矿用本质安全型超声波测速探头制造技术

矿用本质安全型超声波测速探头，属分析及测量控制技术中的仪器仪表技术领域，包括底板、与底板对应的顶板、位于底顶板间并固定于两侧的侧板以及涡流发生体，所述两侧板中心均安装有振荡晶片，所述两块振荡晶片位于同一中心横轴线上，所述涡流发生体位于底顶板的中心纵轴线上，并位于中心横轴线下方，所述涡流发生体为直径为6mm的圆柱体，所述两侧板的夹角设置为9°~12°。其抗干扰性能高、测量范围大、测量精度高、稳定性好、标校周期长。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
矿用本质安全型超声波测速探头
本技术属分析及测量控制技术中的仪器仪表
，尤其涉及一种超声波风速探头。
技术介绍
超声波风速探头的工作原理是根据卡曼涡节理论(如图1)，在无限界流场中垂直插入一根无限长的非线性阻力体时(阻力体称旋涡发生体)，则在一定的雷诺数范围内(Red=200~5*10000)，阻力体下游会产生两排交替的、内旋的旋涡列，而其旋涡率正比于流速，公式表示:f=St V/d式中: f---旋涡频率 St—常数(斯特拉哈尔数范围为0.21)V—风速d—旋涡发生体线径因此，只要测出f，就可以知道风速V，这样测量的风速就归结为测量旋涡频率，而超声波风量传感器就是利用超声波被旋涡调制的原理来测定旋涡频率的。如图2所示: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(如图2中A)，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(如图2中B)，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。煤矿井下通风系统的可靠运行及自动化监测是确保煤矿安全生产的重要保障，井下各个巷道和工作面必须保证保持一定的风速和风量，才能保证井下的有害气体不积聚并及时被排放，这就需要连续不间断的测定井下各处的风速和风量。目前国内主要采用超声波风速传感器来测定风速。现有的超声波风速传感器存在抗干扰性能差、测量范围小、测量精度低、稳定性差、标校周期短等问题，不能完全适应煤矿井下恶劣环境长期可靠工作的要求。现有技术的探头工作点不能固定在谐振点，导致振荡晶片的振荡频率不稳定，幅值较小，导致解调后的旋涡频率波形失真较大，旋涡频率稳定性比较差，测量偏差很大，测量准确性较低。
技术实现思路
本技术针对现有技术的不足，提供了一种抗干扰性能高、测量范围大、测量精度高、稳定性好、标校周期长的矿用本质安全型超声波测速探头。本技术的技术关键在于设计了让风流经过旋涡发生体产生的旋涡运动方向和探头里的声头面基本平行的结构，即调整侧板与涡流发生体的角度，这种结构的探头工作点能够固定在谐振点，这时振荡晶片的振荡频率最稳定，幅值也最大。同时这种结构旋涡被调制后的幅度比较深，解调后的旋涡频率波形失真较小，旋涡频率稳定性比较好，测量偏差很小，测量准确性高，并且由于振荡晶片的谐振点是固定的，调试就十分容易，调试完成后工作点不会发生漂移。长期不作调整，工作点都不会发生偏移。测量偏差小于0.lm/s，测量精确度也大为提高，准确地反映了井下巷道及工作面的实际风速值。其具体的技术方案为:矿用本质安全型超声波测速探头，包括底板、与底板对应的顶板、位于底顶板间并固定于两侧的侧板以及涡流发生体，所述两侧板中心均安装有振荡晶片，所述两块振荡晶片位于同一中心横轴线上,所述涡流发生体位于底顶板的中心纵轴线上,并位于中心横轴线下方，其特征在于所述涡流发生体为直径为6mm的圆柱体，所述两侧板的夹角设置为9。?12°。作为本技术的优选，所述振荡晶片晶体的振荡频率为150KHz。由于矿用本质安全型超声波风速探头的核心器件是振荡晶片，它的作用就是接受振荡电路发出的振荡信号后转换为超声波信号发射，同时接收超声波信号后转换为电信号送电路处理，一般干扰信号是从接收处进入探头传至电路。井下环境的干扰源主要来自井下设备的启动和运行过程中产生的干扰信号以及井下通讯等设备使用时产生的各种干扰信号，为提高抗干扰性能，振荡振荡晶片采用了比较高的工作频率，避开了井下的各种干扰频率。作为优选可把整个振荡晶片采用铜材封装并采用专用屏蔽电缆连接，防止线路干扰及外部干扰的影响。作为本技术的进一步改进，所述振荡晶片晶体上表面与侧板上表面齐平。作为优选，底板、侧板为工程塑料，顶板为不锈钢。本技术的有益效果:抗干扰性:矿用本质安全型超声波测速探头核心器件(振汤晶片)米用较闻的振汤频率，它的振汤频率选择在150KHz左右，有效避开了井下各种干扰频率，连接电缆使用专用屏蔽电缆，使矿用风速传感器抗干扰性能得到很大的提高；稳定性和测量精度:探头的工作点稳定在声头振荡晶片的谐振点，不会发生偏移，极大提高了风速传感器的稳定性和测量精度，减少了使用中的标校维护工作量；安全性:功耗低，10毫安的工作电流振荡晶片就可产生谐振，正常工作发出超声波。使用寿命长，可使用较低的电压供电，最低可用5V本安电压供电。由于采用低电压低功耗，大大提高了传感头的使用年限，使用年限可达三年以上，在煤矿井下使用极大提高了安全性，对建设本质安全型矿井具有十分重要的意义；测量范围广:能实现最小测0.lm/s的风速，最大测达30m/s的风速；采用不锈钢材料制作，能有效适应煤矿井下恶劣的使用环境(井下环境湿度大，灰尘多，水汽具有一定腐蚀性)，强度高，抗冲击性能优良，可有效抗击井下放炮带来的冲击和碰撞产生的震动。核心器件声头外壳使用铜材，中间加以吸震材料加以缓冲保护振荡晶片，并使用硅胶胶封为一体。探头采用模块化组合，结构简单，使用维护更换方便。【附图说明】图1为本技术的主视图。图2为图1中顶板示意图。图3为图1中底板示意图。图4为图1中侧板示意图。图5为图1中侧板与底板安装示意图。【具体实施方式】矿用本质安全型超声波测速探头，包括底板001、与底板001对应的顶板002、位于底顶板(001、002)间并固定于两侧的侧板003以及涡流发生体004，所述两侧板003中心均安装有振荡晶片005，所述两块振荡晶片005位于同一中心横轴线上，所述涡流发生体004位于底顶板(001、002)的中心纵轴线上，并位于中心横轴线下方，所述涡流发生体004为直径为6mm的圆柱体，所述两侧板003的夹角设置为9° ^12°。所述振荡晶片005的振荡频率为150KHz。所述振荡晶片005上表面与侧板003上表面齐平。底板001、侧板003为工程塑料。顶板002为不锈钢。`本文档来自技高网...

【技术保护点】
矿用本质安全型超声波测速探头，包括底板、与底板对应的顶板、位于底顶板间并固定于两侧的侧板以及涡流发生体，所述两侧板中心均安装有振荡晶片，所述两块振荡晶片位于同一中心横轴线上，所述涡流发生体位于底顶板的中心纵轴线上，并位于中心横轴线下方，其特征在于所述涡流发生体为直径为6mm的圆柱体，所述两侧板的夹角设置为9°~12°。

【技术特征摘要】
1.矿用本质安全型超声波测速探头，包括底板、与底板对应的顶板、位于底顶板间并固定于两侧的侧板以及涡流发生体，所述两侧板中心均安装有振荡晶片，所述两块振荡晶片位于同一中心横轴线上,所述涡流发生体位于底顶板的中心纵轴线上,并位于中心横轴线下方，其特征在于所述涡流发生体为直径为6mm的圆柱体，所述两侧板的夹角设置为9。?12。。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建良，孙涛，陆俊伟，杨兆，
申请(专利权)人：宜兴市三恒自动化仪表有限公司，
类型：实用新型
国别省市：