CN103868565A - 无线水位传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线水位传感器，包括电源、无线发射电路板和水位传感器，无线发射电路板和水位传感器通过通讯线连接。所述水位传感器包括一个基体，在基体的内部安装有一个压力敏感芯片，该压力敏感芯片固定并密封在一个壳体内；压力敏感芯片上方设有起固定作用的填充物，压力敏感芯片的压力敏感部的相对面设有纹波膜片，纹波膜片与压力敏感芯片之间用硅油填充进行隔离；引压接嘴连接在基体上，引压接嘴的开口对准压力敏感芯片；压力敏感芯片通过一穿入基体的引线引出电信号，并通过通讯线接至无线发射电路板。该无线水位传感器集成了水位测量、无线数据收发等功能，可以通过无线方式把水位信息进行远程传输，实现了实时在线监测水位功能。

Description

无线水位传感器

技术领域

本发明涉及一种传感器，尤其是一种监测水位的无线水位传感器。

背景技术

随着经济的发展，人们对河流、水库及容器等中这些液体关注日趋重视，液位的高度尤其水位在一定程度上影响着人们的生产生活。监测水位的方式、准确度、数据传输直接影响到观测人员能否及时了解水位的动态信息并作出相应的预防措施。目前测水位的方式有刻度标尺、水位传感器等方式，这些基本通过人工观测或电缆传输数据观测。由于在实际安装、测量过程中经常会出现布线麻烦、就近建站、测量数据不精确、误差大等现象，使得观测人员难以作出准确及时的判断，而且在一定程度上需观测人员亲临现场观察记录，这难以保障观测人员的人身安全。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无线水位传感器，它集成了水位测量、无线数据收发等功能，可以通过无线方式把水位信息传输到远端观测站或观测人员中，实现了实时在线监测水位功能。本发明采用的技术方案是：

一种无线水位传感器，包括电源、无线发射电路板和水位传感器，无线发射电路板和水位传感器通过通讯线连接。所述水位传感器包括一个基体，在基体的内部安装有一个压力敏感芯片，该压力敏感芯片固定并密封在一个壳体内；压力敏感芯片上方设有起固定作用的填充物，压力敏感芯片的压力敏感部的相对面设有纹波膜片，纹波膜片与压力敏感芯片之间用硅油填充进行隔离；引压接嘴连接在基体上，引压接嘴的开口对准压力敏感芯片；压力敏感芯片通过一穿入基体的引线引出电信号，并通过通讯线接至无线发射电路板。

进一步地，所述基体中还开有用于灌入硅油的通道。

进一步地，所述压力敏感芯片包括三层结构，顶层利用单晶硅蚀刻出四个阻值相等的应变电阻构成的惠斯通电桥作为压力感应部，中间用绝缘二氧化硅进行隔离，下层用硅作为衬底。

进一步地，所述无线发射电路板包括供电电路、采样电路、微处理器、射频收发电路及天线；射频收发电路、微处理器及供电电路连接电源；微处理器连接射频收发电路、采样电路和供电电路；射频收发电路连接天线。供电电路的输出端接水位传感器；采样电路电连接水位传感器；采样电路对水位传感器输出的电信号进行采样，然后将处理后的采样信号输入到微处理器，微处理器处理采样信号得到水位信息；射频收发电路用于将水位信息数据无线发送。

进一步地，电源与无线发射电路板共同密封在一个防水金属盒中，水位传感器通过航空接插件与防水金属盒内部的无线发射电路板进行电气连接，无线发射电路板的天线通过外置天线进行引出。

本发明的优点在于：

1）能够通过无线方式进行水位数据的远距离传输。

2）动态响应好、灵敏度高、精度高、集成度高。

3）无线水位传感器密封结构安全可靠，密封性能良好。

4）采用内部电池供电，无需外部额外电源。

5）可显著降低观测人员工作强度。

附图说明

图1为本发明的结构组成示意图。

图2为本发明的水位传感器结构示意图。

图3为本发明的无线发射电路板原理框图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1和图2所示，本方案在功能上主要可分为无线发射电路板1和水位传感器2两大部分。无线发射电路板1包括供电电路、采样电路、微处理器、射频收发电路及天线等。水位传感器2主要由引线3、基体4、硅油5、压力敏感芯片6、纹波膜片7及引压接嘴8等组成。

图2是水位传感器2的详细结构图。水位传感器2包括一个基体4，在基体4的内部安装有一个压力敏感芯片6，该压力敏感芯片6固定并密封在一个不锈钢壳体内；压力敏感芯片6上方设有起固定作用的填充物9，压力敏感芯片6的压力敏感部的相对面设有纹波膜片7，纹波膜片7与压力敏感芯片6之间用硅油5填充进行隔离；引压接嘴8连接在基体4下端，引压接嘴8的开口对准压力敏感芯片6；压力敏感芯片6通过一穿入基体4的引线3引出电信号，并通过通讯线10接至无线发射电路板1。硅油5是通过基体4中开的通道51灌入基体的。

水位传感器2中的核心部分是压力敏感芯片6，它采用耐高温SOI（绝缘硅）结构材料制成，顶层利用单晶硅蚀刻出四个阻值相等的应变电阻构成的惠斯通电桥作为压力感应部，中间用绝缘二氧化硅进行隔离，下层用硅作为衬底，给其余两层提供机械支撑。图2中压力敏感芯片6是压力敏感部向下安装的。当水位传感器2放入水里之后，引压接嘴8开口处引入水后纹波膜片7承受到被测介质的应力时，纹波膜片7发生变形，产生应力应变，然后通过硅油5传递压力使压力敏感芯片6感受到压力，使得在顶层的晶格中硅晶的电子活动层被拉紧，使得内部电荷开始流动，惠斯通电桥失去平衡从而产生电信号。

如图3所示，无线发射电路板1包括供电电路、采样电路、微处理器、射频收发电路及天线；射频收发电路、微处理器及供电电路连接电源；微处理器连接射频收发电路、采样电路和供电电路；射频收发电路连接天线；供电电路的输出端接水位传感器2，它为水位传感器2提供稳定的工作电压，确保水位传感器2正常工作。

采样电路信号输入端用通讯线10接到水位传感器2输出引线3上，采样电路对水位传感器2输出的电信号进行采样，通过一定的放大和补偿，然后将处理后的采样信号输入到微处理器，微处理器处理采样信号得到水位信息；射频收发电路用于将水位信息数据无线发送。

无线发射电路板1可采用常规的连续工作模式。也可以采用间歇工作模式，当微处理器被唤醒后,微处理器控制供电电路输出电压使得水位传感器2工作，当系统稳定之后，微处理器获得水位信息后将数据传输给射频收发电路将其发送去出去，在完成数据的发送之后微处理器关闭供电电路，自身也进入休眠状态，以节省电池。

射频收发电路主要由nordic公司生产的nRF24l01+芯片构成；供电电路主要由美国德州仪器公司生产的TPS61200芯片构成。

在结构上，无线发射电路板1、水位传感器2、电源共同组成了无线水位传感器。电源采用高聚合物电池，它直接给供电电路、微处理器、射频收发电路提供工作电压，并与无线发射电路板1共同密封在一个防水、防腐蚀的铝合金金属盒中，水位传感器2通过航空接插件与防水金属盒内部的无线发射电路板1进行电气连接，无线发射电路板1的天线通过外置天线进行引出。

在无线水位传感器投入运行后，无线发射电路利用水位传感器中输出电信号实现水库、河流等地水位信息的无线在线监测。因此它具有实时性好、低成本、高可靠性、结构简单、工作强度低、维护方便等特点。

Claims (5)

1.一种无线水位传感器，包括电源、无线发射电路板(1)和水位传感器(2)，无线发射电路板(1)和水位传感器(2)通过通讯线(10)连接，其特征在于：

所述水位传感器(2)包括一个基体(4)，在基体(4)的内部安装有一个压力敏感芯片(6)，该压力敏感芯片(6)固定并密封在一个壳体内；压力敏感芯片(6)上方设有起固定作用的填充物(9)，压力敏感芯片(6)的压力敏感部的相对面设有纹波膜片(7)，纹波膜片(7)与压力敏感芯片(6)之间用硅油(5)填充进行隔离；引压接嘴(8)连接在基体(4)上，引压接嘴(8)的开口对准压力敏感芯片(6)；压力敏感芯片(6)通过一穿入基体(4)的引线(3)引出电信号，并通过通讯线(10)接至无线发射电路板(1)。

2.如权利要求1所述的无线水位传感器，其特征在于：所述基体(4)中还开有用于灌入硅油(5)的通道(51)。

3.如权利要求1所述的无线水位传感器，其特征在于：所述压力敏感芯片(6)包括三层结构，顶层利用单晶硅蚀刻出四个阻值相等的应变电阻构成的惠斯通电桥作为压力感应部，中间用绝缘二氧化硅进行隔离，下层用硅作为衬底。

4.如权利要求1、2或3所述的无线水位传感器，其特征在于：

所述无线发射电路板(1)包括供电电路、采样电路、微处理器、射频收发电路及天线；射频收发电路、微处理器及供电电路连接电源；微处理器连接射频收发电路、采样电路和供电电路；射频收发电路连接天线；

供电电路的输出端接水位传感器(2)；采样电路电连接水位传感器(2)；采样电路对水位传感器(2)输出的电信号进行采样，然后将处理后的采样信号输入到微处理器，微处理器处理采样信号得到水位信息；射频收发电路用于将水位信息数据无线发送。

5.如权利要求1、2或3所述的无线水位传感器，其特征在于：

电源与无线发射电路板(1)共同密封在一个防水金属盒中，水位传感器(2)通过航空接插件与防水金属盒内部的无线发射电路板(1)进行电气连接，无线发射电路板(1)的天线通过外置天线进行引出。

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