专利名称：一种煤矿井下本安型振动加速度传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于采集煤矿井下设备振动信号的传感器，尤其是能用于煤矿井下且具备国内煤安认证要求的测振传感器。
背景技术：
煤矿井下设备，是指煤矿井下用于煤炭生产的各种机械和电气设备。煤安认证是煤矿安全认证的简称。国家经贸委和煤矿安全监察局发布了《煤矿矿用产品安全标志暂行办法》等文件，对井工煤矿用设备、仪器、仪表等设施实行安全生产认证制度。在中国煤矿安全技术体系中，对矿用设备进行认证，是确保煤矿安全的重要一环。 只有符合国家煤矿生产安全技术要求的各种设备，仪器仪表方可下井工作。振动监测是各种设备最为重要的监测手段之一，但由于缺少可以直接在煤矿井下使用的振动加速度传感器，振动监测很难在井下开展，煤矿井下设备的状态监测和故障诊断多停留在电气类和液压类故障的简单监测和阈值报警阶段，基于振动监测的很多重要研究如采煤机的煤岩分界、载荷谱识别等都无法开展，因此，研制可应用于煤矿井下的振动加速度传感器——“煤矿井下本安型测振传感器”成为当务之急。煤矿井下多为潮湿、含瓦斯、多粉尘的环境，其环境特点要求所有用于煤矿井下的设备必须符合现行国家标准、行业标准和矿山安全有关规定，满足安全生产要求，因此相关仪器仪表的设计不仅要符合相关设计要求，还要取得相应的煤矿安全标志证书方可应用于井下。目前，公知的振动传感器主要是指目前在非煤矿井下工作环境中使用的振动传感器，用在煤矿井下的测振传感器主要是拾取井下机电设备工作状态下的振动信号，尤其是在设备发生故障时，能够有效地记录特殊状态下的振动信号，便于故障的分析和诊断。中国专利公开号为CN101203067公开一种振动传感器。中国专利公开号为CN101086507公开一种振动传感器。上述振动传感器设计的技术指标并没有满足国家煤安认证的技术要求，S卩，没有满足国家对井工煤矿用设备、仪器、仪表等设施实行安全生产认证。进行煤矿井下设备的振动传感器的研制意义主要有(1)实现振动传感器可以在煤矿井下特殊工业环境中的使用。(2)获取煤矿井下设备工作时的大量原始数据，为其健康诊断的研究提供了宝贵资料；(3)为煤矿井下安全生产的信息化，和最终的无人化的研究积累最原始最基础的数据参考资料。

发明内容
本发明的主要目的在于，提供一种可以用在煤矿井下工作环境中的测振传感器， 解决上述难题，已实现对煤矿井下机电设备振动数据的拾取。
本发明是这样实现的一种煤矿井下本安型振动加速度传感器，其组成有振动加速度传感器(1)，矿用信号阻燃电缆O)，本安型信号调理板(3)。本安型信号调理板(3)包含本安电源供电模块(8)、振动加速度信号放大模块(4)和振动加速度信号滤波模块(5)。煤矿井下本安型测振传感器采集井下设备工作状态下的振动信号，通过矿用信号阻燃电缆(2)供电并同时传输振动信号。本安型信号调理板(3)主要有两个功能，即，包括供电和信号调理两个功能模块。本安型信号调理板(3)接入外部本安电源，经过本安电源供电模块(8)的处理，提供信号放大元件的供电和振动加速度传感器(1)的供电。振动加速度传感器(1)拾取的振动信号经矿用信号阻燃电缆( 传输至本安型信号调理板(3)的振动加速度信号放大模块(4)和振动加速度信号滤波模块(5)，分别经过放大和直流滤波， 从而实现振动信号的调理。煤矿井下本安型测振传感器属爆炸性气体环境用检测装置，对此类装置的设计有严格的国家和行业标准。首先，其电子电路设计必须保证在规定条件(包括正常工作和规定的故障条件)下产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境，为达到上述目标，在“GB3836-2000”中，对使用的电子元器件、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做了严格的规定，并有专业机构负责上述指标的技术审查并出具审查报告。其次，信号检测和传输电路的设计应在使用性能、电磁兼容性、可靠性，直至外观和结构上符合“MT209-1990煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术条件”和“MT 210-1990煤矿通信、检测、控制用电工电子产品基本试验方法”的要求。第三，电路板须加防护外壳，其防护外壳设计要根据煤矿井下环境选用相应防护等级的材料，并通过GB 4208-2008中规定的实验验证防护外壳的可靠性。仪器整体设计过程中还要考虑“GB-T 2423. 1-2008”- “GB-T 2423. 4-2008”的相关要求，最终使其能够正常、安全地工作在煤矿井下环境中。前述的一种煤矿井下本安型振动加速度传感器，由振动加速度传感器(1)，矿用信号阻燃电缆O)，本安型信号调理板C3)组成。振动加速度传感器(1)拾取煤矿井下设备振动信号，经矿用信号阻燃电缆(2)传输给本安型信号调理板(3)。前述的煤矿井下本安型测振传感器，其振动加速度传感器(1)由压电加速度传感器和IC放大电路组成。将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集于一体，能有效简化测试系统，提高测量精度和可靠性。可以通过磁力吸座、螺钉或粘接剂安装在煤矿井下设备上。前述的煤矿井下本安型测振传感器，其矿用信号阻燃电缆( 用于给振动加速度传感器(1)供电并作为振动信号传输通道，同时由于外层采用特殊防护材料，起到信号屏蔽和绝缘作用。前述的煤矿井下本安型测振传感器，其本安型信号调理板C3)包括本安电源供电模块(8)、振动加速度信号放大模块(4)和振动加速度信号滤波模块(5)。前述的煤矿井下本安型测振传感器，其本安型信号调理板(3)中的本安电源供电模块(8)接入煤矿井下本安电源，经本安要求调理供电。电路设计保证了在规定条件(包括正常工作和规定的故障条件)下产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境，满足GB3836-2000。
前述的煤矿井下本安型测振传感器，其本安型信号调理板(3)的外壳做特殊防护处理，采用ABS工程塑料设计了一个防水外壳，电路板表面进行胶封，同时外壳上所有的输入输出接口均采用航空接头，具备防水防尘功能。由于本发明采用了以上的技术方案，所以具有以下优点1、煤矿井下本安型测振传感器可以采集煤矿井下设备振动信号，解决当前没有符合煤安认证技术要求的振动传感器的问题。2、煤矿井下本安型测振传感器的信号和供电传输线为矿用信号阻燃电缆O)，其电缆线的绝缘外套和防护层可以使得信号在煤矿井下传输。3、煤矿井下本安型测振传感器的本安信号调理板(3)中的本安电源供电模块⑶ 和采用高阻抗低功耗的电压转换元器件，使得本安信号调理板(3)的电子电路设计符合国家矿用产品煤安认证的技术要求。4、煤矿井下本安型测振传感器的本安信号调理板(3)中振动加速度信号放大模块(4)和振动加速度信号滤波模块( 调理振动信号，精度高，可靠性强。5、煤矿井下本安型测振传感器的本安信号调理板C3)外壳及接口均采用防水防尘材料和防水航空接头。6、整个系统体积小，操作简单，自动控制；经济实用，社会和经济效益巨大。本发明的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。


图1是本发明系统结构示意2是电源模块原理3是一路信号调理电路原理4是本安信号调理板防护外壳即输入输出接口示意中1 振动加速度传感器23:本安信号调理板45 振动加速度信号滤波模块67 振动加速度传感器电源供电接口 89:外部本安电源输入接口
矿用信号阻燃电缆振动加速度信号放大模块本安型振动加速度信号输出接口本安电源供电模块
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的煤矿井下本安型测振传感器的具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合参考图式的较佳实施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式
的说明，当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图式仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。本发明较佳实施例的煤矿井下本安型测振传感器，如图1所示，由包括振动加速度传感器(1)，矿用信号阻燃电缆O)，本安型信号调理板(3)组成。其中，所述的振动加速度传感器(1)安装在煤矿井下设备机身关键待测部位，安装方式有磁力吸座、螺钉或粘接剂，多种选择可以灵活适合多种安装要求。所选振动加速度传感器的一个实例是HK9141电压输出型压电加速度传感器，其内装IC-集成电路放大器，将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集于一体，两线制输出，即信号输出线与IC放大器供电共用一条线，信号地与电源地共用一条线。其典型供电电压为直流M伏，典型供电电流为 4毫安，满足煤矿生产安全要求，其满足煤安认证技术要求。所述的矿用信号阻燃电缆(2)的一个实例是MHYVRP型矿用阻燃电缆，此电缆可保证在-30°C 60°C的环境条件下，通信电缆的机械和电气性能均保持不变。同时由于采用全色谱绝缘，铝塑综合护套(即电缆的纵包屏蔽铝带与护套粘结成一体，形成密封护层)， 保证了井下信号传输的可靠性和使用安全，符合“MT209-1990煤矿通信、检测、控制用电工电子产品通用技术条件”要求。如图2所示，所述的本安型信号调理板(3)功能上分为供电和信号调理。其中，硬件上实现供电功能的本安电源供电模块(8) —方面为振动加速度传感器提供直流供电，图 2-a所示，经LM317整流模块提供4mA的振动加速度传感器的工作电流；一方面为信号调理的放大元件提供调理偏置电压，如图2-b所示，电压转换元件的一个实例是LM7805芯片和 MAX1681芯片。外部本安电源通过外部本安电源输入接口(9)接入了一个实例对伏的典型电压，其中LM7805是将典型电压值M伏转化成5伏，MAX1681是将典型电压正5伏转换为负5伏。这两种芯片均为低功耗元件，均满足煤安认证试验中的本安火花试验要求。如图3所示，振动加速度信号放大模块(4)和振动加速度信号滤波模块( 其中的放大和滤波元件一个实例是0P07C，该芯片需要一个实例偏置电压正负5负。振动信号经过主路上的电容滤掉其支流供电分量，经过第一级信号放大元件0P07C放大振动信号，再经过第二级0P07C的滤波功能滤掉噪声及干扰信号，改善振动信号为范围为正负5伏的模拟量电压信号。再经本安型振动加速度信号输出接口(6)输出。如图4所示，本安型信号调理板(3)有四路输入，即，在其外壳上有四个两芯航空防水接口用于接入振动信号。接入的振动信号有直流分量，故在信号滤波中需要滤掉直流分量，该信号再经过放大电路的放大，经本安型信号调理板(3)中的本安型振动加速度信号输出接口(6)，通过外壳上的8芯防水航空接头将四路经过调理后的振动信号输出。如上所述是本发明的基本构思。但是，在本发明的技术领域内，只要具备最基本的知识，可以对本发明的其他可操作的实施例进行改进。在本发明中对实质性技术方案提出了专利保护请求，其保护范围应包括具有上述技术特点的一切变化方式。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种煤矿井下本安型振动加速度传感器，其特征在于其由振动加速度传感器(1)， 矿用信号阻燃电缆O)，本安型信号调理板C3)组成。振动加速度传感器(1)拾取煤矿井下设备振动信号，经矿用信号阻燃电缆(2)传输给本安型信号调理板(3)。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下本安型测振传感器，其特征在于其振动加速度传感器(1)由压电加速度传感器和IC放大电路组成。可以通过磁力吸座、螺钉或粘接剂安装在煤矿井下设备上。
3.根据权利要求1所述的煤矿井下本安型测振传感器，其特征在于其矿用信号阻燃电缆(2)用于给振动加速度传感器(1)供电并作为振动信号传输通道，同时由于外层采用特殊防护材料，起到信号屏蔽和绝缘作用。
4.根据权利要求1所述的煤矿井下本安型测振传感器，其特征在于其本安型信号调理板(3)包括本安电源供电模块(8)、振动加速度信号放大模块(4)和振动加速度信号滤波模块⑶。
5.根据权利要求1和4所述的煤矿井下本安型测振传感器，其特征在于其本安型信号调理板(3)中的本安电源供电模块(8)接入煤矿井下本安电源，经本安要求调理供电。电路设计保证了在规定条件(包括正常工作和规定的故障条件)下产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境，满足GB 3836-2000。
6.根据权利要求1和4所述的煤矿井下本安型测振传感器，其特征在于本安型信号调理板C3)的外壳做特殊防护处理，采用ABS工程塑料设计了一个防水外壳，电路板表面进行胶封，同时外壳上所有的输入输出接口均采用航空接头，具备防水防尘功能。
全文摘要
本发明涉及一种煤矿井下本安型振动加速度传感器，由包括振动加速度传感器，矿用信号阻燃电缆，本安型信号调理板组成。振动加速度传感器拾取煤矿井下机电设备工作状态下的振动信号，该振动信号经过矿用信号阻燃电缆传输给本安型信号调理板，本安型信号调理板有两个主要作用首先是给振动加速度传感器供电；其次是对经矿用信号阻燃电缆传输过来的振动信号进行滤波和放大。本发明解决了煤矿井下机电设备振动信号的采集问题。填补了当前国内没有满足煤矿井下本质安全型要求的振动传感器的空白。
文档编号G01H11/08GK102331294SQ20111016629
公开日2012年1月25日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者刘頔, 吴思遥, 吴淼, 席冉, 张军, 朱振厂, 杨健健, 薛光辉, 赵国瑞 申请人:中国矿业大学(北京)