礦用振動加速度傳感器信號調理裝置研制-上部
摘要：針對煤礦井下大型設備振動信號難以采集的問題，設計了一種礦用振動篩加速度傳感器信號調理裝置。詳細介紹了該信號調理裝置中振動加速度傳感器的選型設計，振動信號調理板中的供電模塊、激勵電路、濾波電路設計及防護設計。測試結果驗證了該信號調理裝置的可靠性和實用性。
引言
針對煤礦井下環境惡劣所造成的大型設備振動信號難以獲取、振動監測技術無法在煤礦井下設備管理和監測中應用等問題，研制了一種礦用振動加速度傳感器信號調理裝置。該裝置用于實時采集和檢測井下采掘設備的振動數據。
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裝置設計
礦用振動加速度傳感器信號調理裝置的整體設
計主要包括振動篩加速度傳感器的選型設計、振動信
號調理板設計、防護設計。
１．１ 振動加速度傳感器的選型設計根據ＧＢ?。常福常叮?mdash;２０００《爆炸性氣體環境用電氣設備 第４部分：本質安全型“ｉ”》中對電子元器件、電路的電壓電流、內部電容、外部電感、電氣間隙、電子電路外部防護等方面的嚴格規定，對傳感器進行選 型 設 計［３］。 本 文 選 用ＨＫ９１４１型 內 置ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ?。茫椋颍悖酰椋簦螅弘娛秸駝蛹铀俣葌鞲?器。該傳感器滿足ＧＢ?。常福常叮?mdash;２０００的要求，而且設計簡單。ＨＫ９１４１型振動加速度傳感器由壓電加速度傳感器和ＩＣ放大電路組成，如圖１所示。ＩＣ放大電路包括一階高通濾波器（用于確定傳感器的低頻截止頻率）、零點調整和靈敏度調整電路。該傳感器最大特點是兩線制輸出，即信號輸出線與ＩＣ放大器的供電共用一條線，信號地與電源地共用一條線。信號輸出線可用低噪聲同軸電纜，也可用普通同軸電纜。
圖１?。龋耍梗保矗毙驼駝蛹铀俣葌鞲衅鹘M成及其外接電路
１．２ 振動信號調理板設計振動信號調理板主要完成對ＨＫ９１４１型振動加速度傳感器的驅動，并將其采集的信號進行低通濾波。振動信號調理板的設計包括供電模塊、激勵電路及濾波電路的設計。
１．２．１ 供電模塊設計供電模塊由鎳氫電池組和電源保護電路２個部分組成，其 中 鎳 氫 電 池 組 的 輸 出 電 壓 為７．２ Ｖ。ＧＢ?。常福常叮?mdash;２０００中 規 定：電 源 的 短 路 電 流 應 在３Ａ以下，開路電壓應在６Ｖ以下。因此，設計了電源保護電路，用于將供電模塊的短路電流限制在２．８Ａ以下，開路電壓限制在５Ｖ左右。供電模塊的保護電路如圖２所示。
圖２ 供電模塊的保護電路
１．２．２ 激勵電路設計供電模塊的輸出電壓為５Ｖ，ＨＫ９１４１型振動加速度傳感器的激勵電壓為１８～３０Ｖ，因此，選用５Ｖ轉２４Ｖ的ＤＣ／ＤＣ芯片為振動加速度傳感器提供激勵電壓。電壓轉換電路如圖３所示。
圖３ 電壓轉換電路
ＨＫ９１４１型振動加速度傳感器正常工作時需要２～２０ｍＡ恒定電流作為激勵電流。設計的電流激勵電路如圖４所示。該電路選用輸出電壓可變的ＬＭ３１７芯片。ＬＭ３１７的輸出電壓為１．２５～３７Ｖ，輸出電流可超過１．５Ａ，最小負載電流為３．５ｍＡ，具有０．１％的輸入和負載調節率，同時具有限流、熱斷開等保護功能。ＣＢ１為去耦電容，用于消除電路中使用同一個電源而相互間產生的干擾和影響。
圖４ 激勵電路
ＬＭ３１７有３個引腳，分別是調整端（ＡＤＪ）、輸出端（ＯＵＴ）和輸入端（ＩＮ）。輸出端和調整端之間電壓差為Ｕｒｅｆ＝１．２５Ｖ，則ＬＭ３１７的輸出電流為
將Ｒ5＝３００Ω代入式（１）得Ｉｏｕｔ＝４．１６ｍＡ，該值在２～２０ｍＡ恒定激勵電流內，因此設計的激勵電路能夠保證振動加速度傳感器正常工作。
1.2.2點的內容已完！下一章繼續談到：1.2.3濾波電路——礦用振動加速度傳感器信號調理裝置研制-下部
