基于m-bus總線的礦用應(yīng)變傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于M-BUS總線的礦用應(yīng)變傳感器，包括轉(zhuǎn)換器主板，和依次相連的上基座、應(yīng)變器、下基座；其中，所述轉(zhuǎn)換器主板內(nèi)設(shè)置M-BUS總線模塊和ARM處理器；當(dāng)所述礦用應(yīng)變傳感器進(jìn)行測試時，被測元件連接至所述上基座和所述下基座，經(jīng)過所述應(yīng)變器輸出頻率信號，然后該信號通過所述M-BUS總線模塊傳輸至所述ARM處理器進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化。應(yīng)變器和ARM處理器采用M-BUS總線半雙工的傳輸方式，有效的避免了井下其他信號的干擾，ARM處理器可以將傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理、顯示和存儲，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出指令后，ARM處理器將存儲的數(shù)據(jù)打包發(fā)送到上位機(jī)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示，方便用戶調(diào)用和信息查詢。
【專利說明】
基于M-BUS總線的礦用應(yīng)變傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)變傳感器，尤其是涉及一種用于煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的基于M-BUS總線的礦用應(yīng)變傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及計算機(jī)和其它新材料新工藝的出現(xiàn)并應(yīng)用，目前，具有多種應(yīng)變的測量方法。常用的有:電阻式應(yīng)變傳感器法、光柵傳感器法和振弦式應(yīng)變傳感器法(振弦法)等。
[0003]電阻式應(yīng)變傳感器法是利用電阻應(yīng)變片將應(yīng)變轉(zhuǎn)換為電阻變化，再用相應(yīng)的測量電路將電阻轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出的方法。優(yōu)點(diǎn)是簡單、實(shí)用、成本較低，缺點(diǎn)是電阻應(yīng)變片因易受環(huán)境影響，壽命短、靈敏度較低，而且輸出模擬信號，必須經(jīng)過復(fù)雜的A/D轉(zhuǎn)換電路才能完成數(shù)據(jù)的采集。
[0004]光柵傳感器法是通過把光纖埋入材料基體內(nèi)，然后通過測量光纖的拉伸應(yīng)變來反映材料及結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)變狀況。它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，包括:靈敏度高，抗干擾性強(qiáng)、壽命長、復(fù)用性好等優(yōu)良特性。但是光纖光柵傳感器對溫度和應(yīng)變都是敏感的，即溫度、應(yīng)力均能引起布拉喇光柵中心波長的漂移。在進(jìn)行應(yīng)變測量時，很多情況下往往是忽略了溫度的影響。
[0005]振弦式應(yīng)變傳感器法是通過固定在端塊或被測元件之間的鋼弦的弦振頻率與弦的拉力的變化關(guān)系，來測量應(yīng)變傳感器所在點(diǎn)的應(yīng)變，振弦式應(yīng)變傳感器輸出頻率信號，具有穩(wěn)定性良好、防水要求低、抗干擾能力強(qiáng)、采集數(shù)據(jù)方便和測試量為應(yīng)變累計值等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合惡劣環(huán)境下的長期監(jiān)測。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種穩(wěn)定、高效、精確的基于M-BUS總線的礦用應(yīng)變傳感器。
[0007]本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0008]—種基于M-BUS總線的礦用應(yīng)變傳感器，包括轉(zhuǎn)換器主板，
[0009]和依次相連的上基座、應(yīng)變器、下基座；
[0010]其中，所述轉(zhuǎn)換器主板內(nèi)設(shè)置M-BUS總線模塊和ARM處理器；
[0011]當(dāng)所述礦用應(yīng)變傳感器進(jìn)行測試時，被測元件連接至所述上基座和所述下基座，經(jīng)過所述應(yīng)變器輸出頻率信號，然后該信號通過所述M-BUS總線模塊傳輸至所述ARM處理器進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化，即可得到被測元件的應(yīng)變結(jié)果。
[0012]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)換器主板上還設(shè)有鍵盤器，可以對不同場合的應(yīng)變力進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定，有效防止零點(diǎn)漂移的產(chǎn)生，使得傳感器精度更加精準(zhǔn)。
[0013]優(yōu)選的，所述M-BUS總線模塊通過M-BUS傳輸線與所述應(yīng)變器相連，所述M-BUS傳輸線為通信電纜。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)換器主板上還設(shè)有應(yīng)變器接口，所述M-BUS傳輸線通過所述應(yīng)變器接口與所述M-BUS總線模塊相連，有效的提高了頻率信號的傳輸速度，能夠提高系統(tǒng)的工作效率。
[00M]所述上、下基座受力后鋼弦拉力發(fā)生變化，原有的振動頻率也隨之發(fā)生改變，通信電纜將頻率信號的變化通過M-BUS總線的方式傳輸?shù)紸RM處理器中，經(jīng)過ARM處理器的處理，信號形式從頻率信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，并通過其他通信形式連接到通信電路中。
[0015]優(yōu)選的，所述應(yīng)變器為振弦式應(yīng)變器，該振弦式應(yīng)變器至少包括一根可以產(chǎn)生共振的鋼弦，所述鋼弦處設(shè)有激發(fā)與接收線圈，此為本領(lǐng)域中的振弦式應(yīng)變器的基本結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步優(yōu)選的，所述振弦式應(yīng)變器還包括內(nèi)部設(shè)有所述的激發(fā)與接收線圈的保護(hù)罩，所述保護(hù)罩內(nèi)還設(shè)有熱敏電阻，有效提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性;所述振弦式應(yīng)變器還包括內(nèi)部設(shè)有所述的鋼弦的保護(hù)管，所述保護(hù)管的兩端連接所述上基座和下基座。另外，所述上基座和下基座與所述應(yīng)變器中的鋼弦連接。
[0016]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)換器主板內(nèi)還設(shè)置顯示屏，所述顯示屏為LCD液晶顯示屏，該顯示屏可以現(xiàn)場顯示傳感器工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)處理情況，對后期維護(hù)工作帶來極大方便;也可以進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定，提尚傳感器的精確性。
[0017]優(yōu)選的，所述轉(zhuǎn)換器主板內(nèi)還設(shè)置電源，控制傳感器的開與關(guān)。
[0018]本實(shí)用新型的有益效果是:通過基座與應(yīng)變器的連接，應(yīng)變接觸面積變得更大，可以檢測出很微弱的應(yīng)變信號，提高了傳感器的靈敏度。應(yīng)變器和ARM處理器采用M-BUS總線半雙工的傳輸方式，有效的避免了井下其他信號的干擾，ARM處理器可以將傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理、顯示和存儲，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出指令后，ARM處理器將存儲的數(shù)據(jù)打包發(fā)送到上位機(jī)中，進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時顯示，方便用戶調(diào)用和信息查詢。鍵盤器可以實(shí)現(xiàn)時間設(shè)定，進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定等功能。處理器采用的ARM處理器其功能強(qiáng)大，IXD液晶顯示屏，可以同時處理大量的傳感器數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行實(shí)時顯示，可以在現(xiàn)場就能觀測到傳感器的工作狀態(tài)。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是振弦式應(yīng)變器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]其中，1、上基座，2、下基座，3、應(yīng)變器，3-1、鋼弦，3-2保護(hù)管，3-3、激發(fā)與接收線圈，3-4、熱敏電阻，3-5保護(hù)罩，4、通信電纜，5、應(yīng)變器接口，6、M_BUS總線模塊，7、鍵盤器，8、電源，9、ARM處理器，1、IXD液晶顯示屏，11、轉(zhuǎn)換器主板。
【具體實(shí)施方式】
[0022]本實(shí)用新型提供了一種基于M-BUS總線的礦用應(yīng)變傳感器，為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案以及優(yōu)點(diǎn)更清楚、明確，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0023]實(shí)施例1
[0024]如圖1所示，一種基于M-BUS總線的礦用應(yīng)變傳感器，包括轉(zhuǎn)換器主板11，和依次相連的上基座1、應(yīng)變器3、下基座2;
[0025]其中，所述轉(zhuǎn)換器主板11內(nèi)設(shè)置應(yīng)變器接口5、M-BUS總線模塊6、鍵盤器7、電源8、ARM處理器。
[0026]如圖2所示，所述應(yīng)變器3為振弦式應(yīng)變器，包括一保護(hù)管3-2，所述保護(hù)管3-2兩端分別設(shè)有上基座I和下基座2，所述上基座I和下基座2之間連著3-2—根可以產(chǎn)生共振的鋼弦3-1，所述保護(hù)管3-2上設(shè)有一保護(hù)罩3-5，所述保護(hù)罩3-5內(nèi)設(shè)有激發(fā)與接收線圈3-3和熱敏電阻3-4;所述振弦式應(yīng)變器還包括與所述保護(hù)罩3-5內(nèi)的激發(fā)與接收線圈3-3相連的通信電纜4。
[0027]所述上基座I和下基座2與所述振弦式應(yīng)變器中的鋼弦3-1連接;所述激發(fā)與接收線圈3-3通過通信電纜4和所述應(yīng)變器接口 5與M-BUS總線模塊6相連，然后所述M-BUS總線模塊6與ARM處理器相連9。
[0028]本實(shí)施例的一種基于M-BUS總線的礦用應(yīng)變傳感器，其目的在于將應(yīng)變器測量的頻率信號轉(zhuǎn)換為電信號，并通過ARM處理后傳輸?shù)较鄳?yīng)的上位機(jī)中，實(shí)現(xiàn)對井下各種力的實(shí)時監(jiān)測，如圖2所示，上基座I和下基座2直接與鋼弦3-1相連，使得應(yīng)變接觸面積變得更大，能夠提高傳感器的靈敏度，測試時將上基座I和下基座2連接被測元件。鋼弦3-1和激發(fā)與接收線圈3-3相互配合，鋼弦振動頻率一旦發(fā)生應(yīng)變，激發(fā)與接收線圈將頻率信號的變化通過通信電纜4的傳輸?shù)紸RM處理器9中，ARM處理器9可以將傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理、顯示和存儲。鍵盤器7可以實(shí)現(xiàn)時間設(shè)定，進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定等功能，并能防止零點(diǎn)漂移的產(chǎn)生和井下溫度濕度等環(huán)境的干擾。處理器采用的ARM處理器其功能強(qiáng)大，自帶LCD液晶顯示屏10，可以同時處理大量的傳感器數(shù)據(jù)信息并進(jìn)行實(shí)時顯示，可以在現(xiàn)場就能觀測到傳感器的工作狀態(tài)，對于后期維護(hù)工作也帶來極大方便。
[0029]本實(shí)施例的一種用于煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)的基于M-BUS總線的礦用應(yīng)變傳感器，本傳感器具有靈敏度高、智能化程度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)。該振弦傳感器感受由壓力的變化而引起固定在端塊或被測元件之間的鋼弦的弦振頻率的變化。然后，根據(jù)弦振頻率與弦的拉力的變化關(guān)系，通過測量頻率，即可求出被測壓力或者待測形變。然后頻率信號通過M-BUS總線模塊傳送到ARM處理器中，處理器將頻率信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，進(jìn)行集中存儲，在LCD液晶顯示屏上顯示所受應(yīng)變力的大小和歷史應(yīng)變曲線，方便用戶實(shí)地考察傳感器的工作性能，改善了系統(tǒng)的實(shí)用性，大大提高了信息處理的準(zhǔn)確性和實(shí)時性。通過鍵盤器對傳感器的標(biāo)定，每個傳感器具有自己的地址，可以同時應(yīng)用于不同環(huán)境下的多種應(yīng)變測量，提高了系統(tǒng)的智能化和先進(jìn)程度，可以在煤礦安全監(jiān)測系統(tǒng)中進(jìn)行推廣和應(yīng)用。
[0030]智能傳感器和通信分站以M-BUS總線的形式連接，智能傳感器作為從機(jī)，將測量結(jié)果傳送給通信分站，再由通信分站遠(yuǎn)傳給監(jiān)控計算機(jī)。M-BUS總線是一種用于遠(yuǎn)程儀表讀取數(shù)據(jù)的歐洲標(biāo)準(zhǔn)，它有如下特點(diǎn):①兩線制總線，不分正負(fù)極性，施工簡單;②采用獨(dú)特的電平特征傳輸數(shù)字信號，抗干擾能力強(qiáng);③總線可以為每一通信節(jié)點(diǎn)提供3.3V/3mA的穩(wěn)壓電源，為儀表提供兩種供電方式;④可采用任意總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組網(wǎng)成本低、擴(kuò)展靈活;⑤總線采用12?42V電源供電，具有本質(zhì)安全的防爆特性;⑥專門設(shè)計的報文格式，滿足能耗計量儀表聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程讀數(shù)需要;⑦通信過程完全由主機(jī)控制，任一通信節(jié)點(diǎn)故障不影響整個總線。M-BUS總線的上述特點(diǎn)很好地滿足了本系統(tǒng)測點(diǎn)分散、智能傳感器分布范圍較廣、工作環(huán)境惡劣以及井下設(shè)備防爆等要求。進(jìn)一步，信號經(jīng)過ARM處理器轉(zhuǎn)換存儲以后，當(dāng)上位機(jī)發(fā)出尋求數(shù)據(jù)指令以后，數(shù)據(jù)經(jīng)過M-BUS總線形式傳輸?shù)较鄳?yīng)的信號電路中。這樣，傳感器數(shù)據(jù)就能及時的發(fā)送到監(jiān)測上位機(jī)中，為用戶調(diào)取傳感器數(shù)據(jù)和對井下監(jiān)測信息的實(shí)時監(jiān)控帶來極大的方便。
[0031]應(yīng)當(dāng)注意的是，上述針對基于M-BUS總線的礦用應(yīng)變傳感器實(shí)施實(shí)例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對本實(shí)用新型專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換、簡單組合等多種變形，這些均落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)，本實(shí)用新型的請求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于M-BUS總線的礦用應(yīng)變傳感器，其特征是:包括轉(zhuǎn)換器主板， 和依次相連的上基座、應(yīng)變器、下基座； 其中，所述轉(zhuǎn)換器主板內(nèi)設(shè)置M-BUS總線模塊和ARM處理器； 當(dāng)所述礦用應(yīng)變傳感器進(jìn)行測試時，被測元件連接至所述上基座和所述下基座，經(jīng)過所述應(yīng)變器輸出頻率信號，然后該信號通過所述M-BUS總線模塊傳輸至所述ARM處理器進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化。2.如權(quán)利要求1所述的礦用應(yīng)變傳感器，其特征是:所述應(yīng)變器為振弦式應(yīng)變器，該振弦式應(yīng)變器至少包括一根可以產(chǎn)生共振的鋼弦，所述鋼弦處設(shè)有激發(fā)與接收線圈。3.如權(quán)利要求2所述的礦用應(yīng)變傳感器，其特征是:所述振弦式應(yīng)變器還包括內(nèi)部設(shè)有所述激發(fā)與接收線圈的保護(hù)罩。4.如權(quán)利要求3所述的礦用應(yīng)變傳感器，其特征是:所述保護(hù)罩內(nèi)還設(shè)有熱敏電阻。5.如權(quán)利要求2所述的礦用應(yīng)變傳感器，其特征是:所述振弦式應(yīng)變器還包括內(nèi)部設(shè)有所述的鋼弦的保護(hù)管，所述保護(hù)管的兩端連接所述上基座和下基座。6.如權(quán)利要求1所述的礦用應(yīng)變傳感器，其特征是:所述M-BUS總線模塊通過M-BUS傳輸線與所述應(yīng)變器相連，所述M-BUS傳輸線為通信電纜。7.如權(quán)利要求1所述的礦用應(yīng)變傳感器，其特征是:所述轉(zhuǎn)換器主板上還設(shè)有應(yīng)變器接口，所述M-BUS傳輸線通過所述應(yīng)變器接口與所述M-BUS總線模塊相連。8.如權(quán)利要求1所述的礦用應(yīng)變傳感器，其特征是:所述轉(zhuǎn)換器主板上還設(shè)有鍵盤器。9.如權(quán)利要求1所述的礦用應(yīng)變傳感器，其特征是:所述轉(zhuǎn)換器主板內(nèi)還設(shè)置顯示屏，所述顯不屏為IXD液晶顯不屏。10.如權(quán)利要求1所述的礦用應(yīng)變傳感器，其特征是:所述轉(zhuǎn)換器主板內(nèi)還設(shè)置電源。
【文檔編號】G01B7/16GK205449347SQ201620301138
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月12日
【發(fā)明人】徐樂年, 張森, 羅衍鑫, 陸恒, 呂恒琪, 鞏建福
【申請人】青島海誠自動化設(shè)備有限公司