电容式液位传感器，包括检测电容、检测电路，检测电路对检测电容的容值采样；检测电路包括采样电阻、放大电路、整流滤波电路、信号调理电路；采样电阻与检测电容串联，放大电路采集采样电阻两端电压信号，放大后的信号经整流滤波电路后输出稳定的直流电压，该电压在信号调理电路中与给定的基准电压叠加，输出在一定范围内变化的电压值。该放大电路是该以吉尔波特双平衡混频单元为核心的混频电路，并设有本振电路。应用上述传感器的液位检测装置，包括电容式液位传感器、光电开关、单片机、剔除器和显示装置；电容式液位传感器输出的信号经Ａ／Ｄ转换后输出到单片机，光电开关的输出连接到单片机的输入端，显示装置和剔除器分别连接单片机的输出端。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业测量领域，具体是一种电容式液位传感器以及应用该传感器的液 位检测装置。
技术介绍
产品净含量是否达标是产品质量的一个重要指标，对于饮料产品，我国也专门 立法对其净含量严格要求。在实际生产中，饮料灌装好后要用液位检测仪检测瓶子的 液位。因为瓶子容量基本恒定，所以可以用这种方法间接地检测产品的净含量。现有 技术中，饮料的液位检测方法主要有下列五种1、 用射线检测液位射线源放射出一束低能量射线，射线穿过瓶子中的液体， 为对面的闪烁探测器所接受，当放射源一定时，射线随瓶子内液位高度的不同而产生 不同程度的衰减。液位越低，射线越强。2、 用红外线检测液位很多液体(如油、溶剂和酒精等)对红外线都有较强的 吸收能力，所以可以利用液体对红外线的这种吸收能力来精确地检测液位。这种液位 检测器需要两组红外光电检测器(对射式红外光电对管)来检测过高和过低液位的瓶 子并把它们剔除出来。3、 基于机器视觉的检测液位随着高性能芯片和摄像机的专利技术，机器视觉技术 已经在工业生产中普遍应用，这使得用机器视觉技术高速检测液位成为可能。它通过 图象中被检品，由图像处理软件判断液位的高低。4、 用红外热成像图检测液位原理是，如果对灌装好的易拉罐短时间加热，由 于罐头中的饮料吸收的热量远多于罐头壁吸收的热量，罐头壁的温度将有两个不同的 区域罐头壁的下部分由于盛放饮料，热量被饮料吸收，温度变化较小；罐头壁的上 部分由于没有饮料，温度上升较多。这样，罐头壁下部分的温度低于上部分的温度， 两部分温度的分界线就是液位。罐头壁的温差由罐头的材料和壁厚决定，通常在零点 几度到几度之间。由于物体的温度与其所发出的红外辐射能量强度成比例，通过分析 罐头的红外辐射能量强度的变化，就可以得到液位。5、 用声波检测液位对于用皇冠盖封盖的饮料瓶，可以用声波检测液位。检测 装置的主体是一块圆柱形的电磁铁， 一定匝数的线圈缠绕在上面，圆柱体的主轴是空 心的，有个微型麦克风嵌入其中。电磁铁与瓶盖有一个安全距离，大约为3 10mm。以啤酒瓶为例，当瓶子在运行中，瓶盖位于电磁铁的正下方时，线圈通以一个瞬时脉 冲电流，脉冲电流将产生一个脉冲磁场，这个脉冲磁场把瓶盖的中心吸起又放下，这 时瓶盖产生一个衰减的机械振动，同时瓶盖的振动激发瓶内气柱的振动，声波向下传 播，到达液面后又反射回来，形成驻波。驻波的共振频率和液位密切相关，液位越低， 气柱越长，频率就越低。因此可以通过分析驻波的频率来精确地测量液位。 各种液位检测方法的比较-现在，饮料包装生产中广泛使用履带式输送带，实现了稳定无压力的输送。在同一检测环境下，每种液位检测设备都有各自的优缺点射线检测法可以穿透易拉罐 检测液位，工作稳定性高，但是辐射对人体的影响不容忽视；红外检测法设计简单、 造价低廉，但是泡沫会影响检测精度；光学检测法虽然精度和速度都能达到要求，但 是造价高，开发周期长，受限条件多；用红外热成像图检测液位虽然不受饮料包装形 式的限制，但和光学检测方法一样需要有较高图像处理的能力，增加了开发成本；用 声波检测方法新颖，但受环境干扰因素多，且只能检测皇冠盖封装的饮料。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提出一种新型电容式液位传感器 及应用该传感器的液位检测装置，实时、高精度的检测饮料包装中的液位，具体技术 方案如下一种电容式液位传感器，包括检测电容、检测电路，电容的一个极板连接高频 振荡源的输出端，另一个极板连接检测电路的输入端，检测电路对检测电容的容值变 化采样；检测电路包括采样电阻、放大电路、整流滤波电路、信号调理电路；采样电 阻与检测电容串联，放大电路采集采样电阻两端电压信号，放大后的信号经整流滤波 电路后输出稳定的直流电压，该电压在信号调理电路中与给定的基准电压叠加，输出 在一定范围内变化的电压值。所述放大电路是混频电路；该混频电路以吉尔波特双平 衡混频单元为核心，并设有本振电路；混频单元把采样电阻两端电压信号和本振电路 生成的本振信号混频；在混频单元的输出端连接中频滤波电路，中频滤波电路输出的 中频信号再经放大后输出到整流滤波电路。使用吉尔伯特双平衡混频单元可以对检测 电路中的高频信号降频并放大。所述输出电压值的范围是指在具体应用时，对该电压 值进行A/D转换的转换范围。这样，传感器输出的电压不会液位过高或过低损坏A/D 转换采样芯片。混频器是传感器检测电路的核心，对采样电阻上微弱的高频电压信号可以放大 并降频，提高了传感器的检测精度和稳定度。改进l，检测电容的一个极板连接高频振荡源的输出端，另一个极板连接检测电 路的输入端；改进2，或检测电容的一极包括相连的两个极板，该两个极板连接高频振荡源的 输出端，且与检测电路的输入端连接；另一极只有一个极板，该极板接地。具体使用 时，相连的两个极板设在被测液面的两侧。所述高频振荡源输出频率不大于140MHz。所述高频振荡源采用调谐式晶体振荡电路，包括晶振、三极管、输出调谐电路， 输出调谐电路由电容和电感构成；该调谐式晶体振荡电路等效为电容三点式振荡电 路，晶振相当于等效电路中的电感，输出调谐电路相当于等效电路中的三极管基极和 源极间的电容。所述混频电路的输出端还连接放大电路，该放大电路是共射极放大电路；它的 输出端连接整流滤波电路。所述整流滤波电路包括射极跟随器，射极跟随器后依次连接二极管和低通滤波器。所述信号调理电路包括电压源型低通滤波器、基准电压电路；电压源型低通滤 波器滤除整流滤波电路输出信号的交流噪声，得到的信号和基准电压电路输出的电压 叠加后，经电压跟随器输出。所述基准电压电路包括-15V +5V电位器和电压跟随器，电位器的中间脚连接电压跟随器，电压跟随器输出的即为所需电压。所述高频振荡源电路和检测电路设在屏蔽罩中，屏蔽罩接地；检测电容的两极 的极板设在屏蔽罩表面，与屏蔽罩绝缘且与屏蔽罩内电路连接。对于改进1的技术方案，所述高频振荡源电路和检测电路分别设在两个屏蔽罩 中；检测电容的两极的极板分别设在两个屏蔽罩表面。对于改进2的技术方案，所述 高频振荡源电路和检测电路都设在一个屏蔽罩中；检测电容接地的一极的极板不在屏 蔽罩中，电容的另一极的极板在上述屏蔽罩中。一种应用上述传感器的液位检测装置，包括上述电容式液位传感器、光电开关、 单片机、剔除器、显示装置；电容式液位传感器输出的信号经A/D转换后输出到单 片机，光电开关的输出连接到单片机的输入端，显示装置和剔除器分别连接单片机的 输出端。A/D转换采用去极值平均滤波法先对于一次检测，连续采样18次，每次间隔 lms，采样完毕后去除其中的最大和最小值，把剩下的16个值的平均值作为A/D转 换的结果。所述每次间隔lms，连续采样次数可以选择4， 6， 10， 18等。之所以选择18， 是因为，采样频率越大，样本更全面，所得的平均值更接近于真实值。但如果采样频 率过高，势必增加单片机的工作负担，而且采样精度会下降。如果每隔lms采样1 次， 一个瓶子连续采样18次，那么单片机获取该瓶子的液位值共用时约20ms，而一 般国内的饮料包装生产线最高速度约为lm/s，那么在20ms内该瓶子最多移动20mm， 而上述改进1中的传感器的电容极板宽度就有23mm，所以在单片机采集液位本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电容式液位传感器，包括检测电容、检测电路，检测电路对检测电容的容值变化采样；检测电路包括采样电阻、放大电路、整流滤波电路、信号调理电路；采样电阻与检测电容串联，放大电路采集采样电阻两端电压信号，放大后的信号经整流滤波电路后输出稳定的直流电压，该电压在信号调理电路中与给定的基准电压叠加，输出在一定范围内变化的电压值，其特征是所述放大电路是混频电路；该混频电路以吉尔波特双平衡混频单元为核心，并设有本振电路；混频单元把采样电阻两端电压信号和本振电路生成的本振信号混频；在混频的输出端连接中频滤波电路，中频滤波电路输出的中频信号再经放大后输出到整流滤波电路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵茂程，居荣华，齐亮，宋小宁，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]
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