[发明专利]矿用杂散电流检测装置

摘要

本发明公开了一种矿用杂散电流检测装置，特别用于井下电缆和各种管路的杂散电流的检测。检测装置主要包括五个部分，即信号检测单元、信号处理单元、聚磁单元、磁屏蔽单元和防爆外壳；信号检测单元通过磁阻传感器采集杂散电流信号，信号处理单元对检测到的信号进行数字滤波、电流解算和误差补偿校准，再实时显示于液晶显示屏；聚磁单元实现增强被测磁场强度的目的；磁屏蔽单元屏蔽现场与检测信号不相关的磁场信息；防爆外壳将检测装置主电路板与外界隔离，既避免内部火花对井下环境造成的危险，又屏蔽主电路板对磁阻传感器产生的电磁干扰；本发明适用于井下各种杂散电流的检测，具有安全、可靠、精度高、便于组网等优点，可为井下杂散电流防治措施的制定提供判断依据。

主权项

一种矿用杂散电流检测装置，由磁场强度信号检测单元、磁场强度信号处理单元、聚磁单元、磁屏蔽单元、通讯单元以及防爆外壳组成，其特征在于：所述磁场强度信号检测单元由磁阻传感器（1）、磁场强度信号调理电路（U1）、磁阻传感器偏置电流驱动电路（U2）、磁阻传感器电桥偏置调节电路（U3）和磁阻传感器置/复位电路（U4）组成，实现对杂散电流信号的采集和调理；磁阻传感器（1）安装在防爆壳体（7）之外，通过喇叭口（6）实现与主电路板（8）的电气连接；磁阻传感器（1）的敏感轴一侧与聚磁装置（2）的磁感应线汇集端相连接；所述磁场强度信号调理电路（U1）、磁阻传感器偏置电流驱动电路（U2）、磁阻传感器电桥偏置调节电路（U3）和磁阻传感器置/复位电路（U4）共同构成磁阻传感器外围电路；所述磁场强度信号调理电路（U1）包括一阶差分滤波电路（电阻RF1、电阻RF2、电容CF1和电容CF2组成）、差分放大电器（UF1）和反相器（UF2），实现信号的调理；磁场强度信号调理电路（U1）的差分输入端和磁阻传感器（1）的输出引脚Xout+和Xout‑相连接，信号经过一阶差分滤波电路（电阻RF1、电阻RF2、电容CF1和电容CF2组成）后进入差分放大器（UF2），差分放大器（UF2）的放大倍数可通过电阻RF3来调节，在差分放大器（UF2）的5号引脚和6号引脚连接一个增益为‑1的反相器（UF2），可以使信号调理电路（U1）具有更好的共模抑制比；通过磁场强度信号调理电路（U1）将磁阻传感器（1）输出的电压信号调节至C8051F020芯片（U9）内置ADC模块的电压输入范围；所述磁阻传感器偏置电流驱动电路（U2）包括偏置电流驱动芯片（UZ1），所述偏置电流驱动芯片（UZ1）为XTR115，可向偏置电流带提供的最大偏置电流为20mA，产生的最大偏置磁场为0.4Gs，XTR115的3号引脚作为芯片的参考地，7号引脚接+5V电源，1号引脚产生2.5V的电压，电位器（RZ1）连接在XTR115的1号引脚和2号引脚之间，通过调节电位器（RZ1）就可以在XTR115的4号引脚产生变化的偏置电流，产生的偏置电流通过与磁阻传感器（1）的引脚offset‑相连接；所述磁阻传感器电桥偏置调节电路（U3），由开关（SW1和SW2）和电位器（RC1和RC2）组成，HMC1001的电桥偏置范围是‑60mV~30mV，其典型值为‑15mV，开关SW1和SW2一端接+5V电源，另一端分别和磁阻传感器（1）的引脚Xout+和Xout‑相连接，当磁阻传感器输出Xout+大于Xout‑时，电桥偏置为正，闭合SW1，断开SW2，调节电位器RC1使电桥达到平衡；Xout+小于Xout‑时，电桥偏置为负，断开SW1，闭合SW2，调节电位器RC2使电桥达到平衡；所述磁阻传感器置/复位电路（U4），由置/复位信号产生电路（US1）和5V~20V升压电路（US2）组成；磁阻传感器（1）内置一条置/复位电流带，用以将磁阻传感器内部各个磁畴进行排列和整合，从而恢复传感器的特性；5V~20V升压电路（US2）采用芯片MAX662A，其5号引脚接+5V电源，6号引脚产生的20V电压与IRF7106芯片的3号引脚相连接；三极管Q1的基极和C8051F020芯片（U9）的P0.0口相连，发射极接模拟地，集电极和电容CS1一侧相连；CS1为充放电电容，其另一侧和IRF7106芯片的4号引脚相连，用以控制IRF7106芯片内部增强型P沟道场效应管的导通和截止；IRF7106芯片的2号引脚与C8051F020芯片（U9）的P0.1口相连，用以控制IRF7106芯片内部增强型N沟道场效应管的导通和截止；CS3为置/复位信号产生电容，一端和IRF7106芯片的5号引脚相连，另一端和磁阻传感器（1）的S/R+引脚相连接；所述磁场强度信号处理单元由C8051F020芯片（U9）、复位电路（U10）、时钟电路（U11）、JTAG接口电路（U12）和电源转换电路（U13）以及RS‑485通讯电路（U18）组成，实现对信号的数字滤波、电流解算、实时存储和数据通讯，复位电路（U10）、时钟电路（U11）、JTAG接口电路（U12）和电源转换电路（U13）以及RS‑485通讯电路（U18）与C8051F020芯片（U9）对应的管脚相连接；所述的聚磁单元由聚磁装置（2）、连接杆（4）、上部转轴（3）和下部转轴（5）组成，实现增强被测磁场强度的目的，聚磁装置（2）和磁阻传感器（1）安装在上部转轴（3）上，经连接杆（4）和下部转轴（5）固定在防爆壳体（7）的上部；所述的磁屏蔽单元由磁屏蔽板（9）和转轴（10）组成，实现屏蔽干扰磁场的目的，磁屏蔽板（9）通过转轴（10）固定在防爆壳体（7）的上部边缘，磁屏蔽板（9）的长度大于连接连接杆（4）的长度；所述的防爆外壳包括防爆壳体（7）和内置的液晶显示屏（13），防爆壳体（7）由钢板焊接而成，防爆壳体（7）上开有用于磁阻传感器电气进线的喇叭口（6），侧面开有用于通讯的喇叭口（11）和用于电源进线的喇叭口（12），液晶显示屏（13）置于防爆壳体（7）内部。