GUD300型礦用本安型頂板位移傳感器

一、核心測量原理

礦用本安型頂板位移傳感器通過非接觸式位移檢測技術，將頂板的機械位移量轉化為電信號，主要依賴以下兩種主流技術方案：

1. 電感式位移測量

原理：

基于電磁感應定律，傳感器內置磁感應線圈，與固定在頂板的位移靶（含磁性材料）形成電磁耦合。

當頂板發生位移時，位移靶與線圈的相對距離變化，導致線圈電感值改變，進而產生與位移量成正比的電信號。

特點：

抗干擾強：適用于粉塵、潮濕環境，不受光照條件限制。

成本低：結構簡單，適合大規模部署。

2. 光電式位移測量

原理：

采用紅外光柵編碼技術，通過傳感器內部的光發射器（紅外LED）和光接收器（光電二極管）組成光路。

位移靶表面刻有高精度光柵條紋，當頂板位移時，光柵移動導致光信號周期性遮擋，通過接收器檢測光脈沖數量換算位移量。

特點：

高分辨率：精度可達0.01mm，適用于微變形監測。

抗電磁干擾：光信號不受井下復雜電磁環境影響。

二、信號處理與傳輸

信號轉換

模數轉換（ADC）：傳感器內置高精度AD芯片（如24位Σ-Δ型ADC），將模擬信號（電感/光電信號）轉換為數字信號，消除傳輸噪聲。

線性化處理：通過嵌入式算法對原始數據進行非線性校正，確保輸出位移量與實際值一致。

輸出接口

RS485通信：支持Modbus-RTU協議，允許多個傳感器組網，傳輸距離可達1200米。

頻率信號輸出：將位移量轉換為200-1000Hz方波信號，兼容傳統礦用分站設備。

無線傳輸（可選）：集成LoRa/NB-IoT模塊，實現低功耗遠距離數據傳輸。

三、本質安全型（Ex ib）防爆設計

為滿足煤礦井下瓦斯環境防爆要求，傳感器采用以下安全技術：

電路限能設計

限流電阻：串聯在電源回路，限制短路電流低于最小點燃能量（甲烷環境下≤0.28mJ）。

雙重過壓保護：TVS二極管 穩壓芯片組合，確保電路電壓始終低于安全閾值（≤12V）。

物理防護措施

全密封結構：采用304不銹鋼外殼 環氧樹脂灌封，防護等級IP67，防止瓦斯滲透和粉塵侵入。

防爆認證：Ex ib I Mb，確保在甲烷混合氣體環境中安全使用。

四、電源與功耗管理

微功耗電源系統

鋰亞硫酰氯電池：提供DC4.5V電壓，容量≥19Ah，靜態電流≤30μA，續航可達2年以上。

動態功耗調節：傳感器僅在數據采集時喚醒（占空比＜1%），其余時間處于休眠模式。

自診斷與報警

實時監測電池電壓，當電壓低于3.0V時觸發低電量報警（LED閃爍 信號輸出告警碼）。

內置看門狗電路，防止程序跑飛導致系統失效。

五、結構設計與安裝原理

分體式結構

位移基樁：預埋于頂板鉆孔內，作為測量基準點，材質為耐腐蝕合金鋼。

傳感器主機：通過磁吸接口或螺紋緊固與基樁連接，可360?旋轉以適應巷道走向。

測量鏈校準

出廠預校準：基于激光干涉儀標定，確保全量程線性誤差≤?1%。

溫度補償：內置PT1000溫度傳感器，通過算法消除熱脹冷縮引起的測量偏差。

六、典型技術參數對比

參數	電感式	光電式
精度	?1% F.S.	?0.5% F.S.
分辨率	0.1mm	0.01mm
適用環境	高粉塵、潮濕	低粉塵、需避強光
成本	較低	較高

七、技術優勢總結

雙模冗余設計：電感式與光電式互補，覆蓋不同工況需求。

本質安全性：從電路到結構的多重防爆保障，確保井下零風險。

智能感知：融合數字信號處理與無線傳輸，支撐智慧礦山數據中臺建設。