一种超声波液位传感器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种超声波液位传感器，其包括：超声波探头，设于超声波探头保护腔体中，超声波探头保护腔体设有供线缆穿出的穿线孔；超声波探头固定底盘，与超声波探头保护腔体固定连接，其设有安装部，通过安装部将超声波探头、超声波探头保护腔体和超声波探头固定底盘构成的整体安装固定；数据处理单元，具有用于产生高频互补脉冲的处理器以及与之连接的超声波发射模块和回波比较模块，其中，处理器内部设有100纳秒精度的定时器，超声波发射模块通过线缆与超声波探头连接。通过上述结构的设置，使得可以采用超声波测量来计算测量位置，有利于实现测量的实时性，而通过高工作频率的处理器和100纳秒定时精度的定时器，可以进一步提高测量精度。

Ultrasonic liquid level sensor

The utility model relates to an ultrasonic liquid level sensor, which comprises an ultrasonic probe, ultrasonic probe is arranged in the cavity protection, ultrasonic probe protection cavity is provided with a threading hole for cable piercing; ultrasonic probe fixed chassis, cavity is fixedly connected with the ultrasonic probe protection, which is provided with a mounting portion, fixed by the whole installation department, ultrasonic probe ultrasonic probe and ultrasonic probe protection cavity fixed chassis; the data processing unit is for generating high frequency complementary pulse processor and connected with the ultrasonic transmitter module and echo comparison module, wherein the processor inside a 100 nanosecond precision timer, ultrasonic transmitting module connected by cable and ultrasonic probe. Through the arrangement of the structure, which can be used to calculate the measured ultrasonic measuring position, to achieve real-time measurement, and through the high frequency processor and 100 nanosecond timing precision timer, can further improve the measurement accuracy.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超声波液位传感器，主要用于利用超声波测量液体表面到超声波探头之间的距离，尤其是能够高精度、高分辨率地测量液面位置的超声波液位传感器。
技术介绍
液位测量通常是指测量各种液体物料高度、体积等参数，其广泛应用于石油、化工、气象等领域。目前，传统的液位测量方式是机械式的测量装置。该种测量装置对于需要测量瞬时的动态信号的情况来说，其无法实时地响应，且测量误差较大。目前，在一般的生产工艺加工过程中，通常只需要对物料的表面位置进行记录和储存，以作为确保生产工艺、安全等方面的需要；随着生产自动化程度的不断提高、必须首先对液位测量数据进行控制与调节、以保证自动化生产能够自动控制在最佳状态，这就对测量精度、可靠性、测量环境的特殊性、实用性等提出了更高的要求，这给实际测量带来了很大的困难，尤其是当液面具有波动或有气泡或液面高度随时间改变的情况下的动态测量而言，其测量难度更大。综上所述，目前的液位传感器，其测量精度低、实时性较差，且不能完成自动测量。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了解决现有技术的上述问题，本技术提供一种超声波液位传感器，其不仅能够完成自动测量，而且，其测量精度高、实时性好。(二)技术方案为了达到上述目的，本技术采用的主要技术方案包括：一种超声波液位传感器，其包括：超声波探头，设于超声波探头保护腔体中，超声波探头保护腔体设有供线缆穿出的穿线孔；超声波探头固定底盘，与超声波探头保护腔体固定连接，其设有安装部，通过安装部将超声波探头、超声波探头保护腔体和超声波探头固定底盘构成的整体安装固定；数据处理单元，具有用于产生高频互补脉冲的处理器以及与之连接的超声波发射模块和回波比较模块，其中，处理器内部设有100纳秒精度的定时器，超声波发射模块通过线缆与超声波探头连接。通过上述结构的设置，使得可以采用超声波测量来计算测量位置，有利于实现测量的实时性，而通过高工作频率的处理器，可以产生高频互补脉冲，结合其内部设置的100纳秒定时精度的定时器来完成整个测量周期的计时任务，可以进一步提高测量精度。本技术的一个实施例中，其超声波探头的一部分由超声波探头保护腔体中伸出，且超声波探头伸出的部分、超声波探头保护腔体和超声波探头固定底盘为一体化结构，超声波探头保护腔体的穿线孔与线缆之间为密封防泄露的。较佳的，超声波探头伸出的部分、超声波探头保护腔体和超声波探头固定底盘构成的一体化结构的至少外露部分采用耐腐蚀、防水材质制成。本技术的一个实施例中，其超声波探头内部设有温度传感器，借以进行温度补偿，来改进不同环境下测量数据的稳定性和可靠性。本技术的一个实施例中，其数据处理单元还具有壳体，壳体由上壳体和下壳体组成，二者间可拆卸地连接，上壳体设有第一开孔和第二开孔，处理器、超声波发射模块和回波比较模块设于壳体中，接线端子由上壳体的第一开孔露出，超声波发射模块通过接线端子与线缆可拆卸地连接，回波比较模块具有供输出数据用的数据输出接头，数据输出接头由上壳体的第二开孔露出。本技术的一个实施例中，其数据处理单元还具有调整数据输出频率的数据输出频率设置模块，数据输出频率设置模块与处理器连接，其输出的数据为数字信号或模拟信号。本技术的一个实施例中，其数据处理单元还具有通过控制脉冲或串口命令包的方式来触发测量动作的触发模块，触发模块与处理器连接。本技术的一个实施例中，其处理器产生的高频互补脉冲经过驱动升压电路和谐振匹配电路来提高脉冲发射功率，其中，超声波发射模块包括：多路切换开关，连接用以同步产生互补型PWM输出脉冲的处理器1，提供第一路的输出互补脉冲方波2和第二路的输出互补脉冲方波20，用以通过多个固定频率的方波脉冲信号来驱动超声波探头；第一开关MOS管5，设于第一路；第二开关MOS管19，设于第二路；H桥电路，由第一功率MOS管11、第二功率MOS管12、第三功率MOS管24、第四功率MOS管26构成；第一储能电容6，与H桥电路的供电电源并联的第一功率MOS管11；第二储能电容7，与H桥电路的供电电源并联的第二功率MOS管12；以及脉冲升压变压器13，超声波脉冲驱动脉冲串经H桥电路驱动电流至初级线圈端，在初级线圈端产生正向电流，耦合的次级线圈端产生反向高压脉冲，通过极间的激励驱动超声波探头。较佳的，超声波发射模块还包括谐振电阻16，通过其所在的谐振回路驱动超声波探头17。更进一步的，还包括下列中的一个或几个：第一续流二极管14、第二续流二极管15串联在脉冲升压变压器13的次级线圈端；第一下拉保护电阻10，连接第一开关MOS管5，以强制拉低驱动电平来关闭H桥电路，防止脉冲升压变压器13常态导通而烧坏；第二下拉保护电阻22，连接第二开关MOS管19；第一限流电阻3，设于多路切换开关与第一开关MOS管5之间；第二限流电阻21，设于多路切换开关与第二开关MOS管19之间。本技术的一个实施例中，其回波比较电路包括：电压比较器34，其回波输入比较信号31经比较器输入电阻32接入电压比较器34的反相输入端，模拟供电电压37经第一比较电压分压电阻28接入电压比较器34的同相输入端，模拟地30经第二比较电压分压电阻29接入电压比较器34的同相输入端，输出回波信号36经比较器输出限流电阻35由电压比较器34的输出端输出。(三)有益效果本技术的有益效果是：本技术的超声波液位传感器，其能够更好的适应传感器的测量环境，更稳当地输出有效数据，在分辨率上有较大提高，当计时偏差1个周期时，计算水中液位偏差不超过0.15mm；通过改进脉冲驱动电路和谐振匹配电路，还可以提高有效测量距离；通过在硬件信号放大端加入自动增益控制模块，更能有效改善超声波脉冲在介质中传播带来的系统测量误差。附图说明图1为本技术一个实施例的整体结构示意图；图2为本技术一个实施例中的超声波发射模块电路结构示意图；图3为本技术一个实施例中的回波比较模块电路结构示意图；图4为本技术一个实施例的应用方法示意图。【附图标记说明】E1：超声波探头；E2：超声波探头保护腔体；E3：超声波探头固定底盘；E4：安装部；E5：线缆；E6：上壳体；E7：接线端子；E8：螺丝；E9：输出接头；E10：固定螺孔；1：核心处理器；2：输出互补脉冲方波；3：第一限流电阻；4：上拉电阻；5：第一开关MOS管；6：第一储能电容；7：第二储能电容；8：供电电源；9：驱动脉冲；10：第一下拉保护电阻；11：第一功率MOS管；12：第二功率MOS管；13：脉冲升压变压器；14：第一续流二极管；15：第二续流二极管；16：谐振电阻；17：超声波探头；18：上拉电阻；19：第二开关MOS管；20：输出互补脉冲方波；21：第二限流电阻；22：第二下拉保护电阻；23：模拟地；24：第三功率MOS管；25：大功率限流电阻；26：第四功率MOS管；27：驱动脉冲；28：第一比较电压分压电阻；29：第二比较电压分压电阻；30：模拟地；31：回波输入比较信号；32：比较器输入电阻；33：模拟供电电压；34：电压比较器；35：比较器输出限流电阻；36：比较器输出回波信号；37：模拟供电电压。具体实施方式为了更好的解释本技术，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波液位传感器，其特征在于，其包括：超声波探头，设于超声波探头保护腔体中，超声波探头保护腔体设有供线缆穿出的穿线孔；超声波探头固定底盘，与超声波探头保护腔体固定连接，其设有安装部，通过安装部将超声波探头、超声波探头保护腔体和超声波探头固定底盘构成的整体安装固定；数据处理单元，具有用于产生高频互补脉冲的处理器以及与之连接的超声波发射模块和回波比较模块，其中，处理器内部设有100纳秒精度的定时器，超声波发射模块通过线缆与超声波探头连接。

【技术特征摘要】
1.一种超声波液位传感器，其特征在于，其包括：超声波探头，设于超声波探头保护腔体中，超声波探头保护腔体设有供线缆穿出的穿线孔；超声波探头固定底盘，与超声波探头保护腔体固定连接，其设有安装部，通过安装部将超声波探头、超声波探头保护腔体和超声波探头固定底盘构成的整体安装固定；数据处理单元，具有用于产生高频互补脉冲的处理器以及与之连接的超声波发射模块和回波比较模块，其中，处理器内部设有100纳秒精度的定时器，超声波发射模块通过线缆与超声波探头连接。2.如权利要求1所述的超声波液位传感器，其特征在于：超声波探头的一部分由超声波探头保护腔体中伸出，且超声波探头伸出的部分、超声波探头保护腔体和超声波探头固定底盘为一体化结构，超声波探头保护腔体的穿线孔与线缆之间为密封防泄露的。3.如权利要求2所述的超声波液位传感器，其特征在于：超声波探头伸出的部分、超声波探头保护腔体和超声波探头固定底盘构成的一体化结构的至少外露部分采用耐腐蚀、防水材质制成。4.如权利要求1所述的超声波液位传感器，其特征在于：数据处理单元还具有壳体，壳体由上壳体和下壳体组成，二者间可拆卸地连接，上壳体设有第一开孔和第二开孔，处理器、超声波发射模块和回波比较模块设于壳体中，接线端子由上壳体的第一开孔露出，超声波发射模块通过接线端子与线缆可拆卸地连接，回波比较模块具有供输出数据用的数据输出接头，数据输出接头由上壳体的第二开孔露出。5.如权利要求1所述的超声波液位传感器，其特征在于：数据处理单元还具有调整数据输出频率的数据输出频率设置模块，数据输出频率设置模块与处理器连接，其输出的数据为数字信号或模拟信号。6.如权利要求1所述的超声波液位传感器，其特征在于：数据处理单元还具有通过控制脉冲或串口命令包的方式来触发测量动作的触发模块，触发模块与处理器连接。7.如权利要求1所述的超声波液位传感器，其特征在于：超声波探头内部设有温度传感器。8.如权利要求1所述的超声波液位传感器，其特征在于，处理器(1)产生的高频互补脉冲经过驱动升压电路和谐振匹配电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王金凯，
申请(专利权)人：北京雨根科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11