CN216012401U

CN216012401U - 液面探测装置

Info

Publication number: CN216012401U
Application number: CN202120986526.7U
Authority: CN
Inventors: 麦贤标; 谢蔚华
Original assignee: Guangzhou Daoyi Science And Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Daoyi Science And Technology Co ltd
Priority date: 2021-05-10
Filing date: 2021-05-10
Publication date: 2022-03-11
Anticipated expiration: 2031-05-10

Abstract

本实用新型公开了一种液面探测装置，包括金属液面探针、电桥检测电路、信号处理电路、控制电路和自适应校正电路；其中，金属液面探针与电桥检测电路连接，电桥检测电路、信号处理电路和控制电路形成闭环电路，自适应校正电路分别连接电桥检测电路和控制电路；通过设置电桥检测电路、信号处理电路和控制电路形成闭环电路，可以根据电桥检测电路的电桥平衡信号，判定探测结果，并根据该电桥平衡信号的变化，控制自适应校正电路的参数直至电桥平衡以完成校正，因此可以实现电桥平衡的自动校正，从而实现了自适应校正。

Description

液面探测装置

技术领域

本实用新型属于生物探测技术领域，具体涉及一种液面探测装置。

背景技术

目前，市面上的液面探测装置主要是利用电阻、电容或超声波的传感方式进行探测。其中，电阻式液面探测是根据空气和液体的电阻值不同进行液面检测的，存在灵敏度低、响应慢和误检的严重问题，目前基本被淘汰；而超声波液面探测是根据超声波测距的原理检测液面高度，需要计算超声波的回波时间推测距离，容易受环境因素的影响，存在准确性低、响应慢、成本高的问题。

至于电容式液面探测，则是利用金属液面探针通过空间环境和相关电路形成空间分布电容，当金属液面探针接触液面时空间分布电容发生变化，通过检测该变化即可检测液面接触。但是该检测方式属于空域检测性质，受电路稳定性影响比较大，并且在测量达到一定次数之后容易出现测量失败或不准确的情况。因此，经常需要频繁进行人工校正，操作繁琐。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种液面探测装置，不需要进行人工校正，能够实现自适应校正，简化操作。

其技术方案如下：

液面探测装置，包括金属液面探针、电桥检测电路、信号处理电路、控制电路和自适应校正电路；其中，所述金属液面探针与所述电桥检测电路连接，所述电桥检测电路、所述信号处理电路和所述控制电路形成闭环电路，所述自适应校正电路分别连接所述电桥检测电路和所述控制电路。

在其中一个实施例中，所述金属液面探针为电容式液面探针，所述电容式液面探针与所述电桥检测电路连接。

在其中一个实施例中，所述信号处理电路包括第一信号放大器和RC滤波电路，所述第一信号放大器的两个输入端分别连接所述电桥检测电路的两个输出端，所述第一信号放大器的输出端连接所述RC滤波电路的输入端，所述RC滤波电路的输出端连接所述控制电路的输入端。

在其中一个实施例中，还包括输出电路，所述输出电路的输入端与所述控制电路连接。

在其中一个实施例中，所述输出电路包括第二信号放大器和指示灯，所述第二信号放大器的正极输入端连接所述控制电路的输出端，所述第二信号放大器的负极输入端与输出端一起连接至所述指示灯的输入端。

在其中一个实施例中，所述控制电路包括单片机和电源电路，所述电源电路的输入端连接电源输出端，所述电源电路的输出端分别连接所述单片机、所述电桥检测电路，所述单片机分别连接所述电桥检测电路、所述信号处理电路、所述输出电路和所述自适应校正电路。

在其中一个实施例中，所述电源电路包括自恢复保险丝和LC滤波电路；所述自恢复保险丝的输入端连接所述电源输出端，所述自恢复保险丝的输出端连接所述LC滤波电路的输入端，所述LC滤波电路的输出端分别连接所述单片机、所述电桥检测电路。

在其中一个实施例中，所述电源电路还包括反向保护二极管，所述反向保护二极管的负极连接所述电源输出端，所述反向保护二极管的正极连接所述LC滤波电路的负极。

在其中一个实施例中，所述LC滤波电路包括电容组和第一电感、第二电感，所述电容组包括并联的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和有极性电容，所述电容组的正极连接所述第一电感，所述电容组的负极连接所述第二电感后与接地端连接。

在其中一个实施例中，所述电桥检测电路包括MOS管、接口、第六电容、第七电容、第八电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端；其中，所述第一电阻的一端与所述单片机连接，所述第一电阻的另一端与所述MOS管的栅极连接，所述MOS管的栅极和源极之间连接有稳压电路，所述MOS管的漏极分别连接所述电源输出端以及连接所述第六电容之后与接地端连接，所述第七电容的一端连接所述MOS管的源极，所述第七电容的另一端与所述第二电阻、所述第三电阻依次连接之后与接地端连接，所述第八电容的一端连接所述MOS管的源极，所述第八电容的另一端与所述第四电阻、所述第五电阻依次连接之后与接地端连接，所述接口的第一引脚连接所述MOS管的源极，所述接口的第二引脚连接所述第八电容与所述第四电阻之间，所述第一输出端位于所述第二电阻和所述第三电阻之间，所述第二输出端位于所述第四电阻和所述第五电阻之间，所述第一输出端和所述第二输出端分别与所述信号处理电路连接，所述第三输出端位于所述第五电阻和地线之间，所述第四输出端位于所述第四电阻和所述第五电阻之间，所述第三输出端和所述第四输出端分别与所述自适应校正电路连接。

本实用新型所提供的液面探测装置，通过设置电桥检测电路、信号处理电路和控制电路形成闭环电路，可以使电桥检测电路的电桥平衡情况受到金属液面探针的检测值影响，那么控制电路可以根据信号处理电路反馈的电桥检测电路的电桥平衡信号，判定探测结果，并根据该电桥平衡信号的变化，控制自适应校正电路的参数直至电桥平衡以完成校正，因此可以实现电桥平衡的自动校正，从而实现了自适应校正。

附图说明

此处的附图，示出了本实用新型所述技术方案的具体实例，并与具体实施方式构成说明书的一部分，用于解释本实用新型的技术方案、原理及效果。

除非特别说明或另有定义，不同附图中，相同的附图标记代表相同或相似的技术特征，对于相同或相似的技术特征，也可能会采用不同的附图标记进行表示。

图1是本实用新型实施例公开的一种液面探测装置的结构示意图。

图2是本实用新型实施例公开的装置中信号处理电路的结构示意图。

图3是本实用新型实施例公开的装置中电源电路的结构示意图。

图4是本实用新型实施例公开的装置中电桥检测电路的结构示意图。

附图标记说明：

10、金属液面探针；20、电桥检测电路；30、信号处理电路；301、第一信号放大器；302、RC滤波电路；40、控制电路；50、自适应校正电路；F1、自恢复保险丝；D1、反向保护二极管；C1、第一电容；C2、第二电容；C3、第三电容；C4、第四电容；C5、有极性电容；L1、第一电感；L2、第二电感；C6、第六电容；C7、第七电容；C8、第八电容；R1、第一电阻；R2、第二电阻；R3、第三电阻；R4、第四电阻；R5、第五电阻；a、第一输出端；b、第二输出端；c、第三输出端；d、第四输出端；J、接口、J1、第一引脚；J2、第二引脚；Q1、MOS管；G、MOS管的栅极；D、MOS管的漏极；S、MOS管的源极。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照说明书附图对本实用新型的具体实施例进行更详细的描述。

除非特别说明或另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在结合本实用新型的技术方案以现实的场景的情况下，本文所使用的所有技术和科学术语也可以具有与实现本实用新型的技术方案的目的相对应的含义。本文所使用的“第一、第二…”仅仅是用于对名称的区分，不代表具体的数量或顺序。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

需要说明的是，当元件被认为“固定于”另一个元件，它可以是直接固定在另一个元件上，也可以是存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件，也可以是同时存在居中元件；当一个元件被认为是“安装在”另一个元件，它可以是直接安装在另一个元件，也可以是同时存在居中元件。当一个元件被认为是“设在”另一个元件，它可以是直接设在另一个元件，也可以是同时存在居中元件。

除非特别说明或另有定义，本文所使用的“所述”、“该”为相应位置之前所提及或描述的技术特征或技术内容，该技术特征或技术内容与其所提及的技术特征或技术内容可以是相同的，也可以是相似的。

毫无疑义，与本实用新型的目的相违背，或者明显矛盾的技术内容或技术特征，应被排除在外。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种液面探测装置，包括金属液面探针10、电桥检测电路20、信号处理电路30、控制电路40和自适应校正电路50；其中，金属液面探针10与电桥检测电路20连接，电桥检测电路20、信号处理电路30和控制电路40形成闭环电路，自适应校正电路50分别连接电桥检测电路20和控制电路40。

其中，控制电路40通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)与自适应校正电路50连接、通过脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号驱动电桥检测电路20，控制电路40通过采集信号处理电路30的信号判断液面探测结果，以及，控制电路40通过自身的IO接口与输出电路连接，通过IO接口输出电平信号控制输出电路输出液面探测结果。

其中，金属液面探针10具体为电容式液面探针，电容式液面探针通过金属液面探针接口与电桥检测电路20电性连接。该电容式液面探针悬空时初始电容值为C_x，当接触到液面时电容值会发生变化，其变化极值为C_p，其值大于C_x，即变化范围为[C_x，C_p]。

可选地，上述的自适应校正电路50具体为AD5160的数字可调电阻器，上电后，控制电路40根据信号处理电路30反馈的电桥检测电路20的电路平衡情况，通过SPI调整AD5160的数字可调电阻器的阻值直到电桥达到平衡，实现自适应校正。

可选地，如图2所示，信号处理电路30包括第一信号放大器301和RC滤波电路302，第一信号放大器301的两个输入端分别连接电桥检测电路20的两个输出端，第一信号放大器301的输出端连接RC滤波电路302的输入端，RC滤波电路302的输出端连接控制电路40的输入端。其中，第一信号放大器301可为放大器AD8602，用于对电桥检测电路20输出的信号进行放大处理，然后通过RC滤波电路302进行过滤处理，输出直流信号。

可选地，图1所示的液面探测装置还可包括未图示的输出电路，输出电路的输入端与控制电路40连接。进一步地，输出电路可以包括第二信号放大器和指示灯，第二信号放大器的正极输入端连接控制电路40的输出端，第二信号放大器的负极输入端与输出端一起连接至指示灯的输入端。其中，第二信号放大器也可以是放大器AD8602，用于稳定控制电路的IO口输出的TTL电平信号，从而稳定输出探测结果。指示灯可以是LED指示灯，通过亮灭指示探测结果。

可选地，控制电路40包括单片机和电源电路，电源电路的输入端连接电源输出端，电源电路的输出端分别连接单片机、电桥检测电路20，单片机的控制引脚分别连接电桥检测电路20、信号处理电路30、输出电路40和自适应校正电路50。其中，单片机可以是STM8S003F3U6TR单片机，该单片机内嵌有嵌入式程序，通过运行嵌入式程序产生PWM信号输出给电桥检测电路20，以控制电桥检测电路20进行采样获得模拟信号，采样得到的模拟信号经由信号处理电路30转换成数字信号，单片机内置有10比特的数模转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)，用于获取上述数字信号并判断液面探测结果，单片机通过IO接口与输出电路连接，以及通过IO接口输出TTL电平信号控制输出电路输出液面探测结果。

可选地，如图3所示，上述电源电路可以包括自恢复保险丝F1和LC滤波电路；自恢复保险丝F1的输入端连接电源输出端，自恢复保险丝F1的输出端连接LC滤波电路的输入端，LC滤波电路的输出端分别连接单片机、电桥检测电路20。其中，自恢复保险丝F1可以是正温度系数(Positive Temperature Coefficient，PTC)自恢复保险丝。通过设置自恢复保险丝可以对电路起过流保护作用，以及设置LC滤波电路过滤高频和低频的电源干扰信号，可加强电路的抗干扰性。

进一步可选地，如图3所示，电源电路还包括反向保护二极管D1，反向保护二极管D1的负极连接电源输出端，反向保护二极管的正极连接LC滤波电路的负极。通过设置反向二极管，可对电路起到反向电源输入保护作用。具体地，反向二极管可以是肖特基二极管，可以进一步降低功耗、减小反向恢复时间。

进一步可选地，LC滤波电路包括电容组和第一电感L1、第二电感L2，电容组包括并联的第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4和有极性电容C5，电容组的正极连接第一电感L1，电容组的负极连接第二电感L2后与接地端连接。

可选地，上述的电桥检测电路20包括RC电桥检测电路，通过比较RC电桥电路的平衡，测量金属液面探针10的电容变化值。进一步地，如图4所示，电桥检测电路20可以包括MOS管Q1、接口J、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一输出端a、第二输出端b、第三输出端c和第四输出端d；其中，第一电阻R1的一端与控制电路40的单片机连接，第一电阻R1的另一端与MOS管Q1的栅极G连接，MOS管Q1的栅极G和源极S之间连接有稳压电路，稳压电路包括负极对接的两个稳压二极管，MOS管Q1的漏极D分别连接电源输出端以及连接第六电容C6之后与接地端连接，第七电容C7的一端连接MOS管Q1的源极S，第七电容C7的另一端与第二电阻R2、第三电阻R3依次连接之后与接地端连接，第八电容C8的一端连接MOS管Q1的源极S，第八电容C8的另一端与第四电阻R4、第五电阻R5依次连接之后与接地端连接，接口J的第一引脚J1连接MOS管Q1的源极S，接口J的第二引脚J2连接第八电容C8与第四电阻R4之间，第一输出端a位于第二电阻R2和第三电阻R3之间，第二输出端b位于第四电阻R4和第五电阻R5之间，第一输出端a、第二输出端b分别与信号处理电路30连接，第三输出端c位于第五电阻R5和地线之间，第四输出端d位于第四电阻R4和第五电阻R5之间，第三输出端c、第四输出端d分别与自适应校正电路50连接。

本实用新型提供的液面探测装置，通过设置电桥检测电路、信号处理电路和控制电路形成闭环电路，可以使电桥检测电路的电桥平衡情况受到金属液面探针的检测值影响，那么控制电路可以根据信号处理电路反馈的电桥检测电路的电桥平衡信号，判定探测结果，并根据该电桥平衡信号的变化，控制自适应校正电路的参数直至电桥平衡以完成校正，因此可以实现电桥平衡的自动校正，从而实现了自适应校正。而且，由于自适应校正，可以进一步扩宽其应用范围，提高其可拓展性，用于不同电容大小的金属液面探针和适应各种不同环境。该液面探测装置灵敏度高，响应快，响应时间约为2ms，远少于市面现有的20-50ms响应时间，从而可以有效避免金属液面探针深入液面导致试剂粘附过多造成浪费。

除此之外，液面探测装置通过设置自恢复保险丝可以对电路起过流保护作用，以及设置LC滤波电路过滤高频和低频的电源干扰信号，可加强电路的抗干扰性。以及，通过设置反向二极管，还可对电路起到反向电源输入保护作用。优选地，反向二极管采用肖特基二极管，可以进一步降低功耗、减小反向恢复时间。此外，该液面探测装置的电路结构简单，成本低，稳定性强，可以有效降低环境干扰，并且进一步提高检测的准确度和精度。

以上实施例的目的，是对本实用新型的技术方案进行示例性的再现与推导，并以此完整的描述本实用新型的技术方案、目的及效果，其目的是使公众对本实用新型的公开内容的理解更加透彻、全面，并不以此限定本实用新型的保护范围。以上实施例也并非是基于本实用新型的穷尽性列举，在此之外，还可以存在多个未列出的其他实施方式。在不违反本实用新型构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本实用新型的保护范围。

Claims

1.液面探测装置，其特征在于，包括金属液面探针、电桥检测电路、信号处理电路、控制电路和自适应校正电路；其中，所述金属液面探针与所述电桥检测电路连接，所述电桥检测电路、所述信号处理电路和所述控制电路形成闭环电路，所述自适应校正电路分别连接所述电桥检测电路和所述控制电路。

2.如权利要求1所述的液面探测装置，其特征在于，所述金属液面探针为电容式液面探针，所述电容式液面探针与所述电桥检测电路连接。

3.如权利要求1所述的液面探测装置，其特征在于，所述信号处理电路包括第一信号放大器和RC滤波电路，所述第一信号放大器的两个输入端分别连接所述电桥检测电路的两个输出端，所述第一信号放大器的输出端连接所述RC滤波电路的输入端，所述RC滤波电路的输出端连接所述控制电路的输入端。

4.如权利要求1至3任一项所述的液面探测装置，其特征在于，还包括输出电路，所述输出电路的输入端与所述控制电路连接。

5.如权利要求4所述的液面探测装置，其特征在于，所述输出电路包括第二信号放大器和指示灯，所述第二信号放大器的正极输入端连接所述控制电路的输出端，所述第二信号放大器的负极输入端与输出端一起连接至所述指示灯的输入端。

6.如权利要求4所述的液面探测装置，其特征在于，所述控制电路包括单片机和电源电路，所述电源电路的输入端连接电源输出端，所述电源电路的输出端分别连接所述单片机、所述电桥检测电路，所述单片机分别连接所述电桥检测电路、所述信号处理电路、所述输出电路和所述自适应校正电路。

7.如权利要求6所述的液面探测装置，其特征在于，所述电源电路包括自恢复保险丝和LC滤波电路；所述自恢复保险丝的输入端连接所述电源输出端，所述自恢复保险丝的输出端连接所述LC滤波电路的输入端，所述LC滤波电路的输出端分别连接所述单片机、所述电桥检测电路。

8.如权利要求7所述的液面探测装置，其特征在于，所述电源电路还包括反向保护二极管，所述反向保护二极管的负极连接所述电源输出端，所述反向保护二极管的正极连接所述LC滤波电路的负极。

9.如权利要求7所述的液面探测装置，其特征在于，所述LC滤波电路包括电容组和第一电感、第二电感，所述电容组包括并联的第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和有极性电容，所述电容组的正极连接所述第一电感，所述电容组的负极连接所述第二电感后与接地端连接。

10.如权利要求6所述的液面探测装置，其特征在于，所述电桥检测电路包括MOS管、接口、第六电容、第七电容、第八电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一输出端、第二输出端、第三输出端和第四输出端；其中，所述第一电阻的一端与所述单片机连接，所述第一电阻的另一端与所述MOS管的栅极连接，所述MOS管的栅极和源极之间连接有稳压电路，所述MOS管的漏极分别连接所述电源输出端以及连接所述第六电容之后与接地端连接，所述第七电容的一端连接所述MOS管的源极，所述第七电容的另一端与所述第二电阻、所述第三电阻依次连接之后与接地端连接，所述第八电容的一端连接所述MOS管的源极，所述第八电容的另一端与所述第四电阻、所述第五电阻依次连接之后与接地端连接，所述接口的第一引脚连接所述MOS管的源极，所述接口的第二引脚连接所述第八电容与所述第四电阻之间，所述第一输出端位于所述第二电阻和所述第三电阻之间，所述第二输出端位于所述第四电阻和所述第五电阻之间，所述第一输出端和所述第二输出端分别与所述信号处理电路连接，所述第三输出端位于所述第五电阻和地线之间，所述第四输出端位于所述第四电阻和所述第五电阻之间，所述第三输出端和所述第四输出端分别与所述自适应校正电路连接。