高精度懸浮軸振動測量傳感器設(shè)計(jì)(參考版)
2024-09-06 14:42本頁面
【正文】 在目前的試用中 ,對該傳感器的設(shè)計(jì)反映很好 ,它能夠可靠、穩(wěn)定、安全的測量井下瓦斯 ,對于預(yù)防井下安全事故起到了重要作用 ,具有推廣應(yīng)用價值。 (4)實(shí)現(xiàn)了低功耗 ,高可靠性 ,操作方便。可與 PC機(jī)進(jìn)行通信 ,為礦井環(huán)境數(shù)據(jù)庫的建立 ,從而分析井下環(huán)境走勢提供了必要條件。 (2)傳統(tǒng)儀表功能擴(kuò)展 :日歷、時鐘顯示 ,紅外遙控芯片使用和硬件看門狗電路。在此范圍之中測量誤差在 %以內(nèi)。最終的相對誤差 在 %以下。 算法誤差 設(shè)計(jì)中乘除法采用 4 字節(jié)的定點(diǎn)算法 ,數(shù)字表示范圍是 : 0～ 4 294 967 295。在 A /D ( TLC2543)轉(zhuǎn)換通道中 ,基準(zhǔn)電壓的波動可導(dǎo)致不可預(yù)測的誤差甚至錯誤結(jié)果。 for(。 } } = function() { var Imgs = $(content).getElementsByTagName(img)。 $(Id).height = parseInt(h*m/w)。 if(w m){return。 圖 4 主程序與 PC和紅外線、鍵盤中斷程序流程圖 Script type=text/javascript function ImgZoom(Id)//重新設(shè)置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $(Id).width。其主程序與 PC機(jī)和紅外線、鍵盤中斷程序流程圖如圖 4 所示。 最后顯示時間 ,循環(huán)采樣并實(shí)時顯示。首先采樣甲烷濃度并顯示 ,超過安全值報警 。對傳感器的精度和靈敏度進(jìn)行調(diào)整 ,使得精度和準(zhǔn)確度提高。紅外遙控的使用使得操作方便、可靠。遙控發(fā)射器的選擇、上調(diào)、下調(diào)三鍵均采用連續(xù)發(fā)射的模式。 外遙控電路和放大電路 系統(tǒng)中也使用了紅外通信的模式。采用 XI2COR公司帶有串行接口 ( SP I) EEPROM的看門狗芯片 X5045,在傳感器初始化時進(jìn)行設(shè)置 ,并且將其設(shè)置數(shù)據(jù)保存在 EEPROM 中。 與 PC機(jī)進(jìn)行通信 ,存儲數(shù)據(jù) ,從而對礦井環(huán)境建立數(shù)據(jù)庫 ,對環(huán)境進(jìn)行分析 ,單片機(jī)的串行口加上 MAX232電平轉(zhuǎn)換器 ,采用 3 線制與 PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送 ,波特率為 9 600 bp s。開關(guān)電容的設(shè)計(jì)還可以使在整個溫度范圍內(nèi)減小轉(zhuǎn)換誤差 ,提高系統(tǒng)的精度。除了高速轉(zhuǎn)換和通用控制功能之外 ,器件具有 11 路的模擬輸入端 ,完全能夠滿足多路采樣和功能升級。 TLC2543C 為 10 位開關(guān)電容逐次逼近的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 圖 2 載體催化元件檢測甲烷濃度的原理 甲烷檢測橋路 將圖 2 簡化如圖 3所示。當(dāng)無甲烷時 , 調(diào)節(jié) RP 使電橋處于平衡狀態(tài) , r1 , r2 中流過相同的恒定電流 , 并使兩元件溫度上升到 500 ℃ 左右。它是一個簡單的電橋 ,催化元件 r1 (黑元件 )作為工作元件 , r2 (白元件 )作為對比元件。目前甲烷傳感器均采用這種方法。 3 硬件電路工作原理 檢測電路 甲 烷傳感器工作原理 甲烷檢測的方法有很多種 ,如熱導(dǎo)法、紅外光譜系數(shù)法、超聲波測量法、氣敏半導(dǎo)體法、熱載體催化元件檢測法等。 看門狗部分 : 采用 XICOR 公司帶有串行接口 EEPROM 的看門狗芯片 X5045,在傳感器開始階段進(jìn)行設(shè)置 ,并且將其設(shè)置數(shù)據(jù)保存在 EEPROM中。 電量檢測部分 :在電源端設(shè)置相應(yīng)的檢測電路 ,同樣由單片機(jī)處理之后在液晶屏上用圖形的方法顯示剩余電量。當(dāng)甲烷濃度超出安全值進(jìn)行聲光報警 ,工作原理如圖 1 所示。 (4)功能強(qiáng)大的數(shù)字處理方式打破以往甲烷傳感器功能單一的缺點(diǎn) ,加入了方便井下工人使用的輔助功能 ,如礦井環(huán)境溫度顯示、年月日時間顯示、儀器電量檢測、歷史濃度數(shù)據(jù)存儲等。 (3)高智能化 采用紅外遙控和機(jī)載按鍵兩種方式。 當(dāng)甲烷濃度為 2%～ 4% 時 , 誤差范圍 ≤177。 當(dāng)甲烷濃度為 1%～ 2% 時 , 誤差范圍 ≤177。 在 0%～ 4%甲烷濃度有效檢測范圍之內(nèi)的測量誤差為 : 當(dāng)甲烷濃度為 0%～ 1% 時 , 誤差范圍 ≤177。超過 2%時應(yīng)立即撤離所有人員。 煤礦安全規(guī)程規(guī)定 ,甲烷濃度超過 1%時 ,傳感器應(yīng)進(jìn)行報警 。 1 儀表新特點(diǎn) 甲烷傳感器是一種礦用儀表 ,必須首先滿足井下安全生產(chǎn)的規(guī)程 ,但較其他普通傳感器又有如下主要特點(diǎn) : (1)高可靠性處理 低功耗采用 AT89LV51 單片 機(jī)進(jìn)行集中處理 ,從而大大減少了繁瑣的模擬電路和元器件 ,節(jié)省了電路功耗?，F(xiàn)有的甲烷傳感器普遍存在著功耗較大、功能單一、精確度不高的缺點(diǎn) ,而且采用模擬電路技術(shù) ,造成系統(tǒng)的抗干擾能力和智能化程度都很低。但是 BP 算法本身所具有的缺陷如收斂速度慢、容易陷 入局部最小點(diǎn)等應(yīng)在編程時給予充分考慮。 4 結(jié)束語 利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線性映射關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)任意數(shù)據(jù)的函數(shù)逼近。訓(xùn)練前后各采樣點(diǎn)的相對誤差（滿度相對誤差）如圖 4 所示： 圖 4 不同溫度下各質(zhì)量采樣點(diǎn)絕對誤差對比圖 從圖中可以明顯看出采用了 BP 算法之后，系統(tǒng)對于溫度的影響具有較強(qiáng)的抑制能力。 圖 3 BP 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖 BP 網(wǎng)絡(luò)中間層和輸出
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