[实用新型]本质安全型有源加速度微地震传感器电源

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿安全监测技术领域，具体涉及微地震监测仪器设备研制问题。 

背景技术

在煤矿安全监测中，微地震监测技术可以用于覆岩破裂灾变机理分析、冒落带与裂隙带高度观测、冲击地压预测预报、煤层顶板或底板突水预测等重要课题。以往开展微地震监测时一般使用普通的速度型传感器，其灵敏度和分辨率较低。为提高微地震监测技术效果，采用有源加速度微地震传感器（简称有源传感器）能发挥重要作用。有源传感器与普通传感器相比较具有高信噪比、高灵敏度、高分辨率等优越特性，特别是其灵敏度可以提高1-2个数量级。但是，有源传感器的控制电路必须提供电源才能正常工作。如果在煤矿井下存在危险爆炸气体情况下，对电源的安全性具有很高要求，这为有源传感器的应用增加了一定难度。考虑煤矿井下环境等特殊问题，需设计一种具有防爆、防尘、防水、防静电及抗冲击等性能的本质安全型专用电源。本实用新型提供了一种本质安全型专用电源技术设计方案。 

发明内容

发明创造的目的

本实用新型设计的目的是解决煤矿Ⅰ类爆炸性气体环境中有源传感器的供电问题。本电源主要实现本质安全性要求及防尘、防水、防静电和抗冲击等功能，同时，应用中要具有方便性和实用性，从而为实现加速度微地震监测技术在煤矿井下环境中的应用提供一种必要的设备。

技术方案

电源整体设计必须符合GB3836.4《爆炸性环境 第4部分:由本质安全型“i”保护的设备》有关规定。设计的主要原则是：

（1）根据电气设备规定的保护等级和级别，在考虑安全系数后，对电路进行实验或评定时，不得发生火花点燃；

（2）本质安全设备的温度组别应满足相对应保护等级和级别的规定，以避免热表面引起点燃；

（3）本质安全电路应与其他电路充分隔离。

按照以上要求，设计一种本质安全型有源加速度微地震传感器电源，由防护外壳、锂电池外保护电路板（简称保护板）、锂电池组、航空接口、电源指示灯几部分组成。 

1、防护外壳 

防护外壳形状一般为长方体，见附图1，可分解成防护壳体（4）与防护壳盖（5）两部分，采用螺丝连接。防护壳体与防护壳盖设计见附图2至附图7。

壳体部分含有2个腔体，分别是电池安装腔（8）、浇封腔（6），中间由隔板分隔；电池安装腔（8）用于安装锂电池组；浇封腔（6）用于浇注绝缘密封材料，避免接口渗水；浇封腔（6）外侧安装有2个航空接口，分别为接口 I（1）、接口II（2），另外安装有电源指示灯（3）；浇封腔（6）内部设计有电池外保护板插槽（7），用于安装保护板。 

防护壳盖（5）结合面设计有密封槽（9），其中安装有密封胶条，具有防尘、防水功能。利用浇封腔（6）绝缘密封材料和防护壳盖密封槽（9），防护外壳整体防尘、防水效果可达到IP67等级，保证在1m深度水下不进水。 

防护外壳制造材料要求具有抗静电特性，防止意外碰撞而产生电火花，而且还应具备一定的抗压、抗冲击、抗拉伸、抗弯曲等强度特性；如果使用有机材料最好还应具备绝缘、阻燃、无毒、抗老化、耐腐蚀等理化特性。 

2、锂电池组 

锂电池组首先要满足有源加速度微地震传感器的供电特性与要求。每个有源传感器需要采用双路直流电源供电，具有宽电压适应性，电压范围值分别是+6至+32V（伏）和-6至-32V（伏），每路工作电流小于5mA（毫安）。按照这一要求，锂电池共分为2组，分别构成正、负直流电源。

同时，根据《煤矿安全仪器仪表用锂离子蓄电池安全标志管理方案（暂行）-2009》，锂电池组必须满足以下基本要求： 

①锂电池除具有内部保护电路外，还应有外保护电路,具备防过充、过放、过流、短路等功能；当采用电池组供电方式时，还应有均衡充电、均衡放电功能；

②锂电池（组）应具有防反接功能；

③锂电池（组）与外保护电路应分腔设置，以保证一旦锂电池内部爆炸时不至破坏外保护电路；

④产品企业标准的技术要求中应明确锂电池（组）应符合GB3836.4-2000（注：最新版应为GB3836.4-2010）中7.4的各项规定，检验项目中应包括相应的项目。

3、锂电池外保护电路板 

保护板主要功能是利用限流保护电阻实现电源接口的本质安全性要求。限流保护是由两个阻值相等的电阻R1、R2分别与锂电池进行串联实现。保护板还设计有D1、D2开关二极管，其功能是实现快速充电，同时实现充电反极性保护。