【技術實現步驟摘要】
本技術涉及煤礦安全，具體的，涉及礦井頂板遠程監控系統。
技術介紹
1、我國是能源消耗大國，煤炭作為我國最基本的能源，在能源的生產和消費中依舊占據著主導的地位。在煤礦井下的特殊環境中，高瓦斯濃度、運輸事故、松弛頂板等多種復雜的因素制約著煤炭的安全生產，而頂板的動態參數決定了煤炭生產是否能夠安全進行。頂板支護不牢靠時，會出現巖體巖壁的變形、破壞甚至坍塌，對煤礦井下的正常生產生活造成嚴重的危害。隨著我國煤炭開采量的加大，頂板事故率也隨之增加。頂板安全狀態實時監測和綜合評價對減少頂板事故率十分有效。
2、目前，通常利用振弦式傳感器來實時監測頂板安全狀態，監測時需要給振弦一個方波激勵信號，從而使振弦產生振蕩并維持這種狀態，其振動頻率與膜片所受壓力的大小有關，最終產生諧振而測量計算出外部壓力大小，由于煤礦生產的環境復雜，導致振弦的激勵源在工作中輸出的方波激勵信號不穩定，從而導致頂板冒落監測的可靠性差。
技術實現思路
1、本技術提出礦井頂板遠程監控系統，解決了現有技術中振弦式傳感器的振弦激勵源在工作中輸出的方波激勵信號不穩定的問題。
2、本技術的技術方案如下：
3、礦井頂板遠程監控系統，包括振弦式傳感器，所述振弦式傳感器用于監測礦井頂板冒落，還包括控制單元和激勵電路，所述激勵電路連接所述控制單元，所述激勵電路包括電阻r1、二極管d1、開關管q2、電阻r2、開關管q6、變壓器t1、電阻r3、二極管d2和開關管q3，
4、所述電阻r1的第一端連接所述控
5、所述電阻r3的第一端連接所述控制單元的第二輸出端，所述電阻r3的第二端連接所述二極管d2的陽極，所述二極管d2的陰極連接所述開關管q3的控制端，所述開關管q1的第一端連接所述變壓器t1的第一輸出端，所述變壓器t1的第二輸出端接地，所述開關管q3的第二端連接所述振弦式傳感器的振弦。
6、進一步，本技術中所述激勵電路還包括電阻r5、三極管q4和三極管q5，所述電阻r5的第一端連接所述控制單元的第一輸出端，所述電阻r5的第二端連接所述三極管q4的基極，所述三極管q4的基極連接所述三極管q5的基極，所述三極管q4的集電極連接5v電源，所述三極管q4的發射極連接所述三極管q5的發射極，所述三極管q5的發射極連接所述電阻r1的第一端，所述三極管q5的集電極接地。
7、進一步，本技術中所述激勵電路還包括反相器u2，所述反相器u2輸入端連接所述控制單元的第二輸出端，所述反相器u2的輸出端連接所述電阻r3的第一端。
8、進一步，本技術中還包括無線通信單元和信號處理電路，所述控制單元借助所述無線通信單元與監控終端通訊連接，所述信號處理電路包括運放u1電阻r4、電阻r6、電容c3、電阻r7、運放u3、電阻r9和電阻r8，所述運放u1的反相輸入端連接所述振弦式傳感器u1的第一輸出端，所述運放u1的反相輸入端通過所述電阻r4接地，所述運放u1的同相輸入端連接所述振弦式傳感器u1的第二輸出端，所述運放u1的輸出端通過所述電阻r6連接所述運放u1的反相輸入端，所述運放u1的輸出端通過所述電容c3連接所述電阻r7的第一端，所述電阻r7的第二端連接所述運放u3的反相輸入端，所述運放u3的同相輸入端通過所述電阻r9接地，所述運放u3的輸出端通過所述電阻r8連接所述運放u3的反相輸入端，所述運放u3的輸出端連接所述控制單元的第一輸入端。
9、進一步，本技術中所述運放u3的輸出端和所述控制單元的第一輸入端之間還設有電壓/頻率轉換電路，所述電壓/頻率轉換電路包括壓頻轉換器u5、電阻r15、電阻r16、電阻r17和運放u4，所述壓頻轉換器u5的輸入端連接所述運放u3的輸出端，所述壓頻轉換器u5的輸出端連接所述電阻r15的第一端，所述電阻r15的第二端連接所述運放u4的同相輸入端，所述電阻r16的第一端連接3.3v電源，所述電阻r16的第二端通過所述電阻r17接地，所述電阻r16的第二端連接所述運放u4的反相輸入端，所述運放u4的輸出端連接所述控制單元的第一輸入端。
10、進一步，本技術中所述電壓/頻率轉換電路還包括電阻r13、電阻r14和光耦u10，所述電阻r13的第一端連接所述壓頻轉換器u5的輸出端，所述電阻r13的第二端連接所述光耦u10的第一輸入端，所述光耦u10的第二輸入端接地，所述光耦u10的第一輸出端通過所述電阻r14連接3.3v電源，所述光耦u10的輸出端連接所述電阻r15的第一端。
11、本技術的工作原理及有益效果為：
12、本技術中，振弦式傳感器用于監測礦井頂板冒落，工作時，振弦式傳感器的振弦在激勵源的激勵下振動，其振動頻率與膜片所受壓力的大小有關，通過獲取振弦的振動頻率信號即可得出壓力信號，通過判斷振弦式傳感器輸出的壓力信號能起到頂板冒落預警的作用。其中，激勵電路用于產生激勵源。
13、激勵電路的工作原理為：控制單元的第一輸出端輸出pwm控制信號，該pwm控制信號經電阻r1和二極管d1后加至變壓器t1的第一輸入端，變壓器t1為升壓變壓器，當pwm信號為低電平時，開關管q2截止，變壓器t1的輸入端沒有電壓，因此變壓器t1的輸出端沒有電壓信號，當pwm控制信號為高電平時，開關管q2導通，5v電源依次經變壓器t1的輸入端、開關管q2和電阻r2后到地，變壓器t1的輸入端產生電壓，經變壓器t1升壓后，變壓器t1輸出端輸出電壓至開關管q3的第一端，控制單元的第一輸出端輸出pwm控制信號的同時，控制單元的第二輸出端輸出高電平信號經電阻r3和二極管d2后加至開關管q3的控制端，開關管q3導通，因此，當pwm控制信號為高電平時，變壓器t1的輸出電壓經開關管q3后加至振弦式傳感器的振弦，振弦式傳感器的振弦產生振動，當pwm控制信號為低電平時，變壓器t1的輸出端沒有電壓產生，因此開關管q3的第二端會輸出與pwm控制信號同頻率的方波信號激勵振弦式傳感器的振弦。
14、由于煤礦生產的環境復雜，當流過變壓器t1輸入端的電流過大時，變壓器t1的輸入電壓變大，變壓器t1的輸出電壓也變大，當流過變壓器t1輸入端的電流過小時，變壓器t1的輸出電壓減，從而使輸出的激勵信號不穩定。因此開關管q6和電阻r2構成了反饋電路，其中，電阻r2作為采樣電阻，當流過變壓器t1輸入端的電流過大時，電阻r2上的分壓變大，開關管q6的控制端電壓升高，開關管q6的第一端和第二端之間的電壓變大，從而減小開關管q2的控制端電壓，進而減小了流過變壓器t1輸入端的電流；當流過變壓器t1輸入端本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.礦井頂板遠程監控系統，包括振弦式傳感器，所述振弦式傳感器用于監測礦井頂板冒落，其特征在于，還包括控制單元和激勵電路，所述激勵電路連接所述控制單元，所述激勵電路包括電阻R1、二極管D1、開關管Q2、電阻R2、開關管Q6、變壓器T1、電阻R3、二極管D2和開關管Q3，
2.根據權利要求1所述的礦井頂板遠程監控系統，其特征在于，所述激勵電路還包括電阻R5、三極管Q4和三極管Q5，所述電阻R5的第一端連接所述控制單元的第一輸出端，所述電阻R5的第二端連接所述三極管Q4的基極，所述三極管Q4的基極連接所述三極管Q5的基極，所述三極管Q4的集電極連接5V電源，所述三極管Q4的發射極連接所述三極管Q5的發射極，所述三極管Q5的發射極連接所述電阻R1的第一端，所述三極管Q5的集電極接地。
3.根據權利要求1所述的礦井頂板遠程監控系統，其特征在于，所述激勵電路還包括反相器U2，所述反相器U2輸入端連接所述控制單元的第二輸出端，所述反相器U2的輸出端連接所述電阻R3的第一端。
4.根據權利要求1所述的礦井頂板遠程監控系統，其特征在于，還包括無線通信單元和信號處
5.根據權利要求4所述的礦井頂板遠程監控系統，其特征在于，所述運放U3的輸出端和所述控制單元的第一輸入端之間還設有電壓/頻率轉換電路，所述電壓/頻率轉換電路包括壓頻轉換器U5、電阻R15、電阻R16、電阻R17和運放U4，所述壓頻轉換器U5的輸入端連接所述運放U3的輸出端，所述壓頻轉換器U5的輸出端連接所述電阻R15的第一端，所述電阻R15的第二端連接所述運放U4的同相輸入端，所述電阻R16的第一端連接3.3V電源，所述電阻R16的第二端通過所述電阻R17接地，所述電阻R16的第二端連接所述運放U4的反相輸入端，所述運放U4的輸出端連接所述控制單元的第一輸入端。
6.根據權利要求5所述的礦井頂板遠程監控系統，其特征在于，所述電壓/頻率轉換電路還包括電阻R13、電阻R14和光耦U10，所述電阻R13的第一端連接所述壓頻轉換器U5的輸出端，所述電阻R13的第二端連接所述光耦U10的第一輸入端，所述光耦U10的第二輸入端接地，所述光耦U10的第一輸出端通過所述電阻R14連接3.3V電源，所述光耦U10的輸出端連接所述電阻R15的第一端。
...【技術特征摘要】
1.礦井頂板遠程監控系統，包括振弦式傳感器，所述振弦式傳感器用于監測礦井頂板冒落，其特征在于，還包括控制單元和激勵電路，所述激勵電路連接所述控制單元，所述激勵電路包括電阻r1、二極管d1、開關管q2、電阻r2、開關管q6、變壓器t1、電阻r3、二極管d2和開關管q3，
2.根據權利要求1所述的礦井頂板遠程監控系統，其特征在于，所述激勵電路還包括電阻r5、三極管q4和三極管q5，所述電阻r5的第一端連接所述控制單元的第一輸出端，所述電阻r5的第二端連接所述三極管q4的基極，所述三極管q4的基極連接所述三極管q5的基極，所述三極管q4的集電極連接5v電源，所述三極管q4的發射極連接所述三極管q5的發射極，所述三極管q5的發射極連接所述電阻r1的第一端，所述三極管q5的集電極接地。
3.根據權利要求1所述的礦井頂板遠程監控系統，其特征在于，所述激勵電路還包括反相器u2，所述反相器u2輸入端連接所述控制單元的第二輸出端，所述反相器u2的輸出端連接所述電阻r3的第一端。
4.根據權利要求1所述的礦井頂板遠程監控系統，其特征在于，還包括無線通信單元和信號處理電路，所述控制單元借助所述無線通信單元與監控終端通訊連接，所述信號處理電路包括運放u1電阻r4、電阻r6、電容c3、電阻r7、運放u3、電阻r9和電阻r8，所述運放u1的反相輸入端連接所述振弦式傳感器u1的第一輸出端，所述運放u1的反相輸入端通過所述電阻r4接地，所述運放u1的同相輸入端連接所述振弦式傳感器u1的第二輸...
【專利技術屬性】
技術研發人員：寧文彥，楊超，田賽軍，黃星，
申請(專利權)人：開灤集團礦業工程有限責任公司，
類型：新型
國別省市：
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