专利名称：一种矿山杂散电流智能监测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电测量装置技术，尤其涉及一种矿山杂散电流智能监测仪。
背景技术：
在我国矿山中，单架空线式直流架线式电机车作为井下重要的运输设备被 广泛使用。在该网路中将馈电线路架设在电机车上方，利用运输轨道兼作回流 导体，但轨道与巷道底板之间无电气绝缘，本应全部经钢轨流回到变流所的电 流将有一部分经钢轨流入大地，再经大地流回牵引变流所。这部分不按规定通 路流动的电流(即不经钢轨流回牵引变流所的电流)称为杂散电流。
杂散电流的存在对矿山井下工作人员的生命安全及生产设备的安全存在 潜在的危害。其主要危害性表现为1、杂散电流可能引起电雷管误爆炸。当轨 道和巷道岩石或与巷道岩石相通的金属物体(如管路、电缆外皮等)间的电位 差达到l 1.5V时，如果电雷管两根发爆导线中的一根与钢轨接触，另一根与 岩石或其他金属物体(与岩石相通者)接触，流过电雷管中的电流有可能超过
93m A，就会引爆电雷管，这种情况十分危险。2、对电缆及管路的腐蚀。杂散 电流将流经与大地相通的金属管道及电缆外皮等金属导电体。在这些金属导体 上也将形成阳极区和阴极区。由于井下的潮湿及酸性水的存在，因而会在金属 导体的阳极区产生电解腐蚀现象。腐蚀作用的大小与杂散电流的大小及通过电 流延续时间的长短有关。据有关资料统计1A的杂散电流1年可腐蚀9. lkg 钢或1 0 . 3kg铜或33. 3kg铅。更重要的是，金属和电缆外皮的电腐蚀作用 并不均匀。当电缆外皮局部被蚀穿后，水分进入电缆会使绝缘遭到破坏，并引 发事故。3、对低压检漏继电器的影响，使检漏继电器发生误动作。
我国为了防治矿井杂散电流，国家先,后制定了中华人民共和国煤炭行业标准 《煤矿井下牵引网络杂散电流防治技术规范》(MT670 — 1997)及中华人民共和 国国家标准《矿山杂散电流的测定》(GB/T17682_1999)。但由于杂散电流是 受牵引电机车运行情况而实时变化的一个动态变量，现在相关监测技术手段和 设备比较陈旧落后，常用仪表只是一些普通的指针式仪表，所以在现场测定中，
3往往只能得出某个时间点的数据，并不能反映杂散电流的实际变化情况，而且 测定工作费时费力。正因为如此，许多矿山不愿做该项测定工作，以至于不了 解本矿山杂散电流的分布情况，这为矿山的安全生产埋下了重大的隐患。目前 国内外尚没有实现动态监测杂散电流的仪器设备。矿山急需一种能够适时监测 杂散电流的仪器，来检测杂散电流的含量，以备采取治理措施。因此，设计矿 山杂散电流智能监测仪具有重要的现实意义，这将对矿井的安全生产起到重大 的作用。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种集传感器与记录仪于一体的矿山杂散电流智 能监测仪，其具有测量、计算、存储记忆、工业标准信号输出、数字接口、报 警等功能。
矿山杂散电流智能监测仪，其特征是核心电路为完全集成的混合信号系统级 微处理器芯片，待测的杂散电流信号经过接线端子接入智能监测仪数据采集前
向通道进行处理后，输出到处理器芯片的ADC电压信号输入端，片内CPU定时
采集ADC的转换输出，经过数字滤波后，进行数值判断，当超限时，发出报警
信号，通过报警电路报警;片内CPU将计算出的杂散电流数值经过片内的DAC
电路输出到数据采集后向通道处理得到工业标准信号，以便能与当前常用矿山
监测系统联网，CPU同时将计算出的杂散电流数值保存在快速擦写存储器中并送
中文液晶显示模块实时显示。还设有串行通讯接口和扩展有小键盘。
本实用新型的技术方案是:矿山杂散电流智能监测仪主要由嵌入式微控制 器、数据采集前向通道、数据输出后向通道、快速擦写存储器、实时时钟、数 字通信接口、报警电路、.中文液晶显示模块、键盘等电路组成。嵌入式微控制 器采用完全集成的混合信号系统级芯片C8051F，这是一种十分适合于测控系统 的机型，其采用了流水线技术，指令的执行效率高，片内包括了看门狗、ADC、 DAC、电压基准输出、定时器等多种资源，并集成JTAG，支持在线编程。待测的杂散电流信号经过接线端子接入智能监测仪数据采集前向通道，经过前向通道
调理后变为C8051F片内ADC能够处理的电压信号。C8051F片内CPU定时采集 ADC的转换输出，经过数字滤波后，进行数值判断，当超限时，发出报警信号。 CPU将计算出的杂散电流数值按照预先设定的标度经过DAC电路或光电隔离电路 变为4 20mA或200 1000Hz的工业标准信号，以便能与当前常用矿山监测系 统联网，CPU同时将计算出的杂散电流数值保存在快速擦写存储器中并送中文液 晶显示模块实时显示。该矿山杂散电流智能监测仪具有RS232或RS485串行通 讯接口，可将所有采集数据用数字通信方式传输到计算机中，以便进一步处理。 通过键盘电路可能实现测量控制、时钟校准、发送数据等工作。
该矿山杂散电流智能监测仪主要功能有(l)杂散电流的测量范围为0 1A; (2)监测仪的存储记忆容量能够保护其至少可连续工作24小时；(3)具有超 限报警功能；(4)掉电后数据能够保持；(5)监测仪具有标准信号输出(4 20mA 或200 1000Hz)，能与当前常用矿山监测系统联网。(6)具有RS232或RS485 串行通讯接口，可将所有采集数据传输到计算机中，以备后期处理。(7)采用 键盘及点阵式中文液晶显示，操作方便，人机界面友好。
图1是本实用新型电路原理框图。 图2是本实用新型电路原理图
具体实施方式
以下结合附图的实施例对本实用新型作进一步说明
本实用新型的实施例提供一种集传感器与记录仪于一体的矿山杂散电流智 能监测仪，其具有测量、计算、存储记忆、工业标准信号输出、数字接口、报 警等功能。要本实施例中，所述串行通信标准为RS485串行通信标准，或者RS232 串行通信标准；其具有的标准信号输出为4 20mA或200 1000Hz，能与当前常 用矿山监测系统联网。
嵌入式微控制器采用完全集成的混合信号系统级芯片C8051F020，其片内包
括了看门狗、采样速率为KHZ的12位ADC、 12位的DAC、电压基准输出、定时器等多种资源，并集成JTAG，支持在线编程。待测的杂散电流信号经过接线端 子接入运算放大器LM224为主构建的数据采集前向通道，经过前向通道调理后 变为C8051F020片内ADC能够处理的0 2. 5V电压信号。C8051F片内CPU定时 采集ADC的转换输出，经过数字滤波后，进行数值判断，当超限时，发出报警 信号。CPU将计算出的杂散电流数值按照预先设定的标度经过片内的12位DAC 电路及以LM224为主构建的数据采集后向通道输出4 20rnA的工业标准信号(或 经过数字10 口和光电隔离电路变为200 1000Hz的工业标准信号)，以便能与 当前常用矿山监测系统联网，CPU同时将计算出的杂散电流数值保存在快速擦写 存储器24C256中并送中文液晶显示模块实时显示。该矿山杂散电流智能监测仪 采用MAX232或MAX485芯片构成具有RS232或RS485串行通讯接口，可将所有 采集数据用数字通信方式传输到计算机中，以便进一步处理。键盘电路共有移 位、调整、确认、退出四个键，程序设计时采用的键盘复用功能，配合中文菜 单可方便地实现测量控制、时钟校准、发送数据等工作。
权利要求1、矿山杂散电流智能监测仪，其特征是核心电路为完全集成的混合信号系统级微处理器芯片，待测的杂散电流信号经过接线端子接入智能监测仪数据采集前向通道进行处理后，输出到处理器芯片的ADC电压信号输入端，片内CPU定时采集ADC的转换输出，经过数字滤波后，进行数值判断，当超限时，发出报警信号，通过报警电路报警；片内CPU将计算出的杂散电流数值经过片内的DAC电路输出到数据采集后向通道处理得到工业标准信号，以便能与当前常用矿山监测系统联网，CPU同时将计算出的杂散电流数值保存在快速擦写存储器中并送中文液晶显示模块实时显示。
2、 根据权利要求1所述的矿山杂散电流智能监测仪，其特征在于还设有串行通 讯接口和扩展有小键盘。
3、 根据权利要求1所述的矿山杂散电流智能监测仪，其特征在于所述核心电路 为完全集成的混合信号系统级微处理器芯片采用C8051F020，数据采集前向通道 由运算放大器LM224为主构建，数据采集后向通道以LM224为主构建，快速擦 写存储器采用24C256。
专利摘要本实用新型公开了一种矿山杂散电流智能监测仪，其核心电路为完全集成的混合信号系统级微处理器芯片，待测的杂散电流信号经过接线端子接入智能监测仪数据采集前向通道进行处理后，输出到处理器芯片的ADC电压信号输入端，片内CPU定时采集ADC的转换输出，经过数字滤波后，进行数值判断，当超限时，发出报警信号，通过报警电路报警；片内CPU将计算出的杂散电流数值经过片内的DAC电路输出到数据采集后向通道处理得到工业标准信号，CPU同时将计算出的杂散电流数值保存在快速擦写存储器中并送中文液晶显示模块实时显示。其具有测量、计算、存储记忆、工业标准信号输出、数字接口、报警等功能。
文档编号E21F17/00GK201162544SQ20082001870
公开日2008年12月10日 申请日期2008年3月1日 优先权日2008年3月1日
发明者吴元峰 申请人:吴元峰