CN220153636U - 变送器 - Google Patents

Abstract

公开了一种变送器。在一个实施例中，该变送器包括：具有开口的壳体；布置在壳体的开口处的盖，盖包括导电面板；在壳体内与盖邻接的隔板，隔板包括位于导电面板下方的至少一个孔；在壳体内与隔板邻接的电路板，电路板包括至少一个线圈，至少一个线圈中的每个位于至少一个孔中的相应孔的下方；以及在壳体内的功能板，功能板上布置有微处理器和与微处理器及至少一个线圈电连接的电感数字转换器；其中，电感数字转换器被配置成：响应于对至少一个孔中的一个孔上方的导电面板的相应局部区域的按压，生成指示按压的触摸信号，并向微处理器输出触摸信号。

Description

变送器

技术领域

本公开内容总体上涉及信号测量，更具体的，涉及包括与电感有关的触摸按钮的变送器。

背景技术

变送器是把传感器的输出信号转变为可被控制器识别的信号的转换器。

变送器可以用于流量计。例如，用于测量流体流量的流量计可以包括测量管、传感器及变送器。示例性的，这种变送器包括具有开口的外壳、布置在外壳的开口处的盖、布置在壳体内的显示模块、布置在壳体内的具有微处理器的功能板，以及核心处理模块。核心处理模块发出驱动传感器的驱动信号；核心处理模块还接收响应于线圈的运动而由传感器生成的模拟信号；核心处理模块将该模拟信号转换为数字信号并提供给功能板。功能板上的微处理器可以对接收到的数字信号进行处理并向显示模块提供显示信号。显示模块例如包括诸如液晶显屏的显示单元。显示单元基于显示信号向用户显示信息，例如，当前流量。盖中央区域有面板，面板可以包括按钮区和透明区。透明区使得用户能够看到下方的显示屏。按钮区被配置在与显示屏的外围区对应的区域。按钮用于用户与变送器交互。按钮例如为电容式触摸按钮。电容式触摸按钮例如为金属电容式触摸按钮。金属电容式触摸按钮的典型结构包括：导电金属盖层(即，充当上电极的导电盖层)、间隙、金属电容式触摸传感器(即，下电极)。该结构形成一个电容器。当手指按压导电金属盖层时，导电金属盖层变形，变形的导电金属盖层与金属电容式触摸传感器之间的间距减小，从而电容发生变化。导电金属盖层可以形成在盖的面板上。面板下方有隔板和电路板。隔板有孔。电路板在与隔板的孔对应的位置设置有下电极。即，隔板的孔用于形成导电金属盖层与下电极之间的间隙。触摸按钮的位置已被标识，因此，当用户触摸面板上的与触摸按钮对应的标识区域时，可以基于电容变化产生指示触摸的输出信号，功能板基于该输出信号执行相应的功能，从而实现用户与变送器之间的交互。

上述金属电容式触摸按钮的导电金属盖层较薄，并且导电盖层需要接地。这可能限制其应用。这样的金属电容式触摸按钮在抗电磁干扰、电磁兼容方面表现不甚理想。

实用新型内容

在下文中将给出关于本公开内容的简要概述，以便提供关于本公开内容的某些方面的基本理解。应当理解，此概述并不是关于本公开内容的穷举性概述。以下概述并不是意图确定本公开内容的关键或重要部分，也不是意图限定本公开内容的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些构思，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

根据本公开内容的一方面，提供了一种变送器。该变送器包括：具有开口的壳体；布置在壳体的开口处的盖，盖包括导电面板；在壳体内与盖邻接的隔板，隔板包括位于导电面板下方的至少一个孔；在壳体内与隔板邻接的电路板，电路板包括至少一个线圈，至少一个线圈中的每个位于至少一个孔中的相应孔的下方；以及在壳体内的功能板，功能板上布置有微处理器和与微处理器及至少一个线圈电连接的电感数字转换器；其中，电感数字转换器被配置成：响应于对至少一个孔中的一个孔上方的导电面板的相应局部区域的按压，生成指示按压的触摸信号，并向微处理器输出触摸信号

本公开内容的技术方案的有益技术效果包括以下中的至少一个：消除变送器的触摸按钮的导电盖层的接地要求，改善触摸按钮在抗电磁干扰、电磁兼容方面的性能。

附图说明

公开可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中相同附图标记表示相同的构件。应当明白的是附图不必按比例绘制。在附图中：

图1示出了根据本公开内容的一个实施例的变送器的示意结构的分解图；

图2示出了根据本公开内容的一个实施例的在按压前的触摸按钮；

图3示出了根据本公开内容的一个实施例的在按压后的触摸按钮；

图4示出了根据本公开内容的一个实施例的触摸按钮的等效电路；

图5示出了根据本公开内容的实施例的由LDC提供的触摸信号；以及

图6示出了根据本公开内容的一个实施例的变送器的触摸感测电路。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本公开内容的示例性实施方式进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该理解，在开发任何这种实际实施方式的过程中可以做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，并且这些决定可能会随着实施方式的不同而有所改变。

在此，还需要注意的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本公开内容，在附图中仅仅示出了与根据本公开内容的方案密切相关的装置结构，而省略了与本公开内容关系不大的其他细节。

本公开内容的一个方面公开了一种变送器。下面参照图1对该变送器进行示例性描述。

图1示出了根据本公开内容的一个实施例的变送器10的示意结构的分解图。变送器10包括：壳体11、盖13、隔板15、电路板17及功能板19。壳体11具有开口。该开口适于将盖13与外壳11组装在一起。盖13布置在壳体11的开口处。盖13包括导电面板131。隔板15在壳体11内与盖13邻接布置。隔板15包括位于导电面板131下方的例如孔151的至少一个孔。电路板17在壳体11内与隔板15邻接。电路板17包括例如线圈171的至少一个线圈。至少一个线圈中的每个位于至少一个孔中的相应孔的下方。例如，线圈171在孔151下方。优选线圈171的中心位置与孔151的中心对准。功能板19在壳体11内。功能板19上布置有微处理器193和与微处理器193及至少一个线圈电连接的电感数字转换器(inductance-to-digitalconverter，LDC)191。电感数字转换器191被配置成：响应于对至少一个孔中的一个孔上方的导电面板的相应局部区域的按压，生成指示按压的触摸信号，并向微处理器193输出触摸信号。图1中示出变送器10的构件仅为示例性的，变送器10还可以包括诸如显示模块、连接构件等的其他构件。

盖13可以包括中央区域的开口135和围绕开口的导电面板131。导电面板131包括铝层、不锈钢层或透明氧化铟锡层。例如，导电面板131为2mm厚的不锈钢。盖13的开口135可用于查看显示模块的显示屏上显示的信息。开口可镶嵌有透明盖板。导电面板131优选包括铝层或不锈钢层。不锈钢和铝具有较高的提离效应(lift-off effect)，在其由于按压接近下方的线圈时，可以产生更强的涡流，有利于更高的触摸感测灵敏度。因此，导电面板131优选包括铝层、不锈钢层。

隔板15可以为绝缘材料。隔板15中央具有开口。隔板15可以包括多个孔。图1中示意性的示出了4个孔，其对称分布在隔板15的开口的周围。孔的大小可以参考其下方的线圈的在电路板的表面的二维尺寸来确定。例如，孔的大小大于其下方的线圈的二维尺寸，或者基本相同，其中，二维尺寸为线圈在电路板的表面的几何投影图形的最大宽度。例如，孔为直径为Du的圆，几何投影图形为螺旋线，且其最大宽度为Dc，Du：Dc在1.5至1.0范围，优选，Du：Dc在1.5至1.1范围。线圈的形状包括但不限于：圆形(螺旋线的轮廓视为圆形)、椭圆和矩形。矩形优选正方形。孔的数量例如为1、2、3、4、5、6或更多。每个孔对应一个触摸按钮。隔板15优选具有1.0毫米至6.0毫米的厚度以获得理想的触摸感测灵敏度。

电路板17包括的线圈的数量与其上方的隔板15的孔的数量相同。并且，优选，每个线圈的位置与相应孔的中心位置对准。电路板17中央具有开口。电路板17可以为印刷电路板。线圈可以通过图案化电路板上的金属层来形成。需要说明的是，在已组装状态，导电面板131、隔板15和电路板17两两抵靠布置，其中，隔板15在导电面板131与电路板17之间。

在隔板15的每个孔的上方，导电面板131的相应局部区域被标识，以使用户能够识别每个触摸按钮的位置，从而选定预定按钮，准确操作。例如孔151上方的导电面板131的局部区域133被标识以便于用户准确操作。导电面板131的局部区域133内的导电触摸区、孔151、线圈171构成一个本公开内容的示例触摸按钮。

基于以上描述可知，本公开内容的变送器包括基于电感线圈的触摸按钮，其中，与电感数字转换器连接的电感线圈充当触摸传感器。电感数字转换器用于生成触摸信号。

可以参考图2和图3理解本公开内容的触摸按钮在触摸前后的变化。图2示出了根据本公开内容的一个实施例的在按压前的触摸按钮20。图3示出了根据本公开内容的一个实施例的在按压后的触摸按钮20。如图2中所示，在变送器各组件已装配状态下，导电面板131、隔板15和电路板17两两抵靠布置，其中，隔板15在导电面板131与电路板17之间。隔板15的孔151所对应的空间充当触摸按钮20的导电触摸区与电路板17上的线圈171之间的间隙。如图3中所示，触摸导电面板131(例如，使用手指按压)后，导电面板131的相应局部面板发生变形，局部面板与线圈171的距离的分布发生变化。如果为线圈171并联一个电容器，并施加电能，可发生LC振荡。距离的分布变化可影响LC振荡的特性。从而可以使用电感数字转换器基于LC振荡的特性来检测触摸。

下面将参考本公开内容的触摸按钮的等效电路说明触摸检测的原理。图4示出了根据本公开内容的一个实施例的触摸按钮的等效电路40，其包括构成LC振荡回路的电感和电容。电感L(d)为线圈的电感Ls和电感Lu的和，其中,Lu是线圈与导电面板的耦合电感，耦合电感Lu与导电面板与线圈之间的距离d有关，C是与线圈并联的电容器的电容，Sd为对线圈施加的交流驱动信号，Rp(d)是并联等效谐振阻抗，与线圈的寄生电阻Rs、导电面板的涡流寄生电阻R(d)、电容C及电感L(d)有关。并联等效谐振阻抗Rp(d)与距离d有关，随距离d的增大，Rp(d)增大。交流驱动信号Sd会产生变化的磁场，从而在导电面板表面产生涡流。即，导电面板与线圈产生电磁耦合。这种耦合与距离d相关。施加的电能引起LC振荡，振荡频率与电感L(d)相关即，振荡频率与距离d相关。由此，可以基于振荡频率检测触摸。可以利用LDC来实现这种基于LC振荡的触摸检测。LDC可以测量并联等效谐振阻抗Rp(d)和谐振频率。为了抑制局部面板与相应线圈之间形成的寄生电容引起的干扰，与线圈并联的电容器的电容优选在100pF至1nF之间。线圈的示例性参数如下：直径14mm，23匝，线宽为4mil，相邻线间距4mil，材质为铜，线厚度1oz(由FR4电路板上的1oz厚度的铜箔通过图案化腐蚀得到)。

图5示出了根据本公开内容的实施例的由LDC提供的触摸信号。在使用了电感数字转换器LDC分别连接根据本公开内容的实施例的三个触摸传感器的情况下，如图5中所示，生成了三个测量结果Measure₁(t)、Measure₂(t)、Measure₃(t)。使用LDC输出的信号的强度I来确定是否发生触摸，其中，强度I与LC振荡的频率有关。当用交流驱动信号驱动触摸传感器时，发生触摸后，LDC输出的信号的强度I会明显增大，从而可以利用该特性检测到触摸的发生。LDC例如为德州仪器的LDC1614RGH芯片。

图6示出了根据本公开内容的一个实施例的变送器的触摸感测电路60。如图6中所示，该变送器被配置了4个线圈：Coil1、Coil2、Coil3和Coil4，以为该变送器提供4个触摸按钮。4个线圈均被布置在电路板上。电路板上还为每个线圈配置了电容器。如图6中所示，线圈Coil1与电容器C25并联连接，电容器C25的标称电容例如为100pF；线圈Coil2与电容器C28并联连接，电容器C28的标称电容例如为120pF；线圈Coil3与电容器C30并联连接，电容器C30的标称电容例如为120pF；线圈Coil4与电容器C31并联连接，电容器C31的标称电容例如为100pF。4个线圈中的每个经由与相应电容器连接的两个并联节点连接至电感数字转换器U7的两个相应端口。电感数字转换器U7例如为LDC1614RGH芯片。电感数字转换器U7经由I2C总线从端口B1_SDA、B1_SCL向微处理器输出触摸信号。微处理例如为MSP430处理器。电感数字转换器U7经由电源输入端VDD及磁珠L6与直流电源E连接。电源输入端VDD经由接地电容器接地(用“GND”表示“地”)。图6中示例性的经由电源输入端VDD两个电容器C26、C27接地。本领域技术人员能够理解用一个等效电容器也是可以的。

对于本公开内容所公开的方案，通过使用电感数字转换器基于电感来检测触摸，相对于常规的金属电容式触摸按钮，消除了触摸按钮的导电面板的接地要求，改善了触摸按钮在抗电磁干扰、电磁兼容方面的表现，同时，导电面板可以设计得较厚，在实际应用中具有相应的优势。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素或组件的存在或附加。

尽管上面已经通过对本公开内容的具体实施方式的描述对本公开内容进行了披露，但是，应该理解，本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本公开内容的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本公开内容的保护范围内。

Claims (10)

1.一种变送器，其特征在于，包括：

具有开口的壳体；

布置在所述壳体的开口处的盖，所述盖包括导电面板；

在所述壳体内与所述盖邻接的隔板，所述隔板包括位于所述导电面板下方的至少一个孔；

在所述壳体内与所述隔板邻接的电路板，所述电路板包括至少一个线圈，所述至少一个线圈中的每个位于所述至少一个孔中的相应孔的下方；以及

在所述壳体内的功能板，所述功能板上布置有微处理器和与所述微处理器及所述至少一个线圈电连接的电感数字转换器；

其中，所述电感数字转换器被配置成：响应于对所述至少一个孔中的一个孔上方的所述导电面板的相应局部区域的按压，生成指示所述按压的触摸信号，并向所述微处理器输出所述触摸信号。

2.根据权利要求1所述的变送器，其中，所述导电面板包括铝层、不锈钢层或透明氧化铟锡层。

3.根据权利要求1所述的变送器，其中，所述至少一个线圈的数量等于或大于2。

4.根据权利要求1所述的变送器，其中，所述导电面板的所述至少一个孔中的每个的上方的相应局部区域被标识，作为一个触摸按钮。

5.根据权利要求1所述的变送器，其中，所述电感数字转换器经由电源输入端及磁珠与电源连接；并且

所述电源输入端经由接地电容器接地。

6.根据权利要求1所述的变送器，其中，所述电感数字转换器被配置成经由I2C总线向所述微处理器输出所述触摸信号。

7.根据权利要求1所述的变送器，其中，所述电路板还包括与所述至少一个线圈中的每个并联连接的相应电容器；并且

所述至少一个线圈中的每个经由与所述相应电容器连接的两个并联节点连接至所述电感数字转换器的两个相应端口。

8.根据权利要求7所述的变送器，其中，所述相应电容器的电容为100pF至1nF。

9.根据权利要求1所述的变送器，其中，所述电感数字转换器被配置成生成与LC共振频率相关的所述触摸信号。

10.根据权利要求1所述的变送器，其中，所述隔板具有1.0毫米至6.0毫米的厚度。