一种矿用防爆型振动温度一体传感器的制作方法

1.本发明属于煤矿设备故障监测技术领域，涉及一种矿用防爆型振动温度一体传感器。


背景技术：

2.煤炭开采和生产作业的工作环境较为恶劣，煤矿设备长期在此工作环境中，不可避免会出现机械故障。一旦存在机械故障，轻则停机检修，影响生产，重则出现严重的事故，危害煤矿工人的人身安全，对煤炭企业和社会都会造成严重的影响。故障诊断技术是当前应用较多的一种解决方法，进行故障诊断的前提是获取煤矿设备状态的信号，而加速度作为重要的煤矿设备状态信号之一，可有效实现对煤矿设备状态的监测。
3.振动温度传感器可有效实现对加速度的监测，同时还可以监测煤矿设备的使用温度，是一款有效的监测井下设备运行状况的设备，但是煤矿井下环境复杂，粉尘较多同时环境潮湿，现有振动温度传感器密封性不好，其电学元器件容易受到粉尘以及湿度的影响而发生使用故障，甚至短路漏电，过高的粉尘含量容易产生静电，而井下多出现高浓度瓦斯气体，一旦振动温度传感器内部的电路有漏电明火产生，极易发生瓦斯爆炸，具有严重的安全隐患。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种矿用防爆型振动温度一体传感器，从而解决现有技术中传感器存在的无法防爆、防尘以及防潮的技术问题。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种矿用防爆型振动温度一体传感器，包括底壳和顶盖，所述底壳和顶盖可拆卸设置；所述底壳和顶盖之间设置有密封件；
7.所述底壳的内部设置有温度传感组件、振动感应单元、振动传感电路板以及温度传感电路板；所述振动感应单元与振动传感电路板电连接设置，所述温度传感组件与温度传感电路板电连接设置；
8.所述顶盖的内部设置有插座，所述插座的输入端子与振动传感电路板以及温度传感电路板输入端连接设置，所述插座的输出端子与振动传感电路板以及温度传感电路板的信号输出端连接设置。
9.优选的，所述底壳内设置有支撑座以及支撑筒，所述振动感应单元设置在支撑座上，所述振动传感电路板以及温度传感电路板在支撑筒上间隔设置。
10.优选的，所述振动感应单元包括两个振动感应组件，所述两个振动感应组件对称地设置在支撑座的两侧；所述振动感应组件包括接触设置的晶体片和质量块。
11.优选的，所述振动温度传感器包括两组振动感应单元，所述两组振动感应单元在支撑座的高度方向垂直分布。
12.优选的，所述底壳包括基座以及一体设置在基座上的壳体；所述温度传感组件设
置在基座的内部，所述支撑座以及支撑筒设置在壳体的内部。
13.优选的，所述基座上、远离壳体的一端设置有连接螺纹孔，所述连接螺纹孔与煤矿设备相连。
14.优选的，所述基座与支撑座之间设置有绝缘隔热垫片，所述壳体与支撑筒之间设置有绝缘隔离筒，所述支撑筒与顶盖之间设置有内盖。
15.优选的，所述内盖上设置有通孔，所述振动温度一体传感器的电路引线穿过所述通孔设置。
16.优选的，所述通孔与所述振动温度一体传感器的电路引线之间设置有密封胶。
17.优选的，所述支撑筒上设置有凸台，所述振动传感电路板与所述凸台连接设置，所述温度传感电路板与所述支撑筒的自由端连接设置。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
19.一种矿用防爆型振动温度一体传感器，底壳和顶盖构成整个传感器的壳体结构，同时底壳和顶盖之间设置有密封件，有效提升了整个振动温度传感器的密封性，并且其密封件的反作用力对底壳和顶盖的连接起到止松作用，避免了因振动产生的松动，解决了外部粉尘的影响，同时也解决了外部湿度对传感器内部电元器件的影响，另外，振动感应单元与振动传感电路板电连接设置，可将振动信号传递给振动传感电路板，实现煤矿设备使用情况的监测的，同时通过温度传感组件将煤矿设备的运行温度传递给温度传感电路板，以实现对煤矿设备运行温度的监控。该传感器中，底壳、顶盖以及密封件构成了密封的腔室，将传感器中的电元器件密封在腔室的内部，即使内部发生短路事故，造成放电现象，也不会引燃工作环境中的瓦斯，避免了瓦斯爆炸。该装置结构简单、设计合理、密封性强，具有良好的防尘、防潮以及防爆的特点。
20.进一步的，支撑座便于振动感应单元的安装设置，支撑筒便于振动传感电路板以及温度传感电路板的安装设置。
21.进一步的，两个振动感应组件对称地设置在支撑座的两侧，可以保证振动监测的均匀性，可以减小振动监测时带来的偏载误差，能够有效提高振动监测的精度和稳定性。
22.进一步的，振动温度传感器包括两组振动感应单元，且两组振动感应单元垂直设置，有效提高了数据检测的准确性和振动采集的灵敏性。
23.进一步的，基座便于温度传感组件的设置，壳体便于支撑座以及支撑筒的设置。
24.进一步的，连接螺纹孔的设置便于传感器与煤矿设备的连接，保证振动传输的稳定可靠性。
25.进一步的，绝缘隔热垫片、绝缘隔离筒以及内盖的设置进一步提高了传感器的密封性以及隔热性能，使得外部的热量无法传递至传感器内部，有效延长了传感器的使用寿命。
26.进一步的，通孔有利于传感器内部电路引线的设置。
27.进一步的，间隙部设置有密封胶，有效提升了传感器腔室的密封性能。
28.进一步的，凸台有利于振动传感电路板的设置，同时可将振动传感电路板与温度传感电路板隔离开来，有效增加了各电路板之间的散热。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
30.图1为本实用新型的主体结构示意图；
31.图2为图1中a-a面的剖视图；
32.图3为本实用新型中顶盖的主视结构示意图；
33.图4为本实用新型中顶盖的剖面结构示意图；
34.图5为本实用新型中支撑座的结构示意图。
35.图6为本实用新型中三芯插座与振动传感电路板、温度传感电路板、晶体片以及温度传感组件的电路连接示意图；
36.图7为本实用新型中振动传感电路板的电路图；
37.图8为本实用新型中温度传感电路板的电源输入电路图；
38.图9为本实用新型中温度传感器的电路图；
39.图10为本实用新型中温度传感电路板的信号反馈电路图；
40.图11为本实用新型中温度传感电路板实现基准稳压的电路图。
41.其中：1、底壳，101、基座，102、壳体，103、连接螺纹孔，2、绝缘隔热垫片，3、绝缘隔离筒，4、支撑座，51、第一螺杆，52、第二螺杆，6、晶体片，7、质量块，8、螺母，9、支撑筒，91、凸台，10、振动传感电路板，11、温度传感电路板，12、内盖，121、通孔，13、顶盖，14、插座，15、密封件，16、温度传感组件。
具体实施方式
42.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
43.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
45.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
46.此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水
平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
47.在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
49.如图1所示，一种矿用防爆型振动温度一体传感器，包括底壳1和顶盖13，底壳1和顶盖13可拆卸设置；底壳1和顶盖13可以是螺纹连接，也可以是假卡接设置。底壳1包括基座101以及一体设置在基座101上的壳体102。
50.如图2所示，底壳1和顶盖13之间设置有密封件15，如图4所示，顶盖13上、与底壳1的连接位开设有通槽，密封件15嵌设在通槽的内部，密封件15可以是高弹性密封垫圈。密封件15使底壳1和顶盖13连接处形成密封作用，并且其高弹性反作用力对螺纹连接形成止松作用，这种方式对于传感器采集振动的环境有这极大的保护作用，防止螺纹连接由于振动产生的松动。底壳1的内部设置有温度传感组件16、晶体片6、质量块7、振动传感电路板10以及温度传感电路板11；温度传感电路板11可以是电磁兼容性的温度信号调理电路板，该电路板对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度。晶体片6和质量块7接触设置；晶体片6和质量块7构成振动感应组件，两个振动感应组件构成一个振动感应单元，晶体片6与振动传感电路板10电连接设置，温度传感组件16与温度传感电路板11电连接设置，即当晶体片6需要用电时，振动传感电路板10对晶体片6进行供电，当温度传感组件16需要用电时，温度传感电路板11对温度传感组件16进行供电。底壳1内设置有支撑座4以及支撑筒9，两个振动感应组件对称的设置在支撑座4的两侧。优选的，如图5所示，支撑座4上垂直设置有两个安装通孔，两个安装通孔处分别设置有第一螺杆51和第二螺杆52，第一螺杆51和第二螺杆52的两端均对称的设置有两个振动感应组件，即优选的情况是该振动温度传感器包括垂直设置的两个振动感应单元，提高传感器的振动环境感知能力，提高了检测的精准性。第一螺杆51和第二螺杆52的两端均设置有螺母8，可以有效对安装在第一螺杆51和第二螺杆52上的晶体片以及质量片进行固定。晶体片6和质量块7设置在支撑座4上，振动传感电路板10以及温度传感电路板11设置在支撑筒9上。
51.优选的，基座101上设置有安装侧孔，温度传感组件16设置在安装侧孔的内部，并且在安装过程中采用胶封工艺进行封装，保证温度采集的实时性和准确性。安装侧孔靠近被测设备的一侧连接，能够更加有效的对待测设备表面温度进行有效检测，提高了信号检测的准确性，其传感信号通过引线将数据发送给温度传感电路板，进行数据的获取和收集。优选的，支撑座4以及支撑筒9设置在壳体102的内部。在基座101上、远离壳体102的一端设置有连接螺纹孔103，连接螺纹孔103与煤矿设备相连，具体地，连接螺纹孔103与被检测设备的连接段通过转接螺柱进行固联，保证振动传输的稳定可靠性。
52.优选的，基座101与支撑座4之间设置有绝缘隔热垫片2，即温度传感组件16通过胶封之后使用绝缘的绝缘隔热垫片2进行物理隔离，支撑底座4与绝缘隔热垫片2固联；壳体102与支撑筒9之间设置有绝缘隔离筒3；支撑筒9与顶盖13之间设置有内盖12。绝缘隔热垫
片2、绝缘隔离筒3以及内盖12实现了对传感器硬件电路部分的隔离保护，防止静电对电气性能的影响。内盖12上设置有通孔121，振动温度传感器的电路引线穿过通孔121设置。通孔121与振动温度传感器的电路引线之间设有间隙部，间隙部设置有密封胶，进一步的提升了传感器的防尘、防潮以及防爆的能力。支撑筒9上设置有凸台91，振动传感电路板10与凸台91连接设置，温度传感电路板11与支撑筒9的自由端连接设置，阶梯状的凸台设计使得两个电路板上下位置的相对空间较为稳定，提高了电路之间的抗干扰性能，通过支撑筒9的高低差异保证电元器件之间的互不干扰，并能够使得电路板具有一定的散热空间，确保了设备使用的安全性。
53.如图2～4所示，顶盖13的内部设置有插座14，插座14的输入端子与振动传感电路板10以及温度传感电路板11的电力输入端均连接设置，插座14的输出端子与振动传感电路板10以及温度传感电路板11的信号输出端均连接设置。插座14可以是三芯插座，顶盖13与插座14固联，形成直插式母公头连接件，与接插件母头进行连接。顶盖13与插座14形成的连接线将数据信息通过接插件传输给外部。
54.如图6所示，是三芯插座与振动传感电路板10、温度传感电路板11、晶体片6以及温度传感组件16的电路连接结构示意图。振动传感电路板10与温度传感电路板11均与三芯插座的接地端连接。
55.本实用新型中用到的温度传感组件16、晶体片6、以及插座14分别购买于analogdevices,inc、江苏联能电子技术有限公司、广州市欧潽森电子有限公司厂家，型号分别为tmp36gt9、pz332、三芯插座。
56.本实用新型中的振动传感电路板10的电路图见图7，其中振动传感电路板10包括电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电容c0、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、二极管d2、二极管d3、q1、q2；
57.各元器件之间以及与晶体片6之间的连接关系为：晶体片6两极一端和电路地相连，另一端和电容c0端连接，并且与二极管d3并联起到快断式高性能过压保护作用，整个电路以恒流源供电；
58.所述电阻r1和电阻r2串联，一端和电源正极相连接，一端和r4一端连接，其中r1和r2对电路起到分压的保护作用；
59.所述电容c1和电容c2并联，一端与电源正极连接，然后一端与r4连接，r4和r2连接，r3和d2串联连接，一端输入连接r2一端连接接地；
60.所述r6和c0连接，再连接到r7和q2的基极相连，q2的集电极与电路地连接，发射级和q1的基极连接；
61.所述电阻r8和电容c3并联，然后两端分别于q1的基极和发射级连接，且q1的集电极与地连接，其中r8和c3起到减小低频信号的通过能力，增加高频信号的通过能力；
62.本实用新型中的温度传感电路板11的电源输入电路图见图8，包括温度传感电路板11的电源输入电路包括电容cl1、电容cl2、电容cl3、电感i1、二极管t1以及压敏电阻rv1。各元器件之间的连接关系为：
63.所述rv1、t1、cl1和cl2并联连接，然后与共模电感i1的2.4端口连接，共模电感输出1.3端最后和电容cl3并联形成电源输出对传感器进行供电；
64.本实用新型中温度传感器16与温度传感电路板11的连接关系见图9，由图可知，传
感器tmp36为三线制，分别于电路输出vcc和gnd地连接，其中第三个端子作为信号输出端与图10的信号输入ws-0进行连接；
65.本实用新型中的温度传感电路板11的信号反馈电路图见图10，该信号反馈电路包括电容cl4、电容cl5以及电感i2。各元器件之间的连接关系为：电容cl4与共模电感i2的2.4端口连接，共模电感i2输出1.3端最后和电容cl5并联形成信号输出；
66.本实用新型中的温度传感电路板11的基准稳压电路图见图11，该基准稳压电路包括电压基准w1以及电阻rx1，由图可知，主要利用电压基准芯片tl4050c50qdbzr对温度调理电路板对电源vcc进行处理。
67.本实用新型中的振动温度传感器对振动的采集优选的使用双向同步采集的晶体片进行振动的采集，支撑底座上端分别设有x方向和y方向两个具有上下高度差不同方向的安装孔，其中x方向和y方向垂直设置。振动采集晶体片6通过第一螺杆51和第二螺杆52被安装在支撑座上，采用质量块7安装在第一螺杆51和第二螺杆52的两侧提高采集效率，并且最后使用螺母8将第一螺杆51和第二螺杆52两端进行固定，采用双向的检测手段能够加强传感器的采集效率和采集精度，进一步提高传感器的振动环境感知能力。通过xy垂直双向的振动采集晶体片的设置能够提高对振动的获取范围，精准的对振动源的振动数据进行获取。晶体片6到振动传感电路板10的引线布置在支撑筒9的内部进行走线，温度传感组件16的引线通过绝缘的绝缘隔热垫片2底部从支撑筒9侧边引线至温度传感电路板11处，最后统一引线通过内盖12的中间预留的通孔121引出去，并对通孔121进行胶封处理，最后引线与插座14的三个连接端子进行焊接连接，实现传感器的对外传输。
68.本实用新型提供了一种矿用防爆型振动温度一体传感器，信号采集单元通过支撑座4、支撑筒9、内盖12安装在传感器外壳的内部，并且支撑座4与传感器外壳通过绝缘隔热垫片2进行隔开，支撑筒9与传感器壳体通过绝缘隔离筒3进行隔离保护，并且内盖12上端引线部分通过胶封，有效的起到了密封作用。通过多级的防护形成了内部密封空间，避免了灰尘的进入，减少静电的产生，同时也有效的起到了防潮功能。由于传感器端盖和传感器外壳接触段通过高弹性密封垫圈进行密封，并且端盖与传感器外壳通过螺纹连接，使用高弹性的密封垫圈一方面可以防尘防潮密封，另一方面高弹性作用对端盖的螺纹连接形成止松作用，保证了整个传感器外壳连接可靠性，整个传感器从内部各个组件进行精巧设计从而对整个产品起到了防爆、防尘和防潮的作用，壳体内部的电气部分，即传感器壳体内部的电路部分，采用绝缘隔热垫片和绝缘隔离筒环绕包裹，绝缘的性质可以使得内部电路和外部的电气隔离，进一步保证传感器内部的电气稳定和不易损的特点。保证传感器内部电路的防尘、防静电作用，整个壳体采用钢制外壳保证整体的防爆性能，其中内盖部分的引线采用胶封处理保证电气模块内部和传感器壳体之间隔绝，最终起到防尘、防潮、防爆、防静电的作用，保证传感器可靠、稳定地长期运行。该传感器通过结构设计结合防尘、防爆、防静电的技术要求，设计满足煤矿对于井下设备标准要求的防爆防尘传感器。同时在外壳壳体预留螺纹安装孔位，安装过程简单高效，适用安装设备较广，通过该设计使得传感器可适应于煤矿井下复杂环境，为设备监测振动信号提供了一种监测途径。
69.传统的加速度传感器应用领域一般多为工业，无法满足煤矿矿井对于设备的要求标准，本实用新型通过模块采集方式、传感器结构、防爆防尘等三个方面的设计，使得该传感器不仅实现高精度的检测，而且可满足煤矿矿井对于设备的技术要求。在防爆安全方面，
通过结构设计，将电路部分和采集单元进行隔离，做到了电路的防静电处理，提高了电气的工作稳定向，使得传感器满足了煤矿对于井下设备的要求；在传感器信号采集方面，一方面温度采集装置通过在传感器靠近检测设备一端的预留孔安装温度传感组件，使得传感器能够更精确的获取设备的温度，减少设备到传感器采集单元的温度损耗，提高检测精度。另一方面采集处理电路分为温度处理和振动处理两部分，并且通过绝缘隔热进行保护使得电气工作稳定性更高，并且通过支撑筒的阶梯化划分放置电路板的位置保证电路板的散热，进一步提高整个设备的工作稳定性。在传感器的对外输出方面，使用三芯接插件组成保证防爆要求，在其和传感器外壳的连接处通过螺纹进行连接，辅以高弹性密封垫圈进行辅助，保证了传感器内部的密封性和防尘性，并且高弹性密封垫圈的弹性作用可以为螺纹连接提供反向作用力使得螺纹连接具有止松能力，保证了传感器对外输出连接的可靠性。通过上述的高精度防爆振动温度传感器设计满足了防爆、防尘、防潮以及防静电的设计目标。
70.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。