CN212058677U - 超声波位移传感器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种超声波位移传感器，所述超声波位移传感器包括壳体和电路部分，所述电路部分包括超声换能器和PCB板，所述PCB板包括MCU控制单元、电源以及具有DSP内核的超声信号处理单元，所述超声信号处理单元与所述MCU控制单元、所述电源和所述超声换能器连接。

Description

超声波位移传感器
技术领域
本实用新型涉及料位检测领域，尤其涉及一种超声波位移传感器。
背景技术
在物位仪表技术领域中，超声波物位计主要应用在料位及液位控制或上、下限位报警。超声波料位计是利用声压器件通过检测收发声波脉冲在遇见障碍物产生回波的时差原理进行设计的，其传感部分由换能器构成，通过驱动电路将电信号转换为声波，当声波传输过程受到障碍物时，通过检测回波与发射的时差计算探头与料位之间的距离。由单片机处理回传的数据控制输出等外围电路，传送给驱动电路，发出开关信号，来达到监测的目的。
传统的超声波物位计大多是采用模拟电路作为信号的处理，单片机处理数据时会受到环境和来自产品的电磁干扰，这样就会产生误报警的问题。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型公开了一种超声波位移传感器，其采用独立的芯片处理传感器采集的信号，避免模拟器件寄生的电磁干扰，且模块自身内部可由软件设定频带增益等参数，相较普通的无源器件处理方便，集成的功能丰富可以满足不同场合需求。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案提供了一种超声波位移传感器，所述超声波位移传感器包括壳体和电路部分，所述电路部分包括超声换能器和PCB板，所述PCB板包括MCU控制单元、电源以及具有DSP内核的超声信号处理单元，所述超声信号处理单元与所述MCU控制单元、所述电源和所述超声换能器连接。由于采用了具有DSP内核的超声信号处理单元来处理传感器采集的信号，从而避免了模拟器件寄生的电磁干扰。
进一步地，所述PCB板还包括与所述MCU控制单元连接的输出控制单元、显示单元和工作参数设置单元，所述工作参数设置单元包括按键，所述按键与所述显示单元通过所述MCU控制单元构成菜单系统以进行用户交互。通过菜单系统可以对输出方式、开关点、高低点以及声速学习和恢复出厂设置进行设置和调节。
进一步地，所述壳体包括前盖、主壳体、卡环和接插件，所述前盖与所述主壳体的前端通过过盈配合连接，所述卡环与所述主壳体的后端的内壁通过过盈配合连接，所述接插件与所述主壳体后端通过过盈配合连接。通过采用过盈配合结构，防护等级可达IP67及IP68。
进一步地，所述卡环上设有用于固定所述PCB板的卡槽。通过该卡槽设计，使得组装轻巧而便捷而且抗震能力强。
进一步地，所述PCB板的前端与所述超声换能器连接，所述PCB 板的后端插入所述卡环的所述卡槽内。由于PCB板的前端与后端分别与超声换能器和卡环连接固定，使得PCB板的安装方便而且抗震能力强。
进一步地，所述超声换能器从所述主壳体的后端穿过并与所述前盖间隙配合。通过使超声换能器与前盖间隙配合，方便超声换能器的安装。
进一步地，所述主壳体的后端设有按键孔，所述按键孔内设有按键帽，所述卡环上设有环形凸台，所述环形凸台的中心设有通孔，所述环形凸台上设有密封环，所述密封环内设有环形凹孔，所述按键孔与所述卡环的所述环形凸台以及所述PCB板的所述按键同心装配，从而所述按键帽通过插入所述按键孔、所述卡环与所述PCB板的所述按键同心装配。通过上述同心装配结构，能够方便按键帽的安装固定与密封。
进一步地，所述PCB板的所述按键上还设有按键胶垫。通过进一步设置按键胶垫，提高用户手感并且绝缘绝尘。
进一步地，所述主壳体的前端的外表面上设有螺纹，以方便安装所述超声波位移传感器。通过在所述主壳体的前端的外表面上设置螺纹，使得其可以配合螺母、适配器等进行安装固定。
附图说明
图1是根据本实用新型的超声波位移传感器的电路部分的结构示意图；
图2是根据本实用新型的超声波位移传感器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
本实用新型的技术方案提供了一种超声波位移传感器，所述超声波位移传感器包括壳体和电路部分，所述电路部分包括超声换能器和 PCB板，所述PCB板包括MCU控制单元、电源以及具有DSP内核的超声信号处理单元，所述超声信号处理单元与所述MCU控制单元、所述电源和所述超声换能器连接。由于采用了具有DSP内核的超声信号处理单元来处理传感器采集的信号，从而避免了模拟器件寄生的电磁干扰。
进一步地，所述PCB板还包括与所述MCU控制单元连接的输出控制单元、显示单元和工作参数设置单元，所述工作参数设置单元包括按键，所述按键与所述显示单元通过所述MCU控制单元构成菜单系统以进行用户交互。通过菜单系统可以对输出方式、开关点、高低点以及声速学习和恢复出厂设置进行设置和调节。
进一步地，所述壳体包括前盖、主壳体、卡环和接插件，所述前盖与所述主壳体的前端通过过盈配合连接，所述卡环与所述主壳体的后端的内壁通过过盈配合连接，所述接插件与所述主壳体后端通过过盈配合连接。通过采用过盈配合结构，防护等级可达IP67及IP68。
进一步地，所述卡环上设有用于固定所述PCB板的卡槽。通过该卡槽设计，使得组装轻巧而便捷而且抗震能力强。
进一步地，所述PCB板的前端与所述超声换能器连接，所述PCB 板的后端插入所述卡环的所述卡槽内。由于PCB板的前端与后端分别与超声换能器和卡环连接固定，使得PCB板的安装方便而且抗震能力强。
进一步地，所述超声换能器从所述主壳体的后端穿过并与所述前盖间隙配合。通过使超声换能器与前盖间隙配合，方便超声换能器的安装。
进一步地，所述主壳体的后端设有按键孔，所述卡环上设有环形凸台，所述环形凸台的中心设有通孔，所述环形凸台上设有密封环，所述密封环内设有环形凹孔，所述按键孔与所述卡环的所述环形凸台以及所述PCB板的所述按键同心装配，从而所述按键帽通过插入所述按键孔、所述卡环与所述PCB板的所述按键同心装配。通过上述同心装配结构，能够方便按键帽的安装固定与密封。
进一步地，所述PCB板的所述按键上还设有按键胶垫。通过进一步设置按键胶垫，提高用户手感并且绝缘绝尘。
进一步地，所述主壳体的前端的外表面上设有螺纹，以方便安装所述超声波位移传感器。通过在所述主壳体的前端的外表面上设置螺纹，使得其可以配合螺母、适配器等进行安装固定。
参见图1和图2，本实用新型的超声波位移传感器包括壳体1和电路部分2，电路部分2包括超声换能器21和PCB板22，PCB板22 包括MCU控制单元101、电源105以及具有DSP内核的超声信号处理单元103，超声信号处理单元103与MCU控制单元101、电源105 连接，并通过驱动单元103与超声换能器104连接。关于具有DSP 内核的超声信号处理单元，其可以直接采用现有的集成芯片。
根据本实用新型的上述技术方案，由于采用独立的芯片处理传感器采集的信号，避免模拟器件寄生的电磁干扰，且模块自身内部可由软件设定频带增益等参数，相较普通的无源器件处理方便，集成的功能丰富可以满足不同场合需求。其中，探测超声波信号的换能器连接至专用信号处理芯片的输入端，芯片通过UART口实现与MCU芯片的实时控制与数据传输。
进一步地，参见图2，PCB板22还可以包括与MCU控制单元 101连接的显示单元106、工作参数设置单元107和输出控制单元108，工作参数设置单元107可以包括按键221，按键221与显示单元106 通过MCU控制单元101构成菜单系统以进行用户交互。
MCU控制输出电路的状态，输出方式为NPN、PNP或模拟量输出(4-20mA/0-10V)。通过菜单系统可以对开关量输出的输出方式和开关点、模拟量输出的输出方式和高低点以及超声波声速的学习和恢复出厂设置进行调节或校正；同时，还可以通过按键控制单元设置测量温度或者当前的电流、电压等功能模块切换。
在具体实施例中，壳体1包括前盖12、主壳体11、卡环13、接插件14、密封圈15，前盖12与主壳体11的前端通过过盈配合连接，卡环13与主壳体11后端的内壁过盈配合连接，接插件14上设有密封圈15，与主壳体11后端通过过盈配合连接，电路部分2设置在主壳体11与接插件14连接而成的腔体内。
所述主壳体11前端的外表面设有螺纹，螺纹可配合螺母18或者适配器等进行安装固定，主壳体11的后端设有按键孔111，按键孔 111内设有按键帽17，按键帽17与卡环13和PCB板22上的按键221 为同心装配。
所述卡环13为戒指状结构，与主壳体11后端过盈配合相连接；卡环13上方设有环形凸台，环形凸台中心设有通孔，环形凸台上设有密封环16，密封环16内设有环形凹孔，环形凹孔内设有按键帽17；卡环13内壁还设有用于固定所述PCB板22的卡槽，组装轻巧而便捷，抗震能力强。
所述前盖12为盖状结构，前盖12与主壳体11前段过盈配合连接，电路部分2的换能器21从主壳体11后端穿过，与前盖12间隙配合。
所述PCB板22的前端与超声换能器21相连接，其后端插入卡环13的卡槽内，PCB板22的按键221上还可以设有按键胶垫222，按键221和按键胶垫222的中心点与主壳体11的按键孔111同心装配。
在本实用新型的实施方式中，驱动单元采用集成芯片处理方案，配合微控制器进行实时监测，然后由MCU控制输出电路的状态，输出方式为NPN、PNP或模拟量输出(4-20mA/0-10V)；超声波测试的采集的信号处理由专用芯片处理，极大的保证所得数据实时精准，减少外围器件对信号的电磁干扰。
MCU控制单元发送指令给驱动单元，完成初始化和基本参数设置后，自动返回测试距离和功率增益信息，驱动芯片自动将数据打包通过串口方式返回给单片机，然后由单片机优化处理，此设计驱动芯片内部基础的功能模块多，响应处理快，大部分的信号采样和转化过程交由驱动芯片处理。相对而言，可以通过简约化集成的指令操作完成增益设置、选频滤波，采样时间调整(自由调整测试距离大小和精度)、环境温度监测(自动补偿修正声速)等参数配置。
本实用新型采用集成芯片处理方案，测量精准、抗干扰能力强；具有智能交互功能，通过菜单系统可对输出方式、开关点、高低点以及声速学习和恢复出厂设置进行设置和调节；通过按键可以设置测量温度或者当前的电流、电压等功能模块切换；采用过盈配合结构，防护等级可达IP67及IP68；主壳体前端的外表面设有螺纹，螺纹可配合螺母进行安装固定，便于安装拆卸；卡环内壁还设有用于固定所述 PCB板的卡槽，组装轻巧而便捷，抗震能力强；具有NPN、PNP、 4-20mA、0-10V多种输出方式；结构简单、体积小巧，便于多种场合安装使用。
电路部分的工作流程：产品上电后，软件驱动MCU控制单元完成超声波驱动单元的初始化配置(对信号处理单元进行设置，包含探头发射信号的频率，温度补偿调整)，通过驱动单元发射声波信号，回波接收处理。将测得的数据通过串口发送给MCU控制单元，然后软件驱动ADC电路经过放大滤波处理驱动输出控制单元(包含模拟电压：0-10V电流：4-20mAPNP/NPN开关量)，通过按键进行设置，同时通过显示单元的不同状态显示，调整不同的输出模式切换和恢复出厂设置等功能的切换。
以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种超声波位移传感器，其特征在于，所述超声波位移传感器包括壳体和电路部分，所述电路部分包括超声换能器和PCB板，所述PCB板包括MCU控制单元、电源以及具有DSP内核的超声信号处理单元，所述超声信号处理单元与所述MCU控制单元、所述电源和所述超声换能器连接。
2.根据权利要求1所述的超声波位移传感器，其特征在于，所述PCB板还包括与所述MCU控制单元连接的输出控制单元、显示单元和工作参数设置单元，所述工作参数设置单元包括按键，所述按键与所述显示单元通过所述MCU控制单元构成菜单系统以进行用户交互。
3.根据权利要求2所述的超声波位移传感器，其特征在于，所述壳体包括前盖、主壳体、卡环和接插件，所述前盖与所述主壳体的前端通过过盈配合连接，所述卡环与所述主壳体的后端的内壁通过过盈配合连接，所述接插件与所述主壳体后端通过过盈配合连接。
4.根据权利要求3所述的超声波位移传感器，其特征在于，所述卡环上设有用于固定所述PCB板的卡槽。
5.根据权利要求4所述的超声波位移传感器，其特征在于，所述PCB板的前端与所述超声换能器连接，所述PCB板的后端插入所述卡环的所述卡槽内。
6.根据权利要求5所述的超声波位移传感器，其特征在于，所述超声换能器从所述主壳体的后端穿过并与所述前盖间隙配合。
7.根据权利要求6所述的超声波位移传感器，其特征在于，所述主壳体的后端设有按键孔，所述按键孔内设有按键帽，所述卡环上设有环形凸台，所述环形凸台的中心设有通孔，所述环形凸台上设有密封环，所述密封环内设有环形凹孔，所述按键孔与所述卡环的所述环形凸台以及所述PCB板的所述按键同心装配，从而所述按键帽通过插入所述按键孔、所述卡环与所述PCB板的所述按键同心装配。
8.根据权利要求7所述的超声波位移传感器，其特征在于，所述PCB板的所述按键上还设有按键胶垫。
9.根据权利要求8所述的超声波位移传感器，其特征在于，所述主壳体的前端的外表面上设有螺纹，以方便安装所述超声波位移传感器。
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