專利名稱：一種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種對大型機械的振動及其他參數(shù)進行檢測的巡檢 儀，尤其是涉及一種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀。
背景技術(shù)：
煤礦安全是煤炭行業(yè)的重中之重，煤炭事故的發(fā)生不僅會對企業(yè)、國 家造成重大的經(jīng)濟損失，而且會造成諸多人員傷亡，嚴(yán)重影響了煤炭行業(yè) 的發(fā)展。煤炭事故的發(fā)生與煤礦環(huán)境是緊密相連的，瓦斯?jié)舛?、溫度、?度、氧氣含量等參數(shù)都關(guān)系到煤礦的環(huán)境安全，因此實踐中，煤礦環(huán)境的 檢測與監(jiān)控對煤礦的安全都顯得尤為重要。
傳統(tǒng)的煤礦安全巡檢主要釆用兩種方法， 一種是基于網(wǎng)絡(luò)的自動安全
信息釆集系統(tǒng)，該系統(tǒng)一般同時具有自動報警功能和監(jiān)視功能；另一種是 基于人工的安全信息采集系統(tǒng)，通常情況下，將上述兩種方法相結(jié)合，則 可以進一步保證所檢測獲取信息的可靠性，給煤礦生產(chǎn)提供安全保障。但 傳統(tǒng)的安全巡檢系統(tǒng)大多都復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，不利于信息的及時釆集與 處理，尤其是現(xiàn)有巡檢系統(tǒng)不能根據(jù)煤礦生產(chǎn)的需要進行動態(tài)調(diào)整，因而 不利于煤礦安全的檢測。

實用新型內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提 供一種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀，其結(jié)構(gòu)簡單合理、體積小、成本低、 功能全且使用操作方便，能對瓦斯?jié)舛?、溫度等煤礦生產(chǎn)過程中的環(huán)境參 數(shù)變化及生產(chǎn)設(shè)備振動情況進行實時監(jiān)測，大大減少了事故發(fā)生率。
為解決上述技術(shù)問題，本實用新型釆用的技術(shù)方案是 一種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀，包括外部殼體、設(shè)置在所述外部殼體上的信號釆集單元、 依次與所述信號釆集單元相接的信號處理電路和主控單元、分別與主控單 元相接的輸入鍵盤和顯示單元以及對主控單元進行供電的電源模塊；所述 信號處理電路、主控單元和電源模塊均設(shè)置在所述外部殼體內(nèi)部，其特征
在于還包括與主控單元相接的SD存儲卡以及連接主控單元和上位機的 雙向通信接口；所述信號采集單元包括對被監(jiān)測礦山設(shè)備的振動狀態(tài)進行 實時檢測的信號釆樣單元一，和對所述被監(jiān)測礦山設(shè)備的相關(guān)機械參數(shù)及 其相關(guān)工作環(huán)境參數(shù)分別進行實時檢測的信號釆樣單元二；所述信號處理 電路為分別對信號釆樣單元一和信號釆樣單元二所檢測信號進行濾波及 放大調(diào)理的信號處理電路一和信號處理電路二，主控單元為對信號處理電 路一和信號處理電路二所輸出信號進行分析處理并進行相應(yīng)故障診斷的
控制器；所述信號釆樣單元一為振動傳感器；所述電源模塊包括供電電池 以及與所述供電電池相接的電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路。
所述主控單元為ARM微處理器，且所述ARM微處理器為LPC2148微處理器。
還包括積分選擇電路和積分電路，所述振動傳感器為振動加速度傳感 器，所述信號處理電路一的信號輸出端接積分選擇電路的信號輸入端，積 分選擇電路的一個信號輸出端經(jīng)將加速度信號轉(zhuǎn)換為速度信號的積分電 路后接主控單元，積分選擇電路的另一個信號輸出端接主控單元，所述積 分選擇電路由主控單元進行控制。
所述振動加速度傳感器為由恒流源提供恒定電流的ICP振動加速度傳 感器。
所述雙向通信接口為USB接口。
所述電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路的電源端通過USB接口與外接電源相接。 所述電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路包括與主控單元的電源端相接的電壓轉(zhuǎn)換調(diào) 整電路一，以及與恒流源的電源端相接的電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路二；所述電壓 轉(zhuǎn)換調(diào)整電路一包括依次相接的電源濾波電路一、電壓轉(zhuǎn)換電路和電源濾波電路二，以及并接在電源濾波電路一上的電源狀態(tài)顯示電路。
所述外接電源和所述供電電池的供電電壓為+5V電壓，所述電壓轉(zhuǎn)換
電路為將+5V電壓轉(zhuǎn)換為+3. 3V電壓的電壓轉(zhuǎn)換芯片SPX1117,所述電壓轉(zhuǎn) 換調(diào)整電路二為將+5V電壓轉(zhuǎn)換為+25V電壓的電壓轉(zhuǎn)換芯片。
所述信號處理電路一由濾波電路以及與所述濾波電路相接的運算放 大器MAX4351組成；所述積分選擇電路為分別與運算放大器MAX4351和積 分電路相接的芯片ADG884。
所述外部殼體為適宜人手握持的手持式外殼。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點1、不僅結(jié)構(gòu)簡單，加工 制作方便，而且設(shè)計合理。2、體積小且重量輕、便于攜帶，整體外殼為 手持式外部殼體，因而使用操作非常方便。3、自動化程度高且功能全， 為一工作性能可靠的煤礦或者露天大型設(shè)備點檢設(shè)備，其主要應(yīng)用于煤礦 生產(chǎn)中井下環(huán)境的檢測與監(jiān)控，可以對瓦斯?jié)舛取h(huán)境溫度與濕度以及釆 煤設(shè)備的機械參數(shù)等進行實時檢測，并能夠?qū)⑨娂臄?shù)據(jù)通過USB接口傳 給上位機或是直接儲存在自身的SD存儲卡中，極大地方便了煤礦環(huán)境的 監(jiān)測工作。綜上所述，本實用新型結(jié)構(gòu)簡單合理、體積小、成本低、功能 全且使用操作方便，具有實時性強、可靠性高、小型化、集成化和低成本 的特點，能對瓦斯?jié)舛?、溫度等煤礦生產(chǎn)過程中的環(huán)境參數(shù)變化及生產(chǎn)設(shè) 備振動情況進行實時監(jiān)測，大大減少了事故發(fā)生率。
下面通過附圖和實施例，對本實用新型的技術(shù)方案做進一步的詳細描述。


圖l為本實用新型的電路框圖。
圖2為本實用新型電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路一的電路框圖。 圖3為本實用新型電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路一的電路原理圖。 附圖標(biāo)記說明
l一信號處理電路一；2—信號處理電路二； 3—主控單元；4一輸入鍵盤； 7 —上位機； 8-2—電壓轉(zhuǎn)換電路; 9一積分選擇電路；
12 —恒流源；
5 —顯示單元； 8—電源模塊； 8-3—電源濾波電路. IO—積分電路；
13—USB接口 ；
6—SD存儲卡； 8-1一電源濾波電路一； 8-4—電源狀態(tài)顯示電路； ll一ICP振動加速度傳感
器；
14一溫度傳感器；
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型新型包括外部殼體、設(shè)置在所述外部殼體上
的信號釆集單元、依次與所述信號采集單元相接的信號處理電路和主控單
元3、分別與主控單元3相接的輸入鍵盤4和顯示單元5,以及對主控單
元3進行供電的電源模塊8。所述信號處理電路、主控單元3和電源模塊
8均設(shè)置在所述外部殼體內(nèi)部。另外，還包括與主控單元3相接的SD存儲
卡6以及連接主控單元3和上位機7)雙向通信接口。所述信號釆集單元
包括對被監(jiān)測礦山設(shè)備的振動狀態(tài)進行實時檢測的信號釆樣單元一，和對
所述被監(jiān)測礦山設(shè)備的相關(guān)機械參數(shù)及其相關(guān)工作環(huán)境參數(shù)分別進行實
時檢測的信號采樣單元二 。所述信號處理電路為分別對信號釆樣單元 一和 信號釆樣單元二所檢測信號進行濾波及放大調(diào)理的信號處理電路一l和信
號處理電路二 2，主控單元3為對信號處理電路一 1和信號處理電路二 2 所輸出信號進行分析處理并進行相應(yīng)故障診斷的控制器。所述信號采樣單 元一為振動傳感器。
所述電源模塊8包括供電電池以及與所述供電電池相接的電壓轉(zhuǎn)換調(diào) 整電路。.所述雙向通信接口為USB接口 13,即所述主控單元3與上位機7 之間通過USB接口 13進行連接，所述電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路的電源端通過USB 接口 13與外接電源相接。本實施例中，所述外部殼體為適宜人手握持的 手持式外殼。
另外，本實用新型還包括積分選擇電路9和積分電路10,所述振動傳
7感器為振動加速度傳感器，所述信號處理電路一 1的信號輸出端接積分選 擇電路9的信號輸入端，積分選擇電路9的一個信號輸出端經(jīng)將加速度信
號轉(zhuǎn)換為速度信號的積分電路10后接主控單元3,積分選擇電路9的另一 個信號輸出端接主控單元3,所述積分選擇電路9由主控單元3進行控制。 本實施例中，所述振動加速度傳感器為由恒流源12提供恒定電流的ICP 振動加速度傳感器11;所述信號采樣單元二為對所述被監(jiān)測礦山設(shè)備的溫 度進行實時釆樣的溫度傳感器14，實際使用過程中，所述信號釆樣單元二 還包括對被監(jiān)測礦山設(shè)備(如釆煤機等大型機械設(shè)備)的溫度、瓦斯?jié)舛?等參數(shù)進行采集的相應(yīng)傳感器?？傊?，所述信號采樣單元一和信號采樣單 元二組成對被監(jiān)測礦山設(shè)備的振動、溫度等參數(shù)進行感應(yīng)并釆集的前端采 集設(shè)備。
本實施例中，所述主控單元3為ARM微處理器，且所述ARM微處理器 為LPC2148微處理器，所述LPC2148微處理器為 一低功耗且主頻大于64 兆赫茲并支持UC-OSII操作系統(tǒng)的16/32位微處理器。所述LPC2148微處 理器通過其自帶的USB接口 13與上位機7進行雙向通信，并且LPC2148 微處理器通過ISP總線進行SD存儲。所述信號處理電路一 1由濾波電路 以及與所述濾波電路相接的運算放大器MAX4351組成。所述積分選擇電路 9為分別與運算放大器MAX4351和積分電路IO相接的芯片ADG884。
結(jié)合圖2、圖3,所述電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路包括與主控單元3的電源端 相接的電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路一，以及與恒流源12的電源端相接的電壓轉(zhuǎn)換 調(diào)整電路二；所述電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路一包括依次相接的電源濾波電路一 8-1、電壓轉(zhuǎn)換電路8-2和電源濾波電路二 8-3，以及并接在電源濾波電路 一 8-1上的電源狀態(tài)顯示電路8-4。
本實施例中，所述外接電源和所述供電電池的供電電壓為+5V電壓， 所述電壓轉(zhuǎn)換電路8-2為將+5V電壓轉(zhuǎn)換為+3. 3V電壓的電壓轉(zhuǎn)換芯片 SPX1117。所述電源濾波電路一 8-1為對電壓轉(zhuǎn)換芯片SPX1117轉(zhuǎn)換之前 的+5V電壓進行濾波處理且由電感Ll以及電容C1和C4組成的濾波電路，
8該濾波電路能有效降低電源噪聲，以避免所述處理器LPC2148的死機。所 述電源濾波電路二 8-3為對電壓轉(zhuǎn)換芯片SPX1117轉(zhuǎn)換后的+ 3. 3V電壓進 行濾波處理且由電感L2和L3以及電容C2、 C5、 C6和C7組成的電源濾波
電路，該電源濾波電路能進一步提高所提供電源的抗干擾能力。
所述電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路二為將+5V電壓轉(zhuǎn)換為+25V電壓的電壓轉(zhuǎn)換芯片。
實際使用過程中，當(dāng)主控單元3與上位機7之間通過USB接口 13進 行連接時，則可以通過USB接口 13為主控單元3進行供電，即通過USB 接口 13將外接電源與主控單元3的電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路的電源端相接。但
是，如果直接用本實用新型進行直接故障診斷或者直接進行數(shù)據(jù)采集時， 則使用自帶的所述供電電池為主控單元3進行供電。但是，無論使用的是 外接電源還是本實用新型自帶的供電電池進行供電，接入主控單元3的電 壓均為5V,同時通過直流電壓轉(zhuǎn)換電路將+5V電壓轉(zhuǎn)變成+25V為恒流源 12進行供電。所述恒流源12為ICP振動加速度傳感器11提供恒定的3. 5mA 電流。所述電源狀態(tài)顯示電路8-4由電阻R2和發(fā)光二極管D2組成。
本實用新型的工作過程是首先，通過信號釆樣單元一即ICP振動加 速度傳感器11對被監(jiān)測礦山設(shè)備工作時振動的加速度信號進行采樣，并 且所釆集的振動加速度信號經(jīng)信號處理電路一1進行濾波及放大調(diào)理后送 至由主控單元3進行控制的積分選擇電路9:當(dāng)主控單元3控制積分選擇 電路9選擇將所采樣處理的振動加速度信號直接送至主控單元3的A/D 口 時，經(jīng)信號處理電路一 1處理后的振動加速度信號則不經(jīng)過積分電路10， 而直接送給主控單元3對所釆樣處理的振動加速度信號進行內(nèi)部分析處 理、編碼并進行相應(yīng)故障診斷，同時主控單元3將所釆樣處理的結(jié)果送至 顯示單元5進行顯示且顯示數(shù)據(jù)為振動加速度信息；相應(yīng)地，當(dāng)主控單元 3控制積分選擇電路9選擇將所采樣處理的振動加速度信號經(jīng)積分電路10 積分后再送至主控單元3的A/D 口時，經(jīng)信號處理電路一 1處理后的振動 加速度信號則經(jīng)過積分電路10轉(zhuǎn)換為振動速度信號后，再送給主控單元3對經(jīng)積分后的振動速度信號進行內(nèi)部分析處理、編碼并進行相應(yīng)故障診 斷，同時主控單元3將所釆樣處理的結(jié)果送至顯示單元5進行顯示且顯示 數(shù)據(jù)為振動速度信息。
同理，所述信號釆樣單元二即對溫度傳感器14實時對被監(jiān)測礦山設(shè) 備的溫度進行釆樣，溫度傳感器14實時所釆樣的溫度信號經(jīng)信號處理電 路二 2進行濾波及放大調(diào)理后，直接送至主控單元3的A/D 口。主控單元 3對所釆樣處理的溫度信號進行內(nèi)部分析處理、編碼并進行相應(yīng)故障診斷， 同時將所釆樣處理的結(jié)果送至顯示單元5進行顯示。
綜上，所述信號采樣單元一和信號釆樣單元二組成對被監(jiān)測礦山設(shè)備 的振動、溫度等參數(shù)進行實時感應(yīng)并釆集的前端采集設(shè)備，主控單元3為 對所述前端釆集設(shè)備所釆樣且經(jīng)處理后的采樣信號進行內(nèi)部分析處理、編 碼并進行相應(yīng)故障診斷的控制器。同時，主控單元3通過USB接口 12與 上位機7進行通信或者將所處理得出的數(shù)據(jù)直接存儲在SD存儲卡6上。
以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例，并非對本實用新型作任何限 制，凡是根據(jù)本實用新型技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更 以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本實用新型技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
10
權(quán)利要求1.一種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀，包括外部殼體、設(shè)置在所述外部殼體上的信號采集單元、依次與所述信號采集單元相接的信號處理電路和主控單元(3)、分別與主控單元(3)相接的輸入鍵盤(4)和顯示單元(5)以及對主控單元(3)進行供電的電源模塊(8)；所述信號處理電路、主控單元(3)和電源模塊(8)均設(shè)置在所述外部殼體內(nèi)部，其特征在于還包括與主控單元(3)相接的SD存儲卡(6)以及連接主控單元(3)和上位機(7)的雙向通信接口；所述信號采集單元包括對被監(jiān)測礦山設(shè)備的振動狀態(tài)進行實時檢測的信號采樣單元一，和對所述被監(jiān)測礦山設(shè)備的相關(guān)機械參數(shù)及其相關(guān)工作環(huán)境參數(shù)分別進行實時檢測的信號采樣單元二；所述信號處理電路為分別對信號采樣單元一和信號采樣單元二所檢測信號進行濾波及放大調(diào)理的信號處理電路一(1)和信號處理電路二(2)，主控單元(3)為對信號處理電路一(1)和信號處理電路二(2)所輸出信號進行分析處理并進行相應(yīng)故障診斷的控制器；所述信號采樣單元一為振動傳感器；所述電源模塊(8)包括供電電池以及與所述供電電池相接的電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路。
2. 按照權(quán)利要求1所述的 一 種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀，其特征在 于所述主控單元(3)為ARM微處理器，且所述ARM微處理器為LPC2148 微處理器。
3. 按照權(quán)利要求l或2所述的一種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀，其特 征在于還包括積分選擇電路(9)和積分電路(10),所述振動傳感器 為振動加速度傳感器，所述信號處理電路一 (1)的信號輸出端接積分選 擇電路(9)的信號輸入端，積分選擇電路(9)的一個信號輸出端經(jīng)將加 速度信號轉(zhuǎn)換為速度信號的積分電路UO)后接主控單元(3),積分選 擇電路(9 )的另 一個信號輸出端接主控單元(3 )，所述積分選擇電路(9 ) 由主控單元(3)進行控制。
4. 按照權(quán)利要求3所述的一種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀，其特征在于所述振動加速度傳感器為由恒流源(12)提供恒定電流的ICP振動加速度傳感器(11)。
5. 按照權(quán)利要求4所述的一種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀，其特征在 于所述雙向通信接口為USB接口 (13)。
6. 按照權(quán)利要求5所述的一種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀，其特征在 于所述電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路的電源端通過USB接口 (13)與外接電源相接。
7. 按照權(quán)利要求6所述的一種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀，其特征在 于所述電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路包括與主控單元(3)的電源端相接的電壓轉(zhuǎn) 換調(diào)整電路一，以及與恒流源(12)的電源端相接的電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路二； 所述電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路一包括依次相接的電源濾波電路一 (8-1)、電壓 轉(zhuǎn)換電路(8-2)和電源濾波電路二 (8-3),以及并接在電源濾波電路一(8-1)上的.電源狀態(tài)顯示電路(8-4)。
8. 按照權(quán)利要求7所述的一種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀，其特征在 于所述外接電源和所述供電電池的供電電壓為+5V電壓，所述電壓轉(zhuǎn)換 電路(8-2)為將+5V電壓轉(zhuǎn)換為+3. 3V電壓的電壓轉(zhuǎn)換芯片SPX1117，所 述電壓轉(zhuǎn)換調(diào)整電路二為將+5V電壓轉(zhuǎn)換為+25V電壓的電壓轉(zhuǎn)換芯片。
9. 按照權(quán)利要求3所述的一種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀，其特征在 于所述信號處理電路一 (1)由濾波電路以及與所述濾波電路相接的運 算放大器MAX4351組成；所述積分選擇電路(9)為分別與運算放大器 MAX4351和積分電路(10)相接的芯片ADG884。
10. 按照權(quán)利要求1或2所述的一種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀，其 特征在于所述外部殼體為適宜人手握持的手持式外殼。
專利摘要本實用新型公開了一種新型便攜式礦山設(shè)備巡檢儀，包括信號采集單元、信號處理電路、主控單元及分別與主控單元相接的輸入鍵盤、顯示單元和電源模塊，還包括與主控單元相接的SD存儲卡以及連接主控單元和上位機的雙向通信接口；信號采集單元包括對被監(jiān)測礦山設(shè)備的振動狀態(tài)進行實時檢測的信號采樣單元一即振動傳感器，和對被監(jiān)測礦山設(shè)備的相關(guān)機械參數(shù)及其相關(guān)工作環(huán)境參數(shù)分別進行實時檢測的信號采樣單元二；主控單元為對信號處理電路輸出信號進行分析處理并進行相應(yīng)故障診斷的控制器。本巡檢儀結(jié)構(gòu)簡單合理、體積小、成本低、功能全且操作方便，能實時監(jiān)測煤礦生產(chǎn)過程中的瓦斯?jié)舛?、溫度等環(huán)境參數(shù)變化及設(shè)備振動情況，大大減少事故發(fā)生率。
文檔編號G07C1/20GK201396192SQ20092003276
公開日2010年2月3日 申請日期2009年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月24日
發(fā)明者張武剛, 趙栓峰, 衛(wèi) 郭, 郭晨光 申請人:西安科技大學(xué)