义8
• 1.2 风速传感器发展现状8-14
• 1.3 课题主要研究内容14-15
• 2 双Pt矿用风速传感器方案设计15-24
• 2.1 双Pt矿用风速传感器整体框图设计15-16
• 2.2 双Pt矿用风速传感器设计要求16-17
• 2.2.1 使用环境要求16
• 2.2.2 实现功能16-17
• 2.3 传感器检测元件的分类和选型17-20
• 2.3.1 双Pt探头敏感元器件选择17-19
• 2.3.2 温度传感器选择19-20
• 2.3.3 压力传感器选择20
• 2.4 双Pt薄膜电阻测量原理20-23
• 2.5 温压补偿原理23
• 2.6 本章小结23-24
• 3 双Pt矿用风速传感器硬件电路设计24-34
• 3.1 单片机处理模块24-26
• 3.1.1 单片机选型24-25
• 3.1.2 单片机外围电路设计25-26
• 3.2 电源模块26-27
• 3.3 前端数据采集模块27-28
• 3.4 温压检测模块28-29
• 3.5 数码管显示电路29-30
• 3.6 声光报警模块30
• 3.7 红外遥控收发模块30-32
• 3.8 频率信号输出模块32
• 3.9 硬件抗干扰设计32-33
• 3.10 本章小结33-34
• 4 双Pt矿用风速传感器软件设计34-43
• 4.1 主程序设计34-35
• 4.2 红外标定程序设计35-36
• 4.3 温压补偿程序设计36-37
• 4.4 数据处理程序设计37-38
• 4.5 红外遥控解码程序设计38-40
• 4.6 标准频率输出信号程序设计40-41
• 4.7 软件抗干扰设计41-42
• 4.8 本章小结42-43
• 5 双Pt矿用风速传感器系统标定43-53
• 5.1 标定目的43
• 5.2 双Pt探头输出电压值采样43-44
• 5.2.1 数据采样环境43-44
• 5.2.2 数据采样过程44
• 5.3 风速曲线拟合44-50
• 5.4 线性标定50-52
• 5.5 本章小结52-53
• 6 系统测试和数据分析53-58
• 6.1 样机调试53-54
• 6.2 标准环境下风洞整机测试分析54-55
• 6.2.1 测试目的和测试环境54
• 6.2.2 测试过程54-55
• 6.3 可变温度下风洞整机测试分析55-57
• 6.3.1 测试目的和测试环境55-56
• 6.3.2 测试过程56-57
• 6.4 本章小结57-58
• 7 结论58-60
• 7.1 工作总结58-59
• 7.2 工作展望59-60
• 致谢60-62
• 参考文献62-66
• 附录A 系统整体电路原理图66-68
• 附录B 攻读硕士学位期间从事的科研项目和发表的论文68

【参考文献】

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本文编号：464362