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基于压电陶瓷的动态断 煤 信号报警装置及其逻辑设计

阅读：177发布：2020-05-16

专利汇可以提供基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置及其逻辑设计专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置，其结构主要是去掉了挡板和支架行程开关等，更换为压电阵列和弹性钢板，原煤经过落煤孔过程中，压过压电传感器时，由于压电效应，传感器内部的压电材料因受压变形产生电荷信号，通过测量电路，将传感器测量的信号放大，并通过A/D转换单元把放大后的模拟信号转化为数字信号，将采集到的数字信号送到DCS中进行“3取2判断”，用逻辑判断后送至光字牌；减少了断煤报警中因环境恶略、棚煤造成的误报，漏报等问题。，下面是基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置及其逻辑设计专利的具体信息内容。

权利要求

1.基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置，包括弹性钢板、压电陶瓷阵列盒体、压电陶瓷，其特征在于：所述的弹性钢板的一端与压电陶瓷阵列盒体的底座侧壁固定连接，另一端安装在煤井的落煤口侧壁上，并倾斜向下；所述的压电陶瓷阵列盒体有三个成三角形分布。
2.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置，其特征在于：所述的压电陶瓷阵列盒体为用不锈钢制成的矩形，由上盖和底座两部分组成；所述的上盖与底座使用6个M4螺钉连接，用以提供压电陶瓷上的预紧力，中间的部分用来放置压电陶瓷，8片压电陶瓷以串联的方式组成压电陶瓷阵列接入电路中。
3.根据权利要求1所述的基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置，其特征在于：所述的压电陶瓷阵列与电阻R串联后一端接入10V直流电的正极，另一端与MAX5483数字电位器的引脚L连接；MAX5483数字电位器的引脚VSS接地；MAX5483数字电位器的引脚W与电阻R4串联后接入10V直流电的正极；MAX5483数字电位器引脚CLK、DIN、SPI引脚与总线连接后分别与STC12C5A60S2单片机的引脚P17、P14、P15连接；STC12C5A60S2单片机的引脚P33与电压比较器U2的输出端连接；所述电压比较器U2的工作电压为10V直流电，其输入端的正极与电阻R3的负极连接，电压比较器U2的输入端的负极与MAX5483数字电位器引脚W连接；所述的STC12C5A60S2单片机的引脚REST分别与有极电容C3、电阻R2并联，有极电容C3的正极与5V直流电连接，电阻R2的另一端接地；STC12C5A60S2单片机的引脚VCC接5V直流电正极，引脚GXD接地，引脚XTAL1和XTAL2之间串联有电容C1、C2，所述电容C1、C2的两端并联有两脚晶振，电容C1和C2串联电路的中间引线接地。
4.基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置的逻辑设计，其特征在于：电压比较器U2的输入端与检测电桥连接，通过测量电路，将传感器测量的信号放大，并通过A/D转换单元把放大后的模拟信号转化为数字信号，将采集到的数字信号送到DCS中进行3取2判断，用逻辑判断后送至光字牌。
5.根据权利要求4所述的基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置的逻辑设计，其特征在于：所述的逻辑判断为由电压比较器、时钟、启动控制信号三者向STC12C5A60S2单片机寄存器输入逐次逼近信号和转换结束信号，寄存器在将受到的电信号分别，传输给D/A转换器和DCS中；上述传输过程的同时运放电路向D/A转换器，传输基准参考电压。
6.根据权利要求4所述的基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置的逻辑设计，其特征在于：所述的3取2判断逻辑为三组压电陶瓷阵列分别输出信号1或0，压电陶瓷阵列输出信号为0时，取反延迟60秒发送；压电陶瓷阵列输出信号为1时，取反持续60秒发送，高电平优先输出；三组电信号进行比，较选择相同的两个数值信号为最终状态判断信号。

说明书全文

基于压电陶瓷的动态断煤 信号报警装置及其逻辑设计

技术领域

[0001] 本发明涉及给煤机断煤报警技术领域，具体为基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置及其逻辑设计。

背景技术

[0002] 制粉系统断煤的检测手段多种多样，主要有有机械档板法、接近开关法、对射光电法等。主流为机械档板法，缺点是当挡板卡瑟或者给煤机停转但皮带有煤时（棚煤），均报有煤，而实际无煤落入磨煤机中，导致煤水失调。此外，因机械挡板法中的挡板与煤直接接触，所以在一定程度上还会对称重造成一定影响。而接近开关法、对射光电法同样也会有这些误判，且对射光电法在粉尘过大时也会造成误判。

发明内容

[0003] 本发明提供的是一种基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置及其逻辑设计，创新改进目的是采用新型的断煤报警装置，彻底解决给煤机断煤报警中因环境恶略、棚煤造成的误报，漏报等问题。

[0004] 为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置及其逻辑设计，包括弹性钢板、压电陶瓷阵列盒体、压电陶瓷，所述的弹性钢板的一端与压电陶瓷阵列盒体的底座侧壁固定连接，另一端安装在煤井的落煤口侧壁上，并倾斜向下；所述的压电陶瓷阵列盒体有三个成三角形分布。

[0005] 更进一步，所述的压电陶瓷阵列盒体为用不锈钢制成的矩形，由上盖和底座两部分组成；所述的上盖与底座使用6个M4螺钉连接，用以提供压电陶瓷上的预紧力，中间的部分用来放置压电陶瓷，8片压电陶瓷以串联的方式组成压电陶瓷阵列接入电路中。

[0006] 更进一步，所述的压电陶瓷阵列与电阻R串联后一端接入10V直流电的正极，另一端与MAX5483数字电位器的引脚L连接；MAX5483数字电位器的引脚VSS接地；MAX5483数字电位器的引脚W与电阻R4串联后接入10V直流电的正极；MAX5483数字电位器引脚CLK、DIN、SPI引脚与总线连接后分别与STC12C5A60S2单片机的引脚P17、P14、P15连接；STC12C5A60S2单片机的引脚P33与电压比较器U2的输出端连接；所述电压比较器U2的工作电压为10V直流电，其输入端的正极与电阻R3的负极连接，电压比较器U2的输入端的负极与MAX5483数字电位器引脚W连接；所述的STC12C5A60S2单片机的引脚REST分别与有极电容C3、电阻R2并联，有极电容C3的正极与5V直流电连接，电阻R2的另一端接地；STC12C5A60S2单片机的引脚VCC接5V直流电正极，引脚GXD接地，引脚XTAL1和XTAL2之间串联有电容C1、C2，所述电容C1、C2的两端并联有两脚晶振，电容C1和C2串联电路的中间引线接地。

[0007] 更进一步，电压比较器U2的输入端与检测电桥连接，通过测量电路，将传感器测量的信号放大，并通过A/D转换单元把放大后的模拟信号转化为数字信号，将采集到的数字信号（开关量）送到DCS中进行“3取2判断”，用逻辑判断后送至光字牌。

[0008] 基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置的逻辑设计，其特征在于：所述的逻辑判断为由电压比较器、时钟、启动控制信号三者向STC12C5A60S2单片机寄存器输入逐次逼近信号和转换结束信号，寄存器在将受到的电信号分别，传输给D/A转换器和DCS中；上述传输过程的同时运放电路向D/A转换器，传输基准参考电压。

[0009] 基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置的逻辑设计，其特征在于：所述的3取2判断逻辑为三组压电陶瓷阵列分别输出信号1或0（1代表高电平即即煤机不供煤或断续供煤，0代表低电平煤机持续供煤），压电陶瓷阵列输出信号为0时，取反延迟60秒发送；压电陶瓷阵列输出信号为1时，取反持续60秒发送，高电平优先输出；三组电信号进行比，较选择相同的两个数值信号为最终状态判断信号。

[0010] 如果有两个压电陶瓷阵列输出的信号为高电平1时，即可判断煤机为不供煤状态或断续供煤，向DCS发出段煤信号给煤机停止工作，维修人员介入检查；若有两个压电陶瓷阵列输出的信号为低电平，即可判断煤机为持续供煤状态。

[0011] 本发明的原煤经过给煤机皮带末端落下压过压电传感器时，由于压电效应，传感器内部的压电材料因受压变形产生电荷信号，通过测量电路，将传感器测量的信号放大，并通过A/D转换单元把放大后的模拟信号转化为数字信号，将采集到的数字信号（开关量）送到DCS中进行“3取2判断”（避免一个出现故障造成误报），用逻辑判断后送至光字牌。减少了断煤报警中因环境恶略、棚煤造成的误报，漏报等问题。附图说明

[0012] 图1为本发明的基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置的结构简图。

[0013] 图2为本发明的压电陶瓷阵列盒体结构示意图。

[0014] 图3为本发明的基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置的电路原理图。

[0015] 图4为本发明的数模转换关系图。

[0016] 图5为逻辑判断关系图。

[0017] 1、弹性钢板，2、压电陶瓷阵列盒体，3、原煤，4、给煤机，5、上盖，6、压电陶瓷阵列，7螺母,8、底板，9、导线出口。

具体实施方式

[0018] 为了更好的理解本发明装置的技术方案，下面结合附图详细描述本发明装置实施方式。

[0019] 基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置及其逻辑设计，包括弹性钢板、压电陶瓷阵列盒体、压电陶瓷，所述的弹性钢板的一端与压电陶瓷阵列盒体的底座侧壁固定连接，另一端安装在煤井的落煤口侧壁上，并倾斜向下；所述的压电陶瓷阵列盒体有三个成三角形分布。

[0020] 更进一步，所述的压电陶瓷阵列盒体为用不锈钢制成的矩形，由上盖和底座两部分组成；所述的上盖与底座使用6个M4螺钉连接，用以提供压电陶瓷上的预紧力，中间的部分用来放置压电陶瓷，8片压电陶瓷以串联的方式组成压电陶瓷阵列接入电路中。

[0021] 更进一步，所述的压电陶瓷阵列与电阻R串联后一端接入10V直流电的正极，另一端与MAX5483数字电位器的引脚L连接；MAX5483数字电位器的引脚VSS接地；MAX5483数字电位器的引脚W与电阻R4串联后接入10V直流电的正极；MAX5483数字电位器引脚CLK、DIN、SPI引脚与总线连接后分别与STC12C5A60S2单片机的引脚P17、P14、P15连接；STC12C5A60S2单片机的引脚P33与电压比较器U2的输出端连接；所述电压比较器U2的工作电压为10V直流电，其输入端的正极与电阻R3的负极连接，电压比较器U2的输入端的负极与MAX5483数字电位器引脚W连接；所述的STC12C5A60S2单片机的引脚REST分别与有极电容C3、电阻R2并联，有极电容C3的正极与5V直流电连接，电阻R2的另一端接地；STC12C5A60S2单片机的引脚VCC接5V直流电正极，引脚GXD接地，引脚XTAL1和XTAL2之间串联有电容C1、C2，所述电容C1、C2的两端并联有两脚晶振，电容C1和C2串联电路的中间引线接地。

[0022] 更进一步，电压比较器U2的输入端与检测电桥连接，通过测量电路，将传感器测量的信号放大，并通过A/D转换单元把放大后的模拟信号转化为数字信号，将采集到的数字信号（开关量）送到DCS中进行“3取2判断”，用逻辑判断后送至光字牌。

[0023] 基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置的逻辑设计，其特征在于：所述的逻辑判断为由电压比较器、时钟、启动控制信号三者向STC12C5A60S2单片机寄存器输入逐次逼近信号和转换结束信号，寄存器在将受到的电信号分别，传输给D/A转换器和DCS中；上述传输过程的同时运放电路向D/A转换器，传输基准参考电压。

[0024] 基于压电陶瓷的动态断煤信号报警装置的逻辑设计，其特征在于：所述的3取2判断逻辑为三组压电陶瓷阵列分别输出信号1或0（1代表高电平即即煤机不供煤或断续供煤，0代表低电平煤机持续供煤），压电陶瓷阵列输出信号为0时，取反延迟60秒发送；压电陶瓷阵列输出信号为1时，取反持续60秒发送，高电平优先输出；三组电信号进行比，较选择相同的两个数值信号为最终状态判断信号。

[0025] 如果有两个压电陶瓷阵列输出的信号为高电平1时，即可判断煤机为不供煤状态或断续供煤，向DCS发出段煤信号给煤机停止工作，维修人员介入检查；若有两个压电陶瓷阵列输出的信号为低电平，即可判断煤机为持续供煤状态。

[0026] 如图二所示，从实际出发，改变了数据采集的位置，在皮带上方采集数据（图一），当挡板卡涩或者给煤机停转但皮带有煤时（棚煤），均报有煤。而从落煤孔中采集便杜绝了此类问题。

[0027] 如图三所示，压电阵列单元主要由上盖板（120mm*60mm*10mm），底座（120mm*60mm*10mm），压电陶瓷组成，上盖板与底座使用6个M4螺钉连接，用以提供压电陶瓷上的预紧力，中间的部分用来放置压电陶瓷，8片压电陶瓷以串联的方式接入电路中。根据落煤孔的实际工作环境，我们将压电阵列单元的外壳设计为耐磨的钢制外壳，用以保护压电陶瓷。根据落煤孔的实际尺寸，计算出压电单元外壳合理的大小尺寸。根据外壳的尺寸大小，同时也为提高单个单元采集数据的准确性，将压电陶瓷设计为2*4串联的方式接入电路。

[0028] 图四为A/D转换单元，具体过程为原煤经过给煤机皮带末端落下压过压电传感器时，由于压电效应，传感器内部的压电材料因受压变形产生电荷信号，通过测量电路，将传感器测量的信号放大，并通过A/D转换单元把放大后的模拟信号转化为数字信号，将采集到的数字信号（开关量）送到DCS中。

[0029] 如图五所示，送至DCS中的开关量经过逻辑进行“3取2判断”（避免一个出现故障造成误报），判断后的结果通过导线传至光字牌，便于运行人员分析处理。

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