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第二章矿用传感器§2.1传感器概述§2.2甲烷传感器§2.3一氧化碳传感器§2.4氧气传感器§2.5温度传感器§2.6风速传感器§2.7风压传感器§2.8烟雾传感器§2.9开关量传感器§2.9开关量传感器一、开关量传感原理开关量设备开停、风门开闭、馈电开关状态、风筒开关；电流电压控制、有烟无烟等。直接式电流互感器、电压互感器间接式电磁感应原理、霍尔原理、测磁原理等。一、开关量传感原理电磁感应原理测定机电设备供电电缆周围磁场的有无，来间接测定设备的开停状态。sin2sin22cos2mmIIftBBftdBeNSdtNSfft正弦交流电：磁感应强度：感应电动势：一、开关量传感原理霍尔原理原理金属或半导体薄片的相对两侧面通以控制电流I，在薄片的垂直方向上加磁场B，则在薄片的另外两侧面间会产生大小与I和B乘积成比例的电动势UH。1//E/bEUUUHHHLHHHHRneHHKRdHHfeBvUeeBvIBRIBKIB洛伦兹力：霍尔电场强度：平衡条件：＝1＝ned1＝d＝霍尔效应示意图RH—霍尔常数，取决于载流子密度；KH—霍尔片的灵敏度；一、开关量传感原理霍尔元件霍尔效应示意图1、1’—控制电极（激励电极）2、2’—霍尔电极；图霍尔元件二、GT-L(A)型设备开停传感器工作原理：电磁感应1、技术指标：电源电压：9～24VDC工作方式：锁固吊挂于被测电缆上，连续工作。输出信号：开关量1/5mADC或±5mADC；触点式：常开或常闭。显示方式：电源指示：绿色LED灯；开停指示：红色LED灯；二、GT-L(A)型设备开停传感器2、连接1号口——电源正极，红色线；2号口——电源负极，蓝色色线；3号口——恒流或频率信号输出，白色线；4号口（未用）——绿色线。3、调校①灵敏度调节：高：拨码1、2至OFF；适于负载电流5～10A的设备；中：拨码1-ON、2-OFF；适于负载电流10～20A的设备；低：拨码1-OFF、2-ON；适于负载电流20A的设备；4、控制功能四、KTC-90总线式设备开停传感器工作原理：工作原理及工作方式与GT-L(A)类似（电磁感应，锁固悬挂于被测电缆上），但它是将检测信号转换成标准RS485信号传给分站的。安装设置1、拨动传感器电路板上的拨码开关，设定传感器的地址码（范围5～16）。2、在中心站设置分站智能口需要安装的传感器通道。3、将传感器接口用四芯线缆（四线制）与分站智能口连接，将负荷电缆卡入传感器感应部位。4、检查传感器、分站、中心站指示设备开/停是否正确。电源指示：绿灯；开停指示：红灯；通信指示：黄灯；三、矿用馈电状态传感器工作原理：电场感应被测电缆中有交流电压时，其周围产生一交变电场，馈电传感器的电场感应器感应产生电压信号，此信号经进一步处理后指示馈电状态；特点：1、电场感应原理检测的馈电状态结果，与动力电缆中有无电流无关。常与断电控制器或停传感器配合使用，以检测被控动力设备是否确实有电。2、传感器易受其它动力电缆或大型电器设备的干扰。3、传感器安装在被测设备的动力电缆上，二者绝缘要好。4、屏蔽电缆、金属铠装电缆的电场被屏蔽，不能检测。三、矿用馈电状态传感器GKD-321技术指标检测电压范围：127V~1140VAC被测动力电缆直径：15mm~40mm工作电压：9~18VDC工作电流：≤35mA输出信号：开关量电流型：1mA(无电)/5mA(有电)状态显示：LED指示灯接线线制：二线制传输距离：最大2kmGKD-321馈电传感器KGT20馈电状态传感器四、GML(A)型风门开闭传感器工作原理测磁原理：将舌簧或感磁元件（主机）固定于门框上，磁钢体（磁铁）安装在活动门上对应位置，当风门关闭时，舌簧闭合，电路接通；风门开时，电路断开；或感磁元件将磁场信号接收，经放大变换后进行指示和输出。四、GML(A)型风门开闭传感器技术指标工作电压：9～24VDC工作电流：≤20mA输出信号：开关量电流型：1/5mADC、-5/5mADC触点型：常开或常闭状态显示：LED最大传输距离：2km四、GML(A)型风门开闭传感器图KJ90监控系统分站二线制接法第二章矿用传感器小结§2.1传感器概述：静态特性和动态特性§2.2甲烷传感器：载体催化元件和热导元件§2.3CO传感器：定电位电解式元件§2.4氧气传感器：伽伐尼电池法§2.5温度传感器：热电阻与热电偶§2.6风速传感器：超声波涡旋式（卡曼涡街）§2.7风压传感器：弹性元件与电阻应变片和压阻式§2.8烟雾传感器：电离式和光电式§2.9开关量传感器：电磁感应、测磁、电场感应第三章监控分站及关联设备§3.1KJ90-F16监控分站§3.2电源箱与断电器§3.3通信接口§3.4分站的应用示例§3.1KJ90-F16监控分站一、KJ90-F16监控分站的功能及主要技术指标二、KJ90-F16监控分站的工作原理三、KJ90-F16监控分站的结构及连线一、F-16分站功能及技术指标KJ90-F16分站功能该型监控分站是以89C60单片机为核心的多通道、多制式信号采集、通讯系统，可挂接瓦斯、一氧化碳、风速、负压、设备开停等多种传感器来对矿井环境及生产参数连续监测，并能通过工业以太网或RS485总线方式将监测参数传送到地面中心站，还可接收执行中心站发来的各种命令，并及时发出报警和断电控制信号。中心站监控分站远程断电器隔爆兼本安电源模拟量传感器开关量传感器……图1分站与关联设备连接示意图一、F-16分站功能及技术指标KJ90-F16分站功能分站为井下所挂接的各种传感器、断电器提供工作电源；分站采集模拟量、开关量、累计量传感器的实测参数或状态并显示；分站具有与传输接口双向通信及工作状态指示功能，可通过工业以太网或RS485方式向地面系统中心站传送巡检参数，也可接收并执行地面中心站发往井下的各种控制命令；分站对异常或超限状况能进行断电控制；分站具有风、电、瓦斯闭锁功能；分站具有初始化参数设置和掉电保护功能，且初始化参数可通过中心站软件输入和修改；分站具有自诊断和故障指示功能；分站具有备用电源，当电网停电后，还能对甲烷、风速、风压、局部风机开停等监控量继续监控。一、F-16分站功能及技术指标主要技术指标工作电压：12VDC，最大工作电流300mA；模拟量信号：200Hz～1000Hz的频率量信号；开关量信号：1mA/5mA的电流信号；累计量：累计量输入处理误差不大于0.5％；数字信号:与外接数字信号的传感器采用RS-485方式进行数据交换，最大工作电压幅值≤5V，最大工作电流幅值≤150mA；控制量信号：采用本安高低电平或无源继电器触点输出；系统信号传输：RS-485通讯方式：数据传输速率为2400bps；以太网通讯方式：数据传输率10/100Mbps自适应一、F-16分站功能及技术指标主要技术指标信号端口：端口名称（均为本安端口）分站KJ90-F16分站KJ90-F8信号采集端口模拟量信号/开关量信号输入口（经中心站软件设置可互相转换）16路8路智能输入口1路1路脉冲量输入口1路1路断电控制端口近程断电输出口4路1路远程断电输出口4路4路通讯端口RS-485通讯口1路1路10/100Mbps自适应以太网口1路1路一、F-16分站功能及技术指标主要技术指标信号端口：传感器NO.7,8传感器NO.9,10传感器NO.11,12传感器NO.5,6传感器NO.3,4传感器NO.1,2控制口NO.5,6传感器NO.15,16传感器NO.13,14控制口NO.7,8备用口主通讯及脉冲智能口以太网接电源箱KJ90-F16分站航空插座面板图二、KJ90-F16监控分站的工作原理F16监控分站的工作原理F16分站电路原理框图单片机89C60通讯电路本安电源控制电路显示电路看门狗电路存储电路红外遥控电路数据采集电路二、KJ90-F16监控分站的工作原理数据采集电路8个传感器插口，一个传感器插口可以带两个传感器，共16个通道。由取样电阻、滤波及限幅保护、跟随器、模拟多路选择开关、信号变换整形、二分频、光电隔离等电路组成。支持200～1000Hz，200～2000Hz，1～5mA，4～20mA等信号制式，由89C60单片机控制4051多路选择开关和4066选择开关进行输入通道和信号制式的切换。频率型信号直接经74HC14施密特整形电路、74HC74D触发器二分频电路、光电隔离电路进入单片机定时器输入端；二、KJ90-F16监控分站的工作原理数据采集电路非频率信号需要经LM331进行V/F变换后，再经74HC14施密特整形电路、74HC74D触发器二分频电路、光电隔离电路进入单片机定时器输入端。单片机从定时器输入端得到检测信号并分析处理。但由智能口接入的智能传感器是通过RS485方式与分站通讯的，分站CPU接收智能传感器的测值信号可进一步处理，并上传地面中心站。二、KJ90-F16监控分站的工作原理控制输出共8路（C1～C8），其中前四路（C01～C04）为近程断电控制，后四路（C05～C08）为远程断电控制。四路近程断电在分站电源箱内，最远控制距离30m（断电线截面积4～6平方毫米）。2个远程控制插口，一个远程控制插口可以控制两个远程断电器，红蓝一组、白绿一组，共4路远程控制。最远距离可以达2km。工作时，由81C55的I/O口PB并行输出，经7404反相器反相后，前四路驱动分站电源箱中的继电器进行本地用电设备的断电控制，后四路驱动外接断电器实现远程断电控制。二、KJ90-F16监控分站的工作原理分站显示单元数码管显示电路负责循环显示分站挂接传感器的通道号、实测参数/状态、类型等。模拟量传感器在分站数码显示窗口的显示X︻︻︻︻；X-通道号，︻︻︻︻表示该口未定义X¯¯¯L；X-通道号，¯¯¯表示超量程，L表示量程代码X___L；X-通道号，___表示断线，L表示量程代码XabcL；X-通道号，abc表示测量值，L表示量程代码如：10.050表示1号传感器的瓦斯浓度值为0.05，且为低浓度瓦斯传感器。二、KJ90-F16监控分站的工作原理分站显示单元二、KJ90-F16监控分站的工作原理分站显示单元开关量传感器在分站显示窗口的显示：X︻︻︻︻；X-通道号，︻︻︻︻表示未定义X︻d.；X-通道号，︻表示设备开，d.表示设备开停传感器X︼d.；X-通道号，︼表示设备停，d.表示设备开停传感器X_d.；X表示通道号，_表示设备开停传感器断线二、KJ90-F16监控分站的工作原理分站显示单元状态指示电路负责显示分站各通道控制状态、供电状态、通讯状态、输入分站的信号制式、各路电源的工作情况等。分站指示灯从左往右分别为：1～8为控制指示(已经控制时点亮，未控制时熄灭)9主通讯(通讯正常时闪动，通讯不正常时不闪动)10备用电源（备用电池供电时点亮，交流电源供电时熄灭）11风电闭锁指示/从通讯指示12为12V电压指示（供分站电源，正常时点亮）13～20为24V电压指示（8路24V供传感器用的电源，正常时点亮）二、KJ90-F16监控分站的工作原理分站显示单元二、KJ90-F16监控分站的工作原理中央处理单元中央处理单元负责分站的数据处理，它是分站的核心。89C60单片机片内有256字节的RAM，32K字节的程序存储器。8位数据总线，16位地址总线（低8位与数据总线复用），共64K地址空间。分站用了8K字节，地址线为A0～A12。数据存储单元：数据存储单元用于保存初始化和设置参数，由512字节的EEPROM芯片X25015构成，其输入、输出及时钟信号由P1.0、P1.1、P1.6、P1.7提供。二、KJ90-F16监控分站的工作原理初始化设置单元初始化设置电路主要完成分站初始化时的控制管理。分站初始化设置可通过地面中心站的监控系统软件操作完成，也可使用配备的红外遥控器就地手动操作完成。看门狗电路主要由大规模集成电路X25045