CN111538016A - 一体式调频超声波传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对金属物质或非金属物质及液体的控制距离测量技术领域，且公开了一种一体式调频超声波传感器，包括超声波换能器A一、回波接收装置A二、超声波声波发射电路、回波信号收集电路、滤波电路一、时钟电路、控制电路MCU、IO Link接口交互电路、EMC电路，保护电路。该一体式调频超声波传感器，整体的电路设计通过模块化的电路结构，采用调频和计数技术，有效解决杂波干扰和误信号能力，能在室外正常使用，采用MCU内置程序控制方式，使用寿命长，产品体积小，带有温度补偿功能，用户可以设定检测距离，抗电磁干扰能力强，带有IO link接口交互模块，具备可在下雨天及大风力环境场合正常使用等优点，解决了现有的在下雨天，及有风力影响无法使用的问题。

Description

一体式调频超声波传感器
技术领域
本发明涉及对金属物质或非金属物质及液体的控制距离测量技术领域，具体为一种一体式调频超声波传感器。
背景技术
在对金属物质或或非金属物质及液体的控制距离测量需要用到调频超声波传感器来对金属物质或或非金属物质及液体的控制距离测量。现有技术一般采单个固定频率发射和接收方式，该技术误信号比较多，尤其是零散很靠近的物体，其反射的回波一样，时间差很接近，无法判断有效信号还是杂波信号，使用范围比较局限，要求使用环境比较优良，不能使用在恶劣环境工况，室外下雨天不能使用，尺寸体积比较大，不带有IOLink接口，抗电磁干扰能力差，在强的电磁干扰场合不能使用或者增加外部多级滤波器处理模块，综合成本高等缺点。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种一体式调频超声波传感器，具备可在下雨天正常使用等优点，解决了现有的在下雨天无法使用的问题。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种一体式调频超声波传感器，包括超声波换能器A一、回波接收装置A二、超声波声波发射电路、回波信号收集电路、滤波电路一、时钟电路、控制电路MCU、IO Link接口交互电路、EMC电路，保护电路、输出电路一、EMI电路、输出显示电路以及距离调整电路，所述超声波换能器A一与超声波声波发射电路相连接，所述超声波声波发射电路与滤波电路一相连接，所述滤波电路一与控制电路MCU相连接，所述超声波声波发射电路与时钟电路相连接，所述时钟电路与回波信号收集电路相连接，所述回波信号收集电路与回波接收装置A二相连接，所述回波信号收集电路与控制电路MCU相连接，所述控制电路MCU与时钟电路相连接，所述控制电路MCU与IO Link接口交互电路相连接，所述控制电路MCU与EMC电路相连接，所述EMC电路与保护电路相连接，所述控制电路MCU与输出电路一相连接，所述控制电路MCU与EMC电路相连接，所述控制电路MCU与输出显示电路相连接，所述控制电路MCU与距离调整电路相连接。
优选的，所述输出电路一包括数字量/开关量输出、模拟量输出以及Relay输出。
优选的，所述EMC电路与输出电路一相连接，且输出电路一与EMI电路相连接。
优选的，所述输出电路一与保护电路相连接，且保护电路与EMI电路相连接。
优选的，所述回波信号收集电路包括两个接口，且回波信号收集电路与回波接收装置A二相连接。
优选的，所述超声波声波发射电路包括两个接口，且超声波声波发射电路与超声波换能器A一相连接。
与现有技术相比，本发明提供了一种一体式调频超声波传感器，具备以下有益效果：
1、该一体式调频超声波传感器，整体的电路设计通过模块化的电路结构，采用调频和计数技术，有效解决杂波干扰和误信号能力，能在室外正常使用，采用MCU内置程序控制方式，使用寿命长，产品体积小，带有温度补偿功能，用户可以设定检测距离，抗电磁干扰能力强，带有IO link接口交互模块，控制可以上云端控制方式，检测范围比较广泛，满足恶劣环境应用，综合成本低，同一个款产品可以满足不同行业应用，解决用户不同行业没有专用传感器的问题，用户应该更简便，相邻两个超声波发射的频率脉冲波是不同的，超声波接收装置接收到的回波频率与发射频率的脉冲波是一致的，例如发射装置通过换能器发射的超声波的频率和脉宽是A一，数量是B一,接收回波的频率和脉宽也是A一,数量也是B一,紧接着换能器发射的超声波的频率和脉宽是A二,数量是B二,接收回波的频率和脉宽也是A二,数量也是B二,其他接收的波形或脉宽不正确或数量不正确的都是杂波和干扰信号，系统不接收，因此有效解决杂波干扰的问题和误信号的问题；通过计算发射和接收之间的频率的时间来计算物体的距离，集成度比较高的智能IC芯片MCU控制，周围的元器件比较少，内置程序控制，带有温度补充功能。体积小，产品可以做成各种形状,具备可在下雨天正常使用等优点，解决了现有的在下雨天无法使用的问题。
2、该一体式调频超声波传感器，传感器内置IOlink接口，方便用户通讯及信息交互处理，实现物联网云端控制，采用独立的EMC和EMI处理电路，有效解决电磁干扰问题，采用输出和电源极性保护电路，解决接错线导致损坏传感器问题，采用独立的检测距离可调电路，用户可以根据实际需要，自行调整检测距离。
3、该一体式调频超声波传感器，除了上述应用方式外，用户还有更多的应用方式，这些应用，大大提升了用户的设备的高精度控制、设备整体小型化、便捷化等，也为用户带来了生产成本降低，生产资源紧凑合理利用，生产效率大大提高，同时为用户节能减排，环境保护间接做出了贡献。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中：100、超声波换能器A一；101、回波接收装置A二；102、超声波声波发射电路；103、回波信号收集电路；104、滤波电路一；105、时钟电路；106、控制电路MCU；107、IO Link接口交互电路；108、EMC电路；109、保护电路；110、输出电路一；111、EMI电路；112、输出显示电路；113、距离调整电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种一体式调频超声波传感器，包括超声波换能器A一100、回波接收装置A二101、超声波声波发射电路102，超声波声波发射电路102包括两个接口，且超声波声波发射电路102与超声波换能器A一100相连接，回波信号收集电路103，回波信号收集电路103包括两个接口，且回波信号收集电路103与回波接收装置A二101相连接，滤波电路一104、时钟电路105，EMC电路108与输出电路一110相连接，且输出电路一110与EMI电路111相连接，控制电路MCU106、IO Link接口交互电路107，输出电路一110与保护电路109相连接，且保护电路109与EMI电路111相连接，EMC电路108，保护电路109、输出电路一110，输出电路一110包括数字量/开关量输出、模拟量输出以及Relay输出，EMI电路111、输出显示电路112以及距离调整电路113，超声波换能器A一100与超声波声波发射电路102相连接，超声波声波发射电路102与滤波电路一104相连接，滤波电路一104与控制电路MCU106相连接，超声波声波发射电路102与时钟电路105相连接，时钟电路105与回波信号收集电路103相连接，回波信号收集电路103与回波接收装置A二101相连接，回波信号收集电路103与控制电路MCU106相连接，控制电路MCU106与时钟电路105相连接，控制电路MCU106与IO Link接口交互电路107相连接，控制电路MCU106与EMC电路108相连接，EMC电路108与保护电路109相连接，控制电路MCU106与输出电路一110相连接，控制电路MCU106与EMC电路108相连接，控制电路MCU106与输出显示电路112相连接，控制电路MCU106与距离调整电路113相连接，采用调频控制技术，相邻两个超声波发射的频率脉冲波是不同的，超声波接收装置接收到的回波频率与发射频率的脉冲波是一致的，例如发射装置通过换能器发射的超声波的频率和脉宽是A一，数量是B一,接收回波的频率和脉宽也是A一,数量也是B一,紧接着换能器发射的超声波的频率和脉宽是A二,数量是B二,接收回波的频率和脉宽也是A二,数量也是B二,其他接收的波形或脉宽不正确或数量不正确的都是杂波和干扰信号，系统不接收，因此有效解决杂波干扰的问题和误信号的问题，再例如屏蔽下雨的情况，换能器发射的超声波频率和数量是固定，但是水滴回波的数量是不确定的，因此此回波信号系统认为是干扰回波，系统不接收，不认可，作为无用信号丢弃掉，因此该传感器在室外下雨天正常使用，集成化，模块化，可以根据客户实际需要应用场合环境，上述模块电路可以任意拼装电路或增减电路，来达到用户实际的应用需要，技术正确化，这样有利于解决用户实际问题，同时节约成本，如用户需要多个EMC电路108或简化EMC电路108，同理其他电路也可以增减，这样就可以节约成本了，尤其是汽车行业的应用，成本控制和技术要求都是非常严格的，这些电路集成在同一个PCB基板上，这些电路可以根据实际需要布置任意形状的，这些电路集成在一个外壳内部，这个外壳形状是可以任意外形的，传感器与被测物质之间的距离是可以调整设定的，可以在设定的距离内进行测量和数据监控，可以按照实际安装场合进行现场标定的，使用便捷，同时可以按照用户设备设计的尺寸量身定制，该传感器采用调频控制技术，相邻两个超声波发射的频率脉冲波是不同的，超声波接收装置接收到的回波频率与发射频率的脉冲波是一致的，这样有效解决误信号的干扰及其它回波的干扰，保证高精度测量物质，同时提升了用户设备精细化、便捷化、通用化及范围广泛，该电路带有EMC处理技术和EMI防护技术，输出高电平或者低电平方式或模拟量输出及继电器方式输出，且带有保护功能，输出不会因为接错线导致损坏传感器，客户选择应用多样性输出方式。
在使用时，整体的电路设计通过模块化的电路结构，采用调频和计数技术，有效解决杂波干扰和误信号能力，能在室外正常使用，采用MCU内置程序控制方式，使用寿命长，产品体积小，带有温度补偿功能，用户可以设定检测距离，抗电磁干扰能力强，带有IO link接口交互模块，控制可以上云端控制方式，检测范围比较广泛，满足恶劣环境应用，综合成本低，同一个款产品可以满足不同行业应用，解决用户不同行业没有专用传感器的问题，用户应该更简便，相邻两个超声波发射的频率脉冲波是不同的，超声波接收装置接收到的回波频率与发射频率的脉冲波是一致的，例如发射装置通过换能器发射的超声波的频率和脉宽是A一，数量是B一,接收回波的频率和脉宽也是A一,数量也是B一,紧接着换能器发射的超声波的频率和脉宽是A二,数量是B二,接收回波的频率和脉宽也是A二,数量也是B二,其他接收的波形或脉宽不正确或数量不正确的都是杂波和干扰信号，系统不接收，因此有效解决杂波干扰的问题和误信号的问题；通过计算发射和接收之间的频率的时间来计算物体的距离，集成度比较高的智能IC芯片MCU控制，周围的元器件比较少，内置程序控制，带有温度补充功能，体积小，产品可以做成各种形状，传感器内置IOlink接口，方便用户通讯及信息交互处理，实现物联网云端控制，采用独立的EMC和EMI处理电路，有效解决电磁干扰问题，采用输出和电源极性保护电路109，解决接错线导致损坏传感器问题，采用独立的检测距离可调电路，用户可以根据实际需要，自行调整检测距离，除了上述应用方式外，用户还有更多的应用方式，这些应用，大大提升了用户的设备的高精度控制、设备整体小型化、便捷化等，也为用户带来了生产成本降低，生产资源紧凑合理利用，生产效率大大提高，同时为用户节能减排，环境保护间接做出了贡献。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种一体式调频超声波传感器，包括超声波换能器A一(100)、回波接收装置A二(101)、超声波声波发射电路(102)、回波信号收集电路(103)、滤波电路一(104)、时钟电路(105)、控制电路MCU(106)、IO Link接口交互电路(107)、EMC电路(108)，保护电路(109)、输出电路一(110)、EMI电路(111)、输出显示电路(112)以及距离调整电路(113)，其特征在于：所述超声波换能器A一(100)与超声波声波发射电路(102)相连接，所述超声波声波发射电路(102)与滤波电路一(104)相连接，所述滤波电路一(104)与控制电路MCU(106)相连接，所述超声波声波发射电路(102)与时钟电路(105)相连接，所述时钟电路(105)与回波信号收集电路(103)相连接，所述回波信号收集电路(103)与回波接收装置A二(101)相连接，所述回波信号收集电路(103)与控制电路MCU(106)相连接，所述控制电路MCU(106)与时钟电路(105)相连接，所述控制电路MCU(106)与IO Link接口交互电路(107)相连接，所述控制电路MCU(106)与EMC电路(108)相连接，所述EMC电路(108)与保护电路(109)相连接，所述控制电路MCU(106)与输出电路一(110)相连接，所述控制电路MCU(106)与EMC电路(108)相连接，所述控制电路MCU(106)与输出显示电路(112)相连接，所述控制电路MCU(106)与距离调整电路(113)相连接。
2.根据权利要求1所述的一体式调频超声波传感器，其特征在于：所述输出电路一(110)包括数字量/开关量输出、模拟量输出以及Relay输出。
3.根据权利要求1所述的一体式调频超声波传感器，其特征在于：所述EMC电路(108)与输出电路一(110)相连接，且输出电路一(110)与EMI电路(111)相连接。
4.根据权利要求1所述的一体式调频超声波传感器，其特征在于：所述输出电路一(110)与保护电路(109)相连接，且保护电路(109)与EMI电路(111)相连接。
5.根据权利要求1所述的一体式调频超声波传感器，其特征在于：所述回波信号收集电路(103)包括两个接口，且回波信号收集电路(103)与回波接收装置A二(101)相连接。
6.根据权利要求1所述的一体式调频超声波传感器，其特征在于：所述超声波声波发射电路(102)包括两个接口，且超声波声波发射电路(102)与超声波换能器A一(100)相连接。
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