[發明專利]礦用本質安全型超聲波測速探頭

無效

• 申請號: 201310410354.9
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103499705A
• 公開（公告）日: 2014-01-08
• 發明（設計）人: 朱建良;孫濤;陸俊偉;楊兆
• 申請（專利權）人: 宜興市三恒自動化儀表有限公司
• 主分類號: G01P5/24
• 分類號: G01P5/24
• 代理公司: 宜興市天宇知識產權事務所(普通合伙) 32208
• 代理人: 李妙英

技術領域

本發明屬分析及測量控制技術中的儀器儀表技術領域，尤其涉及一種超聲波風速探頭。

背景技術

????超聲波風速探頭的工作原理是根據卡曼渦節理論(如圖1)，在無限界流場中垂直插入一根無限長的非線性阻力體時(阻力體稱旋渦發生體)，則在一定的雷諾數范圍內(Red=200～5*10000)，阻力體下游會產生兩排交替的、內旋的旋渦列，而其旋渦率正比于流速，公式表示：

f=St?V/d

式中:????f---旋渦頻率??????????????St—常數(斯特拉哈爾數范圍為0.21)

???????????V---風速??????????????????d---旋渦發生體線徑

因此，只要測出f，就可以知道風速V，這樣測量的風速就歸結為測量旋渦頻率，而超聲波風量傳感器就是利用超聲波被旋渦調制的原理來測定旋渦頻率的。

如圖2所示：A、B為一對性能相同或相近的聲頭，A為發射聲頭，B為接收聲頭，C為旋渦發生體，A發射一束連續等幅的超聲波，超聲波穿過空氣到達對面被接收，當沒有旋渦通過超聲波束時（如圖2中A），B接收到連續等幅的超聲波信號。當旋渦與超聲波相碰時，因旋渦運動產生的內部壓力梯度，使通過的旋渦的聲能被折射和反射，結果B接收到的超聲波束幅度就減小（如圖2中B），在旋渦流過超聲波束后，而下一個旋渦未到達之前，超聲波立即恢復原狀，B就收到原來幅值的超聲波束。因此，只要有一個旋渦通過超聲波束，超聲波就被調制一次。通過旋渦有多少個，超聲波就被調制多少次，所以超聲波束的調制頻率就是我們要測量的旋渦頻率f。

????煤礦井下通風系統的可靠運行及自動化監測是確保煤礦安全生產的重要保障，井下各個巷道和工作面必須保證保持一定的風速和風量，才能保證井下的有害氣體不積聚并及時被排放，這就需要連續不間斷的測定井下各處的風速和風量。目前國內主要采用超聲波風速傳感器來測定風速。現有的超聲波風速傳感器存在抗干擾性能差、測量范圍小、測量精度低、穩定性差、標校周期短等問題，不能完全適應煤礦井下惡劣環境長期可靠工作的要求。現有技術的探頭工作點不能固定在諧振點,?導致振蕩晶片的振蕩頻率不穩定，幅值較小，導致解調后的旋渦頻率波形失真較大，旋渦頻率穩定性比較差,測量偏差很大，測量準確性較低。?

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供了一種抗干擾性能高、測量范圍大、測量精度高、穩定性好、標校周期長的礦用本質安全型超聲波測速探頭。

本發明的技術關鍵在于設計了讓風流經過旋渦發生體產生的旋渦運動方向和探頭里的聲頭面基本平行的結構，即調整側板與渦流發生體的角度，這種結構的探頭工作點能夠固定在諧振點,?這時振蕩晶片的振蕩頻率最穩定，幅值也最大。同時這種結構旋渦被調制后的幅度比較深，解調后的旋渦頻率波形失真較小，旋渦頻率穩定性比較好,測量偏差很小，測量準確性高，并且由于振蕩晶片的諧振點是固定的，調試就十分容易，調試完成后工作點不會發生漂移。長期不作調整,工作點都不會發生偏移。測量偏差小于0.1m/s，測量精確度也大為提高，準確地反映了井下巷道及工作面的實際風速值。其具體的技術方案為：礦用本質安全型超聲波測速探頭，包括底板、與底板對應的頂板、位于底頂板間并固定于兩側的側板以及渦流發生體，所述兩側板中心均安裝有振蕩晶片，所述兩塊振蕩晶片位于同一中心橫軸線上，所述渦流發生體位于底頂板的中心縱軸線上，并位于中心橫軸線下方，其特征在于所述渦流發生體為直徑為6mm的圓柱體，所述兩側板的夾角設置為9°~12°。

作為本發明的優選，所述振蕩晶片晶體的振蕩頻率為150KHz。由于礦用本質安全型超聲波風速探頭的核心器件是振蕩晶片，它的作用就是接受振蕩電路發出的振蕩信號后轉換為超聲波信號發射，同時接收超聲波信號后轉換為電信號送電路處理，一般干擾信號是從接收處進入探頭傳至電路。井下環境的干擾源主要來自井下設備的啟動和運行過程中產生的干擾信號以及井下通訊等設備使用時產生的各種干擾信號，為提高抗干擾性能，振蕩振蕩晶片采用了比較高的工作頻率，避開了井下的各種干擾頻率。作為優選可把整個振蕩晶片采用銅材封裝并采用專用屏蔽電纜連接，防止線路干擾及外部干擾的影響。

作為本發明的進一步改進，所述振蕩晶片晶體上表面與側板上表面齊平。

作為優選，底板、側板為工程塑料，頂板為不銹鋼。