一种温度频率转换装置的制作方法

本发明涉及安全生产技术领域，具体而言，涉及一种温度频率转换装置。

背景技术：

目前，随着矿井的逐渐深入地下，受地热的影响也越来越严重。许多500米以下矿井最高温度达到40度，严重影响工人的健康与工作效率，因此，矿井降温工作越来越受到关注，对矿井温度的监测也成为保证矿井安全生产的重要措施之一。通常，温度监测通过温度传感器实现的，利用温度传感器将温度转换成电信号，并将电信号传输给监控人员，以达到温度监测的效果，但是，由于矿井中环境特殊，同时矿井内距离较远，使用电信号传输容易受矿井环境干扰，进而降低了温度监测的效率。

针对上述利用电信号来监测矿井温度的方法容易受矿井温度干扰，从而导致温度监测效率不高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种温度频率转换装置，能够有效监测矿井中的温度，并且降低信号传输过程中受矿井环境的干扰程度，进而提高温度监测的效率。

其中，本发明实施例提供了一种温度频率转换装置，包括：依次连接的温度传感器、信号处理器以及信号转换器；温度传感器用于实时采集所处环境的温度，根据当前温度调整内阻，生成与当前温度对应的电压信号，将电压信号传输至信号处理器；信号处理器用于对电压信号进行放大处理，输出放大后的电压信号；信号转换器用于对接收到的电压信号进行频率转换，得到与当前温度对应的频率信号，输出频率信号。

本发明实施例还提供了第一种可能的实施方式，其中，上述装置还包括：与信号转换器的输出端连接的光电耦合器，用于通过光电耦合的方式驱动频率信号的输出。

本发明实施例还提供了第二种可能的实施方式，其中，上述温度传感器包括：测量电桥，用于通过热敏电阻采集所处环境的温度，根据当前温度调整温度传感器的内阻，生成与当前温度对应的电压信号，将电压信号传输至信号处理器。

结合第二种可能的实施方式，本发明实施例还提供了第三种可能的实施方式，其中，上述温度传感器还包括：与测量电桥连接的稳压电路；该稳压电路通过稳压芯片为温度传感器提供稳压保护。

本发明实施例还提供了第四种可能的实施方式，其中，上述信号处理器为差分放大电路。

本发明实施例还提供了第五种可能的实施方式，其中，上述信号转换器包括相互连接的输出调节电路和转换模块；输出调节电路用于调节转换模块的基准电流；转换模块用于根据外界的电源电压生成基准电流，并接收信号处理器输出的电压信号，根据输出调节电路调整后的基准电流和电压信号，输出与当前温度对应的频率信号。

结合第五种可能的实施方式，本发明实施例还提供了第六种可能的实施方式，其中，上述信号转换器的输入电压范围是：0～5V；上述信号转换器输出的频率信号的频率范围是200Hz～1000Hz。

本发明实施例还提供了第七种可能的实施方式，其中，上述装置还包括：过压保护电路；该过压保护电路设置于信号处理器的输出端与信号转换器的输入端，用于对信号转换器提供过压保护。

本发明实施例还提供了第八种可能的实施方式，其中，上述装置还包括：电源装置，用于提供供电电压。

结合第八种可能的实施方式，本发明实施例还提供了第九种可能的实施方式，其中，上述电源装置的供电电压为8V。

本发明实施例提供的一种温度频率转换装置，通过温度传感器采集所处矿井的温度，转化成电信号后进行放大处理，并利用信号转换器将电信号转化成与温度对应的频率信号进行传输，实现了对矿井温度的监测，同时频率信号的传输过程不容易受矿井复杂环境的干扰，进而提高了矿井温度监测的效率。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种温度频率转换装置的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种温度频率转换装置的温度传感器的具体电路原理图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种温度频率转换装置的信号处理器的具体电路原理图；

图4示出了本发明实施例所提供的一种温度频率转换装置的信号转换器的具体电路原理图；

图5示出了本发明实施例所提供的一种温度频率转换装置的具体电路原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

考虑到现有技术中对矿井温度进行监测时，利用温度传感器将温度转换成电信号进行传输过程中，容易受矿井中特殊环境的干扰，进而降低温度监测的效率的问题，本发明实施例提供了一种温度频率转换装置，下面通过实施例进行描述。

实施例1

参见图1所示的一种温度频率转换装置的结构示意图，包括：依次连接的温度传感器10、信号处理器12以及信号转换器14；

温度传感器10用于实时采集所处环境的温度，根据当前温度调整温度传感器的内阻，生成与当前温度对应的电压信号，将电压信号传输至信号处理器12。

信号处理器12用于对电压信号进行放大处理，输出放大后的电压信号，并将该电压信号传输至信号转换器14；其中，本发明实施例的信号处理器12优选为差分放大电路。

信号转换器14用于对接收到的电压信号进行频率转换，得到与当前温度对应的频率信号，输出所述频率信号。

具体实现时，上述温度传感器10包括：测量电桥，用于通过热敏电阻采集所处环境的温度，根据当前温度调整温度传感器的内阻，生成与当前温度对应的电压信号，将电压信号传输至信号处理器12；该温度传感器10还包括：与测量电桥连接的稳压电路；该稳压电路可以通过稳压芯片为温度传感器10提供稳压保护。

具体实现时，上述信号转换器14包括相互连接的输出调节电路和转换模块；其中，输出调节电路用于调节转换模块的基准电流；转换模块用于根据外界的电源电压生成基准电流，并接收信号处理器12输出的电压信号，根据输出调节电路调整后的基准电流和电压信号，输出与当前温度对应的频率信号。

进一步，上述温度频率转换装置还包括：与信号转换器14的输出端连接的光电耦合器，用于通过光电耦合的方式驱动频率信号的输出。

本发明实施例提供的一种温度频率转换装置，通过温度传感器采集所处矿井的温度，转化成电信号后进行放大处理，并利用信号转换器将电信号转化成与温度对应的频率信号进行传输，实现了对矿井温度的监测，同时频率信号的传输也不容易受矿井复杂环境的干扰，进而提高了矿井温度监测的效率。

图2示出了本发明实施例提供的一种温度传感器的电路原理图，其中，P1为热敏电阻，在本实施例中，优选的器件型号为PT100铂热电阻，其电阻阻值Rpt与温度t的关系可以表示为：

(1)-200摄氏度<t<0时，Rpt＝100*[1+A*t+B*t²+C*t³*(t-100)]；

(2)0<t<850摄氏度时，Rpt＝100*(1+A*t+B*t²)；

上述式中，A＝0.00390802；B＝-0.000000580；C＝0.0000000000042735。可见PT100在常温0～100摄氏度之间变化时线性度较好，其阻值表达式可近似简化为：Rpt＝100(1+At)，当温度变化1摄氏度，PT100阻值近似变化0.39欧。图2中，热敏电阻P1、电阻R1、电阻R2和电位器VR2组成测量电桥，可以通过调节电位器VR2的阻值，对输入到信号处理器的电信号进行调节，即，实现对温度传感器的测量精度进行调节。为了保证测量电桥输出电压信号的稳定性，测量电桥的输入电压通过与测量电桥连接的稳压电路进行稳压保护，图2中的电源VCC、电阻R8、电位器VR1和稳压源U6组成该稳压电路，其中，电源VCC优选为8V，稳压源U6优选为可控精密稳压源TL431，可以将测量电桥的输入电压稳定至2.5V。

图3示出了本发明实施例提供的一种信号处理器的电路原理图，该信号处理器的具体电路优选为差分放大电路，通过差分放大电路来实现电信号的放大处理过程，其中，上述放大电路的电源VCC优选为8V。V+和V-为从测量电桥获取的差分信号，通过电阻R3和电阻R4输入到放大电路部分；放大电路优选为采用LM324集成运算放大器，即图3所示的U4A，该放大电路的放大倍数通过电阻R4和电阻R6来实现，且放大倍数为R6/R4，具体实现时，该放大电路还包括一个下拉电阻R5。当温度上升时，PT100阻值变大，输入到放大电路的差分信号变大，放大电路的输出电压也会对应升高，该差分信号经过放大电路处理后通过电阻R7输入到下一级。

图4示出了本发明实施例提供的一种信号转换器的电路原理图，其输出调节电路由电阻R10和电位器RL2组成，通过调节电位器RL2来改变基准电流，进而调节增益偏差，以校正输出频率。转换模块通过集成电路芯片U2以及驱动电路组成，其中，集成电路芯片U2为电压/频率转换芯片。本实施例中电压/频率转换芯片的优选型号为LM131，电源VCC优选为8V，集成电路芯片U2的驱动电路包括电路R11、电容C5、电阻R9、电容C3以及电容C4，输入的电压信号经Vin端输入集成电路芯片U2的引脚7经转换模块后，经引脚3的Vout端输出频率信号，即模拟信号经过信号转换器作用后输出的是数字信号，便于进行长距离传输，且不容易受周围环境的干扰。

应当理解，上述附图提供的应用于本发明实施例的温度传感器、信号处理器以及信号转换器的电路原理图，仅仅是本发明实施例的优选方式，其中，图2、图3、图4中电子元器件的型号和参数，可以根据实际情况进行选择，包括热敏电阻、集成电路芯片等，在其他的实施例中，还可以是其他的型号，本发明实施例对此不进行限制。

实施例2

为了便于对上述实施例1进一步的理解，本发明实施例还提供了一种温度频率转换装置的电路原理图，如图5所示。应当理解，图5仅仅是本发明实施例优选的电路原理图，其中，电子元器件的型号和参数可以根据实际使用情况来进行选择。

图5所示的电路图，包括上述实施例1提供的温度传感器电路、信号处理器电路和信号转换电路，还包括光电耦合电路、过压保护电路和电源装置的电路。

其中，光电耦合电路包括光电耦合器U1和电阻R12，其中，光电耦合器U1的型号优选为P521。具体实现时，该光电耦合电路通过高速开关二极管D1连接电路的输出端OUT的接线端子J0，以驱动频率信号的输出，其中，高速开关二极管型号优选为1N4148。

过压保护电路设置于信号处理器的输出端与信号转换器的输入端，用于对信号转换器提供过压保护，在图5中，过压保护电路由电容C2和稳压二极管Z1组成，其中，电容C2和稳压二极管Z1的一端通过电阻R8与信号转换器的输入端连接，电容C2和稳压二极管Z1的另一端接地，具体实现时，该过压保护电路将输入到信号转换器的电压信号保护在5V以内，当电压信号超过5V时，稳压二极管反向击穿，稳压二极管的反向电阻降低到一个很低的数值，在这个低阻区时，通过该稳压二极管的电流增加，而电压则保持在5V电压恒定，对信号转换器起到了保护作用。

上述实施例提供的温度频率转换装置还包括电源装置，用于提供供电电压，该电源装置电路如图5所示，包括二极管D2、二极管D3、电容C6、电容C7，以及集成电路芯片U3，其中，集成电路芯片U3是型号为78L08的三端稳压管，用于提供稳定的供电电压，即，该电源装置的供电电压为8V。本发明实施例用12V的直流电压驱动该三端稳压管，其中，该12V的直流电压通过输出端OUT的接线端子J0的3引脚通过二极管D3和二极管D2输入给集成电路芯片U3。电容C6和电容C7组成该电源电路的滤波部分，与地连接。

具体实现时，该温度频率转换装置的电路运行包括如下过程：

(1)铂热电阻PT100根据当前温度输出阻值，通过测量电桥的两个桥臂向信号处理器的放大电路输入差分电压信号；

(2)信号处理器的放大电路对差分信号进行放大处理，输出电压信号，经过过压保护电路将输出电压信号传输至信号转换器；

(3)信号转换器的集成电路芯片U2将输入的电压信号转换成与当前温度对应的频率信号，实现模拟信号到数字信号的转换，并将该频率信号输出至光电耦合器；其中，该信号转换器的输入电压范围是：0～5V；信号转换器输出的频率信号的频率范围是200Hz～1000Hz；

(4)光电耦合器通过光电耦合的方式驱动频率信号的输出，通过高速开关二极管1N4148连接至输出端OUT的接线端子J0。

进一步，在接线端子J0的输出端，还可以连接一个报警装置，例如，蜂鸣器或者发光二极管等器件，当该温度频率转换装置用于矿井温度，且当前矿井环境温度较高时，可以发出蜂鸣声或者灯闪等进行报警，以提高环境监测的效率。

本发明实施例提供的一种温度频率转换装置，通过温度传感器采集所处矿井的温度，转化成电信号后进行放大处理，并利用信号转换器将电信号转化成与温度对应的频率信号进行传输，实现了对矿井温度的监测，同时频率信号的传输过程也不容易受矿井复杂环境的干扰，进而提高了矿井温度监测的效率。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的温度频率转换装置的电路原理图的具体工作过程，可以参考前述实施例中的对应过程，在此不再赘述。

需要注意的是，在发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

所以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。