毕业设计

第2章工作原理及设计方案

2.1工作原理

矿用风速传感器是利用卡曼涡街原理和超声波旋涡式风速传感器工作原理，下面分别介绍卡曼涡街效应和旋涡式风速传感器工作原理。 2.1.1卡曼涡街原理

超声波旋涡式风速传感器是利用卡曼涡街效应设计的。在流体中设置旋涡发生体（阻流体），从旋涡发生体两侧交替地产生有规则的旋涡，这种旋涡称为卡曼涡街，如图2-1所示。旋涡列在旋涡发生体下游非对称地排列。

图2-1 卡曼涡街效应

vf s

d

式中：f-漩涡频率；

s-常数；圆柱形挡体的s值为0.21； v-未扰动流体的速度； d-阻挡体宽度（或直径）

首先将风速转换成与风速成正比的旋涡频率，然后通过超声波将旋涡频率转换成超声波脉冲，后将超声波脉冲转换成电脉冲，从而测得风速。由于超声波旋涡式风速传感器具有寿命长，易维护，成本低等优点。因此，在矿井监控系统中获得了广泛应用。

我们知道，在流动的水中，垂直于流向插人一阻挡体，在阻挡体的下游会产生两列内旋的互相交替的旋涡。可以证明：在无限界流场中，垂直流向插入一根无限长非流线形阻挡体，阻挡体的下游将产生两列内旋、互相交替的旋涡，若对流速、阻挡体截面面积和形状作适当的限制，则旋涡频率与流速成正比：其旋涡的发生频率为 f，被测介质来流的平均速度为 V ，旋涡发生体迎面宽度为d ，交替产生的漩涡数通过压电元件检测出频率 f ，经电子线路检测后送给定时控制器、锁定寄存器进行运算处理给显示电