CN207379585U - 一种传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种传感器，相当于外贴式的液位传感器，用于检测液位信息，主要包括壳体、匹配层、陶瓷晶片层和主板层，壳体顶部设有匹配层放置通孔，匹配层安装在放置通孔上陶瓷晶片层内置于壳体内，位于所述匹配层底部，且与所述的主板层电性连接。本实用新型与传统的液位传感器主要区别在于，该传感器信号的采集与处理装置采用一体式设计，无需将采集到的信号经过附带屏蔽层的信号线传送出去，信号的衰减变小了，电路设计简单了，电路更可靠了，节省了价格昂贵的信号传导线，大大降低生产成本，以及维护成本，同时信号的传送路径变短，信号受到外界干扰的几率降低，减少信号的失真。

Description

一种传感器

技术领域

本实用新型涉及一种传感器。

背景技术

超声波换能器可以应用于液位的测量，不过，由于超声波换能器接收到的信号是很微弱的，大部分时候信号都在微伏的数量级上面，要将这样的微弱信号传导到主控板上，需要通过信号传导线，通过该信号传导线要求附带有多层屏蔽层，铜丝纯度要求要极高，阻抗匹配要求苛刻，再者会造成主控板接收不到信号或者信号很微弱导致信号受干扰出现误差，即传统的超声波换能器液位传感器的成产成本很高，维护成本也很高，严重影响到产品的大面积推广。

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题，提供了一种传感器，相当于外贴式的液位传感器，用于检测液位信息。与传统的液位传感器主要区别在于，该传感器信号的采集与处理装置采用一体式设计，无需将采集到的信号经过附带屏蔽层的信号线传送出去，主要包括壳体、匹配层、陶瓷晶片层和主板层，所述的壳体顶部设有匹配层放置通孔，匹配层安装在放置通孔上，位于壳体顶部，当测量容器内的液位高度时，匹配层直接外贴在容器的外壁；所述的陶瓷晶片层和主板层内置于壳体内，陶瓷晶片层位于所述匹配层底部，且与所述的主板层电性连接；所述的主板层包括信号处理模块、数据处理模块和通信模块。通信模块用于将信号处理模块和数据处理模块处理得到的液位信息传送到外部接收器，也可用于上位机对传感器设备的固件升级，通讯模块可以采用无线的方式通信，也可以采用有线的方式通信。本实用新型通过陶瓷晶片层发送和接收超声波信号，通过液位计算公式H＝C*T/2，得到液位高度，公式中，C为超声波在液体中的传播速度，T为产生激励波到接收到检测波的时间差，其中C随液体温度的变化而变化，T在有些场合因超声波入射角的变化而变化。

进一步的，所述的匹配层采用金属材质的匹配层。传统的该类产品的匹配层均采用塑料等非金属材质，然而所测的容器中的液体温度往往很高，再加上外界环境的温度、湿气等，塑料等非金属材质制成的匹配层很容易产生变形，甚至有裂缝产生，增加了传感器的测量误差，同时传感器的使用寿命低。采用金属材质的匹配层，克服上述现有技术的缺陷，不易受到容器表面温度和环境温度湿度的影响，同时，通过胶水粘合，匹配层与容器外壁结合更紧、更牢固，不易脱落，传感器散热也更好。

进一步的，所述的主板层包括陀螺仪、温度传感器。由于超声波在介质中传播，同一介质，介质的温度不同传播的速度也不同，会造成测量上的误差，因此需要根据不同介质在不同温度下，超声波的相应传播速度不同，引入温度因子并通过相应的标定工作，做测量和信息处理上的上的补偿修正，使得测量更准确些。温度传感器采集温度信息，对比预先存储在数据处理模块的关于超声波传播速度与温度关系，得到相应工作温度环境下，更加准确的液位信息。当外贴式的超声波换能器发射待检测的超声波进入液体介质时，根据入射的方位角的不同，测得液体的液位高度会有不同程度的误差，因此需要得到陀螺仪所输出的方位角，以便校准修正液位高度值，再者当我们测试的待测液体是放在移动物体上的时候，这时不仅可以得到方位角还可以得到加速度以及速度，可以利用这些参数得到更准确测量到液位高度，还可以给其他设备提供运动的状态信息，以便产品更好的推广与实施。数据处理模块结合温度传感器、陀螺仪、待测信号的时间参数、幅度等信息，计算得到最准确的液位高度值。

进一步的，所述的陶瓷晶片层和主板层之间设有防震层，防震层贴合主板层安装，减少超声波和外界震动对主板层的干扰。

进一步的，所述的信号处理模块产生激励波，以及接收、放大、滤波、检波待测信号，所述的激励波是以1个或2个高压脉冲的形式。在传统的一些领域，如医疗应用超声波或者在其他测试液位高度值的领域，一般是根据陶瓷晶片的固有频率f，激励波一般是电路控制产生的，以5个以上周期为1/f的正选波的形式。该产品的激励波是以1个或2个高压脉冲的形式。这样做可以较容易的减小液位高度的测量盲区，一般在测量液位高度时，盲区的大小是一个产品的重要性能指标。

进一步的，所述的主板层上面留有接线点，包括工作电源正极点、工作电源负极点、数据通信发送点、数据通信接收点、激励波正激励电压点、负激励电压点、备用点一、备用点二。主板层通过导线外接电源。

进一步的，陶瓷晶片层是两面的，一面用胶黏贴在匹配层上，另外一面留有正激励电压点、负激励电压点，分别连接主板层的激励波正激励电压点、负激励电压点。

进一步的，所述的主板层与陶瓷晶片层之间设有背衬材料层，所述的背衬材料层贴合陶瓷晶片层。

由上述对本实用新型的描述可知，和现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型通过将信号的采集与处理装置采用一体式设计，无需将采集到的信号经过附带屏蔽层的信号线传送出去，信号的衰减变小了，电路设计简单了，电路更可靠了，节省了价格昂贵的信号传导线，大大降低生产成本，以及维护成本，同时信号的传送路径变短，信号受到外界干扰的几率降低，减少信号的失真。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本实用新型的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

其中：

图1是本实用新型的结构示意图(正视图)；

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，一种传感器，相当于外贴式的液位传感器，用于检测液位信息，主要包括壳体、匹配层1、陶瓷晶片层2、背衬材料层3、防震层4和主板层5，所述的壳体顶部设有匹配层1放置通孔，匹配层1安装在放置通孔上，位于壳体顶部，当测量容器内的液位高度时，匹配层1直接外贴在容器的外壁；所述的陶瓷晶片层2内置于壳体内，位于所述匹配层1底部，且与所述的主板层5电性连接，防震层和背衬材料层设有在陶瓷晶片层2和主板层5之间，防震层贴合主板层5安装，减少超声波和外界震动对主板层5的干扰，背衬材料层贴合陶瓷晶片层2。

本实施例中，所述的匹配层1采用金属材质的匹配层1，通过胶水将匹配层1与容器外壁贴合一起。

所述的主板层5包括信号处理模块、数据处理模块和通信模块。通信模块用于将信号处理模块和数据处理模块处理得到的液位信息传送到外部接收器，通讯模块采用无线的方式传送信息。

所述的主板层5上安装有陀螺仪、温度传感器，温度传感器采集温度信息，对比预先存储在数据处理模块的关于超声波传播速度C与温度关系，得到相应工作温度环境下，并通过公式液位的高度H＝C*T/2，计算出更加准确的液位信息。当外贴式的超声波换能器发射待检测的超声波进入液体介质时，根据入射的方位角的不同，测得液体的液位高度会有不同程度的误差，因此需要得到陀螺仪所输出的方位角，以便校准修正液位高度值，当待测液体是放在移动物体上的时候，这时不仅可以得到方位角还可以得到加速度以及速度，可以利用这些参数得到更准确测量到液位高度，还可以给其他设备提供运动的状态信息，以便产品更好的推广与实施。数据处理模块结合温度传感器、陀螺仪、待测信号的时间参数、幅度等信息，计算得到最准确的液位高度值。

所述的信号处理模块产生激励波，以及接收、放大、滤波、检波待测信号，所述的激励波是以1个或2个高压脉冲的形式。在传统的一些领域，如医疗应用超声波或者在其他测试液位高度值的领域，一般是根据陶瓷晶片的固有频率f，激励波一般是电路控制产生的，以5个以上周期为1/f的正选波的形式。该产品的激励波是以1个或2个高压脉冲的形式。这样做可以较容易的减小液位高度的测量盲区，一般在测量液位高度时，盲区的大小是一个产品的重要性能指标。

所述的主板层5上面留有接线点，包括工作电源正极点、工作电源负极点、数据通信发送点、数据通信接收点、激励波正激励电压点、负激励电压点、备用点一、备用点二。主板层通过导线外接电源。

陶瓷晶片层2是两面的，一面用胶黏贴在匹配层1上，另外一面留有正激励电压点、负激励电压点，分别连接主板层5的激励波正激励电压点、负激励电压点。

本实施例中壳体为一体性，内部具有一放置其它零部件的放置腔，而在其它实施例中，壳体可以是多部分组合成一体或之间有一定间距分布，其放置腔并不限定为只有一个。

综上所述，和现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型通过将信号的采集与处理装置采用一体式设计，无需将采集到的信号经过附带屏蔽层的信号线传送出去，信号的衰减变小了，电路设计简单了，电路更可靠了，就省了价格昂贵的信号传导线，大大降低生产成本，以及维护成本，同时信号的传送路径变短，信号受到外界干扰的几率降低，减少信号的失真。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种传感器，用于检测液位信息，其特征在于，包括壳体、匹配层、陶瓷晶片层和主板层，所述的匹配层位于壳体顶部，所述的陶瓷晶片层和主板层内置于壳体内，陶瓷晶片层位于所述匹配层底部，且与所述的主板层电性连接；所述的主板层包括信号处理模块、数据处理模块和通信模块，主板层外接电源。

2.根据权利要求1所述的一种传感器，其特征在于，所述的匹配层为金属材质。

3.根据权利要求1所述的一种传感器，其特征在于，所述的主板层包括陀螺仪、温度传感器；主板层通过所述的温度传感器采集温度信息，所述的数据处理模块预输入超声波在介质中传播速度与介质温度的关系，数据处理模块计算液位高度并根据超声波传播速度与温度的关系修正液位高度。

4.根据权利要求1所述的一种传感器，其特征在于，所述的陶瓷晶片层和主板层之间设有防震层，防震层贴合主板层安装。

5.根据权利要求1所述的一种传感器，其特征在于，所述的信号处理模块产生激励波，以及接收、放大、滤波、检波待测信号，所述的激励波是以1个或2个高压脉冲的形式。

6.根据权利要求1所述的一种传感器，其特征在于，所述的主板层上面留有接线点，包括工作电源正极点、工作电源负极点、模拟量正通信发送点、模拟量负通信接收点、激励波正激励电压点、负激励电压点、备用点一、备用点二,主板层通过导线外接电源。

7.根据权利要求1所述的一种传感器，其特征在于，所述的陶瓷晶片层是两面的，一面用胶黏贴在匹配层上，另外一面留有正激励电压点、负激励电压点，分别连接主板层的激励波正激励电压点、负激励电压点。

8.根据权利要求1所述的一种传感器，其特征在于，所述的主板层与陶瓷晶片层之间设有背衬材料层，所述的背衬材料层贴合陶瓷晶片层。