红外线在风门传感器中应用研究

龙振

淮沪煤电有限公司丁集煤矿 安徽 淮南 232142

摘要：风门传感器主要用于监测煤矿井下风门开关状态，可以检测各处通风设施的使用情况并实时上传数据是矿井安全监控系统中重要组成部分。本文介绍一种将红外线作为检测介质的风门传感器的应用方案，利用传感器中的红外发光二极管发射经过调制具有固定频率的红外脉冲，经风门反射后由红外接收管接收。当风门关闭时传感器能够接收到反射脉冲反之接收不到，从而达到检测风门开关状态的目的。避免了传统干簧管式风门传感器安装复杂，检测结果容易受风门变形影响的缺点。同时还具备与语音报警器结合形成一体形成风门状态语音报警器等功能。

关键词：风门；传感器；红外；反射

1 研究背景

目前，国内有关煤矿安全监控系统现行国家标准要求：矿井主要风门必须设置风门传感器，用于检测风门的开关状态^[1]。现有广泛投入使用的风门状态传感器均为分体式设计，由干簧管和磁体组成。当干簧管与磁体距离足够近时，其中常闭触片与原来吸合的触片脱开、与另一常开触片吸合，当干簧管与磁体分开后两触片又恢复原来的状态。利用这个原理，将带有干簧管的传感器组和产生磁场的磁钢组分别安装在风门的门框和门的边缘（两者相对），利用风门位置的变化，产生开关信号，送至监控系统。干簧管式传感器受原理和材料所限，磁体产生磁场强度有限要求干簧管和磁体间的距离必须很近，这样才能在风门开关动作时干簧管触片受磁场吸引从而吸合产生信号。

在矿井生产实际应用中，由于风门受地压影响会产生形变，同时风门来回开关时的振动很容易导致磁体和干簧管相互摩擦、碰撞导致外壳受损破裂。干簧管触片受振动影响较大，严重时振动会导致干簧管触片断裂。金属薄片制成的触片多次吸合、释放会产生疲劳导致失效。鉴于以上原因，考虑采用其他方法来检测风门状态。红外发射与接收技术经多年发展已非常成熟，无论是元器件的普及程度以及外围驱动电路的多样性，均达到了矿井实际使用的要求^[2]。在现有技术的基础上，结合井下实际处理好传感器的稳定性、经济性、可靠性等问题，完全可以将红外技术应用在风门状态传感器中。因此决定在风门上加装红外装置，来实现对风门闭合状态的监控。

2、红外风门状态传感器

红外风门传感器是利用红外线作为检测介质，来检测风门开关状态，以解决现有技术中安装复杂、使用寿命短等各种弊端。为实现上述目的，提出一种红外风门状态传感器的应用方案。传感器的主要工作原理是利用传感器中的红外发光二极管发射经过调制具有固定频率的红外脉冲，经风门反射后由红外接收管接收。当风门关闭时能够接收到反射脉冲反之接收不到，从而达到检测风门开关状态的目的。同时利用红外接收管接收到的脉冲信号控制继电器，输出无源的两态量触点信号，用于上传至监控系统以便于在地面监控终端实现在线监测。

图1 红外电路工作原理图

具体电路工作原理如图1所示，传感器采用监控分站提供一路+24V直流供电，输入电流经减压整流后输出+12V电源供后级使用。U1A是与非门与R1、R2、D1组成震荡电路输出1000HZ的脉冲，通过三极管Q1放大后控制红外发射管D5、D6输出1000HZ的红外脉冲，为加强发射功率D5、D6采用串联连接。当红外接收管接收到反射脉冲后经三极管Q2放大后在IC-2（与非门）的2端产生一个高电平，IC-2的1脚是由脉冲输出端Q1引入的电平信号，通过对比两信号起到抗干扰作用。当两信号均为高电平时IC-2输出低电平，通过R8将D2电平钳至低位从而使之导通，使IC-3（与非门）的两输入端均为低电平从而输出一个高电平。电平信号经IC-4(与非门)翻转为高电平并起到一次放大的作用。放大信号经三极管Q3二次放大从而驱动继电器J吸合、释放输出开关信号。R9、C3和R11、C4分别组成的并联RC电路是为了对电路中感性器件在在电源接通关闭时产生的自感电动势进行钳位，抑制电路中因此对器件所引起的冲击起到保护作用。

在电路设计中考虑到煤矿井下环境的特殊性对传感器的稳定性和可靠性要求较强，主要采用成熟电路同时也采取了双发射管串联增大发射功率，发射调制脉冲避免环境光线干扰，同时此传感器输出无源触点型信号，经监控分站接收后可在地面监控终端实时显示相应风门状态。

3 取得的效果

在矿井生产实际中，我们将风门与红外传感器、液压传动装置、语音箱等在一起，组成自动风门，自动风门可以有效的阻断风流和风量调节，在自动风门上开两个可以调节大小的孔，便可通过调节孔的大小来调节风量，完全能满足通风的要求；通过远程控制，能有效的监控风门的开闭情况、远程操作；与计算机连接具有自检功能，当系统中传感器、分站、主站、传输电缆等设备发生故障时，报警并记录故障时间，故障设备，以供查询。以便于及时查找发生故障的原因和恢复^[3]；由于自动风门不需要人工开关，节省了大量的人力、物力，有效避免了人工开关风门时安全事故的发生；自动风门的开闭要比人工开闭的时间短，车辆、设备、行人等的通过时间就短，保持畅通，提高了井下生产效率。

4 结语

通过对风门传感器的改进避免了分体式设计，传感器在安装时对位置的选择较为宽松，避免了在使用时传感器互相碰撞的问题。因主体电路较为简单还可进一步与语音报警器结合形成风门状态语音报警器。传感器与语音报警器的线路连接均可集成在内部电路中，实际安装使用时较为简便与分站连接仅需三芯线，具有很强的应用前景。

参考文献

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[1] 亓校岳. 煤矿安全监测监控系统现状及发展趋势[J]. 现代矿业，2019, 35(09): 217-219.

[2] 吕一清. 红外线技术在煤矿安全监测监控系统中的应用[J]. 煤矿安全，2018(09): 117-119.

[3] 简云林, 颜士荣，新型远程红外自动控制风门设计及应用[J].科技传播.2017(14):69-73.

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作者简介：龙振，男，1986年10月生，安徽寿县，工学学士，现任丁集矿监控工区工程师，从事矿井安全监控专业。