光电检测技术大作业 用于矿井领域智能传感器的设计
5 样机试验与性能测试
5.1 传感器试验方法的依据
由于条件的限制，传感器没有进入现场，只能在实验室进行模拟试验，即对两个传感器样机进行稳定性与精度试验。参阅《通用技术条件》第4 条对试验方法与条件的要求如下：
(1) 试验条件 1) 温度：15～35℃； 2) 输出负载电阻：500Ω；
3) 接通电源30min 后才能开始试验。 (2) 直流稳压电源
1) 可调范围应满足传感器供电电压12～24V(d.c.)的要求； 2) 输出电流：应不小于300mA。
(3) 在传感器到电源箱和分站之间接分别接入1km 仿真电缆和测量仪器。 (4) 传感器的防爆性能按GB 3836.1 和GB 3836.4 的规定进行试验。 (5) 工作稳定性试验
1) 传感器通电时间不少于2d，测量4 次，其时间间隔不得大于12h； 2) 采用温度渐变的试验方法。
传感器精度对比测试误差曲线
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5.2 传感器脉冲频率输出试验
根据通用技术条件的要求，传感器在与KJ93 型矿井安全生产监控系统配套使用时，传感器要输出对应温度的脉冲频率信号，我们对其输出的频率进行检测试验，我们用1#样机进行了测试。具体过程如下：直接将样机传感器的频率输出端接入通用频率计，其它测试条件符合通用技术条件的测试要求，从0～50℃为测试范围，按温度渐变的原则，选择温度升序，按正常间隔随机记录测试过程的频率输出值。我们每20 分钟记录一次数据，保证数据的稳定性，并做好试验记录。
KJ101-42 型环境温度传感器的主要技术指标为： 1) 测量范围：0-50℃ 2) 测量误差：±1.0℃ 3) 工作电压：18V 4) 工作电流：50mA 5) 响应时间：60 秒
6) 防爆形式：矿用防爆兼本安型
根据通用技术条件的要求，具体测试条件为： 1) 测试环境温度：约20℃；
2) 直流稳压电源：输出12～24V(d.c.)的可变直流稳压电源，输出电流1A； 3) 仿真线：传感器通过1km 仿真电缆和分站相连； 4) 输出负载：≥500Ω(包括负载与电缆电阻之和)
5) 试验仪器：浙江蓝天DC-6恒温槽，温度范围-6～100℃；温度波动±0.05℃。可提供高精度的，温度均匀的恒定场源。
5.3 样机技术指标
由以上实验得出结论，系统的设计基本上是成功的，但有些方面还需完善。 系统达到的主要技术指标如下：
1) 测量范围：0～50℃
2) 显示功能：实时显示温度值(℃)
3) 报警值设定：初始值设为26℃(可根据现场实际需要定)
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4) 声光报警：红色LED 闪光，蜂鸣 5) 工作电压：9～20V 6) 工作电流：＜200mA 7) 响应时间：＜10 秒 8) 输出信号：200Hz～1000Hz
9) 红外线遥控：遥控距离＞6m
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6 结束语
这次设计对用于矿井领域的智能温度传感器有了全面的了解，其内容主要反映在以下几方面：
(1) 整个系统在优化硬件配置的基础上采用小型化、一体化设计，所有电路芯片如温度采集器件、反相器等器件，采用低价格、小体积、高集成度器件，而电路简化、电路板尺寸很小。矿用温度传感器主要是窄量程范围使用，具有加工工艺简单，灵敏度高等特点，将有广泛的用途。
(2) 软件中设计了较完善的智能算法与数据处理，在采用低价格8 位微控制器及要求快速数据处理的情况下，通过优化算法和编程，软件编程中采用了数据巧妙处理等多种方法，使传感器具有了较高的智能化程度。
(3) 完成了单片机对红外遥控码的解码过程，实现了仪器的红外遥控功能。具有距离适中，控制灵敏的特点。
目前，矿用温度传感器系统的研究和开发多处于成熟阶段，但适合于矿井这样具有特殊要求的环境而言，比较前沿的矿用温度传感器系统国内并不多。本系
统通过了原理性实验，基本上满足了设计要求。但是要使之产品化，还需要对系统进行进一步的改进和调试。相信经过不懈的努力，在较短的时间内，一定会使之成为一台真正的仪器。
7 参考文献
[1] 沙占友．智能化集成温度传感器原理与应用．机械工业出版社，2002:1-5 [2] 王克军．国外低温温度传感器的研制现状．低温工程，2002(5):3-4
[3] 冯平．智能位移传感器系统的研究：[博士学位论文]．浙江：浙江大学，2000 [4] 高世海，田 仲．温度传感器及其与微处理器接口．电子技术应用，2000.9 [5] 刘笃仁，韩保君．传感器原理及应用技术．西安：西安电子科技大学出版社，2004:17-35
[6] 刘俊华．智能传感器系统．西安：西安电子科技大学出版社，1999
[7] 李长青．KJ93 型矿井安全生产监控系统中数据交换器的研究与分析．煤矿自动化，2000(5):37-39
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8 分组报告的内容总结
ENC－03J型集成角速度传感器
1 芯片简介
ENC-03是muRata的角速度传感器产品，在航模领域应用广泛，颇具名气，我们的多个研究对象都是使用这一传感器，应该具有非常高的可靠性 2 性能特点
a.芯片中包含了由双压电陶瓷元件构成的角速度传感器及信号调理器，能输出与被测角速度成正比的直流电压信号。
b.测量角速度的范围是-300°/S～+300°/S。当v=0 °/S时，输出电压 Uｏ=+1.35V。传感器的灵敏度为0.67mV/ °/S,线形度为±5%FS（FS代表满量程），频率响应可达20HZ。
c.它属于超小型、超轻量级传感器，外型尺寸为15.5(mm)×8.0(mm)×4.3(mm)，其重量不超过1g。
d.内部有自动增益控制（AGC）电路，工作性能稳定，响应速度快。
e.低电源电压、低消耗。允许工作电压范围是+2.7V～+5.5V，可选+3V或+5V电源。最大工作电流为5mA。工作温度范围是-5°C～+75°C。
ENC-03J型集成角速度传感器的应用
测量加速度的电路原理如下图所示，有ENC-03J产生的角速度信号，依次经过限幅电路、放大器、A\\D转换器，送至微处理器（uP）中进行数据处理，计算出被测角速度值。
角速度测量电路如下图所示。ENC-03J采用4脚双列直插式封装。Ucc端接+3V电源。GND端接地。OUT为信号输出端。Uo为角速度信号输出端。电路中使用一片由日本JRC公司生产的NJM2115型运算放大器。由R1、C1组成高通滤波器，其下限截止频率为0.3Hz。由R3、C3构成低通滤波器，上线截止频率为1kHz。显然，上述两级 滤波器就等效于一个0.3Hz~1kHz的带通滤波器，它允许信号频率通过，而将超低频干扰及高频噪声滤掉。
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角速度测量电路
9 感想和建议
通过一学期的学习，对传感器技术有了更深入的了解。吴老师的教学方法很特别，
也很好，通过这种教学方式增加了老师和同学的互动性，使得同学积极的加入到学习的行列。更提高了同学的动手能力，希望老师继续发扬这种教学方式。老师非常好，学不好的话就是自己的问题，与老师无关。
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