淺談傳感器的應(yīng)用及發(fā)展

摘要：可以將一種物理量或化學量轉(zhuǎn)換成為方便于直接利用或轉(zhuǎn)換利用的模擬或數(shù)字信號的原件叫做傳感器。它在任何一個系統(tǒng)測量中作為關(guān)鍵部件，可以將獲得的變量信號轉(zhuǎn)換成直接可以使用測量的信號，是被測量原件信號獲得的第一道關(guān)口。按照不同工作性質(zhì)的傳感器在礦山上不同設(shè)備、不同位置上的使用，起到了對設(shè)備的保護和檢測作用。

關(guān)鍵詞：傳感器；煤礦；機電設(shè)備系統(tǒng)；傳感元件；數(shù)字信號 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP212 文章編號：1009-2374（2015）23-0059-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.031

1 傳感器的發(fā)展現(xiàn)狀

傳感器的基本功能是對機電設(shè)備以及系統(tǒng)運行進行檢測，對操作對象以及環(huán)境狀態(tài)進行檢測，為安全、可靠地控制機電設(shè)備系統(tǒng)的運行，不間斷地提供連續(xù)性運行信息。

2 傳感器在煤礦機電設(shè)備系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用

傳感器在機電設(shè)備系統(tǒng)發(fā)展過中起到關(guān)鍵性作用，也是重要技術(shù)之一，根據(jù)其原理以及工作性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于各種設(shè)備自動化控制之中。

2.1 速度傳感器

主要應(yīng)用在加速度、速度比較和控制等的測量中。它具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、使用壽命長等優(yōu)異的特點。速度傳感器與運動物體直接接觸。當運動物體與旋轉(zhuǎn)式速度傳感器接觸時，摩擦力帶動傳感器的滾輪轉(zhuǎn)動。裝在滾輪上的轉(zhuǎn)動脈沖傳感器發(fā)送出一連串的脈沖。每個脈沖代表著一定的距離值，從而就能測出線速度。電磁具有感應(yīng)，在轉(zhuǎn)動的軸上安裝齒輪，外側(cè)是電磁線圈，轉(zhuǎn)動是由于輪齒間隙通過，得到方波變化的電壓，再推算出轉(zhuǎn)速。速度傳感器在煤礦提升機、架空索道以及膠帶機運行速度測量中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，特別是對提升機電機和滾筒的速度進行比較，并將比較結(jié)果傳送到PLC控制系統(tǒng)中，對高速、低速的保護更有它的特殊地位。

2.2 瓦斯傳感器

對于煤礦井下生產(chǎn)，無論高瓦斯還是低瓦斯，都要將瓦斯管理放到安全管理的第一位，瓦斯傳感器就是管理的眼睛，瓦斯傳感器在檢測到空氣中的瓦斯時，將瓦斯?jié)舛群孔兓缔D(zhuǎn)換成有一定對應(yīng)關(guān)系的輸出信號的裝置。一般采用載體催化元件為檢測元件。當檢測到空氣中瓦斯變化的微弱信號，經(jīng)放大電路放大后產(chǎn)生一個輸出信號，并送入交換機內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換，將模擬量通訊信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字通訊信號。之后系統(tǒng)單片機將該信號進行轉(zhuǎn)化處理，從而實現(xiàn)顯示、報警、斷電等功能。煤礦安全檢測監(jiān)控系統(tǒng)常用于煤礦開拓，采煤、掘進工作面、工作面采空區(qū)、工作面回風巷、井下機電峒室等處24小時不間斷監(jiān)測該環(huán)境內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓?，當該檢測點瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)異常，達到上限時，瓦斯傳感器會自動發(fā)出聲、光報警信號，提醒專業(yè)人員對超限區(qū)域進行瓦斯超限處理。便攜式瓦斯傳感器方便井下管理人員、瓦斯檢測人員以及采煤工作面和掘進工作面作業(yè)人員隨時掌握自己所在環(huán)境的瓦斯?jié)舛纫约白兓俊?/p>

2.3 煙霧報警傳感器

煙霧報警傳感器是通過對被保護設(shè)備周圍工作環(huán)境煙霧的濃度進行監(jiān)測，從而達到火災防范的目的。其工作原理主要是，傳感器內(nèi)部采用離子式煙霧傳感，通常情況下，內(nèi)外兩個電離儲存室的電流值和電壓值處于穩(wěn)定狀態(tài)，只有在發(fā)生煙霧干擾到外電離室，擾亂了帶電粒子的穩(wěn)定的運動，將其電流值和電壓值發(fā)生變化，打亂了內(nèi)外電離儲存室之間的相互平衡，隨后無線發(fā)射器發(fā)出無線報警信號，通知遠方的接收主機，將報警信息傳遞出去，實現(xiàn)報警、設(shè)備斷電以及自動噴淋等。煤礦該傳感器主要用在膠帶運輸機驅(qū)動系統(tǒng)、坑木加工區(qū)域、主要辦公區(qū)和生活區(qū)內(nèi)。

2.4 重量傳感器

通常是將重物或載重汽車放在承載器臺面上，臺面由于受到重力作用，通過臺面將重力傳遞到重量傳感器上，使重量傳感器在壓力作用下彈性體產(chǎn)生變形，彈性體上的應(yīng)變計失去平衡，從而應(yīng)變計輸出與承載器臺面上重量數(shù)值成正比的電子信號，該電子信號通過放大，再通過A/D轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號，通過機房儀表內(nèi)部的CPU處理器，對重量信號進行處理后，顯示重量數(shù)據(jù)。后臺配置相關(guān)打印機后，即可打印記錄稱重原始數(shù)據(jù)，配置計算機可將計量數(shù)據(jù)儲存到計算機相關(guān)的管理軟件系統(tǒng)中作為保存。煤礦廣泛使用在地磅、膠帶稱重系統(tǒng)。

2.5 壓力傳感器

在各行各業(yè)以及生產(chǎn)生活中，眾多儀器儀表控制最為常用的一種傳感器是壓力傳感器。壓力傳感器種類繁多，最常用的是壓阻式壓力傳感器，是采用單晶硅材料的壓阻效應(yīng)和集成電路技術(shù)制成的，常用于正負壓力、壓力差等力的變化的物理量的測量和控制。煤礦多使用在壓力管道檢測、空壓機自動控制以及頂板壓力的檢

測等。

2.6 溫度傳感器

溫度傳感器是指能感受溫度并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。按測量方式可分為接觸式和非接觸式兩大類。對于接觸式以及非接觸式溫度傳感器，在煤礦已經(jīng)得到廣泛的使用，常見鍋爐加熱，多采用接觸式溫度計，一些高速運行設(shè)備以及電動機軸承已經(jīng)安裝上不同形式的溫度傳感器以監(jiān)控和保護設(shè)備在運行過程中因軸承溫度以及線圈溫度過高造成的設(shè)備損壞，在機械加工過程中通過溫度傳感器對環(huán)境溫度的控制，以達到加工件所需要的溫度和加熱時間。

3 我國傳感器技術(shù)的發(fā)展方向

傳感器技術(shù)的發(fā)展趨向無非有以下四點：（1）大力開展基礎(chǔ)研究和發(fā)現(xiàn)，開發(fā)利用新材料以及新工藝技術(shù)；（2）實現(xiàn)和利用集成化與多功能化傳感器；（3）開發(fā)研制新型傳感器；（4）智能化傳感器是發(fā)展的

方向。

第一，善于發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象，勤于研制開發(fā)新型材料，運用新原理是未來傳感器技術(shù)發(fā)展、新型傳感器研究的重要基礎(chǔ)。根據(jù)材料科學研發(fā)的不斷進步，傳感器技術(shù)日漸成熟，其種類研發(fā)得也越來越多，為傳感器的發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)。

第二，傳感器的集成化以及多功能化將在未來發(fā)展空間并進發(fā)展。傳感器的集成化發(fā)展將積極地采用半導體集成電路技術(shù)以及開發(fā)新思路用于其研發(fā)制造。依據(jù)集成化技術(shù)的不斷發(fā)展，不同種類的混合集成和單片集成式傳感器將會陸續(xù)生產(chǎn)和應(yīng)用。開發(fā)研制中，將具有多個不同功能的傳感元件集中在一起，不但可以同時進行多種參數(shù)的測量數(shù)據(jù)收集，同時也可以對測量后收集的參數(shù)結(jié)果進行全面綜合處理和評價。

第三，向未開發(fā)的領(lǐng)域挑戰(zhàn)——開發(fā)新型傳感器，概念為采用新的工作原理、填補未知傳感器空白、仿生傳感器等眾多方面。也是研制開發(fā)高性能、多功能、低成本和微小型化傳感器的重要途徑。

第四，智能型傳感器的發(fā)展必須具有準確的判斷能力、靈活的學習能力?，F(xiàn)實中智能型傳感器是一種帶有微處理器的傳感元件，它具有檢測信號、判斷是非和信息集中處理功能。在構(gòu)成上分析，智能型傳感器是一個比較典型的以微處理器為核心的微型計算機檢測系統(tǒng)。

4 結(jié)語

在當今社會，無論是科學領(lǐng)域，還是人們?nèi)粘Ｉ钪薪佑|的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，傳感器都發(fā)揮著無可替代的重要作用。不論什么工程，不論哪個施工項目，所涉及到的各種各樣的設(shè)備和儀器儀表傳感器都無處不在，因此，傳感器技術(shù)在發(fā)展社會經(jīng)濟、推動社會進步等眾多方面的重要作用是十分明顯的。隨著社會的進步，傳感器也在不斷更新發(fā)展。傳感器的應(yīng)用以及發(fā)展空間相當大，當前技術(shù)水平下的傳感器正朝微小型化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。在全世界，每個需要發(fā)展的國家都將傳感器領(lǐng)域的發(fā)展擺在較為重要的位置。未來傳感器技術(shù)的發(fā)展會出現(xiàn)跨越式的飛躍。也只有傳感器得到更好的發(fā)展，在煤礦上的應(yīng)用范圍才會更加增強、更加廣泛，才能更好地服務(wù)于煤礦的生產(chǎn)。

參考文獻

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[2] 張曉娜，胡孟謙.傳感器與檢測技術(shù)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2014.

作者簡介：張濤（1976-），男，棗莊礦業(yè)集團云南斯派爾煤礦機電科長，助理工程師，研究方向：電氣工程及其自動化。

（責任編輯：陳 倩）