摘要：可以將一種物理量或化學(xué)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(gè)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(hù)和檢測作用。

關(guān)鍵詞：傳感器；煤礦；機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)；傳感元件；數(shù)字信號 文獻(xiàn)標(biāo)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(jī)電設(shè)備以及系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行檢測，對操作對象以及環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行檢測，為安全、可靠地控制機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)的運(yùn)行，不間斷地提供連續(xù)性運(yùn)行信息。

2 傳感器在煤礦機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用

傳感器在機(jī)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(diǎn)。速度傳感器與運(yùn)動物體直接接觸。當(dāng)運(yùn)動物體與旋轉(zhuǎn)式速度傳感器接觸時(shí)，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(gè)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(jī)、架空索道以及膠帶機(jī)運(yùn)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(jī)電機(jī)和滾筒的速度進(jìn)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(hù)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(shí)，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(dāng)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(gè)輸出信號，并送入交換機(jī)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(jī)將該信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，從而實(shí)現(xiàn)顯示、報(bào)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(jìn)工作面、工作面采空區(qū)、工作面回風(fēng)巷、井下機(jī)電峒室等處24小時(shí)不間斷監(jiān)測該環(huán)境內(nèi)瓦斯?jié)舛茸兓?，?dāng)該檢測點(diǎn)瓦斯?jié)舛瘸霈F(xiàn)異常，達(dá)到上限時(shí)，瓦斯傳感器會自動發(fā)出聲、光報(bào)警信號，提醒專業(yè)人員對超限區(qū)域進(jìn)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(jìn)工作面作業(yè)人員隨時(shí)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(bào)警傳感器

煙霧報(bào)警傳感器是通過對被保護(hù)設(shè)備周圍工作環(huán)境煙霧的濃度進(jìn)行監(jiān)測，從而達(dá)到火災(zāi)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(gè)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(yùn)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(bào)警信號，通知遠(yuǎn)方的接收主機(jī)，將報(bào)警信息傳遞出去，實(shí)現(xiàn)報(bào)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(yùn)輸機(jī)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(jì)失去平衡，從而應(yīng)變計(jì)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(jī)房儀表內(nèi)部的CPU處理器，對重量信號進(jìn)行處理后，顯示重量數(shù)據(jù)。后臺配置相關(guān)打印機(jī)后，即可打印記錄稱重原始數(shù)據(jù)，配置計(jì)算機(jī)可將計(jì)量數(shù)據(jù)儲存到計(jì)算機(jī)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(fù)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(jī)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(jì)，一些高速運(yùn)行設(shè)備以及電動機(jī)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(hù)設(shè)備在運(yùn)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(jī)械加工過程中通過溫度傳感器對環(huán)境溫度的控制，以達(dá)到加工件所需要的溫度和加熱時(shí)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(diǎn)：（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(shí)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(yùn)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(xué)研發(fā)的不斷進(jìn)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(jìn)發(fā)展。傳感器的集成化發(fā)展將積極地采用半導(dǎo)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(gè)不同功能的傳感元件集中在一起，不但可以同時(shí)進(jìn)行多種參數(shù)的測量數(shù)據(jù)收集，同時(shí)也可以對測量后收集的參數(shù)結(jié)果進(jìn)行全面綜合處理和評價(jià)。

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(bǔ)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(zhǔn)確的判斷能力、靈活的學(xué)習(xí)能力?，F(xiàn)實(shí)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(gè)比較典型的以微處理器為核心的微型計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)。

4 結(jié)語

在當(dāng)今社會，無論是科學(xué)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(gè)施工項(xiàng)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(jì)、推動社會進(jìn)步等眾多方面的重要作用是十分明顯的。隨著社會的進(jìn)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(dāng)大，當(dāng)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(gè)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(qiáng)、更加廣泛，才能更好地服務(wù)于煤礦的生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 賈伯年，俞樸.傳感器技術(shù)[M].南京：東南大學(xué)出版社，1999.

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

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

（責(zé)任編輯：陳 倩）