CN105241591A - 一种可调整的迟滞压力报警装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种可调整的迟滞压力报警装置，该装置由压力传感器、压力采集与设置模块、信号处理模块和报警模块组成。压力传感器能够感知压力信号，压力采集与设置模块能够采集压力信号并且设定报警压力，信号处理模块用于将采集的信号与预设的报警阈值相比较，一旦超过阈值就输出报警控制信号，触发报警模块发出声、光、振动等提示信号，完成报警功能。本发明提供的压力报警装置的报警压力预设值可以调整，而且具有迟滞比较的功能，能够消除冲击或者振动带来的影响，防止发生报警间断的问题，提高报警触发的准确度，能够满足多种场合的压力报警需要，结构简单、适用性强、有抗干扰和自保护功能，具有重要的经济价值和实用价值。

Description

一种可调整的迟滞压力报警装置

技术领域

本发明属于电子报警装置领域，具体为一种可调整的迟滞压力报警装置，适用于多种报警压力状态下的压力自动报警需求，尤其适用于机电运载环境中的压力报警。

背景技术

目前，运输和物流行业飞速发展，物联网时代的到来已经初现端倪。在物流运输的过程中，所运输物品的重量影响着物流的成本；运输过程中的安全性也越来越受到人们的关注，而特殊物品的重量与运输过程的安全息息相关。同时在特殊物品的运输过程中，其运输过程往往要求环境十分稳定和苛刻，压力便是需要严密监控的工作参数之一。

压力报警装置的出现，在某种程度上可以解决现实生产生活中对压力监测的特殊需求。压力报警装置能够对物流运输过程中物品的重量、电梯载人的超重与否，特殊气体或者液体等关键的压力参数警醒监测，在压力参数超过预警值时，发出声、光、振动等形式的单一或者组合警报提示，警醒人们注意，从而保证物品或者人员的安全，具有重要的意义。

目前的压力报警装置可以大体分为两大类，一类使用机械装置本身的变形来触发报警器，另一类通过压力传感器和微控制器构成，当压力传感器采集的压力值达到了微控制器中设置的报警门限时，微控制器向报警器发出触发信号。前一类压力报警装置构成简单，但往往存在灵敏度低、机械装置形变造成报警压力门限漂移等问题；后一类使用压力传感器和微控制器实现功能的压力报警装置，构造比较复杂，在使用微控制器的情况下成本较高；同时，现有的压力报警装置的压力报警阈值往往不可修改，适用范围有限；而具有报警压力可调的压力报警装置往往使用微控制器等来实现调节功能，造成装置的成本较高，同时其实用性也不强。再者，目前常见的压力报警装置的报警门限为固定值，一旦被监测对象的压力在报警门限附近，一旦受到震动或者冲击，则会造成压力报警时断时续、警报不准的情况，长时间容易造成电路的老化和损坏，反而起不到准确报警的作用。

因此，一种能够解决上述问题的构造简单、成本低廉、报警压力可调、具有抗振动和冲击干扰能力的压力报警装置，具有重要的经济价值和实用意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调整的迟滞压力报警装置，该装置使用通用的压力传感器和比较器来实现压力比较以触发报警电路，进而简化压力报警装置的构成，降低成本；同时，本发明提供的压力报警装置的报警压力预设值可以调整，能够满足多种压力报警要求状态下的阈值调节需求。再次，本发明提供的压力报警装置，具有迟滞比较的功能，能够消除冲击或者振动带来的影响，防止发生报警间断的问题，提高报警触发的准确度。

本发明提供的压力报警装置，其特征在于，该装置由压力传感器、压力采集与设置模块、信号处理模块和报警模块组成。所述压力传感器能够采集压力信号。所述压力采集与设置模块能够采集压力信号并且设定报警压力。所述的信号处理模块用于将采集的信号与预设的报警阈值相比较，一旦超过阈值就输出报警控制信号。所述报警模块受信号处理模块输出的报警控制信号的控制，发出声、光、振动等提示信号，完成报警功能。

所述的信号处理模块内部有比较器电路，能够将压力采集与设置模块采样所得的代表压力大小的电压值，与设置的代表报警压力的电压值相比较，并能够在二者满足大小关系时输出报警控制信号。所述报警模块内部有扬声器和发光二极管，能够受到信号处理模块输出的报警控制信号的控制，发出声光等提示信号，完成报警功能。

作为上述技术方案的改进，所述压力传感器是压阻式压力变送器，能够将压力的变化变换为自身电阻的变化，进而在通电的状态下输出随压力变化的电流；所述压力采集与设置模块，模块内置采样电阻，能够将传感器输出的电流值转换为随压力变化的电压值；所述压力采集与设置模块，内部含有多个可以调整的分压电阻，可以通过调整电阻来设定代表一定的报警压力的阈值电压供后续比较。

作为上述技术方案的改进，所述的信号处理模块内部的比较器电路为迟滞比较器电路，且迟滞比较器电路的迟滞区间可以调整，可以根据实际需要调节可调电阻来获得需要的迟滞区间。从而避免整个报警模块受到冲击或者干扰时频繁的启停，造成报警模块的损坏。

实际使用时，设置压力采集与设置模块内部的几个分压电阻的大小，设定参考电压，从而设定报警压力阈值；设置压力采集与设置模块内部的迟滞电阻值，从而设定迟滞电压区间。将压力传感器置于需要压力报警的位置，能够直接感知压力，确保及时准确地将压力值转换为电流值输出；电流信号直接输出到压力采集与设置模块，通过采样电阻转换代表压力值的电压信号；信号处理模块将采样电压和设定的报警电压作比较，一旦设定压力大于报警压力就会发出报警控制信号，控制报警模块发出声、光、振动警报。由于信号处理模块内部的迟滞电阻和比较器构成了迟滞比较电路，信号处理模块只有在采样电压和设定的电压差值超过迟滞电压区间时才会改变其输出状态，因此在遇到压力冲击、波动和干扰时，不会出现频繁开关声光报警的现象，报警比较准确，同时也延长了整个装置的使用寿命。

为了保证压力传感器的精度和和设定的报警电压稳定性,本装置中采用恒压源作为供电模块。

本装置的报警压力可以通过调节分压电阻灵活设置，能根据实际使用需要来调整报警压力，适用范围广；本发明提出的压力报警装置，具有迟滞报警功能，能够避免压力冲击、波动或干扰时报警电路的频繁通断，有自我保护的功能；同时其迟滞区间可以调整，实现抗干扰、抗冲击与触发灵敏度的均衡，方便使用。

本发明提供的一种可调整的迟滞压力报警装置，能够满足多种场合的压力报警需要，结构简单、适用性强、有抗干扰和自保护功能，具有十分重要的经济价值和实用价值。

附图说明

图1是一种可调整的迟滞压力报警装置原理图；

图2是传感器安装结构图；其中，1传感器，2载重托座，3支撑部件，4重物；

图3是传感器原理图；其中，5壳体，6压力应变片，7线缆；

图4是压力采集与设置模块原理图；其中，8采样电阻，9分压电阻，10可调分压电阻组合；

图5是信号处理模块原理图；其中，11参考电阻，12运算放大器，13反馈电阻，14限流电阻；

图6是报警模块原理图；其中，15调整电阻，16三极管，17继电器，18扬声器，19发光二极管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，本发明中的压力传感器，能够直接受到作用力并将压力值转换为电流值输出。电流信号直接输出到压力采集与设置模块，通过采样电阻形成代表压力值大小的电压信号，同时可以通过调节压力采集与设置模块内部的几个分压电阻的大小来调整代表需要的报警压力的电压。信号处理模块将采样的电压和设定的报警电压作比较，一旦设定压力大于报警压力就会发出报警控制信号，控制报警电路发出声光警报。由于信号处理模块内部的迟滞电阻和比较器构成迟滞比较电路，信号处理模块只有在采样电压和设定的电压差值超过迟滞电压区间时才会变化其输出状态，因此在遇到电压冲击或者干扰时，不会出现误触发报警的现象，警更加准确可靠，装置使用寿命较长。

如图2所示，本发明中的压力传感器1，安装在载重托座2和支撑部件3之间。压力传感器1为销状、柱状等结构，安装在载重托座2和支撑部件3之间，以便于检测压力。重物4放置在载重托座2上，重物4受重力的作用对载重托座2产生压力，载重托座2将压力传递到压力传感器1上，压力传感器1受到支撑部件3的支撑作用。

如图3所示，本发明中的压力传感器1，一般由金属或其他强度较高的材料构成壳体5。壳体5将压力应变片6包裹在内部，电缆7连接在应变片5的输出两端。压力传感器1受到压力作用时，压力导致壳体5发生结构形变，壳体5的结构形变会导致压敏电阻6发生结构形变。压敏电阻6的结构形变会导致其本身电阻发生变化。工作时，电缆7将恒定电压施加到6压敏电阻的两端，由于压敏电阻6的电阻变化，会在7电缆上形成电流传输出去。由于电缆7上施加的电源是恒定的，因此由于压敏电阻6结构形变而输出的电流的大小仅仅和压敏电阻6的结构形变量的大小有关，亦即和压力传感器1受到的压力有关。

如图4所示，本发明中的压力采集与设置模块由采样电阻8、分压电阻9和可调分压电阻10组合构成。传感器1输出根据压力变化而变化的电流后，经过采样电阻8变成电压值输出。分压电阻9和可调分压电阻10组合安装在电源和接地之间，可以通过分压作用输出一定的参考电压。可调分压组合10的整体电阻值可以在根据实际需要将不同个数的电阻接入电路中，从而实现在较宽的范围内连续调整，与分压电阻9]配合，可以在一定的范围内调整输出的电压值的大小，来达到参考电压设定的目的。

如图5所示，本实施例中的信号处理模块由参考电阻11、运算放大器12、反馈电阻13和限流电阻14构成。压力比较与设置模块输出的参考电压经过11参考电阻接到12运算放大器的反相端，压力比较与设置模块输出的压力信号电压经过限流电阻14接到运算放大器12的同相端。反馈电阻13连接在运算放大器12的同相端和输出端之间。运算放大器12能够输出的高电平和低电平分别为V_H和V_L。由限流电阻14、运算放大器12、和反馈电阻13构成迟滞比较器，形成的迟滞门限的大小U为：

其中R₁为限流电阻，R_F为反馈电阻。

信号处理模块中的反馈电阻13可以调节，从而调整迟滞门限的大小,本实施中以迟滞门限的大小能够被调整到1V以上，具体调节到以能够克服实际使用过程中受的震动和冲击为准。

一般情况下，当压力信号电压大于参考电压时，运算放大器12输出高电平V_H；当压力信号电压小于参考电压时，运算放大器12输出低电平V_L。

受到振动或者冲击时，压力信号电压会处于不断上升和下降的过程。在这种情况下，运算放大器12的输出状态的变化会受到其当前输出电压状态的影响。运算放大器12输出高电平状态下，若此时压力信号电压处于下降过程，则仅当参考电压和压力信号电压的差值超过迟滞门限时，运算放大器12的输出才会由高电平变为低电平；运算放大器12输出低电平状态下，若此时压力信号电压处于上升过程，则仅当压力信号电压和参考电压的差值超过迟滞门限时，运算放大器12的输出才会由低电平变为高电平。一般的冲击或者振动不会使压力大小发生太大的变化，因此通过合理设置，参考电压和压力信号电压二者差值的绝对值大小不会超过迟滞门限的大小。所以，冲击或者振动不会对运算放大器12的输出状态发生频繁变化，不会发生频繁启停报警的现象。另外，为了避免电源电压的纹波扰动对传感器精度和设定的报警压力产生影响，本实施例中采用恒压源作为电源。

如图6所示，本发明中的报警模块由调整电阻15、三极管16、继电器17、扬声器18(也可为其他的电动发声或电震动装置)和发光二极管19构成。调整电阻15接在电源和接地之间，通过分压作用为三极管16的基极提供一个偏置电压。继电器17的线圈连接在三极管16的集电极和电源之间。扬声器18和发光二极管19拥有相同的适宜工作电压，二者并联连接，在接通电源后同时工作。继电器17的触点一端接电源，另一端与扬声器18串联连接在接地上。当运算放大器12输出高电平时，三极管16得集电极和发射极导通，继电器17的线圈就相当于直接接到电源和接地之间、线圈上就会有足够的电流流过，继电器17的触点就会闭合、将扬声器18和发光二极管19并联接入电源和接地之间，扬声器18就会发出声音，同时发光二极管19会发光，形成声光报警。也可使用其他的电驱动装置振动报警，或者是声、光、振动报警中的一种或者几种的组合。当运算放大器12输出低电平时，三极管16工作在截止区，继电器17线圈上不会产生电流，因此继电器17的触点不会闭合，扬声器18和发光二极管19均不会接入电源和接地之间，不会触发报警。

本实施例的工作过程如下：

实际工作时，由安装在载重托座2和支撑部件3之间的压力传感器1受到放置在载重托座2上的重物4的作用力，引起内部压敏电阻6阻值发生变化进而输出随压力变化的电流。压力采集与设置模块内部的8采样电阻能够对压力传感器1输出的电流值进行采样变成电压值，同时分压电阻9和可调分压电阻10组合对代表报警压力的参考电压值进行调整。信号处理模块内部构成的迟滞比较器对压力采集与设置模块输出的参考电压和压力信号进行比较，满足触发条件后由运算放大器12输出高电平。运算放大器12输出的高电平输送到报警模块内的三极管16的基极并使其集电极和发射极导通，进而使继电器17线圈通电将触点吸合，使扬声器18和发光二极管19通电而形成声光报警。另外，可将扬声器18和发光二极管19换成其他的电驱动装置，报警形式是声、光、振动报警中的一种或者几种的组合，也能达到提醒警示的目的。

本实施例中的压力报警装置，压力采集与设置模块可以通过可调分压电阻10组合调整报警参考电压，使得本实施例中的压力报警装置的设置报警压力可调整，可以满足不同场合的压力报警的使用要求。

本实施例中的压力报警装置，信号处理模块中的参考电阻11、运算放大器12和反馈电阻13构成迟滞电压比较器，能够形成迟滞区间，避免压力传感器1受到振动或冲击时输出波动的信号导致整个报警电路频繁开关的问题，能有效的消除干扰、保护电路，延长装置的使用寿命。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种压力报警装置，其特征在于，其包括压力传感器、压力采集与设置模块、信号处理模块和报警模块，

所述压力传感器的输出端与压力采集与设置模块输入端连接，用于将感知的压力转化成电流信号，传送至压力采集与设置模块；

所述压力采集与设置模块输出端与信号处理模块的输入端连接，能够将传感器输出的电流值转换为随压力变化的电压，送入信号处理模块，同时向信号处理模块提供参考电压U；

所述的信号处理模块具有迟滞比较功能，其输出端与报警模块连接，能够将压力采集与设置模块采样所得的代表压力大小的信号电压值，与参考电压U相比较，一旦达到或超过参考电压U，信号处理模块输出报警控制信号，触发报警模块发出报警信号。

2.根据权利要求1所述的报警装置，其特征在于，所述压力采集与设置模块，内部含有多个能够调整的分压电阻，能通过选择分压电阻来设定输出参考电压U，从而实现报警压力阈值的设定。

3.根据权利要求1或2所述的报警装置，其特征在于，所述的信号处理模块内部的比较器电路为迟滞比较器电路，能够根据需要调节比较器电路中的可调电阻，来调整迟滞参数，获得需要的迟滞区间。

4.根据权利要求1或2所述的报警装置，其特征在于，所述报警模块内部装有扬声器和发光二极管，能够发出声、光提示信号或者是声、光组合提示信号。