CN101196563A - 超声波探测器及其应用于液面探测的方法 - Google Patents

Abstract

一种超声波探测器，包括电子部件，传感器和清洗管，所述清洗管至少具有一个开口指向所述传感器表面。将所述超声波探测器应用于液面位置的探测，可通过所述清洗管及时对所述传感器表面进行清洗，减少污染，提高灵敏度，本发明的超声波探测器结构紧凑，便于安装，本发明的方法能够减少或消除误报信息，提高监控的准确性。

Description

超声波探测器及其应用于液面探测的方法

技术领域

本发明涉及超声波探测领域，特别涉及一种应用于半导体制造工艺中的超声波探测器及其应用于液面探测的方法。

背景技术

超声波探测器由于其高灵敏度、高响应速率而被广泛应用于各种实施监控及探测领域。专利申请号为200420118179.2的中国实用新型专利公开了一种超声波探测器，图1为所述实用新型公开的超声波探测器的结构示意图。如图1所示，所述超声波探测器包括一胶壳12，胶圈10，传感器11，电路板13，底盖15及定位柱14，所述传感器11为一圆柱体，所述胶圈10为圆环状，套在所述传感器11的侧壁，在所述胶圈10外面为胶壳12，所述电路板13固定于所述底盖15上。工作时，向所述电路板13通电，通电后所述电路板13控制所述传感器11发射超声波信号，所述超声波信号遇到障碍物后返回并被所述传感器11接收，所述传感器11接收反射信号后将其转换为电信号并传送至电路板13，通过电路板计算障碍物的距离。所述超声波探测器可应用于半导体制造工厂中，对半导体制造工厂中的排水系统中水的液面高低进行监控。图2为超声波探测器应用于对液面进行监控的结构示意图。如图2所示，超声波探测器21包含有电子部件22，连接部件23以及传感器24。将所述超声波探测器21固定于容器30上方，所述容器30上方有开口，在所示容器30侧壁27具有入口28和出口29，废水或废液可以由所述入口28进入所述容器30并通过所述出口29排出。所述超声波探测器21位于所述容器30开口的上方，通过所述传感器24发出超声波信号25，所述超声波信号25被所述容器30中溶液的液面反射后形成反射波26，并被所述传感器24接收，所述传感器24将接收的反射波26转换成电信号并传送至所述电子部件22，所述电子部件22通过计算得知所述液面的高低。所述超声波探测器21应用于液面监测时存在如下缺陷：由于所述容器30中的溶液一般为工业废水，当所述超声波探测器21应用于监测所述溶液液面时，所述工业废水中的活性剂产生的泡沫常常使所述传感器24表面被污染，被污染的传感器24会发出错误的信号至所述电子部件22，所述电子部件22对所述错误信号进行计算处理并得到错误的液面高低的信号。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种超声波探测器及其应用于液面探测的方法，以解决现有应用于液面探测的超声波探测器易被污染而误报的问题。

为达到上述目的，本发明提供的一种超声波探测器，包括电子部件和传感器，其特征在于还包括一清洗管，所述清洗管至少具有一个开口指向所述传感器表面。

所述清洗管沿所述传感器表面外围放置，在所述清洗管面向所述传感器表面方向的侧壁有复数个开口。

所述清洗管为圆环形、半圆环形或圆弧形中的一种。

所述清洗管与沿所述传感器侧壁放置的第一供给管路连接。

在所述第一供给管路上设置有第一控制阀，所述电子部件向所述第一控制阀发送控制信号控制所述第一供给管路向所述清洗管供给清洗液。

所述超声波探测器还包括一干燥管，在所述干燥管上至少具有一开口指向所述传感器表面。

所述干燥管为半圆环形或弧形中的一种，在所述干燥管的内侧设置有复数个开口，所述干燥管放置于所述清洗管沿所述传感器表面法线对称的位置。

所述干燥管与沿所述传感器侧壁放置的第二供给管路连接。

在所述第二供给管路上设置有第二控制阀，所述电子部件向所述第二控制阀发送控制信号控制所述第二供给管路向所述干燥管供给干燥气体。

相应的，本发明还提供一种应用本发明的超声波探测器探测液面的方法，包括：向液面发送超声波信号，并接收所述液面的反射信号；根据所述发送信号和所述反射信号的时间差计算所述液面的位置；判断第n+1次与第n次测得的位置之差是否大于设定的阈值，若所述位置之差不大于所述阈值，继续向所述液面发送超声波信号并计算所述液面位置；若所述位置之差大于设定的阈值，向所述超声波探测器的传感器表面喷洒清洗液，并干燥所述传感器表面，再次向所述液面表面发送超声波信号，计算所述液面的位置，并判断该次测得的位置与第n次测得的位置之差是否大于所述阈值，若所述位置之差不大于所述阈值，继续向所述液面发送超声波信号并计算所述液面的位置；若所述位置之差大于所述阈值，发出液面位置高出设定范围的报警信号；其中，所述n为自然数。

所述清洗液为去离子水或自来水中的一种。所述清洗液的流量为0.1至11pm。所述喷洒清洗液的时间为5至60s。所述干燥的方法为自然凉干或用干燥气体吹干。所述干燥气体为压缩干空气或氮气中的一种。所述干燥气体的流量为0.1至1sccm，干燥时间为1至60s。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明的超声波探测器具有清洁管和供给清洗液的管路组成的清洁系统，可及时对所述超声波探测器的传感器表面的清洗，避免由于所述传感器表面被污染而误报液面位置信息，使得所述超声波探测器具有较高的可信度、灵敏度和响应速率；同时，将清洗管放置于所述传感器表面外围，供给清洗液的管路放置于所述传感器的侧壁，没有影响所述传感器的表面对信号的探测，且该超声波探测器结构紧凑，占用体积较小，使得安装携带方便。

采用本发明的超声波探测器对液面进行探测，可以自动监测到所述超声波探测器的传感器表面是否被污染，并及时开启清洗管对被污染的传感器表面进行清洗。消除或减少了由于所述传感器表面被污染而误报液面位置的缺陷，提高了探测的可信度，并节省清洗时间。所述清洗管喷出的清洗液喷洒到所述传感器表面后洒落到液面，可消除或稀释所述液面表面的泡沫，减少或消除由于液面表面的泡沫对探测的影响，有助于探测到真实的液面的位置信息；另外，对所述传感器表面进行清洗后，再次测量所述液面的位置信息并计算与前值之差，比较所述之差与所述阈值的大小，以确保在液面实际位置超出设定范围时能够发出报警信息，增加了探测的可靠性。

附图说明

图1为现有一种超声波探测器的结构示意图；

图2为现有超声波探测器探测液面位置的结构示意图；

图3为本发明超声波探测器的第一实施例的纵向剖面结构示意图；

图4为本发明超声波探测器的第一实施例的清洁管的结构示意图；

图5为本发明超声波探测器的第一实施例的供给管路控制结构的示意图；

图6为本发明超声波探测器的第二实施例的纵向剖面结构示意图；

图7为本发明超声波探测器的第二实施例的清洁管及干燥管的结构示意图；

图8为本发明超声波探测器的第二实施例的第一、第二供给管路控制结构示意图；

图9为应用本发明超声波探测器探测液面位置的方法的实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在使用超声波探测器对被探测物探测过程中，所述超声波探测器的传感器表面常常会受到污染，污染物粘附于所述传感器表面，导致探测的灵敏度及可信度降低，甚至出现误报或错报的情况。本发明提供一种超声波探测器，所述探测器除包括有发射和接收超声波信号的传感器和对信号进行处理电子部件外，还包括一清洗管，所述清洗管至少有一开口指向所述传感器的表面，通过所述清洗管可向所述传感器表面喷洒清洗液，以对所述传感器表面的污染物进行清洗。

图3为本发明超声波探测器的第一实施例的纵向剖面示意图。如图3所示，所述超声波探测器40包括电子部件30、传感器32以及连接所述电子部件30和传感器32的连接部件31，本实施例中所述传感器32为圆柱体，所述传感器32的一表面32a曝露在外面，通过该表面32a向外发射超声波信号以及接收被探测物反射的超声波信号，并将所述接收的超声波信号转换成电信号发送至所述电子部件30。所述传感器32的另一表面与所述连接部件31接触。所述电子部件30向所述传感器32发送控制信号，接收所述传感器32发送的电信号并进行处理。所述探测器40还包括一清洗管35，所述清洗管35沿所述传感器32的表面32a的外围放置。本实施例中所述清洗管35为圆环形，所述清洗管35内侧具有复数个指向所述传感器32表面32a的开口(如图4所示)。所述清洗管35与沿所述传感器32侧壁放置的第一供给管路33连接并连通，通过所述第一供给管路33可向所述清洗管35供给清洗液，所述清洗液通过所述清洁管35的复数个开口喷向所述传感器32的外表面32a，以实现对所述表面32a的清洗。在所述第一供给管路33上还设置有控制阀(如图5所示)，可通过所述控制阀控制第一供给管路33中清洗液的中断或供给。

图4本发明超声波探测器的第一实施例的清洁管35的结构示意图。如图4所示，圆环形的清洗管35放置于所述传感器32的表面32a的外围，在所述清洁管35的内侧具有复数个开口36，所述开口36指向所述表面32a。向所述清洁管35中通入清洗液，所述清洗液可通过开口36喷向所述传感器32的表面32a。

图5为本发明超声波探测器的第一实施例的第一供给管路33的控制结构示意图。如图5所示，所述第一供给管路33具有两个壁33a和33b，及开口33c，所述第一供给管路33通过开口33c与图4中所述清洁管35连通。在所述第一供给管路33上还设置有第一控制阀43，本实施例中第一控制阀43为气阀，所述第一控制阀43连接至气体管路41a，通过所述电子部件30中的控制单元45控制所述气体管路41a上的气体阀门41，实现气体管路41a中的气体的导通和截止，进而实现所述第一控制阀43的开启与关闭，达到控制所述第一供给管路33中的清洗液的供给和停止。本实施例中的超声波探测器40具有清洁管35和第一供给管路33组成的清洁系统，可实现对所述超声波探测器40的传感器32的表面32a的清洗，使得所述超声波探测器40具有较高的可信度、灵敏度和响应速率；同时，将清洗管35放置于所述传感器表面32a外围，第一供给管路33放置于所述传感器32的侧壁，没有影响所述传感器的表面对信号的探测，且该超声波探测器49结构紧凑，占用体积较小，使得安装携带方便；

图6为本发明超声波探测器的第二实施例的纵向剖面示意图。如图6所示，所述超声波探测器40包括电子部件30、传感器32以及连接所述电子部件30和传感器32的连接部件31，本实施例中所述传感器32为圆柱形，所述传感器32的一外表面32a曝露在外面，通过该表面32a向外发射超声波信号以及接收被探测物反射的超声波信号，并将所述接收的超声波信号转换成电信号发送至所述电子部件30。所述传感器32的另一表面与所述连接部件31接触。所述电子部件30向所述传感器32发送控制信号，接收所述传感器32发送的电信号并进行处理。所述探测器40还包括一清洗管35，所述清洗管35沿所述传感器32的表面32a的外围放置。本实施例中所述清洗管35为半圆环形或圆弧形中的一种，所述清洗管35内侧具有复数个指向所述传感器32表面32a的开口(如图7所示)。所述清洗管35与沿所述传感器32侧壁放置的第一供给管路33连接并连通，通过所述第一供给管路33可向所述清洗管35供给清洗液，所述清洗液通过所述复数个开口喷向所述传感器32的外表面32a，可实现对所述表面32a的清洗。在所述第一供给管路33上还设置有控制阀(如图8所示)，可通过所述控制阀实现对第一供给管路33中清洗液的中断或供给。所述超声波探测器40还包括一干燥管37，所述干燥管37为半圆环形或圆弧形，放置于所述清洗管35沿所述表面32a中心法线的对称位置。所述干燥管37内侧具有复数个指向所述传感器32表面32a的开口(如图7所示)。所述干燥管37与沿所述传感器32侧壁放置的第二供给管路34连接并连通，通过所述第二供给管路34可向所述干燥管37供给干燥气体，所述干燥气体通过所述复数个开口喷向所述传感器32的外表面32a，可实现对所述表面32a的干燥。在所述第二供给管路34上还设置有控制阀(如图8所示)。

图7本发明超声波探测器的第二实施例的清洁管和干燥管的结构示意图。如图7所示，圆弧形的清洗管35放置于所述传感器32的表面32a的外围，在所述清洁管35的内侧具有复数个开口35a，所述开口35a指向所述表面32a。向所述清洁管35中通入清洗液，所述清洗液可通过开口36喷向所述传感器32的表面32a。圆弧形的干燥管37放置于所述清洗管35沿所述表面32a中心法线的对称位置，在所述干燥管37内侧具有复数个开口37a，所述开口37a指向所述表面32a，向所述干燥管37中通入干燥气体，所述干燥气体可通过开口37a喷向所述所述传感器32的表面32a。

图8为本发明超声波探测器的第二实施例的第一和第二供给管路的控制结构示意图。如图8所示，所述第一供给管路33和所述第二供给管路34平行放置在所述传感器32的侧壁，所述第一供给管路33通过其下端的开口33c与图7中所述清洗管35连通，所述第二供给管路34通过其下端的开口34c与图7中所述干燥管37连通。在所述第一供给管路33上设置有第一控制阀43，在所述第二供给管路34上设置有第二控制阀42。所述第一控制阀43为气阀，通过气体管路39连接所述第二控制管路34和所述第一控制阀43，在所述气体管路39上设置有第三控制阀41，所述第三控制阀41和第二控制阀42连接至控制单元45。所述控制单元45向所述第三控制阀41发送控制信号，使得所述气体管路39中气体可控制第一控制阀43的开启或关闭。所述控制单元45向所述第二控制阀42发送控制信号可控制所述第二供给管路的开启或关闭。本实施例中的超声波探测器40具有清洁管35和第一供给管路33组成的清洁系统，以及干燥管37和第二供给管路34组成的干燥系统，既可实现对所述超声波探测器40的传感器32的表面32a的清洗，也可以对清洗过的表面32a进行干燥，使得所述超声波探测器40具有较高的可信度、灵敏度和响应速率；同时，将清洗管35和干燥管37放置于所述传感器表面32a外围，第一供给管路33和第二供给管路34放置于所述传感器32的侧壁，不会影响所述传感器的表面对信号的探测，且该超声波探测器40结构紧凑，占用体积较小，便于安装携带；

相应的，本发明还提供一种应用所述的超声波探测器对液面进行探测的方法。将所述超声波探测器放置于液面上方，所述超声波探测器的传感器表面面向所述液面。图9为本发明超声波探测器探测液面位置的方法的实施例的流程示意图。

如图9所示，向液面发送超声波信号，并接收所述液面的反射信号(S100)。所述超声波探测器通过其传感器向所述液面发送超声波信号，所述超声波信号被所述液面反射后被所述超声波探测器的传感器接收。

所述超声波探测器根据所述发送信号和反射信号的时间差计算所述液面和所述超声波探测器的距离，从而计算出所述液面和所述超声波探测器的相对位置(S200)。

所述超声波探测器按一定的频率向所述液面发送超声波信号以实时测量所述液面的位置。对于第一次以后的每一次测量，所述超声波探测器都计算该次的测量结果与前一次的测量结果之差。例如本次测量为第n+1次测量，所述超声波探测器测得第n+1次测量的位置后，计算所述第n+1次与所述第n次测得的位置之差(S300)。

根据计算的位置之差，判断所述位置之差是否大于设定的阈值(S400)，例如，所述设定的阈值可以是理想的液面位置的百分之五或百分之十。若所述位置之差不大于所述设定的阈值，返回到S100，继续向所述液面发送超声波信号，测量所述液面的位置。

若所述位置之差大于所述设定的阈值，所述控制单元发出控制信号开启所述超声波探测器的清洗管，向所述超声波探测器的传感器的表面喷洒清洗液，对所述传感器的表面进行清洗，然后干燥所述传感器的表面(S500)。其中，所述清洗液为自来水或去离子水中的一种，本实施例中为自来水。所述清洗液的流量为0.1至11pm，清洗的时间为5至60s。所述干燥的方法为自然凉干或用干燥气体吹干，本实施例中采用干燥气体吹干。所述干燥气体为压缩干空气或氮气中的一种，本实施例中为压缩干空气。所述干燥气体的流量为0.1至1sccm，干燥时间为1至60s。

完成对所述传感器的表面的清洗后，再次向所述液面表面发送超声波信号，并计算所述液面的位置(S600)。

计算该次测得的位置与第n次测得的位置之差，并判断所述位置之差是否大于所述阈值(S700)。若所述位置之差不大于所述阈值，返回S100，继续向所述液面表面发送超声波信号并计算所述液面的位置。

若所述位置之差大于所述阈值，发出液面位置高出设定范围的报警信号(S800)。本实施例中，采用本发明具有清洗管的超声波探测器对液面进行探测，若连续两次的探测结果大于一个设定的阈值，则判断所述超声波探测器的传感器表面具有污染物，开启所述清洗管对所述传感器表面进行清洗，清洗后，采用压缩干空气进行干燥，并再次对所述液面进行位置测量，计算该次测量的位置与前次测得的认为是正常的液面位置之差，判断所述位置之差是否大于所述阈值，若大于，则认为所述液面的位置已经达到或高出可接受的范围，需要采取进一步的措施或处理。采用本发明的超声波探测器对液面进行探测，可以自动监测到所述超声波探测器的传感器表面是否被污染，并及时开启清洗管对所述传感器表面进行清洗。消除或减少了由于所述传感器表面被污染而误报液面位置的缺陷，提高了探测的可信度，节省清洗时间。所述清洗管喷出的清洗液喷洒到所述传感器表面后洒落到液面，可消除或稀释所述液面表面的泡沫，减少或消除由于液面表面的泡沫对探测的影响，有助于探测到真实的液面的位置。另外，对所述传感器表面进行清洗后，再次测量所述液面的位置信息并计算与前值之差，比较所述之差与所述阈值的大小，以确保在液面实际位置超出设定范围时能够发出报警信息，增加了探测的可靠性。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (17)

1.一种超声波探测器，包括电子部件和传感器，其特征在于还包括一清洗管，所述清洗管至少具有一个开口指向所述传感器表面。

2.如权利要求1所述的超声波探测器，其特征在于：所述清洗管沿所述传感器表面外围放置，在所述清洗管面向所述传感器表面方向的侧壁有复数个开口。

3.如权利要求2所述的超声波探测器，其特征在于：所述清洗管为圆环形。

4.如权利要求2所述的超声波探测器，其特征在于：所述清洗管为半圆环形或圆弧形中的一种。

5.如权利要求3或4所述的超声波探测器，其特征在于：所述清洗管与沿所述传感器侧壁放置的第一供给管路连接。

6.如权利要求5所述的超声波探测器，其特征在于：在所述第一供给管路上设置有第一控制阀，所述电子部件向所述第一控制阀发送控制信号控制所述第一供给管路向所述清洗管供给清洗液。

7.如权利要求4所述的超声波探测器，其特征在于：所述超声波探测器还包括一干燥管，在所述干燥管上至少具有一开口指向所述传感器表面。

8.如权利要求7所述的超声波探测器，其特征在于：所述干燥管为半圆环形或弧形中的一种，在所述干燥管的内侧设置有复数个开口，所述干燥管放置于所述清洗管沿所述传感器表面法线对称的位置。

9.如权利要求8所述的超声波探测器，其特征在于：所述干燥管与沿所述传感器侧壁放置的第二供给管路连接。

10.如权利要求9所述的超声波探测器，其特征在于：在所述第二供给管路上设置有第二控制阀，所述电子部件向所述第二控制阀发送控制信号控制所述第二供给管路向所述干燥管供给干燥气体。

11.一种应用权利要求1所述的超声波探测器探测液面的方法，包括：

向液面发送超声波信号，并接收所述液面的反射信号；

根据所述发送信号和所述反射信号的时间差计算所述液面的位置；

判断第n+1次与第n次测得的位置之差是否大于设定的阈值，若所述位置之差不大于所述阈值，继续向所述液面发送超声波信号并计算所述液面位置；

若所述位置之差大于设定的阈值，向所述超声波探测器的传感器表面喷洒清洗液，并干燥所述传感器表面，再次向所述液面表面发送超声波信号，计算所述液面的位置，并判断该次测得的位置与第n次测得的位置之差是否大于所述阈值，若所述位置之差不大于所述阈值，继续向所述液面发送超声波信号并计算所述液面的位置；

若所述位置之差大于所述阈值，发出液面位置高出设定范围的报警信号；

其中，所述n为自然数。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述清洗液为去离子水或自来水中的一种。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于：所述清洗液的流量为0.1至11pm。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述喷洒清洗液的时间为5至60s。

15.如权利要求11所述的方法，其特征在于：所述干燥的方法为自然凉干或用干燥气体吹干。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：所述干燥气体为压缩干空气或氮气中的一种。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于：所述干燥气体的流量为0.1至1sccm，干燥时间为1至60s。

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