基于磁阻效應(yīng)的礦井雜散電流檢測(cè)儀的開發(fā).pdf

1、本課題是山西省晉煤集團(tuán)科技攻關(guān)項(xiàng)目“寺河礦供電系統(tǒng)雜散電流分布及其檢測(cè)和防治技術(shù)研究”（項(xiàng)目編號(hào):JMJS-JS-2012050）的重要組成部分，是針對(duì)我國(guó)煤礦井下因雜散電流導(dǎo)致的各類事故頻發(fā)、檢測(cè)方式落后、相關(guān)檢測(cè)設(shè)備功能不能滿足需求等問題而提出的。隨著我國(guó)煤炭工業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)井下各類災(zāi)害的預(yù)警和防治有了更高的要求，近年來(lái)因雜散電流引發(fā)的火災(zāi)和爆炸事故在各類安全事故中占有很大的比重。我國(guó)煤礦井下對(duì)雜散電流的研究相對(duì)滯后，現(xiàn)有的檢測(cè)技

2、術(shù)和設(shè)備存在檢測(cè)方式安全性差、檢測(cè)精度低、抗干擾能力差，不便于成網(wǎng)分析和遠(yuǎn)程監(jiān)控等問題。因此，開發(fā)一種適用于井下雜散電流檢測(cè)的儀器，實(shí)現(xiàn)雜散電流的高精度實(shí)時(shí)檢測(cè)，對(duì)井下雜散電流的治理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　通過查閱大量相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)文獻(xiàn)，確定了井下雜散電流的檢測(cè)方法，制定了檢測(cè)儀器的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)了檢測(cè)單元的硬件電路，編寫了檢測(cè)儀器各部分的功能程序，通過實(shí)驗(yàn)證明了該檢測(cè)儀器的電流檢測(cè)精度可滿足井下雜散電流的檢測(cè)需求。本文的主要研

3、究?jī)?nèi)容如下:
　　結(jié)合井下工作環(huán)境，分析并總結(jié)出井下雜散電流的產(chǎn)生原因，以產(chǎn)生原因和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀為依據(jù)，提出了一種基于磁阻效應(yīng)的檢測(cè)方法，闡述了該檢測(cè)方法的基本原理，建立了各向異性磁阻效應(yīng)和相關(guān)電磁場(chǎng)理論構(gòu)架，為檢測(cè)儀器的設(shè)計(jì)和開發(fā)奠定了理論基礎(chǔ)。
　　秉著高分辨率和強(qiáng)穩(wěn)定性的原則，制定了檢測(cè)儀器的硬件電路設(shè)計(jì)方案，繪制了各功能模塊的電路原理圖，設(shè)計(jì)了各部分的PCB電路，包括:磁場(chǎng)/溫度信號(hào)采集電路、磁阻傳感器外圍電路、溫

4、度信號(hào)調(diào)理電路、CPU最小系統(tǒng)電路、通訊電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、時(shí)鐘電路、顯示電路和電平轉(zhuǎn)換電路等，對(duì)各部分電路進(jìn)行了調(diào)試，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方案的正確性。
　　分析了磁感應(yīng)線在磁介質(zhì)分界面上的折射規(guī)律，以此為依據(jù)設(shè)計(jì)了具有磁場(chǎng)匯集效果的聚磁裝置和屏蔽不相關(guān)磁場(chǎng)功能的磁屏蔽裝置，完成裝置材料的選型，介紹了裝置的基本原理，通過Ansoft Maxwell仿真軟件對(duì)裝置的功能和特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，并設(shè)計(jì)了集聚磁、磁屏蔽和隔爆性能于一體的礦

5、用隔爆外殼。
　　制定了檢測(cè)儀器的軟件設(shè)計(jì)方案，基于C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言平臺(tái)，采用模塊化設(shè)計(jì)方式編寫了檢測(cè)裝置的軟件程序，具體包括:主程序、A/D子程序、數(shù)字濾波子程序、串行異步通信(RS-485)子程序、人機(jī)交互系統(tǒng)通訊子程序(SPI)和磁場(chǎng)數(shù)據(jù)修正子程序等，所編程序可讀性好，可移植性強(qiáng)。
　　在實(shí)驗(yàn)室搭建測(cè)試平臺(tái)，對(duì)所設(shè)計(jì)的硬件電路和聚磁/磁屏蔽裝置進(jìn)行了特性和功能實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，主要完成的實(shí)驗(yàn)有:磁阻傳感器輸出線性關(guān)系驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)、