CN111664984A - 高空大气气压传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高空大气气压传感器,包括外壳、线管、边框、线框、线圈、卡箍、隔板、钟形支架、套筒、棱边、连杆、电池槽、电池、弹簧卡、波纹盒、底托、边孔、磁棒、过线孔、电路板、屏蔽盒、天线孔、发射天线、缓冲套、加强脚、透气孔、可变电感、晶体管、若干电容和若干电阻,波纹盒、连杆、磁棒和线圈构成传感机构,晶体管、若干电容和若干电阻构成主体电路,波纹盒右端为固定端,波纹盒左方设有活动的连杆、活动的磁棒和固定的线框,线框上绕有线圈,磁棒部分地插入线圈内且磁棒能在线框内移动以改变可变电感的电感量,传感器带有无线传输装置,能够在地面实时监测高空悬空的大气气压,适用于大气气象参数测量。
Description
技术领域
本发明涉及压力传感器,尤其涉及一种高空大气气压传感器,属于传感器技术领域。
背景技术
大气压力传感器是一种常用传感器,主要有机械波纹盒传感器,例如家用壁挂式温湿度和大气气压计或气压表,此外还有应变片式传感器、电感式传感器、电容式传感器、光电式传感器、霍尔元件式传感器、手持式数字温湿度和大气气压计、扩散硅传感器和集成温湿度大气压力传感器芯片等,其结构各不相同,性能各有优劣,有的过于简单,缺乏无线传输装置,无法测量高空悬空的大气气压,有的过于复杂,造价较高,需要特殊的制造环境和精密的制造设备,普通条件下难以实施。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可在普通条件下实施,带有无线传输装置的能够测量高空悬空大气气压的传感器。
本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的:所述传感器包括外壳1、线管2、边框3、线框4、线圈5、卡箍6、隔板7、钟形支架8、套筒9、棱边10、连杆11、电池槽12、电池13、弹簧卡14、波纹盒15、底托16、边孔17、磁棒18、加强圈19、过线孔20、加强边21、电路板22、屏蔽盒23、底脚24、天线孔25、发射天线26、缓冲套27、加强脚28、透气孔29、吊环30、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、可变电感L和晶体管T。
波纹盒15、连杆11、磁棒18和线圈5构成传感机构,电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和晶体管T构成主体电路。
波纹盒15右端为固定端,波纹盒15左方设有活动的连杆11、活动的磁棒18和固定的线框4,线框4上绕有线圈5,磁棒18部分地插入线框4内且磁棒18能在线框4内左右移动,波纹盒15左端为活动端且通过连杆11与磁棒18右端连接,固定的线圈5和活动的磁棒18构成可变电感L。
屏蔽盒23内的主体电路和屏蔽盒23外的可变电感L以及发射天线26构成调频信号发射装置,电容C2、电容C3、电容C4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、可变电感L和晶体管T构成电容三点式LC振荡电路,电路的振荡频率由可变电感L、电容C3和电容C4共同决定。
气压较高时,波纹盒15被压扁即横向变窄,波纹盒两端间距减小,通过连杆11传递,磁棒18向右移动即磁棒18插在线圈5内的部分减少,可变电感L的电感量减小,电路的振荡频率增高;气压较低时,波纹盒15在铜箔弹力作用下被释放即横向变宽,波纹盒两端间距增大,通过连杆11传递,磁棒18向左移动即磁棒18插在线圈5内的部分增多,可变电感L的电感量增大,电路的振荡频率降低,电路的振荡频率与大气气压的高低成正比,发射天线26一端通过电容C6与晶体管T的集电极连接,调频信号一部分通过磁棒18发送出去,另一部分通过发射天线26发送出去,即调频信号的发射频率与大气气压的高低成正比关系,为消除调频信号发射装置对无线广播信号的干扰,本传感器使用无线电业余频段。
调频接收装置完成调频信号的接收、处理和显示任务,调频接收装置至少包括接收天线31、高频前置放大电路32、高频放大电路33、鉴频电路34、低频放大电路35、校准电路36、数字电压表37和电源电路38,其中鉴频电路34的输出电压与输入信号的频率相对应,即将调频信号的频率变化转换成低频信号的幅度变化,鉴频电路34优选地选用双失谐回路斜率鉴频电路,以获得较高的灵敏度、较好的线性度和较宽的动态范围,校准电路36用于调整数字电压表35的初始值和满度值,使数字电压表35的显示值与大气气压的被测值相对应,以便从在数字电压表35上直接读出大气气压。
由于采用上述技术方案,本发明所具有的优点和积极效果是:高空大气气压传感器能够在普通条件下实施,带有无线传输装置,使用无线电业余频段,对无线广播信号没有干扰,能够在地面实时监测高空悬空的大气气压值,适用于大气气象参数测量。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明,本发明有如下5幅附图:
图1是本传感器的主视剖视图,
图2是本传感器外壳与支架部分的结构图,
图3是本传感器的右视剖视图,
图4是调频信号发射装置的电路原理图,
图5是调频接收装置的组成框图。
附图中所标各数字分别表示如下:
1.外壳,2.线管,3.边框,4.线框,5.线圈,6.卡箍,7.隔板,8.钟形支架,9.套筒,10.棱边,11.连杆,12.电池槽,13.电池,14.弹簧卡,15.波纹盒,16.底托,17.边孔,18.磁棒,19.加强圈,20.过线孔,21.加强边,22.电路板,23.屏蔽盒,24.底脚,25.天线孔,26.发射天线,27.缓冲套,28.加强脚,29.透气孔,30.吊环,C1.电容,C2.电容,C3.电容,C4.电容,C5.电容,C6.电容,R1.电阻,R2.电阻,R3.电阻,R4.电阻,L.可变电感,T.晶体管,Vcc.电压,31.接收天线,32.高频前置放大电路,33.高频放大电路,34.鉴频电路,35.低频放大电路,36.校准电路,37.数字电压表,38.电源电路。
具体实施方式
1.根据图1至图5,所述传感器包括外壳1、线管2、边框3、线框4、线圈5、卡箍6、隔板7、钟形支架8、套筒9、棱边10、连杆11、电池槽12、电池13、弹簧卡14、波纹盒15、底托16、边孔17、磁棒18、加强圈19、过线孔20、加强边21、电路板22、屏蔽盒23、底脚24、天线孔25、发射天线26、缓冲套27、加强脚28、透气孔29、吊环30、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、可变电感L和晶体管T。
2.波纹盒15、连杆11、磁棒18和线圈5构成传感机构,电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和晶体管T构成主体电路。
3.主视剖视图上,外壳1左壁下半部设有天线孔25,天线孔25内嵌有缓冲套27,缓冲套27内嵌有发射天线26且发射天线26的小部分在外壳1内,发射天线26的大部分在外壳1外,外壳1中部设有垂直的隔板7,隔板7顶部通过加强边21与外壳1顶部连接,隔板7底部通过加强边21与外壳1底部连接,隔板7左侧腰部设有卡箍6,隔板7右侧腰部设有卧倒的钟形支架8,钟形支架8上设有套筒9,套筒9内壁设有三条横截面为三角形的棱边10且排列成∴形,即三条棱边10在套筒9内按120°角度排列,套筒9内且在三条棱边10间嵌有能够左右移动的连杆11,三条棱边10的角尖与连杆11表面轻微接触以减小连杆11在套筒9内移动时的摩擦力。
4.外壳1左壁与隔板7间的中部设有横向的线管2,线管2右半部设为线框4,线管2呈卧倒的王字形,线框4上绕有线圈5,线框4右端嵌入卡箍6内,线框4左端设为加强脚28,加强脚28通过螺丝与外壳1左壁连接,磁棒18部分地插入线框4内且磁棒18能够在线框4内左右移动,外壳1左壁腰部设有透气孔29以减小对磁棒18在线管2内左右移动时的管内空气阻力,外壳1左壁与隔板7间的底部且在线管2下方设有电路板22,电路板22上设有屏蔽盒23,屏蔽盒23内设有所述主体电路,电路板22通过螺丝与外壳1底部的底脚24连接。
5.套筒9与外壳1右壁间设有波纹盒15,波纹盒15右端为固定端即通过底托16与外壳1右壁连接,波纹盒15左端为活动端且通过连杆11与磁棒18右端连接,隔板7与外壳1右壁间且在波纹盒15上方和下方均设有电池槽12,每个电池槽12内嵌均有两节电池13,四节电池串联,靠近电池槽12的隔板7上设有便于穿导线的过线孔20,以便电池13通过电源线与电路板22连接。
6.固定的线圈5和活动的磁棒18构成可变电感L,屏蔽盒23内的主体电路和屏蔽盒23外的可变电感L以及发射天线26构成调频信号发射装置,电容C2、电容C3、电容C4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、可变电感L和晶体管T构成电容三点式LC振荡电路即考毕兹电路,反馈信号从晶体管T的发射极注入,电路的振荡频率由可变电感L、电容C3和电容C4共同决定,电容C1、电阻R4和电容C5构成退耦电路。
7.波纹盒15由若干圆台面形的磷铜箔组合而成,内部抽真空,在大气压力下依靠铜箔的弹性维持其左右两端间有一定的间距,间距的大小与大气气压的高低成反比关系,气压较高时,波纹盒15被压扁即横向变窄,波纹盒两端间距减小,通过连杆11传递,磁棒18向右移动即磁棒18插在线圈5内的部分减少,可变电感L的电感量减小,电路的振荡频率增高;气压较低时,波纹盒15在铜箔弹力作用下被释放即横向变宽,波纹盒两端间距增大,通过连杆11传递,磁棒18向左移动即磁棒18插在线圈5内的部分增多,可变电感L的电感量增大,电路的振荡频率降低,电路的振荡频率与大气气压的高低成正比,发射天线26一端通过电容C6与晶体管T的集电极连接,调频信号一部分通过磁棒18发送出去,另一部分通过发射天线26发送出去,即调频信号的发射频率与大气气压的高低成正比关系。
8.本传感器需另行配置调频接收装置才能完成调频信号的接收、处理和显示任务,调频接收装置至少包括接收天线31、高频前置放大电路32、高频放大电路33、鉴频电路34、低频放大电路35、校准电路36、数字电压表37和电源电路38,其中鉴频电路34的输出电压与输入信号的频率相对应,即将调频信号的频率变化转换成低频信号的幅度变化,鉴频电路34优选地选用双失谐回路斜率鉴频电路,以获得较高的灵敏度、较好的线性度和较宽的动态范围,校准电路36用于调整数字电压表35的初始值和满度值,使数字电压表35的显示值与大气气压的被测值相对应,以便从在数字电压表35上直接读出大气气压值。
9.本传感器在空旷区域无线信号的传输距离约为3600米,若要增加无线信号的传输距离,需在调频信号发射装置中增加一级高频功率放大电路,且发射天线26与高频功率放大电路的输出端连接,若LC谐振回路的Q值足够高,电路的振荡频率近似为:
f 0≈1/[2π(LC)1/2],其中:C=C3C4/(C3+C4),
为消除调频信号发射装置对无线广播信号的干扰,本传感器使用无线电业余频段。
10.设传感器测量的高度范围为0-3000米,由于地面标准大气压一般为101.3KPa(千帕),高度每升高1米,大气压减小10Pa,则海拔3000米处的大气压为71.3KPa,即相应的气压范围为101.3KPa-71.3KPa,大气压为101.3KPa时,可变电感L在较少磁棒18作用下其电感量为1.4μH,LC谐振回路的振荡频率为31.72MHz;大气压为71.3KPa时,可变电感L在较多磁棒18作用下其电感量为1.8μH,LC谐振回路的频率为27.97MHz。
11.线圈5的线径为0.6-0.8毫米,波纹盒圆台面底的外径为30-36毫米,晶体管的型号为SD2933-02,磁棒18的外径为4-5毫米,长度为10-15毫米,材质为镍锌或锰锌铁氧体,C3=26PF,C4=59PF,则C=18PF。
12.为使传感器外壳内外的气压一致,外壳的上下边均设有若干边孔17,制作过程中,为减小元器件的寻找难度,波纹盒可选用气象站百叶窗中废旧指针式气压表内的波纹盒,磁棒可选用废旧调频收音机或电视机中的磁棒或磁芯,本传感器可通过吊环30和细绳吊在氢气球下方,在氢气球上升过程中,测出不同高度处的大气压。
Claims (3)
1.一种高空大气气压传感器,包括外壳(1)、线管(2)、边框(3)、线框(4)、线圈(5)、卡箍(6)、隔板(7)、钟形支架(8)、套筒(9)、棱边(10)、连杆(11)、电池槽(12)、电池(13)、弹簧卡(14)、波纹盒(15)、底托(16)、边孔(17)、磁棒(18)、加强圈(19)、过线孔(20)、加强边(21)、电路板(22)、屏蔽盒(23)、底脚(24)、天线孔(25)、发射天线(26)、缓冲套(27)、加强脚(28)、透气孔(29)、吊环(30)、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、可变电感L和晶体管T;
波纹盒(15)、连杆(11)、磁棒(18)和线圈(5)构成传感机构,电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和晶体管T构成主体电路;
其特征在于:波纹盒(15)右端为固定端,波纹盒(15)左方设有活动的连杆(11)、活动的磁棒(18)和固定的线框(4),线框(4)上绕有线圈(5),磁棒(18)部分地插入线框(4)内且磁棒(18)能在线框(4)内左右移动,波纹盒(15)左端为活动端且通过连杆(11)与磁棒(18)右端连接,固定的线圈(5)和活动的磁棒(18)构成可变电感L;
屏蔽盒(23)内的主体电路和屏蔽盒(23)外的可变电感L以及发射天线(26)构成调频信号发射装置,电容C2、电容C3、电容C4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、可变电感L和晶体管T构成电容三点式LC振荡电路,电路的振荡频率由可变电感L、电容C3和电容C4共同决定;
气压较高时,波纹盒(15)被压扁即横向变窄,波纹盒两端间距减小,通过连杆(11)传递,磁棒(18)向右移动即磁棒(18)插在线圈(5)内的部分减少,可变电感L的电感量减小,电路的振荡频率增高;气压较低时,波纹盒(15)在铜箔弹力作用下被释放即横向变宽,波纹盒两端间距增大,通过连杆(11)传递,磁棒(18)向左移动即磁棒(18)插在线圈(5)内的部分增多,可变电感L的电感量增大,电路的振荡频率降低,电路的振荡频率与大气气压的高低成正比,发射天线(26)一端通过电容C6与晶体管T的集电极连接,调频信号一部分通过磁棒(18)发送出去,另一部分通过发射天线(26) 发送出去,即调频信号的发射频率与大气气压的高低成正比关系。
2.根据权利要求1所述的一种高空大气气压传感器,其特征在于:线管(2)呈卧倒的王字形,套筒(9)内壁设有三条横截面为三角形的棱边(10)且按120°角度排列,线圈(5)的线径为0.6-0.8毫米,波纹盒圆台面底的外径为30-36毫米,晶体管的型号为SD2933-02,磁棒(18)的外径为4-5毫米,长度为10-15毫米,材质为镍锌或锰锌铁氧体,C3=26 PF,C4=59 PF。
3.根据权利要求1所述的一种高空大气气压传感器,其特征在于:传感器测量的高度范围为0-3000米,相应的气压范围为101.3 KPa-71.3 KPa,大气压为101.3 KPa时,可变电感L在较少磁棒(18)作用下其电感量为1.4μH,LC谐振回路的振荡频率为31.72 MHz;大气压为71.3 KPa时,可变电感L在较多磁棒(18)作用下其电感量为1.8μH,LC谐振回路的频率为27.97 MHz。
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蒋雷等: "一种绝对式气压传感器结构与相关特性", 《舰船科学技术》 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113324690A (zh) * | 2021-06-04 | 2021-08-31 | 盐城师范学院 | 大气压力传感器 |
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