CN2739590Y - 超声波物位传感器 - Google Patents

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祁剑峰
王淳
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Abstract

本实用新型涉及一种以采用超声波振动为特征的计量设备，特别是一种超声波物位传感器，包括相互连接的敏感元件和控制器，控制器包括运算装置，其要点在于，控制器还包括有用于分析处理信号波特性的分析处理装置，以及比较装置和基准装置。优点在于，基于超声波的发射波和反射波具有共性的原理，通过分析处理装置将所接收的所有信号波进行分析和处理，从而得到所有信号波的特性参数，然后通过比较装置的判断，得到该发射波对应的反射波，然后通过运算装置计算发射波和反射波之间的往返时间差，并计算相应工作面的位置，使本实用新型所述的超声波物位传感器可以有效地将反射波和空间杂波区分开来，具有很强的抗干扰能力。

Description

超声波物位传感器
技术领域
本实用新型涉及一种以采用超声波振动为特征的计量设备，特别是一种超声波物位传感器。
背景技术
超声波物位传感器是一种非接触式的传感器，包括有相互电连接的敏感元件和控制器，控制器中具有一运算装置，工作原理为：敏感元件产生一定频率的超声波，并向工作面(如液面或固体表面)发射一束该频率的超声波，被工作面反射后，该敏感元件再接收反射波，然后运算装置根据声波往返的时间就可以计算传感器到工作面的距离，从而测量工作面的位置。其不足之处在于，由于超声波的传送会随着距离而衰减，因此反射回来的超声波往往信号也小，从而淹没在噪音和干扰波等信号波中，难以识别，造成计算精度低，抗干扰能力较差。
发明构成
本实用新型的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种精度高、抗干扰能力强的超声波物位传感器。
本实用新型的目的是通过以下途径来实现的：
超声波物位传感器，包括相互连接的敏感元件和控制器，控制器包括运算装置，其要点在于，控制器还包括有用于分析处理信号波特性的分析处理装置，以及比较装置和基准装置，分析处理装置的输入端与敏感元件电连接，输出端与比较装置的一比较输入端连接，基准装置与比较装置的另一比较输入端连接，比较装置的比较输出端则与运算装置传输连接。
本实用新型所述的超声波物位传感器的工作机理为：由于反射波是发射波在工作面上的反射，因此二者之间具有共性，如具有相同的频率特性，因此只要找到与发射波相同特性的反射波，就可以精确找到反射波，并进行计算，这样计算出来的结果就更为精确，也使得超声波物位传感器的抗干扰性大大增加，即能有效区分空间杂波，在复杂环境下也可以正常工作。
以上工作机理实现如下：敏感元件接收到反射波后，分析处理装置主要是分析来自敏感元件所接收的所有信号波，包括有用的反射波和干扰的信号波，并计算出所有信号波的特性参数，然后通过比较装置将每个信号波的特性参数与基准装置中的基准值进行一一对比，该基准值为发射波与反射波具有的共性参数，从而找到该发射波对应的反射波，此后就可以通过运算器对发射波和反射波之间的来回时间差进行计算，得到相应的物位数据。
分析处理装置可以进一步具体如下：
分析处理装置为一种可以对频率特性进行分析运算的装置。
或者，分析处理装置为一种可以对波长特性进行分析运算的装置。
由于反射波和发射波之间具有相同频率特性，或者说具有相同的波长特性，因此本分析处理装置主要是针对反射波和其他空间杂波的频率特性或者波长进行分析，并区分出来，从而筛选出所需要的反射波。
分析处理装置包括相互连接频率特性分析装置和能量分析装置，其中频率特性分析装置与敏感元件连接，而能量分析装置则与比较装置连接。
因为在实际应用环境中，除了希望测量的面会反射声波之外，还会出现很多其他物体反射的声波，比如探头和被测平面中间的障碍物、容器壁、被测平面本身不平坦，被测平面的泡沫，空气中的灰尘等等。这些反射波从频率的角度看都是一样的，唯一的差别就是能量不同。
而基于能量的分析原理：声波的能量等于声波的强度乘以声波持续时间。根据这个原理，能量分析装置是在所有具有相同频率特性反射波中寻找能量最大的反射波作为被测波，或者根据用户的设置，选择时间优先或者强度优先的反射波，同时还可以根据以往的测试数据，过滤掉一些能量变化过大反射波，从而把常见干扰(如灰尘等)的反射波滤掉，最终实现抗干扰的功能。
还包括有一显示装置，其与控制器电连接。
该显示装置为全中文显示界面，因此操作界面更加友好，使用更为方便。
还包括有一输入装置，其与控制器电连接。该输入装置可以进一步具体为：
该输入装置为一种按键输入装置，或者
该输入装置为一种红外控制输入装置。
输入装置主要是用于对传感器进行设置，或者数据输入。
敏感元件包括超声波发射端口、接收端口、滤波电路、放大电路以及超声波信号装置，超声波发射端口的输入端通过超声波信号装置与控制器连接，而接收端口的输出端则依序通过滤波电路、放大电路与控制器连接。
控制器控制发射波的信号特性，并传送给超声波信号装置，然后通过发射端口发射出去。接受端口接受发射波和其他杂波，然后通过滤波电路处理，并通过放大电路将信号放大后，送入控制器进行处理和分析。
本实用新型还可以进一步具体为：
控制器的运算装置、分析处理装置、比较装置和基准装置均包含在一型号为ATL128的中央处理芯片中，一型号为62C256的存储芯片存储有计算过程的中间值，中央处理芯片ATL128的PC0～PC7脚与该存储芯片62C256的A1～A7、A9脚传输连接，同时该存储芯片62C256的的A1～A7、A9还通过一型号为MC373的锁存芯片与中央处理芯片的PA0～PA7脚连接。
这是在电路结构上，本实用新型所述各装置之间的相互连接关系。其中锁存芯片是与存储芯片配合使用，主要是用于锁存进入存储芯片的数据信息。而存储芯片储存所有计算过程的中间值，包括采集到的数据、计算结果、比较基准值等等。
综上所述，本实用新型的优点在于，基于超声波的发射波和反射波具有共性的原理，通过分析处理装置将敏感元件所接收的包括杂波和反射波的所有信号波进行分析和处理，从而得到所有信号波的特性参数，然后将每一个信号波的特性参数通过比较装置与基准装置中发射波的特性参数进行比较，从而得到该发射波对应的反射波，然后通过运算装置计算发射波和反射波之间的往返时间差，并计算相应工作面的位置，使本实用新型所述的超声波物位传感器可以有效地将反射波和空间杂波区分开来，具有很强的抗干扰能力。
附图说明
图1所示为本实用新型所述超声波物位传感器控制器流程框架示意图；
图2所示为本实用新型所述超声波物位传感器的电路框架示意图；
图3所示为本实用新型所述超声波物位传感器控制器的电路示意图；
图4所示为本实用新型所述超声波物位传感器按键输入装置电路示意图；
图5所示为本实用新型所述超声波物位传感器控制器与敏感元件之间的传输接口电路示意图。
下面结合实施例对本实用新型做进一步的描述。
具体实施例
最佳实施例：
参见附图2，超声波物位传感器，包括敏感元件、控制器、输入装置和显示装置。其中敏感元件包括超声波发射端口、接收端口、滤波电路、放大电路以及超声波信号装置，超声波发射端口的输入端通过超声波信号装置与控制器连接，而接收端口的输出端则依序通过滤波电路、放大电路与控制器连接。输入装置为一种按键输入装置，即键盘；显示装置为一种液晶显示装置，该显示装置为全中文显示界面，因此操作界面更加友好，使用更为方便。输入装置和显示装置均与控制器传输连接。
控制器控制发射波的信号特性，并传送给超声波信号装置，然后通过发射端口发射出去。接受端口接受发射波和其他杂波，然后通过滤波电路处理，并通过放大电路将信号放大后，送入控制器进行处理和分析。
参照附图1，控制器包括有用于分析处理信号波特性的分析处理装置，以及比较装置、基准装置和运算装置，分析处理装置的输入端与敏感元件电连接，输出端与比较装置的一比较输入端连接，基准装置与比较装置的另一比较输入端连接，比较装置的比较输出端则与运算装置传输连接。
根据超声波的发射波和反射波具有共性的原理，通过分析处理装置将敏感元件所接收的包括杂波和反射波的所有信号波进行分析和处理，从而得到所有信号波的特性参数，然后将每一个信号波的特性参数通过比较装置与基准装置中发射波的特性参数进行比较，从而得到该发射波对应的反射波，然后通过运算装置计算发射波和反射波之间的往返时间差，并计算相应工作面的位置，使本实用新型所述的超声波物位传感器可以有效地将反射波和空间杂波区分开来，具有很强的抗干扰能力。
参照附图3、附图4和附图5，附图3所示控制器的运算装置、分析处理装置、比较装置和基准装置均包含在一型号为ATL128的中央处理芯片中，一型号为62C256的存储芯片存储有计算过程的中间值，中央处理芯片ATL128的PC0～PC7脚与该存储芯片62C256的A1～A7、A9脚传输连接，同时该存储芯片62C256的的A1～A7、A9还通过一型号为MC373的锁存芯片与中央处理芯片的PA0～PA7脚连接。其中锁存芯片是与存储芯片配合使用，主要是用于锁存进入存储芯片的数据信息。而存储芯片储存所有计算过程的中间值，包括采集到的数据、计算结果、比较基准值等等。
附图4所示为按键输入装置电路示意图，其接口J5与附图3中的ATL128的PB0～PB3脚连接。
附图5所示为超声波物位传感器控制器与敏感元件之间的传输接口电路示意图，其SYN INPUT、CTL OUT1端分别与附图3中的ATL 128的PE6、PD6脚连接，而SYN CTL、CTL OUT2端分别与ATL128的PE5、PD7脚连接。
本实用新型未述部分与现有技术相同。

Claims (9)

1、超声波物位传感器，包括相互连接的敏感元件和控制器，控制器包括运算装置，其特征在于，控制器还包括有用于分析处理信号波特性的分析处理装置，以及比较装置和基准装置，分析处理装置的输入端与敏感元件电连接，输出端与比较装置的一比较输入端连接，基准装置与比较装置的另一比较输入端连接，比较装置的比较输出端则与运算装置传输连接。
2、根据权利要求1所述的超声波物位传感器，其特征在于，分析处理装置为一种频率分析处理装置。
3、根据权利要求1所述的超声波物位传感器，其特征在于，分析处理装置为一种可以对波长特性进行分析运算的装置。
4、根据权利要求1所述的超声波物位传感器，其特征在于，分析处理装置包括相互连接频率特性分析装置和能量分析装置，其中频率特性分析装置与敏感元件连接，而能量分析装置则与比较装置连接。
5、根据权利要求1所述的超声波物位传感器，其特征在于，还包括有一显示装置，其与控制器电连接。
6、根据权利要求1所述的超声波物位传感器，其特征在于，还包括有一输入装置，其与控制器电连接。
7、根据权利要求6所述的超声波物位传感器，其特征在于，输入装置可以是一种按键输入装置，还可以是一种红外控制输入装置。
8、根据权利要求1所述的超声波物位传感器，其特征在于，敏感元件包括超声波发射端口、接收端口、滤波电路、放大电路以及超声波信号装置，超声波发射端口的输入端通过超声波信号装置与控制器连接，而接收端口的输出端则依序通过滤波电路、放大电路与控制器连接。
9、根据权利要求1所述的超声波物位传感器，其特征在于，控制器的运算装置、分析处理装置、比较装置和基准装置均包含在一型号为ATL128的中央处理芯片中，一型号为62C256的存储芯片存储有计算过程的中间值，中央处理芯片ATL128的PC0～PC7脚与该存储芯片62C256的A1～A7、A9脚传输连接，同时该存储芯片62C256的的A1～A7、A9还通过一型号为MC373的锁存芯片与中央处理芯片的PA0～PA7脚连接。
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