CN201714373U - 矿用超声波水位传感器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种矿用超声波水位传感器，其包括水位检测装置以及信号输出系统，所述的水位检测装置为超声波换能器，超声波换能器中设置有主控制器、驱动信号发生模块、压电陶瓷晶片以及信号处理模块，主控制器与驱动信号发生模块的输入端连接，驱动信号发生模块的输出端与压电陶瓷晶片的输入端连接，压电陶瓷晶片的接收信号输出端与信号处理模块连接，信号处理模块的输出端连接主控制器，主控制器通过通信线路与信号输出系统连接。本实用新型的优点在于可靠性高，使用寿命更长。

Description

矿用超声波水位传感器
技术领域
本实用新型涉及一种水位传感器，特别是用于连续测量煤矿井下水仓水位的矿用水位传感器。
背景技术
矿用水位传感器主要用于连续测量煤矿井下水仓水位，为矿井排水泵工作和矿井水涌出量统计计算提供数据。目前用于水位检测的传感器有浮子式、投入式、电极式等。此类传感器都是接触式固定测量仪表，其主要缺点是测量精度低，可靠性差，会出现浮子卡死不动或水垢和杂质堵塞传感器导致较大误差；由于需要将传感器投入水中，导致安装和调试不使，使用中维护工作量大；长期受到水的侵蚀，传感头使用寿命较短；测量范围受限于传感头和传感器机盒间信号线长度，安装灵活性差。
发明内容
本实用新型的目的在于针对背景技术中所述的现有的矿用水位传感器存在的测量精度低、可靠性差、安装调试不便、不易维护、寿命短以及测量范围具有局限性的问题，提供一种矿用超声波水位传感器。
实现本实用新型的技术方案如下：
一种矿用超声波水位传感器，其包括水位检测装置以及信号输出系统，所述的水位检测装置为超声波换能器，超声波换能器中设置有主控制器、驱动信号发生模块、压电陶瓷晶片以及信号处理模块，主控制器与驱动信号发生模块的输入端连接，驱动信号发生模块的输出端与压电陶瓷晶片的输入端连接，压电陶瓷晶片的接收信号输出端与信号处理模块连接，信号处理模块的输出端连接主控制器，主控制器通过通信线路与信号输出系统连接。
所述的驱动信号发生模块包括脉宽调制器以及与脉宽调制器的输出端连接的升压电路，脉宽调制器的输入端与主控制器连接，升压电路的输出端与压电陶瓷晶片连接。
为了给压电陶瓷晶片提供所需的工作电压，所述的升压电路为推挽升压电路。
所述的信号处理模块包括降压滤波器、前置放大电路、增益可调放大电路以及比较电路，降压滤波电路的输入端连接压电陶瓷晶片的信号输出端，降压滤波电路的输出端连接前置放大电路，前置放大电路的输出端连接增益可调放大电路，增益可调放大电路的输出端连接比较电路，比较电路的输出端连接主控制器。
为了使水位测量结果更加精确，所述的超声波换能器中设置有温度补偿电路，温度补偿电路的输出端连接主控制器。
所述的信号输出系统包括主控器件和通讯端口，所述的主控器件为单片机，主控器件与所述的超声波换能器的主控制器通过RS232通信线路连接，通讯端口设置于主控器件的输出端。
所述的通讯端口为RS485通讯端口和频率输出端口。
为了便于调整超声波换能器的位置，方便对其进行校准，所述的主控器件与用来设置超声波换能器安装高度的红外信号接收电路连接。
本实用新型的有益效果在于因为本实用新型的水位检测装置为超声波换能器，不需要投入到井下的水中，所以其安装调试非常方便，而且量程更大，测量范围为0.5～10m；因为该实用新型是通过计算发出超声波到接收到反射超声波的时间差来计算超声波换能器的压电陶瓷晶片与液位之间的距离，进而计算出待测的水位数据，接收到的反射超声波通过压电陶瓷晶片将机械振动转变为为电信号，该信号经过降压滤波器滤除噪音和谐波，保留有用的信号，通过前置放大电路以及增益可调放大电路对信号进行放大，然后在比较电路中将信号与对比信号进行比较，删除较弱的信号，保留有用信号，并将该信号传输到主控制器进行计算处理，因为超声波传播速度受环境温度的影响较大，因此在超声波换能器中设置有温度补偿电路，温度补偿电路的输出端与主控制器连接，计算处理中通过温度补偿电路提供温度补偿数据，进行温度补偿，使测量精度得到提高，因为不需要将水位检测装置投入到井下的水中，所以检测器件不会受到井下环境的腐蚀，使用寿命更长，可靠性更好。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的超声波换能器原理图；
图3为本实用新型的显示及通讯电路框图；
图中，1为超声波换能器，2为信号输出系统，3为主控制器，4为压电陶瓷晶片，5为主控器件，6为通讯端口，7为脉宽调制器，8为推挽升压电路，9为降压滤波电路，10为前置放大电路，11为增益可调放大电路，12为比较电路，13为驱动信号线，14为温度补偿电路，15为上位机，16为红外信号接收电路。
具体实施方式
参照图1至图3所示的一种矿用超声波水位传感器，其包括超声波换能器1以及信号输出系统2，所述的超声波换能器1为收发一体的超声波换能器1，超声波换能器1中设置有主控制器3、驱动信号发生模块、压电陶瓷晶片4和信号处理模块，信号输出系统2包括主控器件5和通讯端口6。所述的超声波换能器1的主控制器3以及信号输出系统2中的主控器件5均为单片机。超声波换能器1的主控制器3发出的信号通过脉宽调制器7转变为脉宽调制信号，经过推挽升压电路8升压，使加在压电陶瓷晶片4上的电压达到其工作电压，通过压电陶瓷晶片4将电信号转变为机械震动的超声波，超声波传输到井下水面发生反射，反射波传输到压电陶瓷晶片4被压电陶瓷晶片4吸收，转换为电信号，通过降压滤波电路9滤掉噪音以及谐波，保留有用信号，因为电信号非常微弱，所以需要对其进行放大，首先传输到前置放大电路10进行初步放大，然后传输到增益可调放大电路11进行放大，增益可调放大电路11的放大倍数通过主控制器3进行控制，这样可以将电信号在不失真的前提下进行合理的放大，放大后的信号传输到比较电路12，与对比信号进行比较，比较当前信号与对比信号的幅度，删除幅度小于对比信号的当前信号，筛选出幅度大于对比信号的信号传输到主控制器3，通过主控制器3的运算，得出水位的数据，通过RS232通信线路传输到信号输出系统2的主控器件5，在具体实施中，通信线路为驱动信号线13。因为超声波的传输速度受环境温度影响较大，在超声波换能器1中设置有温度补偿电路14，温度补偿电路14的输出端与主控制器3连接，计算处理中通过温度补偿电路14提供温度补偿数据，进行温度补偿，使测量精度得到提高，超声波换能器1的主控制器3传输到信号输出系统2的主控器件5的信号，经过其处理通过RS485通讯端口6或是频率输出端口输出到上位机15以及LED本地显示数码管，便于用户及时了解水位状况。为了方便对超声波换能器1的位置进行调整，以及对水位探测器进行校准，主控器件5与红外信号接收电路16连接，用户可以通过遥控器设置超声波换能器1的安装高度，使测量结果更加精确。

Claims (8)

1.一种矿用超声波水位传感器，其包括水位检测装置以及信号输出系统，其特征在于：所述的水位检测装置为超声波换能器，超声波换能器中设置有主控制器、驱动信号发生模块、压电陶瓷晶片以及信号处理模块，主控制器与驱动信号发生模块的输入端连接，驱动信号发生模块的输出端与压电陶瓷晶片的输入端连接，压电陶瓷晶片的接收信号输出端与信号处理模块连接，信号处理模块的输出端连接主控制器，主控制器通过通信线路与信号输出系统连接。
2.根据权利要求1所述的矿用超声波水位传感器，其特征在于：所述的驱动信号发生模块包括脉宽调制器以及与脉宽调制器的输出端连接的升压电路，脉宽调制器的输入端与主控制器连接，升压电路的输出端与压电陶瓷晶片连接。
3.根据权利要求2所述的矿用超声波水位传感器，其特征在于：所述的升压电路为推挽升压电路。
4.根据权利要求1所述的矿用超声波水位传感器，其特征在于：所述的信号处理模块包括降压滤波器、前置放大电路、增益可调放大电路以及比较电路，降压滤波电路的输入端连接压电陶瓷晶片的信号输出端，降压滤波电路的输出端连接前置放大电路，前置放大电路的输出端连接增益可调放大电路，增益可调放大电路的输出端连接比较电路，比较电路的输出端连接主控制器。
5.根据权利要求1至权利要求4中任意一项所述的矿用超声波水位传感器，其特征在于：所述的超声波换能器中设置有温度补偿电路，温度补偿电路的输出端连接主控制器。
6.根据权利要求1所述的矿用超声波水位传感器，其特征在于：所述的信号输出系统包括主控器件和通讯端口，所述的主控器件为单片机，主控器件与所述的超声波换能器的主控制器通过RS232通信线路连接，通讯端口设置于主控器件的输出端。
7.根据权利要求6所述的矿用超声波水位传感器，其特征在于：所述的通讯端口为RS485通讯端口和频率输出端口。
8.根据权利要求6所述的矿用超声波水位传感器，其特征在于：所述的主控器件与用来设置超声波换能器安装高度的红外信号接收电路连接。
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