CN103278216A - 液位传感器系统 - Google Patents

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詹姆斯·G·迪克
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MultiDimension Technology Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种液位传感器系统，其用于对容器内的液面进行远程监测，包括第一固定部、第一级响应元件、第二固定部、第二级响应元件。第一固定部的下方设置有插入容器内的导管，导管上开设有导流孔以使得导管内的液面与容器内的液面相持平，第一级响应元件包括可随着导管内液面的变化而上下浮动的浮子、在浮子上下浮动的过程中绕一相对固定的旋转轴转动的转动杆和永磁体；第二固定部固定设置在第一固定部上且位于第一固定部的上方；第二级响应元件包括 PCB 、磁电阻角度传感器芯片、与磁电阻角度传感器芯片相电连的控制电路，磁电阻角度传感器芯片根据永磁体的旋转角度对控制电路输出模拟电压信号，控制电路根据模拟电压信号计算出液面高度。

Description

液位传感器系统
技术领域
本发明在以下几个科技领域具有创新：“液位传感器”，“磁性角度传感器”，以及“磁性旋转传感器”，尤其涉及一种能测量容器中液位的液位传感器系统。
背景技术
本发明是在现有技术的基础上产生的。布莱克本的美国专利5410913，描述了一个“远程指示液位传感器”，图1便为此专利的一副示意图。布莱克本解决的问题是无需把电子元件放在容器里就可以电子读出容器里的液位。这是通过将一块永磁体放在容器里的装置上来实现的，并且在容器外有电子磁性探测。
具体而言，内部的永磁体设置在弯曲臂上，随着转动杆绕着中心轴扭转，永磁体跟随弯曲臂一起旋转。此时永磁体旋转的直径更大，能达到几厘米。由9个磁传感器所组成的外部圆形阵列对永磁体的运动进行探测。在圆形阵列上以常规的角间距来排放传感器，这样在任何时候只有1个或者2个传感器能探测到永磁体的出现。所描述的磁传感器为磁性舌簧开关。当一薄磁簧片上的磁场力足够大，能使该磁簧片弯曲与第二个电动触点接触的时候，这些电动开关就能产生断开或者闭合的动作。该磁场力是由磁簧片与外加磁场的相互作用下产生的。当外加磁场达到一个特定阈值的时候，磁簧片就会弯曲，使电动开关闭合。当外加磁场比阈值小的时候，磁簧片就不能足够弯曲使电动开关闭合。
在现有技术中已存在一些固态磁开关，这些开关无需任何物理动作，就能电动断开和闭合，也有一些磁开关能探测转动杆的旋转角度。
在现有技术中，也有一些磁传感器能记录转动杆绕其轴旋转的转数。
具体的说，附图中的图1至图3来自于美国专利5410913。图1为一种电子远程控制液位传感器的剖面图。这个传感器系统通过一个孔放置在容器的顶端，在容器腔外有电气连接。这种设计需要容器脱离外界空气，处于一个与外界不同温度和气压的环境当中，这些要求是由其具体应用所决定的。这里显示了该系统的两个主要部分，装置A和装置B，装置A为一机械插座，装置B为一电子传感器模块。这两个装置正常情况下是机械连接在一起的，在这里将它们分开显示，是为了便于观察和解释。
在装置A中的容器壁13和传感器垫板10处有一分界面，在容器壁13上打一个传感器孔12来调整液位传感装置。导管14为液位传感装置上的垂直延长部分提供了一个结构支撑，在导管14上有两个导流孔27、28，通过这两个导流孔，液体就能流进管腔38，这样导管14里面的液位就与容器里的液位39相同。
随着液位39的变化，浮子15沿着Z轴16上下滑动。我们将X轴8和Z轴16的交点设置为我们坐标系的原点，Y轴9垂直指向页面，在图1中没有显示出来。原点在导管底板26的顶端表面上。当液位39在Z＝0以下，浮子15滑动至Z＝0，但由于导管底板26的缘故，不能继续向下滑动。当液位39高于浮子15的高度，对于浮子15位于液位39上方和下方部分的精确计算取决于它们各自比重的比率。因此，只要浮子15的比重比液体的小，它将会竖直漂浮在液面上，这样液位39就在它的顶端和底端之间，如图1中所示。
在可扭转的刚性薄条19的上端粘附了一个永磁体22，该刚性薄条19以直角弯曲，这样当伸出径向以外的弯曲臂21绕旋转轴(Z轴)16旋转时，永磁体22就会进入在固定顶板29中切割的凹槽30里。在传感器垫板10中切割的带孔24，刚性薄条19就能从此孔穿过。上端的凸起环25和下端的导管底板26为刚性薄条19的重量提供了机械支撑。当浮子15沿旋转轴16上下滑动时，刚性薄条19的下端就会绕旋转轴16旋转，但由于存在机械限制，它不能沿轴向上下移动。
浮子15的竖直位置和角位移之间精确的力学关系可由导管14、刚性薄条19和浮子15之间的物理边界来保持。通过使用在浮子15上的滑片20，在浮子15和刚性薄条19之间就形成了一个可滑动的类似于钥匙槽形的槽口。通过使用在导管14上的导轨17以及浮子15上的凹槽18，在浮子15和导管14之间就产生了一个可滑动的凹槽导轨界面，刚性薄条19产生扭转，这样作为离底部的距离Z的函数，其面上的法线方向就能平稳地变化。扭曲的刚性薄条上端部分19’离底部的距离为Zfull，为了满足特定应用的需求，设计者可选择一个合理的旋转角度θfull。在本图中，相对于刚性薄条19的底端部分，刚性薄条上端部分19’扭转了360°。放有永磁体22的弯曲臂21指向垂直于刚性薄条上端部分19’的法线方向的角度，可以得到永磁体22的旋转角度(严格地来说，永磁体22和刚性薄条上端部分19’一起旋转)和液位39(以及浮子15的Z轴位置)之间的一般线性关系。
将θLevel作为描述旋转角度102的变量，Zlevel作为描述液位39的竖直位置的变量；描述旋转角度102处于满槽和空槽状态的变量θFull和θEmpty为常数；描述液位39处于满槽和空槽状态的变量θFull和θEmpty为常数。因此，θLevel和Zlevel之间的线性关系可以写为：
OLevel＝OEmpty+(OFull-OEmpty)*(ZLevel-ZEmpty)/(ZFull-ZEmpty)    (1)
对Zlevel求解：
ZLevel＝ZEmpty+(ZFull-ZEmpty)*(θLevel-θEmpty)/(θFull-θEmpty)   (2)
装置B包含了9个磁簧开关41-49和9个电阻61-69，它们安装在PCB35上。开关41-49排放在一个圆形阵列里，该阵列与旋转轴16同轴，并且其半径能满足：仅当永磁铁22在或者接近一个给定开关的旋转角度时，其产生的磁场足够大去触发开关。
电连接软线33，34传送电信号给PCB35以及传送PCB35所发出的电信号。传感器模块顶盖36以及传感器模块底盖37为PCB35提供防护和机械支撑。装置A里的手指形扣合柄31给装置B里的槽口32提供了永久的或者暂时的机械接触。
图2为传感器垫板10和固定顶板29的俯视图。手指形扣合柄31相对于旋转轴16以常规的角间距排放，它们都通过孔栓在传感器垫板10上。这些结构特征一起固定了开关41-49的位置，但不影响永磁体22绕旋转轴16的旋转。
图3为PCB35及其部件的俯视图。开关41-49常开，也就是说在“低磁场”条件下，它们不导电，但是在高强度磁场中，它们闭合，此时它们的电阻为0。当永磁体22靠近一个特定的开关时，此开关闭合。
进行简单的电阻测量时，接线端50-51便是测量电路的外部电接点。电阻61-69在接线端50和51之间串联。每一个磁簧开关41-49的一端与接线端51电连接，另一端与电阻61-69中的每两个电阻之间的接触点连接。如果开关41-49全部断开，则接线端50和51之间所测电阻为电阻61-69阻值的总和。如果只有开关49闭合，那么所测电阻为电阻61-68阻值之和。如果只有开关48闭合，那么所测电阻为电阻61-67阻值之和。这种计算逻辑适用于所有开关位置点，这样永磁体22从0度旋转到360度时，随着开关41-49的逐一闭合，接线端50-51之间的所测电阻以不连续的方式增大。
一般地，它是一种带有磁性浮子和转动杆的用于容器液位测量的电子远程控制液位传感器系统。本发明使用了相同或者类似的刚性带旋转机制，但是是一种改进的磁性传感系统。接下来的两幅图将会解释磁性探测几何体，图中所示的是磁性角度传感器和永磁体的位置和方向，永磁体的旋转角度由角度传感器所探测。
图4为磁场角度传感器芯片与永磁体的位置关系的立体示意图和剖面图。永磁体105绕着旋转轴16沿旋转方向101旋转，其旋转大小由旋转角度102给出。一个电磁阻传感器芯片位于或者靠近旋转轴16。它的内部传感元件沿着X轴8和Y轴9设计有敏感轴。磁场角度传感器芯片103要相对于探测坐标轴固定，并且当永磁体105旋转时，不能移动。磁场角度传感器芯片103以一种标准的方式安装在PCB104上。在磁场角度传感器芯片103和永磁体105的上表面之间设计有一间隙S106。
在磁场角度传感器芯片103里的每一个传感元件有2根输出引线，总共4根输出引线。X轴传感器里每对输出引线之间的电压，如图5中的曲线110所示；Y轴传感器里每对输出引线之间的电压，如图5中的曲线111所示。这些曲线代表随着旋转角度102的改变，电压的变化情况。
上面所描述的为在现有技术中通用的磁阻旋转传感器。例如，申请号为201110130222.1和201110130202.4的两个专利描述了一种在磁场角度传感器中有潜在应用的磁阻传感器元件的设计。这些专利文件在这里作为本申请的参考。
但是，上述的现有技术存在一定的缺陷，诸如磁性探测系统要比所探测的永磁体以及液位计管的直径大很多，它们需要很多磁传感器，而这些基于机械运动的磁传感器容易发生机械故障。
发明内容
本发明提供了一种不仅能减小尺寸、降低成本，也能改善性能的液位传感器系统。
本发明通过以下技术方案实现上述目标：
本发明提供了一种液位传感器系统，其用于对容器内的液面进行远程监测，所述的传感器系统包括：
固定设置在容器开口处的第一固定部，所述第一固定部的下方设置有插入容器内的导管，所述导管上开设有多个导流孔以使得所述导管内的液体液面与容器内的液面相持平；以及
第一级响应元件，其包括：
漂浮在所述导管内液体上的浮子，其可随着导管内液体的变化而上下浮动；
转动杆，所述转动杆与所述浮子相机械耦合，在所述浮子上下浮动的过程中，所述转动杆绕与所述容器相对固定的旋转轴转动；
永磁体，其设置于所述转动杆的上端部，随所述转动杆一起转动；
第二固定部，其固定设置在第一固定部上且位于第一固定部的上方；
第二级响应元件，其包括固定设置于第二固定部上的PCB、沉积于PCB上且朝向永磁体的磁电阻角度传感器芯片、与所述磁电阻角度传感器芯片相电连的控制电路；
所述磁电阻角度传感器芯片根据所述永磁体的旋转角度对所述控制电路输出模拟电压信号，所述控制电路根据模拟电压信号计算出当前容器内的液面高度。
优选地，在导管内的液面自空至满的过程中，所述转动杆旋转了360度的n倍，其中n为大于或等于1的整数，所述液面的高度与所述转动杆的旋转角度呈线性比例关系。
优选地，所述磁电阻角度传感器芯片是由TMR传感元件构成。
优选地，所述磁电阻角度传感器芯片包含了两个独立的传感器，其中一个是X轴传感器，另一个是Y轴传感器，所述X轴传感器的敏感轴为X轴，所述Y轴传感器的敏感轴为Y轴，其中X轴与Y轴位于同一平面内，X轴与Y轴之间的夹角为90°。
进一步地，在所述转动杆旋转过程中，所述磁电阻角度传感器芯片上面的所述永磁体所产生的杂散场在感应平面内的分量具有360度对称性。
再进一步地，所述感应平面与XY平面平行，并与所述永磁体的上表面之间相隔有一定距离。
优选地，所述磁电阻角度传感器芯片输出的模拟电压信号是所述永磁体的旋转角度的单值函数。
优选地，所述模拟电压信号被转化为标准数字信号格式，所述标准数字信号格式为脉冲宽度调制。
进一步地，所述脉冲宽度调制的输出值与所述永磁体的旋转角度成正比例线性关系。
优选地，所述第一固定部与所述第二固定部之间可拆卸连接。
优选地，所述第一固定部与所述容器之间设置有调节永磁体高度的调节结构。
优选地，所述第一固定部上开设有一中心孔，转动杆的上端自该中心孔中向上穿出，且转动杆悬设于第一固定部上，所述第一固定部上还设置有一用于将容器与外界相隔离的密封壳体，所述第二固定部与所述密封壳体相对固定。
优选地，所述控制电路包括磁角度传感器电路、电源电路和信号处理电路。
优选地，所述传感器系统包含有一无线传感器模块，所述无线传感器模块通过无线通信线路来实现无线通信，所述无线传感器模块从电池中获得电能。
与现有技术相比，本发明用一个简单的直杆状磁臂取代了复杂的弯曲杆状磁臂，这种更加紧凑的磁铁排布能使磁场有规律的变化，在单个位置上用一个磁角度传感器就能探测磁场的角度变化情况，这个位置在或者靠近转动杆的旋转轴处。本发明用一个单一的固态磁阻开关取代了有9个磁簧开关的这种大的圆形阵列。本发明提供的液位传感器具有尺寸更小、控制电路更简单、可靠性更高、探测液位的分辨率更高，采用了改进的电气通信方法等优点。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为现有技术美国专利5410913中的电子远程控制液位传感器系统的剖面图。
图2为图1中A部分的俯视图。
图3为图1中B部分的俯视图。
图4为磁场角度传感器与永磁体的位置关系的立体示意图和剖面图。
图5为传感器的模拟电压信号与X轴传感器、Y轴传感器的旋转角度的关系曲线图。
图6为本发明第一实施例的液位传感器系统的剖面图。
图7为图6中装置1的俯视图。
图8为图6中装置2的俯视图。
图9为磁角度旋转传感器的电路框图。
图10为脉冲宽度调制输出脉冲宽度调制输出信号的波形图。
图11为PWM波形的占空比与旋转角度比的关系曲线图。
图12为本发明第二实施例的液位传感器系统的剖面图。
具体实施方式
实施例1：
图6为一种电子远程控制液位传感器系统的剖面图。如图6所示，一种液位传感器系统，该传感器系统包括第一固定部1、第一级响应元件、第二固定部2以及第二级响应元件。这个传感器系统通过一个孔放置在容器的顶端，并且在容器腔的外面有电气连接点。这种设计需要容器脱离外界空气，处于一个与外界不同温度和气压的环境当中，这是由其特殊应用所决定的。图中显示了该系统的两个主要部分，图下半部分为第一固定部1和第一级响应元件，上半部分为第二固定部2和部分第二级响应元件。这两个部分在正常情况下是机械连接在一起的，在这里将它们分开显示，是为了便于观察和解释。
第一固定部1固定设置在容器的开口处。具体的，在本实施例中，第一固定部1包括手指形弹簧锁131、顶端法兰132。顶端法兰132与容器壁140之间设置有调节螺栓128。通过对调节螺栓128进行调节，就能够对顶端法兰132的位置进行上下调节，以调节永磁体与磁电阻角度传感器芯片之间的距离。当然，在本发明中第一固定部1与容器之间的连接方式选用粘接和焊接作为固定的方法也在本申请的保护范围之内。
第一固定部1的下部设置有导管14，导管14为液位传感装置上的竖直延长部分提供了一个结构支撑。在本实施例中导管14上开设有导流孔27，通过导流孔27，液体就能流进管腔38，这样导管14里面的液位就与容器里的液位39相同，也可以在导管14上开设有与图1中相同的导流孔28，此种情况未在图6中显示。
第一级响应元件包括浮子15、转动杆19、永磁体139。本发明中的转动杆19也即上文中提到的可扭转的刚性薄条19，浮子15可随着导管14内液面高度变化而上下浮动。转动杆19与浮子15之间通过滑片20来进行机械耦合连接，在浮子15上下浮动的过程中，转动杆19的运动方式仅为绕一相对容器固定的旋转轴16转动，设置在转动杆19上端部的永磁体139也跟随转动杆19一起转动。当液位39从空槽到满槽的变化过程中，转动杆19旋转的角度为360度的n倍，n为等于1或者大于1的整数。液位39所在位置即液面的高度与转动杆19的旋转角度成正比例关系。例如，容器空槽时，即液位39为0％，转动杆19的旋转角度为0度，液位为50％的时候，转动杆19的旋转角度为180度，容器满槽时，即液位39为100％，转动杆19的旋转角度为360度。
具体而言，在本实施例中，转动杆19的顶端固定有一个圆盘137。圆盘137的重量和其施加的其他作用力、转动杆19的顶端部分和其他所有附加的材料由支撑环134支撑，支撑环134为支撑条133上的尖角突出部分。永磁体139粘接在圆盘137的顶端面上。凹槽135和卡环136机械限制了转动杆19的上端部分向上移动。当浮子15沿轴向上下滑动时，转动杆19绕旋转轴16旋转，从而带动永磁体139的旋转。但是由于存在已描述的机械限制，所以转动杆19不能沿轴向移动。转动杆19上端部分的法向方向和液位39的竖直位置之间的关系和图1中的相同，并且浮子15、导轨17和凹槽135的机械设计也与图1中相同。图1中现有技术的实施例提到的方程1所描述的θLevel和ZLevel之间的线性关系也同样适用于本实施例。
第二固定部2位于第一固定部1的上方，且第二固定部2与第一固定部1相对固定连接。在本实施例中，第一固定部1形成有相对法兰132向上延伸的手指形弹簧锁131，在第二固定部2上设置有与手指形弹簧锁131相对应的槽口126。采用此种设计可实现将第二固定部2从第一固定部1上移除。第二固定部2与第一固定部1之间是固定永久粘接还是临时粘接，这取决于实际需求。
在本实施例中，第二固定部2包括顶板121以及底板122。在顶板121里面设置有一槽口126，通过槽口126，顶板121被手指形弹簧锁131锁存。通过在顶板121、PCB104以及底板122上设置对准孔138来将它们固定在一起。顶板121的对准孔是螺纹状的，图中没有显示出螺钉。如果它们是永久安装的话，那么螺纹孔就应该是在装置的顶端法兰132上，并且顶板121和底板122上的对准孔应该是贯通孔。第二固定部2也可通过使用一可移除的固位夹来固定PCB104，图中没有画出这种永久安装方法以及固位夹。
在底板122上形成有多个向上延伸的凸起，包括用于对磁电阻角度传感器芯片103形成支撑的传感器支撑123、用于对PCB104形成支撑的电路板底部支撑124。在顶板121上形成有多个向下延伸的凸起，包括用于对PCB104形成支撑的电路板顶部支撑125。这三个支撑的目的是为了阻止PCB104的旋转以及磁电阻角度传感器芯片103相对于永磁体139的任何振动或者移动，这样就能避免在磁电阻角度传感器芯片103里产生错误的磁信号。
将这些部件连接在一起其他连接方法也在本发明的保护范围之内。这些方法包括：灌胶、外对口器、铆钉、注入熔融塑料以及其他所有公众已知的标准的电封装技术。这些固定方法的功能有：1)保持磁电阻角度传感器芯片103在旋转轴16上适当的位置，以及在设计的间隙S106处；2)能够连接电源；3)能够数据通信连接；4)保护磁旋转传感器的环境。这些部件的材料、灌封材料、紧固件的选择需要满足两个条件：磁兼容性以及可选的视觉清晰度(如果有需要，可以目测圆盘137的顶端以及/或永磁体139上的特征、线或者标记的旋转，将其作为一种辅助测量方法和校准技术)。
顶板121可以是软磁钢之类的铁磁材料，以便于在磁电阻角度传感器芯片103和第二固定部2外面的场源之间提供“磁屏蔽”。
优选地，还可以在顶板121的顶部附加一个磁屏蔽块(图中未显示)，这种做法不会改变其下方的磁电阻角度传感器芯片103的物理性能，但是能够更好的在磁电阻角度传感器芯片103和第二固定部2外面的场源之间提供“磁屏蔽”。第二固定部2、顶端法兰132上的所有其他部件应该是非磁性的金属、塑料、木材、玻璃、陶瓷、聚合物等。
如果需要通过视觉进行查看，那么永磁体139上面的所有层都必须选择透明材料，并且在PCB104的相应位置处开设有一个穿孔以形成视觉通路(图中未显示)。
第二级响应元件包括固定设置于第二固定部上的印刷电路板PCB104、沉积于印刷PCB104上且朝向永磁体139的磁电阻角度传感器芯片103。优选地，磁电阻角度传感器芯片103由TMR传感元件构成，其根据永磁体139的旋转角度对控制电路输出模拟电压信号，控制电路根据模拟电压信号计算出当前容器内的液面高度。
图7为除去第二固定部2以及第二级响应元件的俯视图。它显示了转动杆19上端部分的旋转角度102所在位置以及永磁体139，永磁体139关于旋转轴16有一个角度旋转方向101。磁电阻角度传感器芯片103不旋转。通过顶端法兰的安装孔142，用螺栓128来将顶端法兰132固定到容器壁140上。
图8为第二固定部2以及第二级响应元件中一些部件的俯视图。图中显示出了底板122的圆形轮廓，顶板121在图中没有显示，只显示了与手指形弹簧锁131对齐的槽口126。矩形轮廓为印刷电路板PCB104的正面，其关键特征包括对准孔138和磁电阻角度传感器芯片103。左端为PCB104的电连接端，它们包括电源接线端151，信号接线端152以及接地端153，可以在这些接线端焊接柔韧导线，一个标准的卡边连接器能在这端滑动，或者一个弹簧夹连接器能夹在PCB104的这端。凸起的电路板底部支撑124为PCB104提供了机械支撑，磁电阻角度传感器芯片103由凸起的传感器支撑123支撑。
实施例2
在第一实施例中，如图6所示，第一固定部1的顶端法兰132上并没有开孔，除非用于螺栓连接容器壁140。而在本实施例中，法兰220上开设有一中心孔，转动杆19上面的狭窄部分自该中心孔中穿出，且转动杆19悬设于法兰220上，如图12所示。在法兰220上设置有一用于将容器与外界隔离的密封壳体221，第二固定部4与密封壳体221相固定连接。具体的说，密封壳体221上设置有一手指形扣合柄222，第二固定部4上设置有与手指形扣合柄222相对应的槽口。支撑环134移到法兰220的顶端，其支撑圆盘137的重量和其他作用力。凹槽135和卡环136和图6中相同。图中未显示部分也与图6中相同。
实施例3
液位传感器信号能用于更高层次的系统，必须具备与更高层次系统沟通的方法。它还可能降低磁角度传感器的原模拟信号，提供可用于数字电子技术的信号。传感器系统和更高层次的系统之间的交流可通过一组电线，一个数据总线(I2C，RS232，IEEE488，以太网，USB等类似的)或者无线网(WIFI，蓝牙，物联网等)来实现，选择哪种方式由用户选择的通信协议来决定。此外，这种通讯也可通过LED显示器这样的可视信号来实现，这个信号能被跟容器在同一空间的人读出。毫无疑问，使用这些通讯方法的组合以及类似的其他方法的液位传感器也在本发明的保护范围之内。
图9为本发明中磁性远程控制液位传感器的高层次电路的电路框图。该控制电路主要有三个电路模块，每一个电路模块都有一个或者更多子电路。这三个主要电路模块为磁角度传感器电路161、电源电路162和信号处理电路163。这里必须说明将电路划分成子电路的这种特殊选择并不是唯一的，也不受本发明的保护限制，它只是为了更容易解释本发明以及本发明中的许多部件。
磁角度传感器电路161与磁电阻角度传感器芯片103相电连，该芯片包含了X轴磁阻传感器171和Y轴磁阻传感器172，X轴磁阻传感器171的敏感轴为X轴，Y轴磁阻传感器的敏感轴为Y轴，其中X轴与Y轴位于同一平面内，它们之间夹角为90度。这两传感器的感应平面与XY平面平行，此感应平面与永磁体139的上表面之间相隔有一定距离，如图4中的间隙S106所示。这两传感器的输出如图5中的曲线110和111所示。磁角度传感器电路161有两个子电路：一条为X轴磁阻传感器171提供和Y轴磁阻传感器172与VCC164或者VRef170相连接，另一条为X轴磁阻传感器171和Y轴磁阻传感器172与接地端166相连接。
电源电路162能从电池中吸收电能，并以一种有效、平稳的方式将电能分配给电路的其他部分。该电路有两个子电路：电源168和功率调节电路169。功率调节电路的输出为VRef164，VRef要比输入电压VCC低。如果使用一些过滤器，也能降低噪声。由于整个电路的不同部分需要不同的电源电压，所以有时候要有几个不同的功率调节子电路来为子电路供应合适的电压。
信号处理电路163有许多的功能。简而言之，就是通讯协议177定义了从传感器系统接收信息的方法，信号处理电路163必须从磁角度传感器电路161接收原电压信号，并将此信号转化为一种可接受的形式。第一个子电路是模拟前置放大电路173，这个电路根据设计值将信号值放大，并且用滤波器帮助去除没有用的信号。第二个子电路是模拟数字转换电路174，这个电路接收模拟前置放大电路173输出的放大的模拟信号(单位用伏特或者安培表示)，并将这些信号转化为数字信号(单位用比特表示)。第三个子电路是输出格式化电路175，含有数字电路和算法，主要是将模拟数字转换电路174产生的数字信号转化为可被通讯协议177接受的值和格式。下一个子电路是微控制器电路176，主要是通过输入/输出电路178(也叫作数字接口电路)与通讯协议177进行通讯，并存储和检索数据电路179和系统控制电路180里的数据，系统控制电路180是用于给系统里的其他子电路发送信号。微控制器电路176的输出信号为VOUTPUT165。
实施例4
一个从所测得的X轴传感器和Y轴传感器的模拟信号得到液位ZLevel的简单的电路方法如下。再利用方程(2)有：
ZLevel＝ZEmpty+(ZFull-ZEmpty)*(θLevel-θEmpty)/(θFull-θEmpty).   (2)
从图5中，我们能看到曲线110和110分别为对称性曲线sin(θLevel)和cos(θLevel)，也可以看出X轴传感器和Y轴传感器所输出的模拟电压信号是旋转角度θLevel的单值函数。因此，我们能监控磁电阻角度传感器芯片103的这两组模拟电压输出，通过检查或者自动查找表将那些输出值转化为一个适用于θLevel的值。
由于X轴传感器和Y轴传感器是根据永磁体139的旋转角度来输出相应的模拟电压信号，所以它们输出的信号反应了永磁体139所产生的磁场情况。从图5中的曲线110和111可以看出，永磁体所产生的杂散场在感应平面内的分量具有360度对称性，即在永磁体旋转的360度范围内，杂散场的总幅度值不变，方向不同。
实施例5
在本发明的一个实施例中，输出信号格式化为一个脉冲宽度调制格式，这种格式只使用了三个电连接端：电源VCC164，信号输出165以及接地GND166。这些接线端分别与PCB104上的连接焊盘151、152和153连接。
本实施例描述了一个有数字处理输出的液位检测系统。这里，将曲线110和111显示的两个线性模拟电压信号转化为一个单一的数字波形，这个波形为图10中的波形30。这个曲线代表着电压与时间信号之间的关系，时间为水平轴，波形30是一个有固定周期21TCycle的循环函数。波形30的电压值不是为VLow24，就是为VHigh25。波形30的每一个周期在电压VHigh25处的时间为THigh22，在电压VLow24处的时间为TLow23。在图10中，所显示的THigh和TLow分别为700微秒和300微秒，TCycle21为1000微秒。THigh22与TCycle21的数学比例称为“输出占空比”，以百分比(％)表示。在所显示的波形30里，输出占空比为(700/1000)＝70％。
如图11图所示，用一个自定义设计电路和程序将曲线110和111上的两个正余弦波形输入转化为曲线29，这个图是输出占空比(％)与旋转角度比(％)之间的关系图，由于θLevel和ZLevel之间的这种线性关系，曲线29所示的便等同于输出占空比(％)与液位比(％)之间的关系图，图10和图11所示的便为脉冲宽度调制(PWM)。在技术中，它是一种熟知的输出样式。许多数字算法可将输出占空比解码成任何需要的变量。因此，PWM是一种将任意振幅和形状的无规则模拟信号改变为有标准特性的规则的数字波形的方法。
包含有磁电阻角度传感器芯片103和相关电源以及控制电子装置的控制电路，该控制电路以技术中熟知的方法建立于PCB104上，PCB104的俯视图以及旋转轴16、转动杆19上端部分的叠加图，如图7和图8所示。外接电源和信号连接是在PCB104左端的连接焊盘151、152、153上，这三个焊盘分别是脉冲宽度调制(PWM)的电源端、输出端以及接地端的连接点。转动杆19的上端部分从0°位置旋转到324°位置，连接焊盘152和153之间的PWM电压输出如图11的曲线29所示。在本发明的这个实施例当中，旋转角度不能超过360度。
实施例6
如图12所示，传感器模块231没有显示出线连接，它从电池232中获得电能，并利用无线电通信线路233通过通讯协议177来进行通讯。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种液位传感器系统，其用于对容器内的液面进行远程监测，其特征在于，所述的传感器系统包括:
固定设置在容器开口处的第一固定部，所述第一固定部的下方设置有插入容器内的导管，所述导管上开设有多个导流孔以使得所述导管内的液体液面与容器内的液面相持平；
第一级响应元件，其包括
漂浮在所述导管内液体上的浮子，其可随着导管内液体的变化而上下浮动；
转动杆，所述转动杆与所述浮子相机械耦合，在所述浮子上下浮动的过程中，所述转动杆绕与所述容器相对固定的旋转轴转动；
永磁体，其设置于所述转动杆的上端部，随所述转动杆一起转动； 
第二固定部，其固定设置在第一固定部上且位于第一固定部的上方；
第二级响应元件，其包括固定设置于第二固定部上的PCB、沉积于PCB上且朝向永磁体的磁电阻角度传感器芯片、与所述磁电阻角度传感器芯片相电连的控制电路；
所述磁电阻角度传感器芯片根据所述永磁体的旋转角度对所述控制电路输出模拟电压信号，所述控制电路根据模拟电压信号计算出当前容器内的液面高度。
2.根据权利要求1所述的液位传感器系统，其特征在于：在导管内的液面自空至满的过程中，所述转动杆旋转了360度的n倍，其中n为大于或等于1的整数，所述液面的高度与所述转动杆的旋转角度呈线性比例关系。
3.根据权利要求1所述的液位传感器系统，其特征在于：所述磁电阻角度传感器芯片是由TMR传感元件构成。
4.根据权利要求1所述的液位传感器系统，其特征在于：所述磁电阻角度传感器芯片包含了两个独立的传感器，其中一个是X轴传感器，另一个是Y轴传感器，所述X轴传感器的敏感轴为X轴，所述Y轴传感器的敏感轴为Y轴，其中X轴与Y轴位于同一平面内，X轴与Y轴之间的夹角为90°。
5.根据权利要求4所述的液位传感器系统，其特征在于：在所述转动杆旋转过程中，所述磁电阻角度传感器芯片上面的所述永磁体所产生的杂散场在感应平面内的分量具有360度对称性。
6.根据权利要求5所述的液位传感器系统，其特征在于：所述感应平面与XY平面平行，并与所述永磁体的上表面之间相隔有一定距离。
7.根据权利要求1所述的液位传感器系统，其特征在于：所述磁电阻角度传感器芯片输出的模拟电压信号是所述永磁体的旋转角度的单值函数。
8.根据权利要求1所述的液位传感器系统，其特征在于：所述模拟电压信号被转化为标准数字信号格式，所述标准数字信号格式为脉冲宽度调制。
9.根据权利要求8所述的液位传感器系统，其特征在于：所述脉冲宽度调制的输出值与所述永磁体的旋转角度成正比例线性关系。
10.根据权利要求1所述的液位传感器系统，其特征在于：所述第一固定部与所述第二固定部之间可拆卸连接。
11.根据权利要求1所述的液位传感器系统，其特征在于：所述第一固定部与所述容器之间设置有调节永磁体高度的调节结构。
12.根据权利要求1所述的液位传感器系统，其特征在于：所述第一固定部上开设有一中心孔，转动杆的上端自该中心孔中向上穿出，且转动杆悬设于第一固定部上，所述第一固定部上还设置有一用于将容器与外界相隔离的密封壳体，所述第二固定部与所述密封壳体相对固定。
13.根据权利要求1所述的液位传感器系统，其特征在于：所述控制电路包括磁角度传感器电路、电源电路和信号处理电路。
14.根据权利要求1所述的液位传感器系统，其特征在于：所述传感器系统包含有一无线传感器模块，所述无线传感器模块通过无线通信线路来实现无线通信，所述无线传感器模块从电池中获得电能。
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