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煤矿用风速传感器结构特征与工作原理

1、 煤矿用风速传感器结构特征  该传感器采用本质安全型结构,安装、使用、调整都十分方便。外壳采用高强度的优质不锈钢材料,具有美观、防护好、不易生锈、不易损坏等优点,在煤矿井下使用时能确保传感器长期可靠工作。  现场使用时,调整很方便,所有的操作都可以通过红外遥控器进行调整,正确接线后将传感器悬挂固定好即可。外壳上有透明窗可观察风速数值的大小。风速传感器外形结构图见图1。
风速传感器外形结构图
2、煤矿用风速传感器工作原理      根据卡曼涡街理论(图二),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(斯特拉哈尔系数范围为0.21)         V---风速                    d---旋涡发生体线径  因此,只要测量出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,而超声波风速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。   
卡曼涡街理论
图三中,A、B为一对性能相同或相近的超声波声头,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,B接收到连续等幅的超声波信号。
漩涡调制图
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,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 。测量的频率信号f由89C52单片机进行平均值、瞬时值、统一化、非线性补偿、修正等计算处理后送四位LED数字显示电路,同时输出频率200-1000Hz的方波信号供煤矿监测系统使用。

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