專利名稱：一種礦山雜散電流智能監(jiān)測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電測(cè)量裝置技術(shù)，尤其涉及一種礦山雜散電流智能監(jiān)測(cè)儀。
背景技術(shù)：
在我國(guó)礦山中，單架空線式直流架線式電機(jī)車作為井下重要的運(yùn)輸設(shè)備被 廣泛使用。在該網(wǎng)路中將饋電線路架設(shè)在電機(jī)車上方，利用運(yùn)輸軌道兼作回流 導(dǎo)體，但軌道與巷道底板之間無電氣絕緣，本應(yīng)全部經(jīng)鋼軌流回到變流所的電 流將有一部分經(jīng)鋼軌流入大地，再經(jīng)大地流回牽引變流所。這部分不按規(guī)定通 路流動(dòng)的電流(即不經(jīng)鋼軌流回牽引變流所的電流)稱為雜散電流。
雜散電流的存在對(duì)礦山井下工作人員的生命安全及生產(chǎn)設(shè)備的安全存在 潛在的危害。其主要危害性表現(xiàn)為1、雜散電流可能引起電雷管誤爆炸。當(dāng)軌 道和巷道巖石或與巷道巖石相通的金屬物體(如管路、電纜外皮等)間的電位 差達(dá)到l 1.5V時(shí)，如果電雷管兩根發(fā)爆導(dǎo)線中的一根與鋼軌接觸，另一根與 巖石或其他金屬物體(與巖石相通者)接觸，流過電雷管中的電流有可能超過
93m A，就會(huì)引爆電雷管，這種情況十分危險(xiǎn)。2、對(duì)電纜及管路的腐蝕。雜散 電流將流經(jīng)與大地相通的金屬管道及電纜外皮等金屬導(dǎo)電體。在這些金屬導(dǎo)體 上也將形成陽極區(qū)和陰極區(qū)。由于井下的潮濕及酸性水的存在，因而會(huì)在金屬 導(dǎo)體的陽極區(qū)產(chǎn)生電解腐蝕現(xiàn)象。腐蝕作用的大小與雜散電流的大小及通過電 流延續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)1A的雜散電流1年可腐蝕9. lkg 鋼或1 0 . 3kg銅或33. 3kg鉛。更重要的是，金屬和電纜外皮的電腐蝕作用 并不均勻。當(dāng)電纜外皮局部被蝕穿后，水分進(jìn)入電纜會(huì)使絕緣遭到破壞，并引 發(fā)事故。3、對(duì)低壓檢漏繼電器的影響，使檢漏繼電器發(fā)生誤動(dòng)作。
我國(guó)為了防治礦井雜散電流，國(guó)家先,后制定了中華人民共和國(guó)煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 《煤礦井下牽引網(wǎng)絡(luò)雜散電流防治技術(shù)規(guī)范》(MT670 — 1997)及中華人民共和 國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《礦山雜散電流的測(cè)定》(GB/T17682_1999)。但由于雜散電流是 受牽引電機(jī)車運(yùn)行情況而實(shí)時(shí)變化的一個(gè)動(dòng)態(tài)變量，現(xiàn)在相關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段和 設(shè)備比較陳舊落后，常用儀表只是一些普通的指針式儀表，所以在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定中，
3往往只能得出某個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并不能反映雜散電流的實(shí)際變化情況，而且 測(cè)定工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。正因?yàn)槿绱耍S多礦山不愿做該項(xiàng)測(cè)定工作，以至于不了 解本礦山雜散電流的分布情況，這為礦山的安全生產(chǎn)埋下了重大的隱患。目前 國(guó)內(nèi)外尚沒有實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)雜散電流的儀器設(shè)備。礦山急需一種能夠適時(shí)監(jiān)測(cè) 雜散電流的儀器，來檢測(cè)雜散電流的含量，以備采取治理措施。因此，設(shè)計(jì)礦 山雜散電流智能監(jiān)測(cè)儀具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，這將對(duì)礦井的安全生產(chǎn)起到重大 的作用。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種集傳感器與記錄儀于一體的礦山雜散電流智 能監(jiān)測(cè)儀，其具有測(cè)量、計(jì)算、存儲(chǔ)記憶、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出、數(shù)字接口、報(bào) 警等功能。
礦山雜散電流智能監(jiān)測(cè)儀，其特征是核心電路為完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí) 微處理器芯片，待測(cè)的雜散電流信號(hào)經(jīng)過接線端子接入智能監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)采集前
向通道進(jìn)行處理后，輸出到處理器芯片的ADC電壓信號(hào)輸入端，片內(nèi)CPU定時(shí)
采集ADC的轉(zhuǎn)換輸出，經(jīng)過數(shù)字濾波后，進(jìn)行數(shù)值判斷，當(dāng)超限時(shí)，發(fā)出報(bào)警
信號(hào)，通過報(bào)警電路報(bào)警;片內(nèi)CPU將計(jì)算出的雜散電流數(shù)值經(jīng)過片內(nèi)的DAC
電路輸出到數(shù)據(jù)采集后向通道處理得到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以便能與當(dāng)前常用礦山
監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，CPU同時(shí)將計(jì)算出的雜散電流數(shù)值保存在快速擦寫存儲(chǔ)器中并送
中文液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示。還設(shè)有串行通訊接口和擴(kuò)展有小鍵盤。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:礦山雜散電流智能監(jiān)測(cè)儀主要由嵌入式微控制 器、數(shù)據(jù)采集前向通道、數(shù)據(jù)輸出后向通道、快速擦寫存儲(chǔ)器、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、數(shù) 字通信接口、報(bào)警電路、.中文液晶顯示模塊、鍵盤等電路組成。嵌入式微控制 器采用完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片C8051F，這是一種十分適合于測(cè)控系統(tǒng) 的機(jī)型，其采用了流水線技術(shù)，指令的執(zhí)行效率高，片內(nèi)包括了看門狗、ADC、 DAC、電壓基準(zhǔn)輸出、定時(shí)器等多種資源，并集成JTAG，支持在線編程。待測(cè)的雜散電流信號(hào)經(jīng)過接線端子接入智能監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)采集前向通道，經(jīng)過前向通道
調(diào)理后變?yōu)镃8051F片內(nèi)ADC能夠處理的電壓信號(hào)。C8051F片內(nèi)CPU定時(shí)采集 ADC的轉(zhuǎn)換輸出，經(jīng)過數(shù)字濾波后，進(jìn)行數(shù)值判斷，當(dāng)超限時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。 CPU將計(jì)算出的雜散電流數(shù)值按照預(yù)先設(shè)定的標(biāo)度經(jīng)過DAC電路或光電隔離電路 變?yōu)? 20mA或200 1000Hz的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以便能與當(dāng)前常用礦山監(jiān)測(cè)系 統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，CPU同時(shí)將計(jì)算出的雜散電流數(shù)值保存在快速擦寫存儲(chǔ)器中并送中文液 晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示。該礦山雜散電流智能監(jiān)測(cè)儀具有RS232或RS485串行通 訊接口，可將所有采集數(shù)據(jù)用數(shù)字通信方式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，以便進(jìn)一步處理。 通過鍵盤電路可能實(shí)現(xiàn)測(cè)量控制、時(shí)鐘校準(zhǔn)、發(fā)送數(shù)據(jù)等工作。
該礦山雜散電流智能監(jiān)測(cè)儀主要功能有(l)雜散電流的測(cè)量范圍為0 1A; (2)監(jiān)測(cè)儀的存儲(chǔ)記憶容量能夠保護(hù)其至少可連續(xù)工作24小時(shí)；(3)具有超 限報(bào)警功能；(4)掉電后數(shù)據(jù)能夠保持；(5)監(jiān)測(cè)儀具有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出(4 20mA 或200 1000Hz)，能與當(dāng)前常用礦山監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。(6)具有RS232或RS485 串行通訊接口，可將所有采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，以備后期處理。(7)采用 鍵盤及點(diǎn)陣式中文液晶顯示，操作方便，人機(jī)界面友好。


圖1是本實(shí)用新型電路原理框圖。 圖2是本實(shí)用新型電路原理圖
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明
本實(shí)用新型的實(shí)施例提供一種集傳感器與記錄儀于一體的礦山雜散電流智 能監(jiān)測(cè)儀，其具有測(cè)量、計(jì)算、存儲(chǔ)記憶、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出、數(shù)字接口、報(bào) 警等功能。要本實(shí)施例中，所述串行通信標(biāo)準(zhǔn)為RS485串行通信標(biāo)準(zhǔn)，或者RS232 串行通信標(biāo)準(zhǔn)；其具有的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出為4 20mA或200 1000Hz，能與當(dāng)前常 用礦山監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。
嵌入式微控制器采用完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片C8051F020，其片內(nèi)包
括了看門狗、采樣速率為KHZ的12位ADC、 12位的DAC、電壓基準(zhǔn)輸出、定時(shí)器等多種資源，并集成JTAG，支持在線編程。待測(cè)的雜散電流信號(hào)經(jīng)過接線端 子接入運(yùn)算放大器LM224為主構(gòu)建的數(shù)據(jù)采集前向通道，經(jīng)過前向通道調(diào)理后 變?yōu)镃8051F020片內(nèi)ADC能夠處理的0 2. 5V電壓信號(hào)。C8051F片內(nèi)CPU定時(shí) 采集ADC的轉(zhuǎn)換輸出，經(jīng)過數(shù)字濾波后，進(jìn)行數(shù)值判斷，當(dāng)超限時(shí)，發(fā)出報(bào)警 信號(hào)。CPU將計(jì)算出的雜散電流數(shù)值按照預(yù)先設(shè)定的標(biāo)度經(jīng)過片內(nèi)的12位DAC 電路及以LM224為主構(gòu)建的數(shù)據(jù)采集后向通道輸出4 20rnA的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(或 經(jīng)過數(shù)字10 口和光電隔離電路變?yōu)?00 1000Hz的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào))，以便能與 當(dāng)前常用礦山監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，CPU同時(shí)將計(jì)算出的雜散電流數(shù)值保存在快速擦寫 存儲(chǔ)器24C256中并送中文液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示。該礦山雜散電流智能監(jiān)測(cè)儀 采用MAX232或MAX485芯片構(gòu)成具有RS232或RS485串行通訊接口，可將所有 采集數(shù)據(jù)用數(shù)字通信方式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中，以便進(jìn)一步處理。鍵盤電路共有移 位、調(diào)整、確認(rèn)、退出四個(gè)鍵，程序設(shè)計(jì)時(shí)采用的鍵盤復(fù)用功能，配合中文菜 單可方便地實(shí)現(xiàn)測(cè)量控制、時(shí)鐘校準(zhǔn)、發(fā)送數(shù)據(jù)等工作。
權(quán)利要求1、礦山雜散電流智能監(jiān)測(cè)儀，其特征是核心電路為完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)微處理器芯片，待測(cè)的雜散電流信號(hào)經(jīng)過接線端子接入智能監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)采集前向通道進(jìn)行處理后，輸出到處理器芯片的ADC電壓信號(hào)輸入端，片內(nèi)CPU定時(shí)采集ADC的轉(zhuǎn)換輸出，經(jīng)過數(shù)字濾波后，進(jìn)行數(shù)值判斷，當(dāng)超限時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通過報(bào)警電路報(bào)警；片內(nèi)CPU將計(jì)算出的雜散電流數(shù)值經(jīng)過片內(nèi)的DAC電路輸出到數(shù)據(jù)采集后向通道處理得到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，以便能與當(dāng)前常用礦山監(jiān)測(cè)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，CPU同時(shí)將計(jì)算出的雜散電流數(shù)值保存在快速擦寫存儲(chǔ)器中并送中文液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山雜散電流智能監(jiān)測(cè)儀，其特征在于還設(shè)有串行通 訊接口和擴(kuò)展有小鍵盤。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦山雜散電流智能監(jiān)測(cè)儀，其特征在于所述核心電路 為完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)微處理器芯片采用C8051F020，數(shù)據(jù)采集前向通道 由運(yùn)算放大器LM224為主構(gòu)建，數(shù)據(jù)采集后向通道以LM224為主構(gòu)建，快速擦 寫存儲(chǔ)器采用24C256。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種礦山雜散電流智能監(jiān)測(cè)儀，其核心電路為完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)微處理器芯片，待測(cè)的雜散電流信號(hào)經(jīng)過接線端子接入智能監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)采集前向通道進(jìn)行處理后，輸出到處理器芯片的ADC電壓信號(hào)輸入端，片內(nèi)CPU定時(shí)采集ADC的轉(zhuǎn)換輸出，經(jīng)過數(shù)字濾波后，進(jìn)行數(shù)值判斷，當(dāng)超限時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通過報(bào)警電路報(bào)警；片內(nèi)CPU將計(jì)算出的雜散電流數(shù)值經(jīng)過片內(nèi)的DAC電路輸出到數(shù)據(jù)采集后向通道處理得到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，CPU同時(shí)將計(jì)算出的雜散電流數(shù)值保存在快速擦寫存儲(chǔ)器中并送中文液晶顯示模塊實(shí)時(shí)顯示。其具有測(cè)量、計(jì)算、存儲(chǔ)記憶、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出、數(shù)字接口、報(bào)警等功能。
文檔編號(hào)E21F17/00GK201162544SQ20082001870
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月1日
發(fā)明者吳元峰 申請(qǐng)人:吳元峰