毕业设计（论文）（说明书）题目：矿用风速传感器电路设计姓名：李雪学号： 20092004299平顶山工业职业技术学院2011 年 12 月 9 日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书姓名李雪专业应用电子线路（设计与应用方向）任务下达日期 2011 年 9 月 19 日设计（论文）开始日期 2011 年 9 月 26 日设计（论文）完成日期 2011 年 12 月 9 日设计（论文）题目：矿用风速传感器电路设计A·编制设计B·设计专题（毕业论文）指导教师张宏系（部）主任郭宗跃2011年 12 月 9日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录自动化与信息工程系应用电子线路（设计与应用方向）专业，学生李雪于 2011 年 12 月日进行了毕业设计（论文）答辩。

设计题目：矿用风速传感器电路设计专题（论文）题目：矿用风速传感器电路设计指导老师：张宏答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生李雪毕业设计（论文）成绩为。

答辩委员会人，出席人答辩委员会主任（签字）：答辩委员会副主任（签字）：答辩委员会委员：，，，，，，平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第页毕业设计（论文）及答辩评语：目录摘要 (1)第1章矿用风速传感器概述 (2)1.1矿用风速传感器的作用 (2)1.2矿用风速传感器的安装位置 (2)1.3矿用风速传感器的技术指标 (2)1.4矿用风速传感器的分类 (2)1.5测风方法 (3)1.6测风注意事项 (4)1.7 各类传感器性能比较 (5)1.8超声波风速传感器的主要特点 (6)第2章工作原理及设计方案 (8)2.1工作原理 (8)2.1.1卡曼涡街原理 (8)2.1.2超声波旋涡式风速传感器工作原理 (9)2.2设计方案 (10)第3章各部分电路设计 (12)3.1电源电路的设计 (12)3.2发射电路设计 (13)3.2.1电感三点式振荡器 (13)3.2.2乙类推挽功率放大电路 (15)3.2.3 相关的计算 (16)3.3超声波发射/接收电路 (17)3.4接收电路的设计 (19)3.4.1中频放大电路 (19)3.4.2 检波电路 (19)3.4.3低频放大电路 (21)3.5整形电路的设计 (22)3.6频率-电流装换电路的设计 (23)3.7显示电路的设计 (24)第4章风速传感器的使用 (30)4.1使用前的准备 (30)4.2 传感器接线 (30)4.3 风速传感器使用注意事项 (31)4.4维护与保养 (31)结束语 (33)致谢 (34)参考文献 (1)附录 (2)摘要矿用传感器是煤矿监控系统的“耳目”，它用于监测煤矿环境参数与生产过程参数，将各种物理量转换为电信号。

煤矿安全监测系统是煤炭高产、高效、安全生产的重要保证。

世界各主要产煤国对此都十分重视，研制、生产和推广使用了环境安全、轨道运输、胶带运输、提升运输、供电、排水、矿山压力、火灾、水灾、煤与瓦斯突出、大型机电设备健康状况等监控系统，提高了生产率和设备利用率，增强了矿山安全。

随着传感器技术、电子技术、计算机技术和信息传输技术的发展和在煤矿的应用，为适应机械化采煤的需要，矿井监控系统由早期的单一参数的监测系统，发展为多参数单方面监控系统。

这些系统均针对某一方面的多参数监控，这包括环境安全监控系统、轨道运输监控系统，胶带运输监控系统、提升运输监控系统、供电监控系统、排水监控系统、矿山压力监控系统、火灾监控系统、水灾监控系统、煤与瓦斯突出监控系统、大型机电设备健康状况监控系统等。

环境安全监控系统主要用来监测甲烷浓度、一氧化碳浓度、二氧化碳浓度、氧气浓度、硫化氢浓度、风速、负压、湿度、温度、风门状态、风窗状态、风筒状态、局部通风机开停、主通风机开停、工作电压、工作电流等，并实现甲烷超限声光报警、断电和甲烷风电闭锁控制等。

环境参数传感器包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、温度、湿度、风速、绝对压力、相对压力(负压)、粉尘、烟雾等传感器。

生产参数传感器包括机电设备开／停、料位、皮带秤重、机组位置、皮带打滑、电压、电流、功率等传感器。

矿用风速传感器在煤矿开采业中的作用，不可小觑。

在煤矿开采时风速的大小直接影响矿工的生命安全，风速太小，有害气体得不到及时的稀释，可能导致爆炸；如瓦斯爆炸。

当风速太大时，可能导致粉尘爆炸。

因此风速传感器在煤矿开采中至关重要。

主要是将信号转换为超声波，利用接收换能器接收经过风速调制的信号。

然后经过中频放大、检波、低频放大、整形后得到方波，然后分两路，一路送给就地显示，一路进行F/I转换。

第1章矿用风速传感器概述1.1矿用风速传感器的作用矿用风速传感器用于检测煤矿井下各坑道、风口、主风扇等处的风速。

在煤炭开采的过程中，总有瓦斯涌出。

为稀释矿井空气中的瓦斯，需不断地向井下输送新鲜空气。

风量是通风系统的重要参数之一。

因此，对矿井风速的监测是矿井监控的主要内容之一。

1.2矿用风速传感器的安装位置安装：风速传感器可安装在主要测风站和进回风巷等地。

安装地应在距顶板较好无明显淋水，不妨碍运输和行人安全的地方，传感头指向应与风流方向一致。

安装前应首先测量通道平均风速，任选一点安装，遥控器对准传感器按动上、下键，使就地显示为平均风速即可。

注意：传感器安装一定要牢固，不得摆动，传感器测风面一定要垂直风流方向。

1.3矿用风速传感器的技术指标测量范围：0.4 ～15m/s测量误差：≤±0.3m/s输出信号：频率型200Hz~1000Hz或电流型1mA~5mA工作电压：12V～21V(DC)工作电流：≤90 mA传输距离：≤2Km1.4矿用风速传感器的分类（1）按传感器用途可分为环境参数传感器与生产参数传感器。

（2）按供电方式可分为自带电源式传感器与外接电源式传感器两种。

（3）按其输出信号形式可分为模拟量、开关量、累计脉冲量等。

模拟信号应符合下列信号制式：电流模拟信号为1～5mA或4～20mA，频率模拟信号为200～1000Hz或5～15Hz。

（4）按作用原理不同可分为：机械翼式风速传感器、电子翼式风速传感器、热效应式风速传感器超声波风速传感器。

（5）按风速的测量范围可分为高速风速传感器（V>10m/s）、中速风速传感器（V=0.5m/s～10m/s）、低速风速传感器(V =0.3m/s～0.5m/s)1.5测风方法测量井巷的风量一般要在测风站内进行，在没有测风站的巷道中测风时，要选一段巷道没有漏风、支架齐全、断面规整的直线段进行测风。

空气在井巷中流动时，由于受到内外摩擦的影响，风速在巷道断面内的分布是不均匀的,如图1-1所示。

在巷道轴心部分风速最大，而靠近巷道周壁风速最小，通常所说的风速是指平均风速而言，故用风速传感器测风必须测出平均风速。

为了测得巷道断面上的平均风速，测风时可采用路线法，即将风速传感器按图1-2所示的路线均匀移动测出断面上的风速；或者采用分格定点法，如图1-3所示，即将巷道断面分为若干方格，使风表在每格内停留相等的时问，进行移动测定，然后计算出平均风速。

根据断面大小，常用的有9点法、12点法等。

图1-1 风速流动状态 图1-2 线路法测风 图1-3 定点法测风测风时，根据测风员的站立姿势不同又分为迎面法和侧身法两种。

迎面法是测风员面向风流方向，手持风速传感器，将手臂向正前方伸直进行测风。

此时因测风人员立于巷道中间，阻挡了风流前进，降低了风速传感器测得的风速。

为了消除测风时人体对风流的影响，须将测算的真实风速乘以校正系数(1.14)才能得出实际风速。

侧身法是测风人员背向巷道壁站立，手持风速传感器，将手臂向风流垂直方向伸直，然后测风。

用侧身法测风时，测风人员立于巷道内减少了通风断面，从而增大了风速，需对测风结果进行校正，其校正系数按下式计算：SS K 4.0-= 式中 K —--测风校正系数，S ——测风站的断面积（m 2），0.4--- 测风人员阻挡风流的断面积（m 2）。

1.6测风注意事项(1)风速传感器度盘一侧背向风流，即测风员能看到度盘；否则，风速传感器指针会发生倒转。

(2)风速传感器不能距人体太近，否则会引起较大的误差。

(3)风速传感器在测量路线上移动时，速度一定要均匀。

在实际工作中，这点常不被重视，由此引起的误差是很大的。

如果风速传感器在巷道中心部分停留的时间长，则测量结果较实际风速偏高；反之，测量结果较实际值偏低。

(4)叶轮式风速传感器一定要与风流方向垂直，在倾斜巷道测风时，更应注意。

如表1-1传感器偏角对测量结果的影响。

由表1-1可知偏角10°以内时所产生的误差可忽略不计。

表1-1传感器偏角对测量结果的影响风度偏角/(°) 风表平均读数误差/%O 141．O O．355 140.5 1.4210 139．O 2.5015 137.5 6.5020 132．O(5)在同一断面测风次数不应小于3，三次测量结果的最大误差不应超过5%。

(6)传感器的量程应和测定的风速相适应，否则将造成风速传感器损坏或量程不准确。

(7)为了减小测量误差，一般要求在1min时间内，使传感器从移动路线的起点到达终点。

(8)使用前还应注意传感器的校正有效期。

1.7 各类传感器性能比较表1-2各类传感器性能的比较矿用风速传感器的种类优点缺点机械翼式风速传感器体积小，质量轻，可测平均速度。

精度低，不能直接指示风速，不能自动遥测，不能测微风。

电子翼式风速传感器接近开关式（感应式）电容式光电式能发展遥测，精确度比机械翼式高，能直接指示瞬时风速。

叶片有惯性运动，所以测量值偏大，体积和质量比机械翼式大，构造复杂，风速过高不能测、风速过低也不能测。

热效应式风速传感器热线式热球式热敏电阻式没有惯性影响，高低风速均可测，能发展遥测。

热敏电阻和热球的测值呈非线性，受湿度和气体成份的影响。

超声波风速传感器结构简单，寿命长，性能稳定，不受风流的影响，精度高，风速测量范围大。

通过表中的比较，可以明显的看到，设计传感器最好的选择就是超声波风速传感器。

不仅结构简单，性能稳定，不受风流影响而且精度高，测量范围大。

1.8超声波风速传感器的主要特点矿井的风速传感器主要有超声波时差式和超声波旋涡式两种。

1. 超声波时差式风速传感器：它是应用超声波的时差来测定风速的，当超声波以速度v 从甲地传到距离L 的乙地时，所需的时间为t.如图1-4；图 1-4 顺风的条件下 如果空气以速度V 运动时，超声波从甲地到乙地所需时间为：V LV L t += V L 是V 在v 方向的分量。

在顺风和逆风的条件下，如果超声波传播距离相同，如图1-5 所示。

图1-5 顺风和逆风的条件下所需的传播时间分列为t +．和t -，即： 顺风时： 逆风时:V L t =V t LV L -=-V t L V L +=+)11(_t t -+不难看出，通过测量顺风逆风超声波时差关系， 就可以测定风速大小。