專利名稱：風(fēng)速管、風(fēng)速測量裝置及其檢測礦井中風(fēng)速的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于風(fēng)速測量領(lǐng)域，具體地說是一種用于礦井中的測量風(fēng)速的裝置及其部件以及測量方法。
背景技術(shù)：
在煤礦等礦井中，為了生產(chǎn)需要和保證安全生產(chǎn)，需要對礦井進行通風(fēng)、排氣，并對氣體的流速進行測量，時刻監(jiān)視通風(fēng)的情況。目前煤礦的礦井中使用的風(fēng)速測量產(chǎn)品主要是根據(jù)超聲波、翼輪和熱線等原理設(shè)計的，這類產(chǎn)品易受到外界信號如磁場、電場的干擾、穩(wěn)定性不佳，且調(diào)試復(fù)雜、不適應(yīng)煤礦井下的惡劣環(huán)境，使用效果較差。中國專利申請00226302.5公開了一種“差壓式動態(tài)風(fēng)速測試裝置”，該裝置使用1至8個風(fēng)速探針，該風(fēng)速探針感受其表面風(fēng)速的動、靜壓差信號，轉(zhuǎn)換成電流信號輸出，電流信號由電流電壓轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，電壓信號經(jīng)放大、A/D轉(zhuǎn)換，最后傳送到計算機，由計算機處理，動態(tài)顯示計算結(jié)果。上述裝置主要應(yīng)用于風(fēng)洞試驗時測量風(fēng)洞中的風(fēng)的速度，不適用于煤礦井下煤塵大、濕度大等惡劣的環(huán)境。中國專利申請00101566.4公開了一種“自動檢測和自動控制風(fēng)洞風(fēng)速的方法和裝置”，此裝置的檢測部份是通過皮托管將風(fēng)洞中的氣流引出，形成總壓力和靜壓力，同時將總壓力和靜壓力分別輸至差壓變送器，獲得差壓信號的模擬信號，差壓信號的模擬信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號輸入計算機中，由計算機計算出相對應(yīng)的風(fēng)速值。此裝置要與專門的風(fēng)洞配合使用，只是用于實驗中，不適合用于煤礦井下的風(fēng)速測量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠的風(fēng)速管，本發(fā)明的第二目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、穩(wěn)定性高、能適應(yīng)惡劣環(huán)境且使用時抗干擾能力強的風(fēng)速測量裝置，本發(fā)明的第三目的是提供一種可靠、準(zhǔn)確檢測礦井風(fēng)速的方法。
本發(fā)明的總的技術(shù)構(gòu)思是采用具有截面積較大的進風(fēng)管段和截面積較小的出風(fēng)管段的風(fēng)速管，將風(fēng)速管的進風(fēng)管段朝向風(fēng)的流動方向設(shè)置，使流過風(fēng)速管的風(fēng)的速度發(fā)生改變，從而在風(fēng)速管的進風(fēng)管段和出風(fēng)管段形成不同的氣壓；將進風(fēng)管段和出風(fēng)管段的氣流分別引出，形成兩個不同的壓力，同時將這兩個壓力分別引至壓力傳感器，由壓力傳感器對所輸入的兩個壓力信號進行處理得到差壓信號的模擬信號，再將該模擬信號經(jīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸入單片機中，由單片機計算出風(fēng)速值，單片機將計算得到的風(fēng)速值由信號顯示電路顯示出來，同時通過信號輸出電路將有關(guān)風(fēng)速的信號向裝置外輸出。
實現(xiàn)本發(fā)明第一目的的技術(shù)方案是本風(fēng)速管具有收縮型管體和氣壓嘴，收縮型管體由依次連接的進風(fēng)管段、連接管段和出風(fēng)管段組成；進風(fēng)管段的截面積大于出風(fēng)管段的截面積，連接管段為收縮管，其與進風(fēng)管段相連的一端的截面積與進風(fēng)管段的截面積相同，其與出風(fēng)管段相連的一端的截面積與出風(fēng)管段的截面積相同；氣壓嘴有兩個，它們是第一氣壓嘴和第二氣壓嘴；第一氣壓嘴連接在進風(fēng)管段上，第二氣壓嘴連接在出風(fēng)管段上，且第一氣壓嘴和第二氣壓嘴位于收縮型管體的同一側(cè)。
上述收縮型管體進風(fēng)管段和出風(fēng)管段均為圓柱管形結(jié)構(gòu)，進風(fēng)管段和出風(fēng)管段的截面積比為4∶1至40∶1；連接管段為圓臺管形結(jié)構(gòu)；兩個氣壓嘴為圓柱管形。第一氣壓嘴位于進風(fēng)管段1-1的中間位置，第二氣壓嘴位于出風(fēng)管段的中間位置；收縮型管體的長度為75至360毫米，收縮型管體的進風(fēng)管段、連接管段、出風(fēng)管段的長度比為1∶1∶1。
實現(xiàn)本發(fā)明第二目的的技術(shù)方案是本風(fēng)速測量裝置具有壓力傳感器、信號放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機、看門狗電路和電源電路；壓力傳感器具有兩個氣體壓力感應(yīng)端口；壓力傳感器的氣體壓力電信號輸出端接信號放大電路的輸入端；信號放大電路的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換電路；A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端接單片機的壓力信號輸入端；看門狗電路與單片機的復(fù)位端電連接；其特征是還具有風(fēng)速管、存儲器、信號顯示電路和信號輸出電路；風(fēng)速管具有收縮型管體和氣壓嘴，收縮型管體由依次連接的進風(fēng)管段、連接管段和出風(fēng)管段組成；風(fēng)速管的進風(fēng)管段的截面積大于出風(fēng)管段的截面積，風(fēng)速管的連接管段為收縮管，其與進風(fēng)管段相連的一端的截面積與進風(fēng)管段的截面積相同，其與出風(fēng)管段相連的一端的截面積與出風(fēng)管段的截面積相同；氣壓嘴有兩個，它們是第一氣壓嘴和第二氣壓嘴；第一氣壓嘴連接在進風(fēng)管段上，第二氣壓嘴連接在出風(fēng)管段上；且第一氣壓嘴和第二氣壓嘴位于收縮型管體的同一側(cè)；壓力傳感器具有一個或兩個氣體壓力電信號輸出端；風(fēng)速管的各氣壓嘴通過管路與壓力傳感器的相應(yīng)一個氣體壓力感應(yīng)端口連接；單片機的并行顯示信號輸出端與信號顯示電路電連接，單片機的串行顯示信號輸出端與信號輸出電路電連接；信號輸出電路設(shè)有頻率信號或電流信號輸出端；存儲器與單片機的信號存取端口電連接；電源電路具有可與外接電源相電連接的端口，電源電路的各輸出端與壓力傳感器、信號放大電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、單片機、看門狗電路、存儲器、信號顯示電路和信號輸出電路的電源端電連接。
上述風(fēng)速管的收縮型管體進風(fēng)管段和出風(fēng)管段均為圓柱管形結(jié)構(gòu)，進風(fēng)管段和出風(fēng)管段的截面積比為4∶1至40∶1；連接管段為圓臺管形結(jié)構(gòu)；兩個氣壓嘴為圓柱管形；風(fēng)速管的第一氣壓嘴位于進風(fēng)管段的中間位置，第二氣壓嘴位于出風(fēng)管段的中間位置；收縮型管體的長度為75至360毫米，收縮型管體的進風(fēng)管段、連接管段、出風(fēng)管段的長度比為1∶1∶1。本風(fēng)速測量裝置還具有電磁閥控制電路，電磁閥，遙控接收電路和密碼設(shè)置觸發(fā)電路；電磁閥是二位三通電磁閥；電磁閥設(shè)置在與風(fēng)速管的第二氣壓嘴相連的管路上、且串聯(lián)在風(fēng)速管的第二氣壓嘴與壓力傳感器的相應(yīng)一個氣體壓力感應(yīng)端口之間，且電磁閥的第三個端口通過管路與設(shè)置在風(fēng)速管的第一氣壓嘴與壓力傳感器的相應(yīng)一個氣體壓力感應(yīng)端口之間的管路相連通；單片機的電磁閥控制信號輸出端與電磁閥控制電路的信號輸入端電連接，電磁閥控制電路的信號輸出端與電磁閥的控制端電連接。遙控接收電路的輸出端接單片機的中斷端口；密碼設(shè)置觸發(fā)電路的輸出端接單片機的秘密設(shè)置觸發(fā)信號輸入端。壓力傳感器是超低壓壓力傳感器；A/D轉(zhuǎn)換電路是型號為MAX111的高精度A/D轉(zhuǎn)換器；單片機是型號為AT89C51的高性能單片機；看門狗電路是型號為MAX813L的內(nèi)置高精度震蕩的集成電路；顯示電路是型號為TBA501H的高清晰8段數(shù)碼的數(shù)碼管。
實現(xiàn)本發(fā)明第三目的的技術(shù)方案是檢測礦井風(fēng)速的方法，具有下列步驟①將風(fēng)速管由其進風(fēng)管段朝向風(fēng)的流動方向設(shè)置，使流過風(fēng)速管的風(fēng)的速度發(fā)生改變，從而在風(fēng)速管的進風(fēng)端和出風(fēng)端形成不同的氣壓；②將進風(fēng)管段和出風(fēng)管段的氣流分別通過第一氣壓嘴和第二氣壓嘴引出，形成兩個不同的壓力，同時將這兩個壓力分別引至壓力傳感器；③壓力傳感器對所輸入的兩個壓力信號進行處理后，得到差壓信號的模擬信號，由壓力傳感器將所獲得的有關(guān)差壓信號的模擬信號經(jīng)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸入單片機中；④由單片機根據(jù)差壓信號以及存儲器所存儲的數(shù)據(jù)和公式計算出風(fēng)速值；⑤單片機將計算得到的風(fēng)速值由信號顯示電路顯示出來，同時通過信號輸出電路將有關(guān)風(fēng)速的信號向裝置外輸出。
本發(fā)明具有積極的效果(1)本發(fā)明的風(fēng)速管結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、使用壽命較長、性價比較高。(2)本發(fā)明的風(fēng)速測量裝置結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、使用壽命較長，穩(wěn)定性較高。(3)本發(fā)明的風(fēng)速測量裝置調(diào)試方便、靈敏度較高且抗干擾能力強，適用于煤礦井下煤塵大、濕度大、干擾多的惡劣環(huán)境。(4)本發(fā)明的風(fēng)速測量裝置總體性能有了較大的提高，所采用的對礦井風(fēng)速的檢測方法也具有可靠、準(zhǔn)確的特點，因此，本發(fā)明具有較好的經(jīng)濟效益和市場前景。


圖1是本發(fā)明風(fēng)速管和電磁閥的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2本發(fā)明的風(fēng)速測量裝置的原理方框圖。
圖3是本發(fā)明風(fēng)速測量裝置的程序框圖。
圖4是本發(fā)明的電源電路原理圖。
圖5是實現(xiàn)本發(fā)明的一種電路原理圖。
圖6是實現(xiàn)本發(fā)明的另一種電路原理圖。
具體實施例方式
(實施例1、風(fēng)速管)見圖1，本實施例的風(fēng)速管1具有收縮型管體和氣壓嘴，收縮型管體由依次連接的進風(fēng)管段1-1、連接管段1-2和出風(fēng)管段1-3組成；風(fēng)速管1的進風(fēng)管段1-1的截面積大于出風(fēng)管段1-3的截面積，風(fēng)速管1的連接管段1-2為收縮管，其與進風(fēng)管段1-1相連的一端的截面積與進風(fēng)管段1-1的截面積相同，其與出風(fēng)管段1-3相連的一端的截面積與出風(fēng)管段1-3的截面積相同；氣壓嘴有兩個，它們是第一氣壓嘴1-4和第二氣壓嘴1-5；第一氣壓嘴1-4連接在進風(fēng)管段1-1上，第二氣壓嘴1-5連接在出風(fēng)管段1-3上；且第一氣壓嘴1-4和第二氣壓嘴1-5位于收縮型管體的同一側(cè)；收縮型管體進風(fēng)管段1-1和出風(fēng)管段1-3均為圓柱管形結(jié)構(gòu)，連接管段1-2為圓臺管形結(jié)構(gòu)；兩個氣壓嘴為圓柱管形；第一氣壓嘴1-4位于進風(fēng)管段1-1的中間位置，第二氣壓嘴1-5位于出風(fēng)管段1-3的中間位置；收縮型管體長為75毫米，收縮型管體的進風(fēng)管段1-1、連接管段1-2、出風(fēng)管段1-3的長度比為1∶1∶1，進風(fēng)管段1-1和出風(fēng)管段1-3的截面積比為4∶1。
(實施例2、風(fēng)速管)仍見圖1，本實施例的其余部分與實施例1基本相同，不同之處在于本實施例采用的風(fēng)速管1的進風(fēng)管段1-1和出風(fēng)管段1-3的截面積比為25∶1，收縮型管體的長度為200毫米。
(實施例3、風(fēng)速管)仍見圖1，本實施例的其余部分與實施例1基本相同，不同之處在于本實施例采用的風(fēng)速管1的進風(fēng)管段1-1和出風(fēng)管段1-3的截面積比為40∶1，收縮型管體的長度為360毫米。
(實施例4、風(fēng)速測量裝置及檢測礦井風(fēng)速的方法)見圖2、圖1，本實施例的風(fēng)速測量裝置具有風(fēng)速管1，電磁閥2、壓力傳感器3，信號放大電路4，A/D轉(zhuǎn)換電路5，單片機6，看門狗電路7，存儲器8，遙控接收器9，密碼設(shè)置觸發(fā)電路10，信號顯示電路11，電磁閥控制電路12，信號輸出電路13，電源電路14。風(fēng)速管1由實施例1得到。電磁閥2是二位三通電磁閥；電磁閥2設(shè)置在與風(fēng)速管1的第二氣壓嘴1-5相連的管路上、且串聯(lián)在風(fēng)速管1的第二氣壓嘴1-5與壓力傳感器3的相應(yīng)一個氣體壓力感應(yīng)端口之間，且電磁閥2的第三個端口通過管路與設(shè)置在風(fēng)速管1的第一氣壓嘴1-4與壓力傳感器3的相應(yīng)一個氣體壓力感應(yīng)端口之間的管路相連通；其中，在風(fēng)速管1的第二氣壓嘴1-5與壓力傳感器3的相應(yīng)一個氣體壓力感應(yīng)端口之間設(shè)置的是常開閥2-1，第三個端口處設(shè)置的是常閉閥2-2。壓力傳感器3具有兩個氣體壓力感應(yīng)端口和電信號輸出端；壓力傳感器3的電信號輸出端接信號放大電路4的輸入端；信號放大電路4的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換電路5的輸入端；A/D轉(zhuǎn)換電路5的輸出端接單片機6的壓力信號輸入端；看門狗電路7與單片機6的復(fù)位端電連接；存儲器8與單片機6的信號存取端口連接；遙控接收器9和密碼設(shè)置觸發(fā)電路10分別與單片機6相對應(yīng)的端口連接。單片機6的并行顯示信號輸出端與信號顯示電路11連接，單片機6的串行顯示信號輸出端與信號輸出電路13連接；電磁閥控制電路12與單片機6的一個信號端連接，電源電路14的輸入端接外接電源，輸出端為各電路提供工作電源。
見圖4，本實施例的電源電路14具有型號為LM7805和LM7808的三端穩(wěn)壓塊N2，N3，型號為7660的電壓轉(zhuǎn)換器N1，型號為TLC27L4的放大器N7，型號為LM336-2.5的穩(wěn)壓二極管V7，型號為IN4001二極管V6，型號為IN4148的二極管V5，型號為2940-12的穩(wěn)壓器N6。
上述電源電路14的二極管V6的正極與外部18V直流電源連接，二極管V6的負(fù)極為VDD電源端；三端穩(wěn)壓塊N2的輸入端1腳與VDD端連接，三端穩(wěn)壓塊N2的0腳和2腳并線后接地，三端穩(wěn)壓塊N2的輸出端3腳為VCC電源端，電容C4，C5為濾波電容。三端穩(wěn)壓塊N3的輸入端1腳與VDD端連接，三端穩(wěn)壓塊N3的0腳和2腳并線后接地，三端穩(wěn)壓塊N3的輸出端3腳為+V電源端，電容C16為濾波電容。電壓轉(zhuǎn)換器N1的輸入端8腳與三端穩(wěn)壓塊N3的3腳連接，電壓轉(zhuǎn)換器N1的2腳和4腳接電解電容C3的兩端，N1的3腳接地，N1的輸出端5腳接二極管V5的負(fù)極，二極管V5的正極為-V電源端，電解電容C2為濾波電容。穩(wěn)壓器N6的輸入端1腳與VDD端連接，穩(wěn)壓器N6的0腳和2腳并線后接地，穩(wěn)壓器N6的輸出端3腳為VSS電源端，電容C22為濾波電容。穩(wěn)壓二極管V7的正極接地，負(fù)極VJ端與電阻R39連接，電阻R39另一端接電源VCC端，VJ端還與放大器N7A的正向輸入端3腳連接，N7A的反向輸入端2腳與輸出端1腳間接有電阻R38，反向輸入端2腳還與電阻R37連接，電阻R37另一端接地，放大器N7A的4腳接+V電源端，放大器N7A的輸出端1腳為+6V電源端。VJ端還與電阻R41連接，電阻R41另一端連接放大器N7B的反向輸入端6腳，放大器N7B的反向輸入端6腳和輸出端7腳之間連接有電阻R48，放大器N7B的正向輸入端5腳連接電阻R40，電阻R40另一端接地，放大器N7B的11腳接-V電源端，放大器N7B的輸出端7腳為-6V電源端。VJ端還與電阻R68的一端連接，電阻R68的另一端與可變電阻R29的一個固定端連接，可變電阻R29的另一個固定端與電阻R69、R70串聯(lián)后接地，可變電阻R29的可變端為1.5V電源端。
見圖5，本實施例的電磁閥2是型號為QVT307的電磁閥J1；壓力傳感器3是型號為DCXL01DN的壓力傳感器W2，信號放大電路4具有型號為AD620的放大器N4；A/D轉(zhuǎn)換電路5具有型號為MAX111的A/D轉(zhuǎn)換器D8；單片機6是型號為AT89C51的單片機D2；看門狗電路7具有型號為MAX813L的集成電路D1；存儲器8是型號為AT93C46的存儲器D6；調(diào)零電路4-1具有型號為TLC27L4的放大器N7D；信號顯示電路11具有型號為TBA5011H的數(shù)碼管D3、D4、D5；電磁閥控制電路12具有型號為4001的二極管V11，型號為8050的三極管V1，型號為8550的三極管V10；信號輸出電路13-1具有型號為9013的三極管V4和型號為8550的三極管V8，型號為4001的二極管V2、V3，型號為521-1的光電耦合器D7。
壓力傳感器W2的1腳和6腳并線后接地，W2的信號輸出端3腳和5腳分別與放大器N4的輸入端3腳和2腳對應(yīng)連接，W2的2腳、4腳分別接+6V電源端和-6V電源端；電阻R44和可變電阻R42串聯(lián)后連接在放大器N4的1腳與8腳之間；放大器N4的7腳與電阻R36連接，電阻R36的另一端接+V電源端，電解電容C6為濾波電容；放大器N4的4腳與電阻R43連接，電阻R43的另一端接-V電源端，電解電容C7為濾波電容；放大器N4的REF端接放大器N7D的輸出端14腳，放大器N7D的反向輸入端13腳與輸出端14腳相連，N7D的正向輸入端12腳與可變電阻R47的可變端連接，可變電阻R47的兩端分別接電阻R45和R46，電阻R45的另一端接+6V電源端，電阻R46的另一端接-6V電源端。放大器N4的輸出端6腳與電阻R49連接，電阻R49的另一端接A/D轉(zhuǎn)換器D8的信號輸入端1腳；電容C18、電解電容C17、C19為濾波電容；A/D轉(zhuǎn)換器D8的3腳與1.5V電源端連接，A/D轉(zhuǎn)換器D8的4腳和5腳并線后與電阻R67連接，電阻R67另一端與VCC電源端連接，電解電容C20、電容C21為濾波電容；A/D轉(zhuǎn)換器D8的6腳與電阻R66連接，電阻R66另一端接地，A/D轉(zhuǎn)換器D8的2腳、12腳、13腳、14腳、15腳、16腳都與地連接；A/D轉(zhuǎn)換器D8的9腳、10腳、11腳、7腳分別與單片機D2的14腳、16腳、11腳、1O腳對應(yīng)連接。存儲器D6的6腳與8腳并線后與VCC電源端連接，存儲器D6的5腳接地；存儲器D6的1腳、2腳分別與單片機D2的15腳、10腳對應(yīng)連接；存儲器D6的3腳、4腳并線后與單片機D2的11腳連接。遙控接收器D9的2腳與電阻R61連接，電阻R61的另一端接VCC電源端，電解電容C15為濾波電容，遙控接收器D9的3腳接地，1腳與單片機D2的13腳連接?？撮T狗電路7的集成塊D1的2腳接VCC電源端，集成塊D1的3腳接地，電容C8為濾波電容，集成塊D1的1腳直接與腳8連接，集成塊D1的6腳與單片機D2的12腳連接，集成塊D1的7腳與單片機D2的復(fù)位輸入端9腳連接。振蕩器J3和電容C8和C9組成振蕩電路，與單片機的18、19腳連接。單片機的31腳和40腳并線后接VCC電源端，單片機的20腳接地，20腳和31腳之間連接有電容C14。密碼設(shè)置觸發(fā)電路10由電阻R33和開關(guān)S1組成，電阻R33的一端與VCC電源端連接，電阻R33的另一端與單片機的32腳連接，開關(guān)S1的一端與地連接，另一端與單片機的32腳連接。信號顯示電路11的數(shù)碼管D3、D4、D5通過電阻R7～R28與單片機的相對應(yīng)的并行數(shù)據(jù)口連接，數(shù)碼管D3、D4、D5的3腳和8腳并線后與VCC電源端連接。單片機的28腳與電磁閥控制電路12的電阻R71連接，電阻R71的另一端接三極管V1的基極，三極管V1的發(fā)射極接地，三極管V1的集電極接電阻R4，電阻R4的另一端與電源VSS端連接，三極管V1的集電極還與電阻R3的一端連接，電阻R3的另一端接三極管V10的基極，三極管V10的發(fā)射極接電源VSS端，三極管V10的集電極接二極管V11的負(fù)極，二極管V11的正極接地。三極管V10的集電極還與電磁閥J1的一端連接，電磁閥J1的另一端接地。信號輸出電路13-1由二極管V2、V3，三極管V4、V8，光電耦合器D7，發(fā)光二極管L1，電阻R34、R35、R32、R31、R30、R62組成；單片機D2的17腳與信號輸出電路13-1的電阻R34連接，電阻R34的另一端接三極管V4的基極，三極管V4的發(fā)射極接地，三極管V4的集電極與電阻R35連接，電阻R35的另一端接VDD電源端；三極管V4的集電極還與電阻R32連接，電阻R32的另一端接三極管V8的基極；二極管V2，V3串聯(lián)，二極管V3的正極與VDD電源端連接，二極管V2的負(fù)極與三極管V8的基極連接；三極管V8的發(fā)射極與電阻R31連接，電阻R31的另一端接VDD電源端；三極管V8的集電極與電阻R30連接，電阻R30的另一端接地；三極管V8的集電極還與發(fā)光二極管L1的正極連接，發(fā)光二極管L1的負(fù)極作為輸出端輸出頻率信號。為了保護電路，還可在頻率信號輸出端設(shè)置一個光電耦合器D7，發(fā)光二極管L1的負(fù)極接電阻R62，電阻R62的另一端與光電耦合器D7的輸入端連接，光電耦合器D7的輸出端為頻率信號輸出端。
見圖3、圖2、圖4及圖5，本實施例的風(fēng)速測量裝置在使用前，通過調(diào)整可變電阻R42，可對信號放大電路4的放大器N4的信號放大倍數(shù)進行調(diào)整，放大器N4的REF端接調(diào)零電路4-1，通過調(diào)零電路4-1可調(diào)整零點電壓(即壓力傳感器3無差壓信號輸出時A/D轉(zhuǎn)換電路5的輸入電壓)；本實施例的風(fēng)速測量裝置可安裝在煤礦礦井的巷道中，并將信號輸出電路13-1的頻率信號輸出端(FOUT+端)通過相應(yīng)的電纜線與遠程的位于地面上的主控室的相應(yīng)的信號接收裝置相連接。將本裝置的風(fēng)速管1由其進風(fēng)管段1-1朝向風(fēng)的流動方向設(shè)置，使流過風(fēng)速管1的風(fēng)的速度發(fā)生改變，從而在風(fēng)速管1的進風(fēng)管段1-1和出風(fēng)管段1-3形成不同的氣壓；將進風(fēng)管段1-1和出風(fēng)管段1-3的氣流分別通過第一氣壓嘴1-4和第二氣壓嘴1-5引出，形成兩個不同的壓力，同時將這兩個壓力分別引至壓力傳感器3。
在對本實施例的風(fēng)速測量裝置通電后，單片機6同時上電復(fù)位；壓力傳感器3得電后則對所輸入的兩個壓力信號進行處理，得到差壓信號的模擬電壓信號，由壓力傳感器3將所獲得的有關(guān)差壓信號的模擬電壓信號輸至信號放大電路4，信號放大電路4對壓差信號進行放大后，輸出的模擬電壓信號至A/D轉(zhuǎn)換電路5，A/D轉(zhuǎn)換電路5將經(jīng)過放大的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸至單片機6。
單片機6則在上電復(fù)位后控制信號顯示電路11顯示風(fēng)速，再判斷有沒有遙控信號輸入，如果有遙控信號則對遙控信號進行相應(yīng)的處理，處理完后返回繼續(xù)判斷有沒有遙控信號，如果沒有遙控信號，則開始判斷是否到達自動調(diào)零時間，若到達自動調(diào)零時間，則單片機6運行自動調(diào)零程序段，也即在單片機6的P27端口輸出高電平，控制電磁閥2，使電磁閥2的常開閥2-1關(guān)閉，常閉閥2-2打開，然后把沒有差壓信號時A/D轉(zhuǎn)換電路5的輸入電壓作為零點電壓存儲至片外存儲器8，之后控制電磁閥2自動恢復(fù)到常開常閉狀態(tài)；若未到達自動調(diào)零時間或運行完自動調(diào)零程序段后，單片機6開始采集由A/D轉(zhuǎn)換電路5輸送的數(shù)字信號，單片機6將該數(shù)字信號與所存儲的零點電壓相減后得到調(diào)整后的壓差信號，根據(jù)調(diào)整后的差壓信號以及存儲器8所存儲的數(shù)據(jù)根據(jù)公式F=kux-ul+F0]]>計算風(fēng)速值；其中F為實際要測量的風(fēng)速，k為風(fēng)速曲線的放大倍數(shù)，ux為測量到的風(fēng)速對應(yīng)的電壓值，ul為零點電壓值，F(xiàn)0為風(fēng)速曲線的補償常數(shù)。計算出風(fēng)速值后再通過并行端口經(jīng)信號顯示電路11的電阻R7～R28將計算出的風(fēng)速值的信號傳送到數(shù)碼管D3、D4、D5而進行顯示，單片機6同時還在其17腳輸出頻率為200至1000Hz的頻率信號至信號輸出電路13-1，信號輸出電路13-1則可通過其頻率信號輸出端(FOUT+端)把以頻率方式表示的風(fēng)速信號向外傳輸至主控室。
上述看門狗電路7用于上電時復(fù)位和即時監(jiān)控單片機6的程序運行，當(dāng)單片機6運行進入死循環(huán)時，則自動進行復(fù)位。存儲器8用來儲存信息；遙控接收器9用于接收遙控信號，通過遙控器可更改可調(diào)參數(shù)；密碼設(shè)置觸發(fā)電路10使用時與遙控接收器9配合，可以給遙控接收器9設(shè)置進入密碼或修改進入密碼；電源電路14為各電路提供工作電源。
(實施例5、風(fēng)速測量裝置及檢測礦井風(fēng)速的方法)見圖2、圖3、圖4及圖6，其余與實施例4相同，不同之處在于壓力傳感器3具有型號為DC001NDC4的帶信號放大功能的壓力傳感器W1；壓力傳感器W1的信號輸出端與電阻R1連接，電阻R1的另一端與電位器R2的一個固定端連接，電位器R2另一個固定端接地。電位器R2的可變端與電阻R49連接。信號輸出電路13-2由型號為LM331的頻率/電流轉(zhuǎn)換器N5，型號為LM358的放大器N8，型號為9103的三極管V9，電阻R50～R60，R64，R65，電容C11，C12，C13以及發(fā)光二極管L2組成。單片機D2的17腳經(jīng)隔直電容C13后與頻率/電流轉(zhuǎn)換器N5的6腳連接，頻率/電流轉(zhuǎn)換器N5的6腳與VCC電源端之間連接有電阻R57，頻率/電流轉(zhuǎn)換器N5的7腳與VCC電源端之間連接有電阻R58，頻率/電流轉(zhuǎn)換器N5的7腳還與地之間連接有電阻R59，頻率/電流轉(zhuǎn)換器N5的8腳直接與VCC電源端連接，頻率/電流轉(zhuǎn)換器N5的5腳與VCC電源端之間連接有電阻R55、與地之間連接有電容C12，頻率/電流轉(zhuǎn)換器N5的2腳與地之間連接有電阻R56，頻率/電流轉(zhuǎn)換器N5的3腳、4腳并線后接地，電阻R54與電容C11并聯(lián)后一端與地連接，另一端與頻率/電流轉(zhuǎn)換器N5的1腳連接；頻率/電流轉(zhuǎn)換器N5的1腳還與放大器N8B的正向輸入端5腳連接；放大器N8B的8腳接VDD電源端，4腳接地；放大器N8B的反向輸入端6腳與輸出端7腳連接；放大器N8B的輸出端7腳與電阻R50連接，電阻R50的另一端與放大器N8A的正向輸入端3腳連接，N8A的反向輸入端2腳接電阻R52，電阻R52的另一端接地；N8A的反向輸入端2腳還與電阻R51連接，電阻R51的另一端接三極管V9的發(fā)射極，放大器N8A的輸出端1腳與三極管V9的基極連接，三極管V9的集電極與電阻R64連接，電阻R64的另一端接VDD電源端；可變電阻R60與電阻R53串聯(lián)后一端與三極管V9的發(fā)射極連接，另一端發(fā)光二極管L2的正極連接；放大器N8A的正向輸入端3腳還與電阻R65連接，電阻R65的另一端與發(fā)光二極管L2的正極連接，發(fā)光二極管L2的負(fù)極作為信號輸出電路13-2的輸出端，輸出4至20mA電流信號。本實施例的風(fēng)速管1采用實施例2所得到的風(fēng)速管。
(實施例6、風(fēng)速測量裝置及檢測礦井風(fēng)速的方法)
其余與實施例5相同，不同之處在于，本實施例所采用的風(fēng)速管1為實施例3所得到。
顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而這些屬于本發(fā)明的精神所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)速管，其特征在于具有收縮型管體和氣壓嘴，收縮型管體由依次連接的進風(fēng)管段(1-1)、連接管段(1-2)和出風(fēng)管段(1-3)組成；進風(fēng)管段(1-1)的截面積大于出風(fēng)管段(1-3)的截面積，連接管段(1-2)為收縮管，其與進風(fēng)管段(1-1)相連的一端的截面積與進風(fēng)管段(1-1)的截面積相同，其與出風(fēng)管段(1-3)相連的一端的截面積與出風(fēng)管段(1-3)的截面積相同；氣壓嘴有兩個，它們是第一氣壓嘴(1-4)和第二氣壓嘴(1-5)；第一氣壓嘴(1-4)連接在進風(fēng)管段(1-1)上，第二氣壓嘴(1-5)連接在出風(fēng)管段(1-3)上，且第一氣壓嘴(1-4)和第二氣壓嘴(1-5)位于收縮型管體的同一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)速管，其特征在于收縮型管體進風(fēng)管段(1-1)和出風(fēng)管段(1-3)均為圓柱管形結(jié)構(gòu)，進風(fēng)管段(1-1)和出風(fēng)管段(1-3)的截面積比為4∶1至40∶1；連接管段(1-2)為圓臺管形結(jié)構(gòu)；兩個氣壓嘴為圓柱管形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)速管，其特征在于第一氣壓嘴(1-4)位于進風(fēng)管段(1-1)的中間位置，第二氣壓嘴(1-5)位于出風(fēng)管段(1-3)的中間位置；收縮型管體的長度為75至360毫米，收縮型管體的進風(fēng)管段(1-1)、連接管段(1-2)、出風(fēng)管段(1-3)的長度比為1∶1∶1。
4.一種風(fēng)速測量裝置，具有壓力傳感器(3)、信號放大電路(4)、A/D轉(zhuǎn)換電路(5)、單片機(6)、看門狗電路(7)和電源電路(14)；壓力傳感器(3)具有兩個氣體壓力感應(yīng)端口；壓力傳感器(3)的氣體壓力電信號輸出端接信號放大電路(4)的輸入端；信號放大電路(4)的輸出端接A/D轉(zhuǎn)換電路(5)的輸入端；A/D轉(zhuǎn)換電路(5)的輸出端接單片機(6)的壓力信號輸入端；看門狗電路(7)與單片機(6)的復(fù)位端電連接；其特征在于還具有風(fēng)速管(1)、存儲器(8)、信號顯示電路(11)、信號輸出電路(13)；風(fēng)速管(1)具有收縮型管體和氣壓嘴，收縮型管體由依次連接的進風(fēng)管段(1-1)、連接管段(1-2)和出風(fēng)管段(1-3)組成；風(fēng)速管(1)的進風(fēng)管段(1-1)的截面積大于出風(fēng)管段(1-3)的截面積，風(fēng)速管的連接管段(1-2)為收縮管，其與進風(fēng)管段(1-1)相連的一端的截面積與進風(fēng)管段(1-1)的截面積相同，其與出風(fēng)管段(1-3)相連的一端的截面積與出風(fēng)管段(1-3)的截面積相同；氣壓嘴有兩個，它們是第一氣壓嘴(1-4)和第二氣壓嘴(1-5)；第一氣壓嘴(1-4)連接在進風(fēng)管段(1-1)上，第二氣壓嘴(1-5)連接在出風(fēng)管段(1-3)上；且第一氣壓嘴(1-4)和第二氣壓嘴(1-5)位于收縮型管體的同一側(cè)；風(fēng)速管(1)的各氣壓嘴通過管路與壓力傳感器(3)的相應(yīng)一個氣體壓力感應(yīng)端口連接；單片機(5)的并行顯示信號輸出端與信號顯示電路(11)電連接，單片機(5)的串行顯示信號輸出端與信號輸出電路(13)電連接；信號輸出電路(13)設(shè)有頻率信號或電流信號輸出端；存儲器(8)與單片機(6)的信號存取端口電連接；電源電路(14)具有可與外接電源相電連接的端口，電源電路(14)的各輸出端與壓力傳感器(3)、信號放大電路(4)、A/D轉(zhuǎn)換電路(5)、單片機(6)、看門狗電路(7)、存儲器(8)、信號顯示電路(11)和信號輸出電路(13)的電源端電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)速測量裝置，其特征在于風(fēng)速管(1)的收縮型管體進風(fēng)管段(1-1)和出風(fēng)管段(1-3)均為圓柱管形結(jié)構(gòu)，進風(fēng)管段(1-1)和出風(fēng)管段(1-3)的截面積比為4∶1至40∶1；連接管段(1-2)為圓臺管形結(jié)構(gòu)；兩個氣壓嘴為圓柱管形。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的風(fēng)速測量裝置，其特征在于風(fēng)速管(1)的第一氣壓嘴(1-4)位于進風(fēng)管段(1-1)的中間位置，第二氣壓嘴(1-5)位于出風(fēng)管段(1-3)的中間位置；收縮型管體的長度為75至360毫米，收縮型管體的進風(fēng)管段(1-1)、連接管段(1-2)、出風(fēng)管段(1-3)的長度比為1∶1.1。
7.根據(jù)權(quán)利要求4至6之一所述的風(fēng)速測量裝置，其特征在于還具有電磁閥控制電路(12)和電磁閥(2)；電磁閥(2)是二位三通電磁閥；電磁閥(2)設(shè)置在與風(fēng)速管(1)的第二氣壓嘴(1-5)相連的管路上、且串聯(lián)在風(fēng)速管(1)的第二氣壓嘴(1-5)與壓力傳感器(3)的相應(yīng)一個氣體壓力感應(yīng)端口之間，且電磁閥(2)的第三個端口通過管路與設(shè)置在風(fēng)速管(1)的第一氣壓嘴(1-4)與壓力傳感器(3)的相應(yīng)一個氣體壓力感應(yīng)端口之間的管路相連通；單片機(5)的電磁閥控制信號輸出端與電磁閥控制電路(12)的信號輸入端電連接，電磁閥控制電路(12)的信號輸出端與電磁閥(2)的控制端電連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至6之一所述的風(fēng)速測量裝置，其特征在于壓力傳感器(3)是超低壓壓力傳感器；A/D轉(zhuǎn)換電路(5)是型號為MAX111的A/D轉(zhuǎn)換器；單片機(6)是型號為AT89C51的單片機；看門狗電路(7)是型號為MAX813L的集成電路；顯示電路(11)是型號為TBA501H的數(shù)碼管。
9.根據(jù)權(quán)利要求4至6之一所述的風(fēng)速測量裝置，其特征在于還具有遙控接收電路(9)和密碼設(shè)置觸發(fā)電路(10)；遙控接收電路(9)的輸出端接單片機(6)的中斷端口；密碼設(shè)置觸發(fā)電路(10)的輸出端接單片機(6)的密碼設(shè)置觸發(fā)信號輸入端。
10.由權(quán)利要求4所述的風(fēng)速測量裝置檢測礦井風(fēng)速的方法，其特征在于具有下列步驟①將風(fēng)速管(1)由其進風(fēng)管段(1-1)朝向風(fēng)的流動方向設(shè)置，使流過風(fēng)速管(1)的風(fēng)的速度發(fā)生改變，從而在風(fēng)速管(1)的進風(fēng)管段(1-1)和出風(fēng)管段(1-3)形成不同的氣壓；②將進風(fēng)管段(1-1)和出風(fēng)管段(1-3)的氣流分別通過第一氣壓嘴(1-4)和第二氣壓嘴(1-5)引出，形成兩個不同的壓力，同時將這兩個壓力分別引至壓力傳感器(3)；③壓力傳感器(3)對所輸入的兩個壓力信號進行處理后，得到差壓信號的模擬信號，由壓力傳感器(3)將所獲得的有關(guān)差壓信號的模擬信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路(5)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸入單片機(6)中；④由單片機(6)根據(jù)差壓信號以及存儲器(8)所存儲的數(shù)據(jù)和公式計算出風(fēng)速值；⑤單片機(6)將計算得到的風(fēng)速值由信號顯示電路(11)顯示出來，同時通過信號輸出電路(13)將有關(guān)風(fēng)速的信號向裝置外輸出。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)速管、風(fēng)速測量裝置及其檢測礦井中風(fēng)速的方法。本發(fā)明的風(fēng)速管具有截面積較大的進風(fēng)管段和截面積較小的出風(fēng)管段。本發(fā)明的風(fēng)速測量裝置在使用時將風(fēng)速管的進風(fēng)管段朝向風(fēng)的流動方向設(shè)置，風(fēng)流過風(fēng)速管時，在其進風(fēng)管段和出風(fēng)管段形成不同的氣壓；將這兩個壓力分別引至壓力傳感器，由壓力傳感器對所輸入的兩個壓力信號進行處理得到模擬的差壓信號，再將該模擬信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸至單片機而計算出風(fēng)速值，單片機將計算得到的風(fēng)速值由信號顯示電路顯示出來，同時通過信號輸出電路將有關(guān)風(fēng)速的信號向裝置外輸出。本發(fā)明的風(fēng)速測量裝置結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、穩(wěn)定性高、能適應(yīng)惡劣環(huán)境且使用時抗干擾能力強。
文檔編號G01P5/14GK1847856SQ200510064539
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月13日
發(fā)明者蔣玉華, 屠濤 申請人:蔣玉華