专利名称：煤矿使用的粉尘浓度检测传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于矿用安全设施技术领域，具体涉及一种煤矿使用的粉尘浓度检测传感器。
背景技术：
煤矿井下粉尘含量高，成分有害，工人长期在粉尘环境中工作，容易患尘肺病；粉尘中含有易燃易爆成分，容易引起火灾或爆炸事件；另外高浓度粉尘会加速机器磨损，缩短机器的使用寿命。粉尘浓度传感器就是为了满足现有煤矿监测井下粉尘浓度，利用激光散射原理开发的高科技传感器。粉尘浓度传感器主要用于矿山、水泥厂等粉尘作业场所，可连续检测存在易燃易爆可燃性气体混合物的环境中浮游粉尘的浓度，能够在自然风流状态下实时地、就地、连续不间断地监测显示井下粉尘浓度，同时输出与洒水喷雾的降尘装置联动的开关量信号，实现了测尘降尘的最佳效果，具有测量快速准确、灵敏度高、就地显示、远程 信号、性能稳定等功能与特点。现阶段已有的粉尘浓度传感器主要有光学、射线、称重式、电荷式几种，其中光学式的使用最为广泛。煤矿井下环境恶劣，光线很弱，普通光电二极管的探测精度差、灵敏度低，另外由于采集到的电流信号极小，需要经放大电路放大后才能供下级电路使用；而光电倍增管灵敏度很高、噪声低、且不能受强光照射，适合在煤矿井下使用，它能将微弱光信号转换成电信号，但在使用时需要提供较高的电压，这在粉尘作业场所容易造成安全隐患，而且使用成本也较高。为此，能否提供一种粉尘检测精度高、制造成本低、又能安全使用并且工作可靠性优异的煤矿使用的粉尘浓度检测传感器具有积极意义。

发明内容
本发明的目的是提供一种电路设计简单、工作性能稳定、测量效果好并且工作可靠性优异的煤矿使用的粉尘浓度检测传感器。本发明的目的是这样来达到的，一种煤矿使用的粉尘浓度检测传感器，包括用于输出第一输出电压Voutl的I/V转换电路、用于输出第二输出电压Vout2的电压放大电路、用于输出第三输出电压Vout3的电压跟随电路和电源引入与信号输出电路，电源引入与信号输出电路的输出端与I/V转换电路、电压放大电路和电压跟随电路连接，I/V转换电路的输出端与电压放大电路连接，电压放大电路的输出端与电压跟随电路连接，电压跟随电路的输出端与电源引入与信号输出电路连接，所述的电压放大电路包括电阻Rl、R4、电容C5、C7和低噪声可变增益仪表放大器U2，低噪声可变增益仪表放大器U2的I脚接电阻Rl的一端，电阻Rl的另一端接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接低噪声可变增益仪表放大器U2的8脚，低噪声可变增益仪表放大器U2的3脚接所述的I/V转换电路输出的第一输出电压Voutl,低噪声可变增益仪表放大器U2的6脚输出所述第二输出电压Vout2,低噪声可变增益仪表放大器U2的7脚和电容C5的一端共同接正直流电源VCC，低噪声可变增益仪表放大器U2的4脚和电容C7的一端共同接负直流电源-VCC，电容C5的另一端、电容C7的另一端和低噪声可变增益仪表放大器U2的2、5脚共同接地；所述的电压跟随电路包括电容C4、C6、电阻R6和双极性运算放大器U3，双极性运算放大器U3的2脚接6脚和电阻R6的一端，电阻R6的另一端输出所述第三输出电压Vout3，双极性运算放大器U3的3脚接所述的电压放大电路输出的第二输出电压Vout2，双极性运算放大器U3的7脚和电容C4的一端共同接正直流电源VCC，双极性运算放大器U3的4脚和电容C6的一端共同接负直流电源-VCC，电容C4的另一端和电容C6的另一端共同接地；所述的电源引入与信号输出电路包括插座J1、电容C9、C10和电阻R7，插座Jl的I脚和电容ClO的正极共同接正直流电源VCC，插座Jl的2脚和电容C9的负极共同接负直流电源-VCC，插座Jl的4脚接所述的电压跟随电路3输出的第三输出电压Vout3，用于连接下级设备，电容C9的正极、电容ClO的负极、电阻R7的一端、电阻R7的另一端和插座Jl的3、5脚共同接地。本发明由于采用了上述结构，利用硅光电池代替传统的光电二极管或光电倍增管将采集到的光信号转换成电信号，在Ι/v转换电路中采用了极低偏置电流运算放大器将电流放大并转换成电压进行输出，在电压放大电路中采用了低噪声可变增益 仪表放大器对I/V转换电路中输出的电压进行放大处理，在电压跟随电路中采用了低噪声、非斩波稳零的双极性运算放大器作为跟随器的主要处理部件，从而使本发明具有工作稳定性好、抗干扰能力强、采集数据准和可靠性好等优点。


图I为本发明的原理框图。图2为图I所示的I/V转换电路的电原理图。图3为图I所示的电压放大电路的电原理图。图4为图I所示的电压跟随电路的电原理图。图5为图I所示的电源引入与信号输出电路的电原理图。
具体实施例方式为了使专利局的审查员尤其是公众能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人将在下面以实施例的方式结合附图作详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上的而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。请参阅图I，一种煤矿使用的粉尘浓度检测传感器，包括Ι/v转换电路I、电压放大电路2、电压跟随电路3和电源引入与信号输出电路4，所述的电源引入与信号输出电路4将主电路提供的直流电源分别供给ΙΛ转换电路I、电压放大电路2和电压跟随电路3，I/V转换电路I的输出端与电压放大电路2连接，电压放大电路2的输出端与电压跟随电路3连接，电压跟随电路3的输出端接电源引入与信号输出电路4，由电源引入与信号输出电路4将采集转换得到的信号输出给下级设备。请参阅图2，前述的I/V转换电路I包括硅光电池D1、电阻R2、R3、R5、电容Cl C3、C8和极低偏置电流运算放大器Ul，在本实施例中，所述的硅光电池Dl采用S1227，极低偏置电流运算放大器Ul采用AD549JH。其中硅光电池Dl将煤矿井下的光信号转换成电信号，并将采集的信号电流Is送入极低偏置电流运算放大器Ul的2脚、3脚，电容CS起滤波作用，电阻R2、R3作为输出放大的比例电阻，电容Cl、C3起电源滤波作用，电阻R5和电容C2对电路的输出电压进行阻容滤波，从而使下一级电路能得到纯净的输入信号，第一输出电压Voutl与电流Is的比例关系为
Voutl=Is*(R2+R3)
请参阅图3，前述的电压放大电路2包括电阻Rl、R4、电容C5、C7和低噪声可变增益仪表放大器U2，在本实施例中，所述的低噪声可变增益仪表放大器U2采用AD623AR。其中低噪声可变增益仪表放大器U2的3脚作为电路的输入端接所述的I/V转换电路I输出的第一输出电压Voutl，电阻Rl、R4作为比例放大电阻，电容C5、C7起电源滤波作用，低噪声可变增益仪表放大器U2的6脚输出第二输出电压Vout2,第二输出电压Vout2与第一输出电压Voutl的比例关系为
Vout2= (1+100K Ω/(R1+R4))*Voutl。请参阅图4，前述的电压跟随电路3包括电容C4、C6、电阻R6和双极性运算放大器 U3。在本实施例中，所述的双极性运算放大器U3采用0P07CSZ，为低噪声、非斩波稳零的双极性运算放大器，其作为跟随器使用，主要作用是降低输出阻抗。双极性运算放大器U3的
2、6脚相连做反馈使用，电容C4、C6起电源滤波作用，电阻R6为限流电阻，通过该电阻输出第三输出电压Vout3。请参阅图5，前述的电源引入与信号输出电路4包括插座Jl、电容C9、ClO和电阻R7，其中电容C9、C10起电源滤波作用，电阻R7为接地电阻，插座Jl为主电路电源输入与第三输出电压Vout3输出的接口。综上所述，本发明提供的技术方案克服了已有技术中的欠缺，达到了发明目的，体现了申请人所述的技术效果。
权利要求
1.一种煤矿使用的粉尘浓度检测传感器，其特征在于包括用于输出第一输出电压Voutl的I/V转换电路(I)、用于输出第二输出电压Vout2的电压放大电路(2)、用于输出第三输出电压Vout3的电压跟随电路(3)和电源引入与信号输出电路(4)，电源引入与信号输出电路⑷的输出端与I/V转换电路(I)、电压放大电路⑵和电压跟随电路(3)连接，I/V转换电路⑴的输出端与电压放大电路⑵连接，电压放大电路⑵的输出端与电压跟随电路(3)连接，电压跟随电路(3)的输出端与电源引入与信号输出电路(4)连接，所述的电压放大电路⑵包括电阻Rl、R4、电容C5、C7和低噪声可变增益仪表放大器U2，低噪声可变增益仪表放大器U2的I脚接电阻Rl的一端，电阻Rl的另一端接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接低噪声可变增益仪表放大器U2的8脚，低噪声可变增益仪表放大器U2的3脚接所述的I/V转换电路(I)输出的第一输出电压Voutl，低噪声可变增益仪表放大器U2的6脚输出所述第二输出电压Vout2,低噪声可变增益仪表放大器U2的7脚和电容C5的一端共同接正直流电源VCC，低噪声可变增益仪表放大器U2的4脚和电容C7的一端共同接负直流电源-VCC，电容C5的另一端、电容C7的另一端和低噪声可变增益仪表放大器U2的2、5脚共同接地；所述的电压跟随电路(3)，包括电容C4、C6、电阻R6和双极性运算放大器U3，双极性运算放大器U3的2脚接6脚和电阻R6的一端，电阻R6的另一端输出所述第三输出电压Vout3，双极性运算放大器U3的3脚接所述的电压放大电路(2)输出的第二输出电压Vout2，双极性运算放大器U3的7脚和电容C4的一端共同接正直流电源VCC，双极性运算放大器U3的4脚和电容C6的一端共同接负直流电源-VCC，电容C4的另一端和电容C6的另一端共同接地；所述的电源引入与信号输出电路(4)包括插座J1、电容C9、C10和电阻R7，插座Jl的I脚和电容ClO的正极共同接正直流电源VCC，插座Jl的2脚和电容C9的负极共同接负直流电源-VCC，插座Jl的4脚接所述的电压跟随电路(3)输出的第三输出电压Vout3，用于连接下级设备，电容C9的正极、电容ClO的负极、电阻R7的一端、电阻R7的另一端和插座Jl的3、5脚共同接地。
全文摘要
一种煤矿使用的粉尘浓度检测传感器，属于矿用安全设施技术领域。包括I/V转换电路、电压放大电路、电压跟随电路和电源引入与信号输出电路，电源引入与信号输出电路的输出端与I/V转换电路、电压放大电路和电压跟随电路连接，I/V转换电路的输出端与电压放大电路连接，电压放大电路的输出端与电压跟随电路连接，电压跟随电路的输出端与电源引入与信号输出电路连接，电压放大电路包括电阻R1、R4、电容C5、C7和低噪声可变增益仪表放大器U2,电压跟随电路包括电容C4、C6、电阻R6和双极性运算放大器U3，电源引入与信号输出电路包括插座J1、电容C9、C10和电阻R7。工作稳定性好、抗干扰能力强、采集数据准和可靠性好。
文档编号G01N15/06GK102866090SQ201210317178
公开日2013年1月9日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者王雪华, 陈小峰, 陈新锋 申请人:常熟市德虞矿山机电有限公司