安全监测系统培训资料.docx

1、安全监测系统培训资料第一章 传感器概述传感器是各类煤矿安全生产监控系统用来连续遥测、监控煤矿井上、井下各类环境参数变化及生产环节有关机电设备运行状态的重要装备。也是各类煤矿安全生产监控系统利用计算机对采集到的各种检测数据进行分析处理，进而合理、高效地控制局部生产环节、过程，及时掌握和控制井下机电设备行运状况的基本依据和根本保证。目前在我国自行开发生产的用于煤矿井下环境参数监测及有关机电设备运行状态监测的传感器已多达数十种。由重庆煤科分院自行研发、设计、生产的，能与KJ70N监控系统及各类煤矿安全生产监控系统配套使用的矿用传感器也已达十多种。其中包括：用于各种气体浓度检测的：CH4、C0等传感器

2、；用于各种环境参数检测的：粉尘、烟雾、风速、风量、压力、温度、湿度等传感器；用于井下机电设备运行状态检测的馈电、开停、风门等的传感器。第一节 KGJ15煤矿用低浓度甲烷传感器一、用途 KGJ15煤矿用低浓度甲烷传感器是为满足我国煤矿监测井下甲烷的需要而研制的。它可以连续自动地将井下甲烷浓度转换成标准电信号输送给关联设备，并具有就地显示甲烷浓度值，超限声光报警及断电功能。经国家防爆检验机关进行联机检验后, 可与国内各类型监测系统及断电仪、风电瓦斯闭锁装置配套，适宜在煤矿采掘工作面、机电硐室，回风巷道等地点固定使用。二、主要特点 1、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

3、于维护与调试。 2、采用黑-白型热催化元件，使仪器测量范围进一步扩大，性能更加稳定，调校周期大大延长。 3、实现了红外遥控调校零点、灵敏度、报警点等功能,使调校方便简单。 4、增加了传感器断电控制功能,并可任意设定断电点,实现了一机多用。 5、采用新型开关电源,降低了整机功耗,增加了仪器传输距离。 6、增加了自检功能,便于使用与维护。 7、设计了高强度外壳结构,增加了仪器抗冲击能力。三、主要技术参数1、适用条件 环境温度：040 相对湿度：98% 大气压力：80116KPa(相对海拔高度-10002000m) 风速：08m/s 矿井环境中H2 S气体小于610-6 2、主要技术指标： 测量范围

4、：04.00%CH4 、 基本测量误差:0.001.00%CH4 0.10%CH4 1.003.00%CH4 真值的10%CH4 3.004.00%CH4 0.30%CH4 显示方式：四位红色数码管显示第一位：功能显示:0-零点1-放大倍数2-非线性补偿3-报警点4-断电点5-复电点6-输出测试7-电压显示8-复位9-自检点调节后三位：测量数值显示;(CH4 ) 信号输出： 2001000Hz (或420mA)线性对应04.0%CH4 信号带负载能力：1500 报警方式：间歇式声光报警 声强85dB光强：能见度20m 报警点范围：在测量范围内任意设置。 断电点设置：在测量范围内任意设置。复电点

5、设置: 在测量范围内任意设置，但不大于所设的断电点。 整机工作电压：924V.DC 整机工作电流：100mA、DC18V。四、工作原理传感头由气室、黑白元件等组成，黑元件是一种对甲烷气体很敏感的载体催化元件，而白元件是补偿元件，对瓦斯不起反应。黑白元件作为检测电桥的两臂，另两臂由电阻组成。将黑白元件置于同一气室中, 施加工作电压。无瓦斯时,电桥处于平衡、输出约为零，当瓦斯气体进入气室，接触到黑元件表面时，就在其表面进行无焰燃烧, 元件的温度升高，阻值增大，而白元件不发生反应，阻值不变，于是破坏了检测电桥平衡,在一定的瓦斯浓度范围内,产生正比于瓦斯浓度的直流电压输出信号。检测电桥的电位器R1是用

6、来调节零点的。瓦斯浓度为零时，调节该电位器R1测量线路板集成电路D4的2脚，电压使该电压为0.15V，再用用遥控器进行调零。五、结构传感器主机的机壳采用不锈钢冲压而成，其前后盖合缝处设计有橡胶密封围，既防尘又防水，报警灯组采用了高亮度红色发光管，同时也具有声报警。仪器正面采用了四位红色数码作为数字显示。整个设计新颖、体积小、调节方便。六、使用与维护 1.使用前的准备 将插头缺口对插座，上好旋紧，输出接线严格按所标颜色接线。 2.仪器的调节(1) 零点调节：按操作步骤使仪器进入工作状态，预热20分钟后，在新鲜空气中观察LED数字显示是否为零，若有偏差，可将遥控器对准传感器显示窗,请轻轻按动遥控器

7、上的功能键，使小数码管显示为“0”，然后再按动遥控器上的执行键，使功能码处于闪烁状态，此时按“加/减”键进行相应的设置，使仪器完成校零工作。 (2) 放大倍数调节 在零点调节完后，将通气罩插入传感器头，通入标准甲烷气或预先制好的甲烷气，其浓度在1%CH4 左右，气体流量控制在200ml/分以上，此时，仪器的数字显示应指示在预先配制的标准甲烷气上，若有偏差，可将要控器对准传感器显示窗，轻轻按动遥控器上的选择键，使小数码管显示为“1”，然后再按动遥控器上的执行键，使功能码处于闪烁状态，此时按“加/减”键进行相应的设置，使显示值与气样值一致时为此。(3) 非线性调节 在零点调节完后，将通气罩插入传感

8、器头，通入标准甲烷气或预先制好的甲烷气，其浓度在3%CH4 左右，气体流量控制在200ml/分以上，此时，仪器的数字显示应指示在预先配制的标准甲烷气上，若有偏差，可将要控器对准传感器显示窗，轻轻按动遥控器上的选择键，使小数码管显示为“2”，然后再按动遥控器上的执行键，使功能码处于闪烁状态，此时按“加/减”键进行相应的设置，使显示值与气样值一致时为此。 (4) 报警点调节 按动遥控器上的功能键，使小数码管显示为“3”，然后再按动遥控器上的执行键，使功能码处于闪烁状态，此时按“加/减”键进行相应的设置，调节到所需报警值时为此。 (5) 断电点调节按动遥控器上的功能键，使小数码管显示为“4”，然后再

9、按动遥控器上的执行键，使功能码处于闪烁状态，此时按“加/减”键进行相应的设置，调节到所需断电值时为此。（6）复电点的调节按动遥控器上的功能键，使小数码管显示为“5”，然后再按动遥控器上的执行键，使功能码处于闪烁状态，此时按“加/减”键进行相应的设置，调节到所需断电值时为此。，但不大于所设定的断电点。 (7) 自检功能按动遥控器上的功能键，使小数码管显示为“5”，然后再按动遥控器上的执行键，使功能码处于闪烁状态，此时按“加/减”键，显示器显示瓦斯浓度2.50%，同时输出与之对应的频率信号、报警信号、断电信号。放开+/-键恢复正常瓦斯检测与显示。此时按下“功能”键，回到“6”的正常显示，同时瓦斯也

10、在正常检测。3.注意事项(1) 本仪器应固定专人使用，严格按照使用说明书进行操作，非专职人员禁止随便拆开仪器，按动按键等。(2) 在使用中避免猛烈摔打，碰撞。对仪器的零点、测试精度要定期调校，一般为7天一次，若未超差时可继续使用。此外，应及时擦拭、清扫传感头及仪器外部的煤尘，保持清洁、美观。七. 典型故障处理航空插头线色：红色线电源正极白色线电源负极蓝色线信号输出正极绿色线信号输出负极黄色线断电信号输出正极零点定位器：用于手动调零时使用放大倍数定位器：用于通1.00%气样时使用78E052：主程序芯片，用于计算、控制TLV1549：AC/DC转换（模/数转换）MAX324：运算放大器LM267

11、4：电源输出模块X2505：看门狗电路（掉电保护）1.无显示 若传感器在井下无显示时,此时检查供电电源是否正常，在完好的情况下检查电源输出部分是否有3V的电压输出，如无输出更换2803芯片。2.正常情况下显示“-.”或“3.88” 出现此符号后,1、说明传感器测量桥路偏移过大或损坏,应对传感器催化元件进行测试。用万用表测量催化元件的电桥是否平衡，在平衡状态平衡下利用零点定位器对传感器重新调校，如不平衡更换催化元件或返厂维修；2、芯片的3V供电电压错误，此时建议返厂维修。3.报警声光问题 如果有光无声或声音嘶哑,首先应检查蜂鸣器连线,无断线情况时,应更换蜂鸣器,必要时可用橡胶等弹性物予以衬垫。如

12、无光无声,首先检查报警灯与蜂鸣器连线或有无损坏,无误后,在检查相对应的9013,必要时予以更换或返厂维修。4.遥控问题 如传感器接受不到遥控信号,首先检查遥控器电池是否有电,确认有电后在更换传感器线路板数码管旁的红外接收头。如小数码管功能位数字乱跳而无法控制,也可更换红外接收头。5.显示不明字符 若传感器在井下显示不明字符,或反复显示0.00,请检查传感器电源输出部分是否完好,正确状态应该是输入18V左右,输出3V左右；检查传感器机内芯片是否有脱落现象；检查供电电源是否不稳定，反复重起。八. 芯片资料8.1 1549模数转换器TLC1549系列是美国德州仪器公司生产的具有串行控制、连续逐次逼近

13、型的模数转换器，它采用两个差分基准电压高阻输入和一个三态输出构成三线接口，其中三态输出分别为片选(CS低电平有效)，输入输出时钟(IO CLOCK)，数据输出(DATAOUT)。TLC1549引脚排列如图1所示。TLC1549能以串行方式送给单片机，其功能结构如图2所示。由于TLC1549采用CMOS工艺。内部具有自动采样保持、可按比例量程校准转换范围、抗噪声干扰功能，而且开关电容设计使在满刻度时总误差最大仅为1 LSB(4.8 mV)，因此可广泛应用于模拟量和数字量的转换电路。TLC1549在工作温度范围内的极限参数：电源电压范围：-0.5 V6.5 V；125输入电压范围：-0.3 VVC

14、C+0.3 V；输出电压范围：-0.3VCC+0.3 V；正基准电压：VCC+0.1 V；负基准电压：-0.1 V；峰值输入电流：+20 mA；峰值总输入电流：30 mA；工作温度范围：TLC1549M为-55125，TLC1549C为070，TLC1549I为-4085。2 工作原理TLC1549具有6种串行接口时序模式，这些模式是由IO CLOCK周期和CS定义。根据TLC1549的功能结构和工作时序，其工作过程可分为3个阶段：模拟量采样、模拟量转换和数字量传输。图3所示为TLC1549的时序图。2.1 输入的模拟量采样在第3个IO CLOCK下降沿，输入模拟量开始采样，采样持续7个IO

15、CLOCK周期，采样值在第10个IO CLOCK下降沿锁存。2.2 输入的模拟量转换对于连续逐次逼近型的模数转换器TLC1549，CMOS门限检测器通过检测一系列电容的充电电压决定AD转换后的数字量的每一位，如图4所示。在转换过程的第一阶段，模拟输入量同时关闭SC和ST进行充电采样，这一过程使所有电容的充电电压之和达到模数转换器的输入电压。转换过程的第二阶段打开所有SC和ST，CMOS门限检测器通过识别每一只电容的电压确定每一位，使其接近参考电压。在这个过程中，10只电容逐一检测，直到确定转换的十位数字量。其详细步骤为：门限检测器检测第一只电容(weight=512)的电压，该电容的节点512

16、连接到REF+。梯型网络中，其他电容的等效节点接到REF-。如果总节点的电压大于门限检测器的电压(大约VCC的一半)，“0”被送至输出寄存器，此时512-weight的电容连接到REF-。经反相后为“1”，即为最高位MSB为1；如果总节点的电压小于门限检测器的电压(大约VCC的一半)，“1”被送至输出寄存器，此时512-weight的电容连接到REF+，经反相后为“0”，存为最高位MSB为0。对于256-weight的电容和128-weight的电容也要通过连续逐次逼近型的重复操作，直到确定从高位(MSB)到低位(LSB)所有数字量，即为初始的模拟电压数字量。整个转换过程调整VREF+和VRE

17、F1以便从数字0至1跳变的电压(VZT)为0.002 4 V，满度跳变电压(VFT)为4.908 V，即1 LSB=4.8 mV。2.3 数字量的传输当片选CS由低电平变为高时，IO CLOCK禁止且AD转换结果的三态串行输出DATA OUT处于高阻状态；当串行接口将CS拉至有效时，即CS由高变为低时，CS复位内部时钟，控制并使能DA-TA OUT和IO CLOCK，允许IO CLOCK工作并使DATA OUT脱离高阻状态。串行接口把输入输出时钟序列供给IO CLOCK并接收上一次转换结果。首先移出上一次转换结果数字量对应的最高位，下一个IO CLOCK的下降沿驱动DATA OUT输出上一次转

18、换结果数字量对应的次高位，第9个IOCLOCK的下降沿将按次序驱动DATA OUT输出上一次转换结果数字量的最低位，第10个IOCLOCK的下降沿，DATA OUT输出一个低电平，以便串行接口传输超过10个时钟；IO CLOCK从主机串行接口接收长度在1016个时钟的输入序列。CS的下降沿，上一次转换的MSB出现在DATA OUT端。10位数字量通过DATA OUT发送到主机串行接口。为了开始传输，最少需要10个时钟脉冲，如果IOCLOCK传送大于10个时钟，那么在第10个时钟的下降沿，内部逻辑把DATA OUT拉至低电平以确保其余位清零。在正常转换周期内，即规定的时间内CS端由高电平至低电平

19、的跳变可以终止该周期，器件返回初始状态(输出数据寄存器的内容保持为上一次转换结果)。由于可能破坏输出数据，所以在接近转换完成时要小心防止CS拉至低电平。利用AD串行输出设计不但提高了模数转换的精度，具有抗干扰性，而且节省了大量元件和印刷电路板的空间。该系统设计已经成功应用于工业现场控制系统的数据测量8.2 x25045看门狗电路一般说明X5043/45把四种常用的能：上电复位、看门狗定时器、电源电压监控和块锁（BlockLockM）保护串行EEPROM存储器组成在一个封装之内。这种组合降低了系统成本、减少了电路板空间和增加了可靠性。向器件加电时激活了上电复位电路，它保持RESET/RESET有

20、效一段时间。这可使电源和振荡器稳定，然后微处理器再执行代码。看门狗定时器对微控制器提供了一个独立的保护机制。当系统故障时，在可选的超时时间（time-outinterval）之后，器件将激活RESET/RESET信号，用户可以从三个预置的值中选择一个超时时间。一旦选定，即使在断电后重启电源时也不会改变。器件的低VCC检测电路，可以保护系统免受低电压之影响，当VCC降到最小VCC转换点以下时，系统复位。复位一直持续到VCC回到正常工作电平并且稳定为止。有5个工业标准的转换电压门限Vtrip可以选用，并且Xicor独特的电路允许对门限编程以满足用户的需要或者对高精度应用的精细调整的需要。X5043

21、/45的存储器部份是具有Xicor块锁保护的CMOS4Kb串行EEPROM。该阵列内部的组织是8。器件具有SPI接口的特性，其软件协议允许工作在一个简单四线总线上。器件利用了Xicor公司专有的DirectWriteTM晶片，提供最小为1000000次擦写和最少为100年的数据保存期。X5045,X5043引脚图：X5045,X5043说明：8.3 LM324运算放大器LM324系列运算放大器是价格便宜的带差动输入功能的四运算放大器。可工作在单电源下，电压范围是3.0V-32V或+16V.LM324引脚图（管脚图）LM324的特点：1.短跑保护输出2.真差动输入级3.可单电源工作：3V-32V4.低偏置电流：最大100nA（LM324A）5.每封装含四个运算放大器。6.具有内部补偿的功能。7.共模范围扩展到负电源 8.行业标准的引脚排列9.输入端具有静电保护功能