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矿用明渠超声波流量传感器的设计与实现
资料介绍
近年来,我国煤矿安全事故频发。其中,水害事故造成的损失一直排在各种矿井事故首位。明渠流量监测是矿井水害事故预防的重要措施。目前,我国对于明渠流量的监测,主要采用传统的堰测法和巴歇尔槽法。这些方法会产生淤泥堆积,无法进行长期监测。在矿用明渠流量监测领域,没有成熟的产品。因此,设计高精度、高可靠性的矿用明渠超声波流量传感器,对煤矿安全具有重要意义。
针对矿井水质浑浊的特点和传感器的高精度要求,选用时差法进行流量测量。通过发射电路进行功率放大,驱动换能器发射超声波。通过接收电路的滤波、放大、比较,滤除接收信号噪声干扰。采用时间数字转换技术,精确测量超声波传播时间,使传感器具有高精度。通过通讯电路,与上位机进行通讯,上传流量相关数据。通讯电路传输接口采用光电隔离技术,提高通讯的抗干扰能力。传感器选用单片机MSP430F5438作为控制核心,硬件电路采用模块化设计,主要包括超声波发射模块、收发转换模块、时间与温度测量模块、数据存储模块和通讯模块等。在硬件设计的基础上,以IAR Embedded Workbench为开发环境,以C语言为开发语言,对软件进行了模块设计,主要有传感器初始化子程序、时间测量子程序、温度测量子程序、存储子程序、通讯子程序等。对传播时间进行多次测量,采用数字滤波技术,使流量数据更加精确。主程序运行时,首先调用初始化子程序,初始化传感器参数;然后在全局计时器的调控下,对子程序执行条件进行循环检测,使系统有序、稳定工作。
经测试,矿用明渠超声波流量传感器达到了设计要求的功能指标和技术指标,能够应用于矿井井下环境,很好的弥补了我国在矿井明渠流量监测方面的不足。对于矿井安全监测具有重要意义。
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资料：bitboy
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