[实用新型]一种基于MEMS测风传感器的矿用测风装置

说明书

一种基于MEMS测风传感器的矿用测风装置，主要应用于煤矿安全，它包括MEMS矢量测风传感器、信号提取电路、DSP处理器、显示器，其特征在于：MEMS矢量测风传感器的输出连接信号提取电路的输入，信号提取电路的输出连接DSP处理器的输入，DSP处理器的输出连接显示器；所述信号提取电路由电源供压和补偿电路、可调稳压电源、电桥电路、两级差分放大电路、低通滤波器、跟随器依次连接组成。本实用新型体积小，可批量生产，实时遥感监测，由于利用的是静力测量，无静电现象，安全可靠，易于在矿井中固定，在煤炭开采领域有着广阔的应用前景和市场。

技术领域

本发明涉及矿用测风装置，具体是一种基于MEMS测风传感器的矿用测风装置。

背景技术

煤炭企业是高危行业，安全生产是煤矿生产的重中之重，其中测风传感器的作用是不可忽视的，为保证井下各作业地点有足够的合适的风量，确保安全生产，必须依靠测风装置准确的测量。

传统的矿用测风装置，由机械结构的叶轮和数据处理显示器组成，基于机械旋转式原理，即叶轮在风流的作用下旋转，转速与风速成正比，利用叶轮上安装的一些附件，根据光电、电感等原理把叶轮的转速转变成电量，利用电子线路实现风速的自动记录和数字显示。在进行测量时，风向量即风速和风向是分别测量的，在时间和空间上都不同步，测量结果与实际的风矢量之间有较大的误差，尤其是在风向和风速传感器的启动风速不同时，可能造成完全错误的测量结果，另外，由于旋转式测风传感器的结构特点，它存在转动惯性，难以测到风的瞬时变化值。特点是读数方便，易于实现遥测。该类测风仪虽然技术非常成熟，但该类传感器结构复杂，不易进行实时监控，体积比较庞大，不便于固定安装，且叶轮转动会产生静电，在充满瓦斯的矿井环境中会产生爆炸的危险，而且不能测风向，其在一些应用环境较恶劣的场合使用和维护都不方便。因此研制一种结构简单、易于固定、体积小、易于在矿井中固定的可实时遥感监测的测风装置具有重要意义。

将MEMS技术应用在矿井中是一种新原理，新技术，新方法既克服了传统机械式、热效式、电子叶轮式测量装置的缺点，同时由于MEMS加工工艺技术与半导体平面工艺兼容，因此可以在硅片上同时制作敏感检测部分与信号处理电路部分，实现单片集成，甚至系统集成，又能够发展为新一代微型传感器。利用MEMS技术结合压阻原理研制的测风矢量传感器应运而生，与现在常用的旋转式传感器相比，其时间常数小，具有良好的动态特性，可同时测得风矢量的全部信息，完全消除在利用旋转式测风传感器进行动态测量时的风速过高效应和风向风速时间和空间不同步问题。

发明内容

为了解决现有矿用测风装置结构复杂，体积庞大，不便于固定安装，不能测风向，使用和维护都不方便的问题，本实用新型提供一种新型的基于MEMS测风传感器的矿用测风装置。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种基于MEMS测风传感器的矿用测风装置，包括MEMS矢量测风传感器、信号提取电路、DSP处理器、显示器， MEMS矢量测风传感器的输出连接信号提取电路的输入，信号提取电路的输出连接DSP处理器的输入，DSP处理器的输出连接显示器；所述信号提取电路由电源供压和补偿电路、可调稳压电源、电桥电路、两级差分放大电路、低通滤波器、跟随器依次连接组成。

所述DSP处理器的A/D转换器和信号处理电路相连。

所述DSP处理器的GPIO口和显示器相连。

所述MEMS矢量测风传感器采集风场的风信号，经过信号提取电路处理后，由DSP处理器的A/D转换器对MEMS矢量测风传感器输出的模拟信号进行采集、转换后，传送至算法分析，解算出风速风向，最后由DSP处理器的GPIO口驱动显示器显示。

本实用新型的风场信号采集，根据不同的需要可以构成不同的阵列形式，每个模块拥有独立的地址和处理单元，由计算机统一控制，实现同步采集。