一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测方法及电路与流程

1.本发明涉及传感器领域，具体涉及一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测方法及电路。


背景技术：

2.压力传感器是矿用设备中应用最广泛的一种传感器，主要用于测量矿用设备的流体压力、气体压力等。对于矿用本质安全型压力传感器，在电路设计时，需要满足煤安标准，对最大工作电压、工作电流、负载电容、负载电感等参数都有严格规定，与之配套的设备也需跟传感器联检后方可应用于井下。为避免未经过联检的普通的压力传感器应用于井下而给煤矿带来的巨大安全隐患，开发了一种带防伪措施的矿用本质安全型压力传感器，而如何检测带防伪措施的矿用本质安全型压力传感器输出的信号是目前亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是提供一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测方法及电路。
4.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测方法，矿用本质安全型压力传感器输出有电信号以及频率信号；其中，所述电信号由所述矿用本质安全型压力传感器感知的压力物理量经信号转换调理而成，所述频率信号由定时对地短路的所述电信号转换而成；当所述电信号对地短路时，所述矿用本质安全型压力传感器输出的频率信号为零或一固定值；当所述电信号不对地短路时，所述矿用本质安全型压力传感器输出的频率信号与所述电信号成比例关系；
5.所述防伪检测方法包括如下步骤，
6.初次使用时：
7.使所述矿用本质安全型压力传感器上电，采集所述矿用本质安全型压力传感器输出的电信号和频率信号，并获取所述频率信号为零或一固定值持续的时间且作为校对时间存储；同时校对所述矿用本质安全型压力传感器输出的电信号与频率信号之间的比例关系获得校对比例关系；
8.正常使用时：
9.将所述矿用本质安全型压力传感器安装在关联设备上，采集所述矿用本质安全型压力传感器输出的电信号，并判断是否同时采集到所述矿用本质安全型压力传感器输出的频率信号；
10.若没有采集到所述频率信号，则发出所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备不匹配的警告并控制关联设备停机；
11.若采集到所述频率信号，则判断采集到的所述电信号与所述频率信号之间的关系是否符合所述校对比例关系；
12.若采集到的所述电信号与所述频率信号之间的关系不符合所述校对比例关系，则
发出所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备不匹配的警告并控制关联设备停机；
13.若采集到的所述电信号与所述频率信号之间的关系符合所述校对比例关系，则通过采集到的频率信号计算出所述频率信号为零或一固定值持续的时间，且将计算出的时间与初始使用时存储的校对时间作对比；
14.若计算出的时间与初始使用时存储的校对时间不匹配，则发出所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备不匹配的警告并控制关联设备停机；
15.若计算出的时间与初始使用时存储的校对时间匹配，则判定所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备匹配。
16.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
17.进一步，通过定时输出低电平作用于所述电信号使所述电信号定时对地短路。
18.进一步，所述电信号为电压信号或电流信号。
19.基于上述一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测方法，本发明还提供一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测电路。
20.一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测电路，所述防伪检测电路应用于如上述所述的矿用本质安全型压力传感器的防伪检测方法，包括频率信号采集电路、电信号采集电路和主控芯片；
21.所述频率信号采集电路用于采集所述矿用本质安全型压力传感器输出的频率信号；
22.所述电信号采集电路用于采集所述矿用本质安全型压力传感器输出的电信号；
23.所述主控芯片用于在初始使用时，通过采集的所述频率信号获取所述频率信号为零或一固定值持续的时间且作为校对时间存储；同时校对所述矿用本质安全型压力传感器输出的电信号与频率信号之间的比例关系获得校对比例关系；
24.所述主控芯片还用于在正常使用时，判断在采集到所述矿用本质安全型压力传感器输出的电信号的同时是否采集到所述矿用本质安全型压力传感器输出的频率信号；若没有采集到所述频率信号，则发出所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备不匹配的警告并控制关联设备停机；若采集到所述频率信号，则判断采集到的所述电信号与所述频率信号之间的关系是否符合所述校对比例关系；若采集到的所述电信号与所述频率信号之间的关系不符合所述校对比例关系，则发出所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备不匹配的警告并控制关联设备停机；若采集到的所述电信号与所述频率信号之间的关系符合所述校对比例关系，则通过采集到的频率信号计算出所述频率信号为零或一固定值持续的时间，且将计算出的时间与初始使用时存储的校对时间作对比；若计算出的时间与初始使用时存储的校对时间不匹配，则发出所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备不匹配的警告并控制关联设备停机；若计算出的时间与初始使用时存储的校对时间匹配，则判定所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备匹配。
25.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
26.进一步，所述频率信号采集电路包括斯密特触发器、第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容；所述斯密特触发器的输入端通过第一电容接地，所述斯密特触发器的输入端还连接在所述第一电阻的一端上，所述第一电阻的另一端连接在所述矿用本质安全型压力传感器的频率信号输出端上，所述第一电阻的另一端还通过所述第二电容接地，所述第
一电阻的另一端还通过所述第二电阻连接在电源电压上，所述斯密特触发器的电源端连接在电源电压上，所述斯密特触发器的接地端接地，所述斯密特触发器的输出端与所述主控芯片的频率信号输入端连接。
27.进一步，所述电信号采集电路包括二极管对、程控放大器、第三电容、第四电容、第五电容、第六电容、第三电阻和第四电阻；所述二极管对由两个第一二极管和第二二极管同向串联构成，所述第一二极管的正极与所述第二二极管的负极连接，所述第二二极管的正极接地，所述第一二极管的负极接电源电压；所述程控放大器的输入端连接在所述第一二极管的正极以及所述第二二极管的负极上，所述程控放大器的输入端还连接在所述第三电阻的一端上，所述第三电阻的另一端连接与所述矿用本质安全型压力传感器的电信号输出端连接，所述第三电阻的另一端还通过所述第四电阻接地，所述第三电阻的另一端还通过所述第三电容接地，所述程控放大器的输入端还通过所述第四电容接地，所述程控放大器的接地端通过所述第五电容接地，所述程控放大器的负电源电压端接地，所述程控放大器的正电源电压端连接在电源电压上，所述程控放大器的正电源电压端还通过所述第六电容接地，所述程控放大器的增益控制端与所述主控芯片的增益控制输出端连接，所述程控放大器的输出端与所述主控芯片的电信号输入端连接。
28.进一步，所述防伪检测电路还包括用于给所述频率信号采集电路、所述电信号采集电路以及所述主控芯片供电的电源电路。
29.进一步，所述电源电路包括电压可调的ldo电源芯片、第三二极管、第四二极管、第七电容、第八电容、第九电容、第五电阻、第六电阻和第七电阻；所述第三二极管的正极连接在外接电源上，所述第三二极管的负极与所述第四二极管的正极连接，所述第四二极管的负极通过所述第七电容接地，所述第四二极管的负极还与所述ldo电源芯片的输入端连接，所述ldo电源芯片的接地端接地，所述ldo电源芯片的关断控制端也通过所述第七电容接地，所述ldo电源芯片的旁路电容端通过所述第八电容接地，所述ldo电源芯片的可调整电压端通过所述第五电阻接地，所述ldo电源芯片的输出端依次通过所述第六电阻以及所述第五电阻接地，所述ldo电源芯片的输出端还通过所述第九电容接地，所述ldo电源芯片的输出端还与所述第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端用于输出给所述频率信号采集电路、所述电信号采集电路以及所述主控芯片供电的电源电压。
30.本发明的有益效果是：在本发明一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测方法及电路中，通过采集矿用本质安全型压力传感器输出电信号以及频率信号可以判断出矿用本质安全型压力传感器是否与关联设备匹配，从而可以避免使用伪劣压力传感器给煤矿带来的巨大安全隐患。
附图说明
31.图1为带防伪措施的矿用本质安全型压力传感器输出信号示意图；
32.图2为本发明一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测方法流程图；
33.图3为本发明一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测电路的结构框图；
34.图4为本发明一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测电路的结构原理图；
35.图5为电源电路的结构原理图。
具体实施方式
36.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
37.为避免未经过联检的普通的压力传感器应用于井下而给煤矿带来的巨大安全隐患，开发的一种带防伪措施的矿用本质安全型压力传感器输出有电信号以及频率信号；其中，所述电信号由所述矿用本质安全型压力传感器感知的压力物理量经信号转换调理而成，所述频率信号由定时对地短路的所述电信号转换而成；当所述电信号对地短路时，所述矿用本质安全型压力传感器输出的频率信号为零或一固定值；当所述电信号不对地短路时，所述矿用本质安全型压力传感器输出的频率信号与所述电信号成比例关系。带防伪措施的矿用本质安全型压力传感器输出信号如图1所示：图1中上方的曲线为矿用本质安全型压力传感器根据施加压力输出的电信号，本具体实施例中的电信号具体为电压信号(在其他实施例中，电信号还可以为电流信号)，压力不同，电压信号幅值不同；图1中下方的方波为矿用本质安全型压力传感器根据电压信号幅值转换的频率信号，在timer标注的时间段内，输出的频率值为零(在其他实施例中也可以为一固定值)；在图1中，频率信号跟电压信号成正比例关系，电压越大，频率越高，最大频率范围可达1mhz；timer时间由矿用本质安全型压力传感器内部电路设定，可根据矿用本质安全型压力传感器出厂时间、使用客户、所匹配的系统自由设定。
38.在本具体实施例中：使所述电信号定时对地短路的方法是，通过定时输出低电平作用于所述电信号使所述电信号定时对地短路。具体的，即图1所示在timer标注的时间段内输出低电平使电信号对地短路，则矿用本质安全型压力传感器输出的频率信号为零。
39.本技术是针对上述开发的一种带防伪措施的矿用本质安全型压力传感器的信号检测方法及电路。
40.如图2所示，一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测方法，包括如下步骤，
41.初次使用时：
42.使所述矿用本质安全型压力传感器上电，采集所述矿用本质安全型压力传感器输出的电信号和频率信号，并获取所述频率信号为零或一固定值持续的时间且作为校对时间存储；同时校对所述矿用本质安全型压力传感器输出的电信号与频率信号之间的比例关系获得校对比例关系；
43.正常使用时：
44.将所述矿用本质安全型压力传感器安装在关联设备上，采集所述矿用本质安全型压力传感器输出的电信号，并判断是否同时采集到所述矿用本质安全型压力传感器输出的频率信号；
45.若没有采集到所述频率信号，则发出所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备不匹配的警告并控制关联设备停机；
46.若采集到所述频率信号，则判断采集到的所述电信号与所述频率信号之间的关系是否符合所述校对比例关系；
47.若采集到的所述电信号与所述频率信号之间的关系不符合所述校对比例关系，则发出所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备不匹配的警告并控制关联设备停机；
48.若采集到的所述电信号与所述频率信号之间的关系符合所述校对比例关系，则通
过采集到的频率信号计算出所述频率信号为零或一固定值持续的时间，且将计算出的时间与初始使用时存储的校对时间作对比；
49.若计算出的时间与初始使用时存储的校对时间不匹配，则发出所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备不匹配的警告并控制关联设备停机；
50.若计算出的时间与初始使用时存储的校对时间匹配，则判定所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备匹配。
51.基于上述一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测方法，本发明还提供一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测电路。
52.如图3所示，一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测电路，所述防伪检测电路应用于如上述所述的矿用本质安全型压力传感器的防伪检测方法，包括频率信号采集电路、电信号采集电路和主控芯片；
53.所述频率信号采集电路用于采集所述矿用本质安全型压力传感器输出的频率信号；
54.所述电信号采集电路用于采集所述矿用本质安全型压力传感器输出的电信号；
55.所述主控芯片用于在初始使用时，通过采集的所述频率信号获取所述频率信号为零或一固定值持续的时间且作为校对时间存储；同时校对所述矿用本质安全型压力传感器输出的电信号与频率信号之间的比例关系获得校对比例关系；
56.所述主控芯片还用于在正常使用时，判断在采集到所述矿用本质安全型压力传感器输出的电信号的同时是否采集到所述矿用本质安全型压力传感器输出的频率信号；若没有采集到所述频率信号，则发出所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备不匹配的警告并控制关联设备停机；若采集到所述频率信号，则判断采集到的所述电信号与所述频率信号之间的关系是否符合所述校对比例关系；若采集到的所述电信号与所述频率信号之间的关系不符合所述校对比例关系，则发出所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备不匹配的警告并控制关联设备停机；若采集到的所述电信号与所述频率信号之间的关系符合所述校对比例关系，则通过采集到的频率信号计算出所述频率信号为零或一固定值持续的时间，且将计算出的时间与初始使用时存储的校对时间作对比；若计算出的时间与初始使用时存储的校对时间不匹配，则发出所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备不匹配的警告并控制关联设备停机；若计算出的时间与初始使用时存储的校对时间匹配，则判定所述矿用本质安全型压力传感器与关联设备匹配。
57.在本具体实施例中，如图4所示：所述频率信号采集电路包括斯密特触发器u1、第一电阻r1、第二电阻r2、第一电容c1和第二电容c2；所述斯密特触发器u1的输入端通过第一电容c1接地，所述斯密特触发器u1的输入端还连接在所述第一电阻r1的一端上，所述第一电阻r1的另一端连接在所述矿用本质安全型压力传感器的频率信号输出端上，所述第一电阻r1的另一端还通过所述第二电容c2接地，所述第一电阻r1的另一端还通过所述第二电阻r2连接在电源电压vcc上，所述斯密特触发器u1的电源端连接在电源电压vcc上，所述斯密特触发器u1的接地端接地，所述斯密特触发器u1的输出端与所述主控芯片的频率信号输入端连接。
58.在图4中，i_s_pre为矿用本质安全型压力传感器输出的频率信号，第二电容c2为滤波电容，经第一电阻r1和第一电容c1组成的低通滤波器后，接入施密特触发器u1进行整
形，以提高频率信号的抗干扰能力；第二电阻r2为频率信号输入端上拉电阻，为矿用本质安全型压力传感器输出的频率信号提供电流，增加抗干扰能力，在矿用本质安全型压力传感器无i_s_pre信号输出时，频率信号采集电路采集固定的低电平。
59.在本具体实施例中，如图4所示：所述电信号采集电路包括二极管对、程控放大器u2、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第三电阻r3和第四电阻r4；所述二极管对由两个第一二极管d1和第二二极管d2同向串联构成，所述第一二极管d1的正极与所述第二二极管d2的负极连接，所述第二二极管d2的正极接地，所述第一二极管d1的负极接电源电压vcc；所述程控放大器u2的输入端in连接在所述第一二极管d1的正极以及所述第二二极管d2的负极上，所述程控放大器u2的输入端in还连接在所述第三电阻r3的一端上，所述第三电阻r3的另一端连接与所述矿用本质安全型压力传感器的电信号输出端连接，所述第三电阻r3的另一端还通过所述第四电阻r4接地，所述第三电阻r3的另一端还通过所述第三电容c3接地，所述程控放大器u2的输入端in还通过所述第四电容c4接地，所述程控放大器u2的接地端agnd通过所述第五电容c5接地，所述程控放大器u2的负电源电压端v-接地，所述程控放大器u2的正电源电压端v 连接在电源电压vcc上，所述程控放大器u2的正电源电压端v 还通过所述第六电容c6接地，所述程控放大器u2的增益控制端与所述主控芯片的增益控制输出端连接，所述程控放大器u2的输出端out与所述主控芯片的电信号输入端连接。
60.在图4中，i_v_pre为矿用本质安全型压力传感器输出的电压信号，经第三电阻r3和第四电容c4组成的低通滤波器滤波及二极管对嵌位后，接入程控放大器u2；第三电容c3、第五电容c5、第六电容c6均为滤波电容；本实施例中，程控放大器u2有三个增益控制端，分别为g0、g1、g2，i_s_g0、i_s_g1、i_s_g2为主控芯片输出的程控放大倍数信号，根据矿用本质安全型压力传感器信号输出幅值，通过主控芯片可灵活配置程控放大器的放大倍数，提高采样精度；在其他实施例中，i_v_pre也可为矿用本质安全型压力传感器输出的电流信号，该电流信号通过第四电阻r4进行取样，在采集较小的电流信号时，为保证采集精度，取样电阻不宜过大，因此第四电阻r4上的电压值较小，此时可通过主控芯片设置程控放大器u2的放大倍数，将程控放大器u2输出的电压信号放大至合理的范围。
61.在本具体实施例中，如图3所示：所述防伪检测电路还包括用于给所述频率信号采集电路、所述电信号采集电路以及所述主控芯片供电的电源电路。
62.在本具体实施例中，如图5所示：所述电源电路包括电压可调的ldo电源芯片u3、第三二极管d3、第四二极管d4、第七电容c7、第八电容c8、第九电容c9、第五电阻r5、第六电阻r6和第七电阻r7；所述第三二极管d3的正极连接在外接电源上，所述第三二极管d3的负极与所述第四二极管d4的正极连接，所述第四二极管d4的负极通过所述第七电容c7接地，所述第四二极管d4的负极还与所述ldo电源芯片u3的输入端in连接，所述ldo电源芯片u3的接地端接地，所述ldo电源芯片u3的关断控制端也通过所述第七电容c7接地，所述ldo电源芯片u3的旁路电容端byp通过所述第八电容c8接地，所述ldo电源芯片u3的可调整电压端adj通过所述第五电阻r5接地，所述ldo电源芯片u3的输出端out依次通过所述第六电阻r6以及所述第五电阻r5接地，所述ldo电源芯片u3的输出端out还通过所述第九电容c9接地，所述ldo电源芯片u3的输出端out还与所述第七电阻r7的一端连接，所述第七电阻r7的另一端用于输出给所述频率信号采集电路、所述电信号采集电路以及所述主控芯片供电的
电源电压vcc。
63.因矿用本质安全型压力传感器为本质安全型设备，其信号检测电路也必须满足本质安全电路的要求。信号检测电路为微功耗电路，因此给信号检测电路供电的电源电路可采用本质安全电路中的简单电容电路模型，在供电电源输出端增加限流电阻，以省去隔离电源及两级限压限流保护电路，节省成本。图5中，power_in为电源电路输入端，经第三二极管d3和第四二极管d4后接入ldo电源芯片u3输入端，第三二极管d3和第四二极管d4可保证频率信号采集电路以及电信号采集电路内部电容、电感等储能元件不会对外放电而使本质安全电路失效。ldo电源芯片u3采用输出电压可调的ldo电源芯片，第九电容c9为输出电容，其容量小于3.3uf,第五电阻r5和第六电阻r6为输出电压反馈网络，通过调节该电阻值，设定ldo电源芯片u3输出电压。第七电阻r7为输出限流电阻，电阻功率根据power_in输入电压选择，电阻阻值保证在ldo电源芯片u3失效时，电源电路仍然满足本质安全电路的要求。
64.在本发明一种矿用本质安全型压力传感器的防伪检测方法及电路中，通过采集矿用本质安全型压力传感器输出电信号以及频率信号可以判断出矿用本质安全型压力传感器是否与关联设备匹配，从而可以避免使用伪劣压力传感器给煤矿带来的巨大安全隐患。
65.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。