GFW15

礦用風(fēng)速傳感器

使用說明書

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB3836-2000、MT448-2008、Q/JMKJ1035-2010

北京恒奧德科技有限公司

*安裝、使用產(chǎn)品前，請仔細(xì)閱讀產(chǎn)品使用說明書*，謝謝！

警告！

嚴(yán)禁在井下帶電開蓋！

維修時(shí)不得改變本安電路和與本安電路有關(guān)的元、器件的電氣參數(shù)、規(guī)格和型號(hào)！

本產(chǎn)品不得隨意與其它未經(jīng)聯(lián)檢的設(shè)備連接！

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，以確保煤礦的安全。該傳感器主要為KJ379礦井安全監(jiān)控系統(tǒng)配套的傳感器，也可與其他煤礦監(jiān)控系統(tǒng)配套使用。

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)償使得儀器對風(fēng)速的檢測具有較高的靈敏度。

*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?？梢员苊忾_蓋調(diào)試，減小機(jī)械損傷，提高整機(jī)的密封性，延長了儀器使用壽命。

*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)制式，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，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）。

                  各電路

分站電源

紅外遙控器

圖3   電原理框圖

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，在無限界流場中垂直插入一根無限長的非線性阻力體（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)制的原理來測定漩渦頻率的。

圖4

圖4中，A、B為一對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量的旋渦頻率f 。測量的頻率信號(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)速對應(yīng)的頻率信號(hào)，25腳控制輸出與風(fēng)速對應(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∽R(shí)108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∽R(shí)108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、主要指標(biāo)

1、適用條件：

     環(huán)境溫度：     0℃～40℃

     相對濕度：    ≤98%RH

     大氣壓力：     80～110KPa

2、主要參數(shù)：

2.1工作電壓波動(dòng)范圍:9V～24V  DC

     2.2測量范圍：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

     2.7zui大傳輸距離：傳感器到分站的zui大傳輸距離：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)行簡單測試。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)，把測量探頭牢固地安裝在測量位置，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。

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)顯示探頭測點(diǎn)風(fēng)速。在使用中，用戶如需調(diào)整修改參數(shù)，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

“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) 

（1） 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。

（2） 線性調(diào)節(jié)

調(diào)節(jié)完靈敏度后， 

a） 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zui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.”；

b） 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.”；

c） 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.”；

d） 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.”；

e） 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)。

（1） 上電后，用示波器測量線路板插腳的TD1端子，調(diào)節(jié)W301使得測量的波形如圖9所示，頻率為147.8KHZ左右；

圖9

（2） 用示波器測量VD302的正極，調(diào)節(jié)W302使得測量的波形為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，且幅度值為zui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)避免損壞探測器電纜，切記按規(guī)定接線操作。

4、投入正常使用后，探測器內(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，在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)

洞內(nèi)進(jìn)行，并請先記錄原參數(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

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)

工具    1只

使用說明書    1本

產(chǎn)品合格證              1份