浅谈传感器的应用及发展

摘要：可以将一种物理量或化学量转换成为方便于直接利用或转换利用的模拟或数字信号的原件叫做传感器。它在任何一个系统测量中作为关键部件，可以将获得的变量信号转换成直接可以使用测量的信号，是被测量原件信号获得的第一道关口。按照不同工作性质的传感器在矿山上不同设备、不同位置上的使用，起到了对设备的保护和检测作用。

关键词：传感器；煤矿；机电设备系统；传感元件；数字信号 文献标识码：A

中图分类号：TP212 文章编号：1009-2374（2015）23-0059-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.031

1 传感器的发展现状

传感器的基本功能是对机电设备以及系统运行进行检测，对操作对象以及环境状态进行检测，为安全、可靠地控制机电设备系统的运行，不间断地提供连续性运行信息。

2 传感器在煤矿机电设备系统中的广泛应用

传感器在机电设备系统发展过中起到关键性作用，也是重要技术之一，根据其原理以及工作性质被广泛应用于各种设备自动化控制之中。

2.1 速度传感器

主要应用在加速度、速度比较和控制等的测量中。它具有结构简单、体积小、重量轻、使用寿命长等优异的特点。速度传感器与运动物体直接接触。当运动物体与旋转式速度传感器接触时，摩擦力带动传感器的滚轮转动。装在滚轮上的转动脉冲传感器发送出一连串的脉冲。每个脉冲代表着一定的距离值，从而就能测出线速度。电磁具有感应，在转动的轴上安装齿轮，外侧是电磁线圈，转动是由于轮齿间隙通过，得到方波变化的电压，再推算出转速。速度传感器在煤矿提升机、架空索道以及胶带机运行速度测量中已经得到了广泛的应用，特别是对提升机电机和滚筒的速度进行比较，并将比较结果传送到PLC控制系统中，对高速、低速的保护更有它的特殊地位。

2.2 瓦斯传感器

对于煤矿井下生产，无论高瓦斯还是低瓦斯，都要将瓦斯管理放到安全管理的第一位，瓦斯传感器就是管理的眼睛，瓦斯传感器在检测到空气中的瓦斯时，将瓦斯浓度含量变化值转换成有一定对应关系的输出信号的装置。一般采用载体催化元件为检测元件。当检测到空气中瓦斯变化的微弱信号，经放大电路放大后产生一个输出信号，并送入交换机内A/D转换，将模拟量通讯信号转换为数字通讯信号。之后系统单片机将该信号进行转化处理，从而实现显示、报警、断电等功能。煤矿安全检测监控系统常用于煤矿开拓，采煤、掘进工作面、工作面采空区、工作面回风巷、井下机电峒室等处24小时不间断监测该环境内瓦斯浓度变化，当该检测点瓦斯浓度出现异常，达到上限时，瓦斯传感器会自动发出声、光报警信号，提醒专业人员对超限区域进行瓦斯超限处理。便携式瓦斯传感器方便井下管理人员、瓦斯检测人员以及采煤工作面和掘进工作面作业人员随时掌握自己所在环境的瓦斯浓度以及变化量。

2.3 烟雾报警传感器

烟雾报警传感器是通过对被保护设备周围工作环境烟雾的浓度进行监测，从而达到火灾防范的目的。其工作原理主要是，传感器内部采用离子式烟雾传感，通常情况下，内外两个电离储存室的电流值和电压值处于稳定状态，只有在发生烟雾干扰到外电离室，扰乱了带电粒子的稳定的运动，将其电流值和电压值发生变化，打乱了内外电离储存室之间的相互平衡，随后无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去，实现报警、设备断电以及自动喷淋等。煤矿该传感器主要用在胶带运输机驱动系统、坑木加工区域、主要办公区和生活区内。

2.4 重量传感器

通常是将重物或载重汽车放在承载器台面上，台面由于受到重力作用，通过台面将重力传递到重量传感器上，使重量传感器在压力作用下弹性体产生变形，弹性体上的应变计失去平衡，从而应变计输出与承载器台面上重量数值成正比的电子信号，该电子信号通过放大，再通过A/D转换模块转换成为数字信号，通过机房仪表内部的CPU处理器，对重量信号进行处理后，显示重量数据。后台配置相关打印机后，即可打印记录称重原始数据，配置计算机可将计量数据储存到计算机相关的管理软件系统中作为保存。煤矿广泛使用在地磅、胶带称重系统。

2.5 压力传感器

在各行各业以及生产生活中，众多仪器仪表控制最为常用的一种传感器是压力传感器。压力传感器种类繁多，最常用的是压阻式压力传感器，是采用单晶硅材料的压阻效应和集成电路技术制成的，常用于正负压力、压力差等力的变化的物理量的测量和控制。煤矿多使用在压力管道检测、空压机自动控制以及顶板压力的检

测等。

2.6 温度传感器

温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。对于接触式以及非接触式温度传感器，在煤矿已经得到广泛的使用，常见锅炉加热，多采用接触式温度计，一些高速运行设备以及电动机轴承已经安装上不同形式的温度传感器以监控和保护设备在运行过程中因轴承温度以及线圈温度过高造成的设备损坏，在机械加工过程中通过温度传感器对环境温度的控制，以达到加工件所需要的温度和加热时间。

3 我国传感器技术的发展方向

传感器技术的发展趋向无非有以下四点：（1）大力开展基础研究和发现，开发利用新材料以及新工艺技术；（2）实现和利用集成化与多功能化传感器；（3）开发研制新型传感器；（4）智能化传感器是发展的

方向。

第一，善于发现新的现象，勤于研制开发新型材料，运用新原理是未来传感器技术发展、新型传感器研究的重要基础。根据材料科学研发的不断进步，传感器技术日渐成熟，其种类研发得也越来越多，为传感器的发展提供了物质基础。

第二，传感器的集成化以及多功能化将在未来发展空间并进发展。传感器的集成化发展将积极地采用半导体集成电路技术以及开发新思路用于其研发制造。依据集成化技术的不断发展，不同种类的混合集成和单片集成式传感器将会陆续生产和应用。开发研制中，将具有多个不同功能的传感元件集中在一起，不但可以同时进行多种参数的测量数据收集，同时也可以对测量后收集的参数结果进行全面综合处理和评价。

第三，向未开发的领域挑战——开发新型传感器，概念为采用新的工作原理、填补未知传感器空白、仿生传感器等众多方面。也是研制开发高性能、多功能、低成本和微小型化传感器的重要途径。

第四，智能型传感器的发展必须具有准确的判断能力、灵活的学习能力。现实中智能型传感器是一种带有微处理器的传感元件，它具有检测信号、判断是非和信息集中处理功能。在构成上分析，智能型传感器是一个比较典型的以微处理器为核心的微型计算机检测系统。

4 结语

在当今社会，无论是科学领域，还是人们日常生活中接触的工农业生产，传感器都发挥着无可替代的重要作用。不论什么工程，不论哪个施工项目，所涉及到的各种各样的设备和仪器仪表传感器都无处不在，因此，传感器技术在发展社会经济、推动社会进步等众多方面的重要作用是十分明显的。随着社会的进步，传感器也在不断更新发展。传感器的应用以及发展空间相当大，当前技术水平下的传感器正朝微小型化、智能化、多功能化和网络化的方向发展。在全世界，每个需要发展的国家都将传感器领域的发展摆在较为重要的位置。未来传感器技术的发展会出现跨越式的飞跃。也只有传感器得到更好的发展，在煤矿上的应用范围才会更加增强、更加广泛，才能更好地服务于煤矿的生产。

参考文献

[1] 贾伯年，俞朴.传感器技术[M].南京：东南大学出版社，1999.

[2] 张晓娜，胡孟谦.传感器与检测技术[M].北京：化学工业出版社，2014.

作者简介：张涛（1976-），男，枣庄矿业集团云南斯派尔煤矿机电科长，助理工程师，研究方向：电气工程及其自动化。

（责任编辑：陈 倩）