GFW15矿用风速传感器

一、概述
1、用途及适用范围
GFW15矿用风速传感器主要用于煤矿井下各种坑道，风口,扇风机井口等处的风速的检测，以确保煤矿的安全生产。
2、仪器特点
微电脑处理芯片：采用新型单片微机和高集成数字化电路，使电路结构简单、性能可靠，便于维修调试。
灵敏度高：高性能的传感器元件加上仪器内部软件的自动非线性补偿使得仪器对风速的检测具有较高的灵敏度。

可靠性高：本仪器具有开机自检、自动稳零、精度校正等功能，且采用红外遥控调校，整机没有任何调整孔，仪器的零点、精度的调整，报警值的设定以及输出信号的设定均由红外遥控器控制。可以避免开盖调试，减小机械损伤，提高整机的密封性，延长了仪器使用寿命。
稳定性好：本仪器根据卡曼涡街理论测量的风速稳定可靠。

兼容性好：本仪器可由红外遥控器灵活设置多种输出信号制式，几乎可以与国内所有类型的分站连接。
外观精巧、结构简单：本仪器电路板采用贴片式焊接，外观轻巧美观，结构精致合理，密封性，便于安装。
3、型号
3．1、型式：吊挂式，连续工作方式
3．2、型号及其意义：其具体含义如图1示。
图1型号含义
二、结构特征与工作原理
1、结构特征
仪器外壳采用锌合金材料压铸而成，上下盖之间采用凹凸外加密封圈紧合，具有耐腐、防爆、抗干扰等特点。铭牌为不绣钢标牌，气室为镀铬铜体。
该仪器的外观结构平面示意图如图2所示
图2 外观结构平面示意图
1、壳体 2、显示窗 3、蜂鸣器室 4、铭牌 5、电缆紧固件 6、漩涡发生体
7、挂钩 8、报警灯室
2、工作原理
仪器由电源电路；超声波调制解调电路；处理电路；信号输出电路；声光报警电路；显示电路；遥控接收电路；数据存储电路等组成（电原理框图见图3）。

2.1 电源电路：
稳压电路由稳压器M1、二极管VD001、电容C000～C003、C307～C309等组成。外接本安电源经稳压后，给各电路供电5V，D102为电源反相集成块7660，将＋5V电压反相输出－5V电压供精密运算放大器D302使用。
2.2 超声波调制原理：
根据卡曼涡节理论，在无限界流场中垂直插入一根无限长的非线性阻力体（漩涡发生体）时，则在一定的雷诺数范围内（RED=200～50000），阻力体下游会产生两排交替的、内旋的漩涡列，而其漩涡率正比于流速，公式表示：
f=St V/d
式中： f――漩涡频率 St――常数（斯特拉哈尔数范围为0.21）
V――风速 d――漩涡发生体线径
因此，只要测出f，就可求出风速V，超声波风速传感器就是利用超声波被漩涡调制的原理来测定漩涡频率的。
图4

图4中，A、B为一对性能相同或相近的声头，A为发射声头，B为接收声头，C为旋涡发生体，A发射一束连续等幅的超声波，超声波穿过空气到达对面被接收，当没有旋涡通过超声波束时(左图)，B接收到连续等幅的超声波信号。当旋涡与超声波相碰时，因旋涡运动产生的内部压力梯度，使通过的旋涡的声能被折射和反射，结果B接收到的超声波束幅度就减小（右图），在旋涡流过超声波束后，而下一个旋涡未到达之前，超声波立即恢复原状，B就收到原来幅值的超声波束。因此，只要有一个旋涡通过超声波束，超声波就被调制一次。通过旋涡有多少个，超声波就被调制多少次，所以超声波束的调制频率就是我们要测量的旋涡频率f 。测量的频率信号f由89C52单片机进行平均值、瞬时值、统一化、非线性补偿、修正等计算。
2.3 微处理电路：
此电路由集成微机芯片（单片机）D101及晶振JZ1、电容C101、C102组成。它完成数据的采集、运算、处理、控制、输出等功能。
2.4 信号输出电路：
此电路由集成芯片D302A、三极管V401、V403、V404、二极管V404、电阻R401～R408电容C401、C402、发光二极管L401等组成。由单片机的24脚控制输出与风速对应的频率信号，25脚控制输出与风速对应的电流信号。