CN2762070Y - 可直读力的振弦传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型的技术方案在解决振弦传感器自身所存在的变送输出电信号与被测物理量之间转换一致性差、难以在监测现场第一时间直接测读压力、每一传感器无统一零值直观反应被测物理量零基准点等技术问题的基础上，还要克服传感器内部电子装置结构构成复杂、设置电源电缆和通讯电缆使接线触点增多而出现的一系列技术弊病，提出了一种可直读力的振弦传感器，本技术将内嵌于传感器单片机处理单元的半双工串行数据通讯传输线同时作为电源供电单元的电源输入线，电源供电单元为各组成单元提供工作电源。本技术方案内嵌式单片机处理单元与外部仪表形成了主从检测工作形式，不仅使单片机处理单元极为简化，而且供电电缆和数据通讯电缆为一线接口设计，电缆芯线数量减少，确保了传感仪器工作的高可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是传感器变送检测技术，尤其涉及的是将单片机电子装置嵌入振弦传感器构成一整体结构从而增强振弦传感器电子性能的传感综合处理技术。
背景技术
种类繁多的传感器中，其中很大一部分传感器由于自身性能方面所存在的缺陷给使用带来许多困难。振弦传感器就是其中较为典型的一种。其自身性能存在的缺陷有：1、由于传感器变送输出的电信号与被测物理量之间往往呈非线性转换关系，数据的一致性差，所以每一振弦传感器都必须配备自身的标定数据，即标定表、曲线或斜率K值等。当一项工程监测中所使用的振弦传感器数量较多，几十只甚至是上百只时，若标定数据丢失或相互混淆，其测量目的就难以实现；2、直接测读振弦传感器的频率变送信号是传感检测场合不得不采用的测读方法，而与之对应的被监测物理量就无法在监测现场第一时间测读出来，每次测量都要根据所附带的标定数据逐只逐次地完成从频率值到物理量的转换计算，测读值不直观、数据处理量较为庞大，是振弦传感器所面临的主要技术问题；3、振弦传感器不具有统一零值来直观的反应被测物理量零基准点，不得不通过读数不一的零荷载时传感变送的初始频率值来隐含表示物理量零点，在数据测量、数据处理或数据分析因此而带来很大不便。为了增强振弦传感器电处理功能，为实时监测提供更多的方便，山东科技大学洛赛尔传感技术有限公司推出的洛赛尔振弦传感器，以及长沙金马有限公司研制的直接测读物理量的振弦传感器，其技术方案基本是在振弦传感器内部安装以单片机为主、设置专用的通讯接口芯片的电子控制系统，由于该控制系统较复杂，还需占用传感器内部狭小空间的很大部分，存在控制系统电路与传感器壳体短路等隐患，工作可靠性差；组装有控制系统的振弦传感器除有数据传送线之外，还另需一组电源电缆，因而就必需使用四芯以上的屏蔽电缆线，接线触点的增多，不仅使绝缘处理难度加大，而且还需改变传感器引线处的局部结构，使传感器与电缆的连接较为困难，也给传感器加工装配造成很大困难，隐患增多、工作可靠性能差、成本高。
实用新型内容
为强化传感器的电检测功能，将安装设置于传感器内部的微机电子控制系统结构和传输电缆结构简化，提高工作可靠性，本实用新型提供了一种可直读力的振弦传感器之技术方案。本技术方案的主要内容为：本可直读力的振弦传感器，包括有振弦传感单元、单片机处理单元和电源供电单元；一传输线既作为单片机处理单元的半双工串行数据通讯传输线同时还作为电源供电单元的电源输入线，该传输线与振弦传感单元的传感信号传输线和公共地线，作为一组用于与外部仪表联接的传输线；其电源供电单元是由电压控制开关元件与电解电容构成的电源回路，电解电容的正极端引出线作为供各单元工作的电源端。
在上述的整体技术方案中，其单片机处理单元是由单片机芯片和其存储单元连接构成。
本实用新型的可直读力的振弦传感器技术方案，其设计上是将振弦传感器内嵌的单片机处理单元设计为与外部仪表构成的主从控制结构形式，内嵌于传感器的单片机处理单元作为从控电子装置受控于外部仪表主机，通过外部仪表指令在传感器内部完成数据处理、存储、逻辑判断、数据通讯等操作，消除表示零荷载基准值时的非零数据值，减小传感信号与被测物理量之间的非线性误差，由外部仪表作为其测量显示仪表，从而使外部仪表成为能够直接准确测读被测物理量的振弦传感器外连接通用性的直读力仪表。特别是，本技术方案充分简化了装配于传感器内部的单片机处理单元结构，并将供电电缆和数据通讯电缆采用一线接口设计，因而它很容易嵌入那些有严格限制电气触点数量、空间狭小的传感器内部，在最大限度应用单片机综合处理功能的基础上，使电缆芯线数量降至最少，从而在电缆接口结构上消除了接线触点隐患、保证了传感仪器工作的高可靠性。
下面将结合附图详细说明本实用新型的技术内容。
附图说明
图1为本实用新型可直读力的振弦传感器电路组成框图
图2和图3分别为两具体实施电路原理图。
具体实施方式
本实用新型的可直读力的振弦传感器，如图所示，包括有振弦传感单元1、单片机处理单元2和电源供电单元3，其振弦传感单元1的传感频率信号输送电缆直接外接于外部仪表9。内嵌于传感器中设置的单片机处理单元2与外部仪表9半双工串行数据通讯联接，该单片机处理单元2是由单片机芯片20和其存储单元21构成，在本实施例中，其单片机芯片最好采用具有增强型UART通讯功能的P87LPC76X系列单片机，其存储单元21主要用于存贮检测基准值、检测标定数据以及测量数据，由单片机芯片20对其进行读写操作，从而构成完整而独立的单片机处理单元。在本技术方案中，其要解决的另一主要技术问题是如何使数据通讯线与内嵌于传感器各单元正常工作的供电电缆合二化一，其中单片机处理单元2与外部仪表I/O接口连接方面，采用如图2的与单片机芯片TXD、RXD的全双工I/O通讯接口连接结构，或采用图3的与单片机单一I/O接口的通讯连接方式，由软件方法实现其半双工通讯功能；内嵌于传感器设有为单片机处理单元2等提供工作电源的电源供电单元3，该电源供电单元3的供电输入线与单片机处理单元2的通讯线共用一根电缆线Line，其电源供电单元3是由电压控制开关元件和电解电容CD连接构成电源供电回路，由电容CD的正极端引出作为内嵌于传感器各单元工作的电源输出端V+，其中的电压控制开关元件可采用开关二极管D、可控硅或继电器等元件，也可采用如图3所示的开关三极管T，其基极控制端由单片机芯片20的一I/O接口线Px.x指令控制其导通或开断，以保证Line线在高电平状态时，包括通讯高电平信号、外部仪表9在分时供电过程中向电源供电单元提供的充电高电平，为电解电容CD充电；当Line低电平状态时，电压控制开关元件关断，电解电容CD所存储电能为传感器内各单元提供维持其工作的工作电流，此时开关元件已将电源供电单元3与通讯线路断开，以保证Line线的通讯功能不受任何影响。电源供电单元3的输入端并连设有由稳压管DW构成的保护电路4，当连接线Line与地线GND间的电压超过规定电源电压时，DW反向击穿导通将电压钳位，当连接线Line与地线GND间的电压反向时，DW正向导通短路，从而达到保护传感器内部电路的目的。
Claims (7)
1、一种可直读力的振弦传感器，其特征在于可直读力的振弦传感器，包括有振弦传感单元(1)、单片机处理单元(2)和电源供电单元(3)；一传输线(Line)既作为单片机处理单元的半双工串行数据通讯传输线同时还作为电源供电单元的电源输入线，该传输线(Line)与振弦传感单元的传感信号传输线和公共地线，作为一组用于与外部仪表(9)联接的传输线；其电源供电单元(3)是由电压控制开关元件与电解电容(CD)构成的电源回路，电解电容的正极端引出线作为供各单元工作的电源端。
2、根据权利要求1所述的可直读力的振弦传感器，其特征在于单片机处理单元(2)是由单片机芯片(20)和其存储单元(21)连接构成。
3、根据权利要求1所述的可直读力的振弦传感器，其特征在于其单片机处理单元与外部仪表的通讯接口是由单片机芯片的通讯接口TXD、RXD作为双工I/O通讯接口与外部仪表连接。
4、根据权利要求1所述的可直读力的振弦传感器，其特征在于其单片机处理单元与外部仪表的通讯接口是由单片机芯片单一I/O接口作为与外部仪表连接的半双工数据通讯连接线。
5、根据权利要求1所述的可直读力的振弦传感器，其特征在于电源供电单元(3)中的电压控制开关元件选用开关二极管(D)、开关三极管(T)、可控硅或继电器其中之一种。
6、根据权利要求1、2、3或4所述的可直读力的振弦传感器，其特征在于单片机处理单元(2)的单片机芯片为具有增强型UART通讯功能的P87LPC76X系列单片机芯片。
7、根据权利要求1所述的可直读力的振弦传感器，其特征在于在传输线(Line)与地线之间并连设有由稳压管(DW)构成的保护电路(4)。
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