GFW15

矿用风速传感器

              

                    

                               

使用说明书

执行标准：GB3836-2000、MT448-2008、Q/JMKJ1035-2010

                            

北京恒奥德科技有限公司

   

*安装、使用产品前，请仔细阅读产品使用说明书*，谢谢！

警告！

严禁在井下带电开盖！

维修时不得改变本安电路和与本安电路有关的元、器件的电气参数、规格和型号！

本产品不得随意与其它未经联检的设备连接！

一、概述

1、用途及适用范围    

GFW15矿用风速传感器主要用于煤矿井下各种坑道，风口,扇风机井口等处的风速的检测，以确保煤矿的安全生产。该传感器主要为KJ379矿井安全生产监控系统配套设计的传感器，也可与其他煤矿监控系统配套使用。

2、仪器特点

   *微电脑处理芯片：采用新型单片微机和高集成数字化电路，使电路结构简单、性能可靠，便于维修调试。

*灵敏度高：高性能的传感器元件加上仪器内部软件的自动非线性补偿使得仪器对风速的检测具有较高的灵敏度。

*可靠性高：本仪器具有开机自检、自动稳零、精度校正等功能，且采用红外遥控调校，整机没有任何调整孔，仪器的零点、精度的调整，报警值的设定以及输出信号的设定均由红外遥控器控制。可以避免开盖调试，减小机械损伤，提高整机的密封性，延长了仪器使用寿命。

*稳定性好：本仪器根据卡曼涡街理论测量的风速稳定可靠。

*兼容性好：本仪器可由红外遥控器灵活设置多种输出信号制式，几乎可以与国内所有类型的分站连接。

*外观精巧、结构简单：本仪器电路板采用贴片式焊接，外观轻巧美观，结构精致合理，密封性极好，便于安装。

3、型号

3．1、型式：吊挂式，连续工作方式

3．2、型号及其意义：其具体含义如图1示。

                            图1型号含义

二、结构特征与工作原理

1、结构特征

仪器外壳采用锌合金材料压铸而成，上下盖之间采用凹凸外加密封圈紧合，具有耐腐、防爆、抗干扰等特点。铭牌为不绣钢标牌，气室为镀铬铜体。

该仪器的外观结构平面示意图如图2所示

图2   外观结构平面示意图

     1、壳体  2、显示窗  3、蜂鸣器室  4、铭牌  5、电缆紧固件   6、漩涡发生体

   7、挂钩  8、报警灯室        

2、工作原理

仪器由电源电路；超声波调制解调电路；中央处理电路；信号输出电路；声光报警电路；显示电路；遥控接收电路；数据存储电路等组成（电原理框图见图3）。

                  各电路

分站电源

红外遥控器

图3   电原理框图

2.1 电源电路：

稳压电路由稳压器M1、二极管VD001、电容C000～C003、C307～C309等组成。外接本安电源经稳压后，给各电路供电5V，D102为电源反相集成块7660，将＋5V电压反相输出－5V电压供精密运算放大器D302使用。

2.2 超声波调制原理：

根据卡曼涡节理论，在无限界流场中垂直插入一根无限长的非线性阻力体（漩涡发生体）时，则在一定的雷诺数范围内（RED=200～50000），阻力体下游会产生两排交替的、内旋的漩涡列，而其漩涡率正比于流速，公式表示：

                  f=St V/d

式中： f――漩涡频率            St――常数（斯特拉哈尔数范围为0.21）

       V――风速   d――漩涡发生体线径

因此，只要测出f，就可求出风速V，超声波风速传感器就是利用超声波被漩涡调制的原理来测定漩涡频率的。

图4

图4中，A、B为一对性能相同或相近的声头，A为发射声头，B为接收声头，C为旋涡发生体，A发射一束连续等幅的超声波，超声波穿过空气到达对面被接收，当没有旋涡通过超声波束时(左图)，B接收到连续等幅的超声波信号。当旋涡与超声波相碰时，因旋涡运动产生的内部压力梯度，使通过的旋涡的声能被折射和反射，结果B接收到的超声波束幅度就减小（右图），在旋涡流过超声波束后，而下一个旋涡未到达之前，超声波立即恢复原状，B就收到原来幅值的超声波束。因此，只要有一个旋涡通过超声波束，超声波就被调制一次。通过旋涡有多少个，超声波就被调制多少次，所以超声波束的调制频率就是我们要测量的旋涡频率f 。测量的频率信号f由89C52单片机进行平均值、瞬时值、统一化、非线性补偿、修正等计算。

2.3 微处理电路：

此电路由集成微机芯片（单片机）D101及晶振JZ1、电容C101、C102组成。它完成数据的采集、运算、处理、控制、输出等功能。

2.4 信号输出电路：

此电路由集成芯片D302A、三极管V401、V403、V404、二极管V404、电阻R401～R408电容C401、C402、发光二极管L401等组成。由单片机的24脚控制输出与风速对应的频率信号，25脚控制输出与风速对应的电流信号。

2.5 声光报警：

声光报警电路由R112、4个发光二极管组L、V101、R113和蜂鸣器S等组成，当检测的风速值低于设定报警值时，单片机P2.3、P2.4口径D4反向器驱动来实现声光交替报警功能。

2.6显示电路：

显示电路由3位LED数码管、R101∽R108等组成，该电路为动态扫描显示由单片机D101的P0口输出的段码径限流电阻R101∽R108送入到数码管的各段显示数值。

2.7 遥控接收电路：

此电路由红外接收头HW、电阻R109、R110、电容C108、C109组成，负责接收由遥控器发来的命令信号，供给单片机的P35口。

2.8 数据存储电路：

此电路由集成芯片D103、电阻R114、R115组成，负责存储由遥控器设置和调整的各种参数值。

三、主要技术指标

1、适用条件：

     环境温度：     0℃～40℃

     相对湿度：    ≤98%RH

     大气压力：     80～110KPa

2、主要技术参数：

2.1工作电压波动范围:9V～24V  DC

     2.2测量范围：风速0.4～15.0m/s；

2.3坑道断面积：  ≤30 m2（任意设置）；

2.4允许误差：    ≤±0.3 m/s；

     2.6信号输出：5～15Hz，200Hz ～ 1000Hz

     2.7最大传输距离：传感器到分站的最大传输距离：2km（使用MHYVRP电缆，导体截面积1.5mm2, 分布电感<0.8mH/km，分布电容<0.06μF/km，电阻<12.8Ω/km）。

     2.8工作电压:18V DC；  工作电流：≤60mA

    2.9防爆类型

       防爆型式：矿用本质安全型     

       防爆标志：ExibI

     2.10本安参数

     a) Ui：18.3V DC       Ii：60mA

     b) Ci：0.07 nF        Li：0 mH

3、外壳：

     外壳材料：   锌合金

      外型尺寸：   225mm×166mm×53mm

      重    量：   ≤1.00Kg 

4、关联设备

      关联、配接、配套设备见附录

四、安装和调试

1、安装

实际使用前，一般可进行简单测试。本机出厂时已设置好参数，接线完成后，即可通电。在无风状态，风速显示为零，然后对准探头进风口吹风，本机即刻显示一定风速。

安装时，把测量探头牢固地安装在测量位置，不能晃动，注意探头进风方向,有圆柱体侧为进风口。仪表可悬挂在附近，接入电源及输出线。见图5风速安装示意图。

                                    图5

2、与关联设备的连接

2．1、使用经过防爆关联设备检验通过的本安型电源装置。

2．2、仪器与关联设备的连接如图6示。

图6 仪器与关联设备的连接

2．3、仪器下端电缆连接插座接线方式如图7示。

            　　             图7 内部插座接线方式

五、使用方法  

本机出厂时设置为显示风速，一般情况下用户不需任何操作既可使用，本机显示探头测点风速。在使用中，用户如需调整修改参数，必须先仔细阅读本说明书，用遥控器方可调整。

1、仪器上电

当仪器通电后，单片机复位，仪器依次显示（“×”表示该位数码管显示的数字）：

F  S  1         程序开始，显示输出信号方式

b  ×.×         报警设定值

× × ×        调制零频

2、遥控器按健功能简介

    本仪器的各种调节（调零、调精度等）均由红外遥控器完成，本仪器使用的红外遥控器外观图见图8。

图8

“功能”：按此健一次，仪器显示“××.×.”，并闪烁，表示风速调零状态；按此键二次，仪器显示“J×.×.”表示调风速灵敏度（在风速为6 .0m/s时调整）状态；按此键三次，仪器显示“××.×.”，表示调风速补偿系数状态（注意分别在0～5 m/s、5 m/s～10 m/s和10 m/s～15 m/s段各调一次）；按此键四次，仪器显示 “b×.×”表示调报警设定值状态；按此键五次，仪器显示“×××”表示漩涡调制实时频率；按此键六次，仪器显示“C 7.5”表示模拟7.5m/s风速值状态；按此键七次，仪器显示“F S ×”表示调输出频率方式状态；按此键八次，仪器显示“q   ”表示将仪器各参数设置为默认值状态；按此键九次与按此键一次相同，依此类推。

“增加”：在风速调零、调风速灵敏度、调风速补偿系数、调报警设定值状态下按此键，相应值加一。按此键不放将连续加一。

“减小”：在风速调零、调风速灵敏度、调风速补偿系数、调报警设定值状态下按此键，相应值减一。按此键不放将连续减一。

“确定”：     按下此键，仪器自动保存调试的值。并进入正常检测状态。

“取消”：按下此键，仪器自动取消前面调试的值，恢复原设置值，并进入正常检测状态。

注：在没有按“功能”键的情况下，按其它键仪器不响应。

3、调试方法

● 软件调节 

（1） 调灵敏度

此项一定要在线性调节之前完成，将仪器按正确位置放入标准风洞内，将风洞内风速调节至6.0 m/s，按遥控器“功能”键使仪器显示“J×.×.”，再按遥控器“增加”或“减小”键，使仪器显示“J6.0.”，此时按遥控器“确定”键，灵敏度调节完毕。

（2） 线性调节

调节完灵敏度后， 

a) 在风洞内风速调节至9.0 m/s时，按遥控器“功能”键使仪器显示“××.×.”(注意最后一位有小数点)，再按遥控器“增加”或“减小”键，使仪器显示“ 9.1.”；

b) 在风洞内风速调节至12.0 m/s时，再按遥控器“增加”或“减小”键，使仪器显示“12.1.”；

c) 在风洞内风速调节至15.0 m/s时，再按遥控器“增加”或“减小”键，使仪器显示“15.0.”；

d) 在风洞内风速调节至3.0 m/s时，再按遥控器“增加”或“减小”键，使仪器显示“3.0.”；

e) 此时按遥控器“确定”键，线性调节完毕。

●硬件调节 

出厂时已调好，当用遥控器调节，灵敏度仍很低时，才进行硬件调节。

（1） 上电后，用示波器测量线路板插脚的TD1端子，调节W301使得测量的波形如图9所示，频率为147.8KHZ左右；

图9

（2） 用示波器测量VD302的正极，调节W302使得测量的波形为标准的正弦波，且幅度值为最大。

● 恢复默认参数状态

在仪器调节错乱不易进行调节情况下，可按遥控器“功能”键使仪器显示“q   ”，此时按遥控器“增加”键，仪器将显示“q OJ”,表示已恢复默认参数状态，此时按遥控器“确定”键，再进行软件调节步骤。

六、使用维护注意事项

1、仪器要轻拿轻放，防止剧烈震动。

2、仪器必须由专业人员进行调试。

 3、安装时应避免损坏探测器电缆，切记按规定接线操作。

4、投入正常使用后，探测器内要定时（二周一次）轻擦掉淤积的煤尘，不然会

影响测量精度。探头与仪表有配套关系不可调换。

5、风速的标定内容为专业人员调试设置，一般人员慎用。如需设置，必须在标准风

洞内进行，并请先记录原参数值，万一不能正常工作时，恢复原参数值。

6、仪器在正常工作情况下不要随意操作遥控器。

7、按遥控器功能键时，只有在释放该键后，仪器才会响应。

8、请勿随意改变输出方式!

9、井下不许换遥控器电池，干电池型号、规格须由制造厂提供！

七、常见故障的分析与排除

表三 常见故障的分析与排除

故障现象	原因分析	排除方法
仪器上电无显示	1. 分站内部电源保险丝熔断	用万用表检查更换即可
	2. 接线松动	重新接好线
	3. 传感器D001坏，V004击穿短路	检查更换
常报警、数码管显示888	D104反向器坏	检查更换
零频显示000	1.元件开路	检查更换
	2. D301B或D302B坏，N1三极管、WL或WV坏	检查更换
数码管显示值杂乱	1.D101单片机坏，	检查更换
	2.晶振JZ坏，C201、C202坏	检查更换
传感器显示正器，分站无数值显示	1. 信号输出线路开路	重新接好线
	2. 三极管V404坏、R406阻值变大或开路	检查更换
	3. D302A坏或R402开路等相关器件坏	检查更换
超限不报警	1. S蜂鸣器坏或蜂鸣器无+5V电源	检查电源连线是否脱落或更换蜂鸣器
	2. 三极管V101坏或R113开路	检查更换
显示正常按遥控调设置值不起作用	1. HW遥控接受头坏	检查更换
	2.单片机D101坏	检查更换

八、产品清单

将仪器取出后，检查外观有无破损现象。并检查下列项目是否齐全。

矿用风速传感器      1个

遥控器           1个

专用工具    1只

使用说明书    1本

产品合格证              1份