專利名稱：超聲波物位傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種以采用超聲波振動(dòng)為特征的計(jì)量設(shè)備，特別是一種超聲波物位傳感器。
背景技術(shù)：
超聲波物位傳感器是一種非接觸式的傳感器，包括有相互電連接的敏感元件和控制器，控制器中具有一運(yùn)算裝置，工作原理為敏感元件產(chǎn)生一定頻率的超聲波，并向工作面(如液面或固體表面)發(fā)射一束該頻率的超聲波，被工作面反射后，該敏感元件再接收反射波，然后運(yùn)算裝置根據(jù)聲波往返的時(shí)間就可以計(jì)算傳感器到工作面的距離，從而測(cè)量工作面的位置。其不足之處在于，由于超聲波的傳送會(huì)隨著距離而衰減，因此反射回來的超聲波往往信號(hào)也小，從而淹沒在噪音和干擾波等信號(hào)波中，難以識(shí)別，造成計(jì)算精度低，抗干擾能力較差。
發(fā)明構(gòu)成本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種精度高、抗干擾能力強(qiáng)的超聲波物位傳感器。
本實(shí)用新型的目的是通過以下途徑來實(shí)現(xiàn)的超聲波物位傳感器，包括相互連接的敏感元件和控制器，控制器包括運(yùn)算裝置，其要點(diǎn)在于，控制器還包括有用于分析處理信號(hào)波特性的分析處理裝置，以及比較裝置和基準(zhǔn)裝置，分析處理裝置的輸入端與敏感元件電連接，輸出端與比較裝置的一比較輸入端連接，基準(zhǔn)裝置與比較裝置的另一比較輸入端連接，比較裝置的比較輸出端則與運(yùn)算裝置傳輸連接。
本實(shí)用新型所述的超聲波物位傳感器的工作機(jī)理為由于反射波是發(fā)射波在工作面上的反射，因此二者之間具有共性，如具有相同的頻率特性，因此只要找到與發(fā)射波相同特性的反射波，就可以精確找到反射波，并進(jìn)行計(jì)算，這樣計(jì)算出來的結(jié)果就更為精確，也使得超聲波物位傳感器的抗干擾性大大增加，即能有效區(qū)分空間雜波，在復(fù)雜環(huán)境下也可以正常工作。
以上工作機(jī)理實(shí)現(xiàn)如下敏感元件接收到反射波后，分析處理裝置主要是分析來自敏感元件所接收的所有信號(hào)波，包括有用的反射波和干擾的信號(hào)波，并計(jì)算出所有信號(hào)波的特性參數(shù)，然后通過比較裝置將每個(gè)信號(hào)波的特性參數(shù)與基準(zhǔn)裝置中的基準(zhǔn)值進(jìn)行一一對(duì)比，該基準(zhǔn)值為發(fā)射波與反射波具有的共性參數(shù)，從而找到該發(fā)射波對(duì)應(yīng)的反射波，此后就可以通過運(yùn)算器對(duì)發(fā)射波和反射波之間的來回時(shí)間差進(jìn)行計(jì)算，得到相應(yīng)的物位數(shù)據(jù)。
分析處理裝置可以進(jìn)一步具體如下分析處理裝置為一種可以對(duì)頻率特性進(jìn)行分析運(yùn)算的裝置。
或者，分析處理裝置為一種可以對(duì)波長(zhǎng)特性進(jìn)行分析運(yùn)算的裝置。
由于反射波和發(fā)射波之間具有相同頻率特性，或者說具有相同的波長(zhǎng)特性，因此本分析處理裝置主要是針對(duì)反射波和其他空間雜波的頻率特性或者波長(zhǎng)進(jìn)行分析，并區(qū)分出來，從而篩選出所需要的反射波。
分析處理裝置包括相互連接頻率特性分析裝置和能量分析裝置，其中頻率特性分析裝置與敏感元件連接，而能量分析裝置則與比較裝置連接。
因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用環(huán)境中，除了希望測(cè)量的面會(huì)反射聲波之外，還會(huì)出現(xiàn)很多其他物體反射的聲波，比如探頭和被測(cè)平面中間的障礙物、容器壁、被測(cè)平面本身不平坦，被測(cè)平面的泡沫，空氣中的灰塵等等。這些反射波從頻率的角度看都是一樣的，唯一的差別就是能量不同。
而基于能量的分析原理聲波的能量等于聲波的強(qiáng)度乘以聲波持續(xù)時(shí)間。根據(jù)這個(gè)原理，能量分析裝置是在所有具有相同頻率特性反射波中尋找能量最大的反射波作為被測(cè)波，或者根據(jù)用戶的設(shè)置，選擇時(shí)間優(yōu)先或者強(qiáng)度優(yōu)先的反射波，同時(shí)還可以根據(jù)以往的測(cè)試數(shù)據(jù)，過濾掉一些能量變化過大反射波，從而把常見干擾(如灰塵等)的反射波濾掉，最終實(shí)現(xiàn)抗干擾的功能。
還包括有一顯示裝置，其與控制器電連接。
該顯示裝置為全中文顯示界面，因此操作界面更加友好，使用更為方便。
還包括有一輸入裝置，其與控制器電連接。該輸入裝置可以進(jìn)一步具體為該輸入裝置為一種按鍵輸入裝置，或者該輸入裝置為一種紅外控制輸入裝置。
輸入裝置主要是用于對(duì)傳感器進(jìn)行設(shè)置，或者數(shù)據(jù)輸入。
敏感元件包括超聲波發(fā)射端口、接收端口、濾波電路、放大電路以及超聲波信號(hào)裝置，超聲波發(fā)射端口的輸入端通過超聲波信號(hào)裝置與控制器連接，而接收端口的輸出端則依序通過濾波電路、放大電路與控制器連接。
控制器控制發(fā)射波的信號(hào)特性，并傳送給超聲波信號(hào)裝置，然后通過發(fā)射端口發(fā)射出去。接受端口接受發(fā)射波和其他雜波，然后通過濾波電路處理，并通過放大電路將信號(hào)放大后，送入控制器進(jìn)行處理和分析。
本實(shí)用新型還可以進(jìn)一步具體為控制器的運(yùn)算裝置、分析處理裝置、比較裝置和基準(zhǔn)裝置均包含在一型號(hào)為ATL128的中央處理芯片中，一型號(hào)為62C256的存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)有計(jì)算過程的中間值，中央處理芯片ATL128的PC0～PC7腳與該存儲(chǔ)芯片62C256的A1～A7、A9腳傳輸連接，同時(shí)該存儲(chǔ)芯片62C256的的A1～A7、A9還通過一型號(hào)為MC373的鎖存芯片與中央處理芯片的PA0～PA7腳連接。
這是在電路結(jié)構(gòu)上，本實(shí)用新型所述各裝置之間的相互連接關(guān)系。其中鎖存芯片是與存儲(chǔ)芯片配合使用，主要是用于鎖存進(jìn)入存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)信息。而存儲(chǔ)芯片儲(chǔ)存所有計(jì)算過程的中間值，包括采集到的數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果、比較基準(zhǔn)值等等。
綜上所述，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，基于超聲波的發(fā)射波和反射波具有共性的原理，通過分析處理裝置將敏感元件所接收的包括雜波和反射波的所有信號(hào)波進(jìn)行分析和處理，從而得到所有信號(hào)波的特性參數(shù)，然后將每一個(gè)信號(hào)波的特性參數(shù)通過比較裝置與基準(zhǔn)裝置中發(fā)射波的特性參數(shù)進(jìn)行比較，從而得到該發(fā)射波對(duì)應(yīng)的反射波，然后通過運(yùn)算裝置計(jì)算發(fā)射波和反射波之間的往返時(shí)間差，并計(jì)算相應(yīng)工作面的位置，使本實(shí)用新型所述的超聲波物位傳感器可以有效地將反射波和空間雜波區(qū)分開來，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。


圖1所示為本實(shí)用新型所述超聲波物位傳感器控制器流程框架示意圖；圖2所示為本實(shí)用新型所述超聲波物位傳感器的電路框架示意圖；圖3所示為本實(shí)用新型所述超聲波物位傳感器控制器的電路示意圖；圖4所示為本實(shí)用新型所述超聲波物位傳感器按鍵輸入裝置電路示意圖；圖5所示為本實(shí)用新型所述超聲波物位傳感器控制器與敏感元件之間的傳輸接口電路示意圖。
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的描述。
具體實(shí)施例最佳實(shí)施例參見附圖2，超聲波物位傳感器，包括敏感元件、控制器、輸入裝置和顯示裝置。其中敏感元件包括超聲波發(fā)射端口、接收端口、濾波電路、放大電路以及超聲波信號(hào)裝置，超聲波發(fā)射端口的輸入端通過超聲波信號(hào)裝置與控制器連接，而接收端口的輸出端則依序通過濾波電路、放大電路與控制器連接。輸入裝置為一種按鍵輸入裝置，即鍵盤；顯示裝置為一種液晶顯示裝置，該顯示裝置為全中文顯示界面，因此操作界面更加友好，使用更為方便。輸入裝置和顯示裝置均與控制器傳輸連接。
控制器控制發(fā)射波的信號(hào)特性，并傳送給超聲波信號(hào)裝置，然后通過發(fā)射端口發(fā)射出去。接受端口接受發(fā)射波和其他雜波，然后通過濾波電路處理，并通過放大電路將信號(hào)放大后，送入控制器進(jìn)行處理和分析。
參照附圖1，控制器包括有用于分析處理信號(hào)波特性的分析處理裝置，以及比較裝置、基準(zhǔn)裝置和運(yùn)算裝置，分析處理裝置的輸入端與敏感元件電連接，輸出端與比較裝置的一比較輸入端連接，基準(zhǔn)裝置與比較裝置的另一比較輸入端連接，比較裝置的比較輸出端則與運(yùn)算裝置傳輸連接。
根據(jù)超聲波的發(fā)射波和反射波具有共性的原理，通過分析處理裝置將敏感元件所接收的包括雜波和反射波的所有信號(hào)波進(jìn)行分析和處理，從而得到所有信號(hào)波的特性參數(shù)，然后將每一個(gè)信號(hào)波的特性參數(shù)通過比較裝置與基準(zhǔn)裝置中發(fā)射波的特性參數(shù)進(jìn)行比較，從而得到該發(fā)射波對(duì)應(yīng)的反射波，然后通過運(yùn)算裝置計(jì)算發(fā)射波和反射波之間的往返時(shí)間差，并計(jì)算相應(yīng)工作面的位置，使本實(shí)用新型所述的超聲波物位傳感器可以有效地將反射波和空間雜波區(qū)分開來，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。
參照附圖3、附圖4和附圖5，附圖3所示控制器的運(yùn)算裝置、分析處理裝置、比較裝置和基準(zhǔn)裝置均包含在一型號(hào)為ATL128的中央處理芯片中，一型號(hào)為62C256的存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)有計(jì)算過程的中間值，中央處理芯片ATL128的PC0～PC7腳與該存儲(chǔ)芯片62C256的A1～A7、A9腳傳輸連接，同時(shí)該存儲(chǔ)芯片62C256的的A1～A7、A9還通過一型號(hào)為MC373的鎖存芯片與中央處理芯片的PA0～PA7腳連接。其中鎖存芯片是與存儲(chǔ)芯片配合使用，主要是用于鎖存進(jìn)入存儲(chǔ)芯片的數(shù)據(jù)信息。而存儲(chǔ)芯片儲(chǔ)存所有計(jì)算過程的中間值，包括采集到的數(shù)據(jù)、計(jì)算結(jié)果、比較基準(zhǔn)值等等。
附圖4所示為按鍵輸入裝置電路示意圖，其接口J5與附圖3中的ATL128的PB0～PB3腳連接。
附圖5所示為超聲波物位傳感器控制器與敏感元件之間的傳輸接口電路示意圖，其SYN INPUT、CTL OUT1端分別與附圖3中的ATL 128的PE6、PD6腳連接，而SYN CTL、CTL OUT2端分別與ATL128的PE5、PD7腳連接。
本實(shí)用新型未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
權(quán)利要求1.超聲波物位傳感器，包括相互連接的敏感元件和控制器，控制器包括運(yùn)算裝置，其特征在于，控制器還包括有用于分析處理信號(hào)波特性的分析處理裝置，以及比較裝置和基準(zhǔn)裝置，分析處理裝置的輸入端與敏感元件電連接，輸出端與比較裝置的一比較輸入端連接，基準(zhǔn)裝置與比較裝置的另一比較輸入端連接，比較裝置的比較輸出端則與運(yùn)算裝置傳輸連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波物位傳感器，其特征在于，分析處理裝置為一種頻率分析處理裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波物位傳感器，其特征在于，分析處理裝置為一種可以對(duì)波長(zhǎng)特性進(jìn)行分析運(yùn)算的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波物位傳感器，其特征在于，分析處理裝置包括相互連接頻率特性分析裝置和能量分析裝置，其中頻率特性分析裝置與敏感元件連接，而能量分析裝置則與比較裝置連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波物位傳感器，其特征在于，還包括有一顯示裝置，其與控制器電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波物位傳感器，其特征在于，還包括有一輸入裝置，其與控制器電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超聲波物位傳感器，其特征在于，輸入裝置可以是一種按鍵輸入裝置，還可以是一種紅外控制輸入裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波物位傳感器，其特征在于，敏感元件包括超聲波發(fā)射端口、接收端口、濾波電路、放大電路以及超聲波信號(hào)裝置，超聲波發(fā)射端口的輸入端通過超聲波信號(hào)裝置與控制器連接，而接收端口的輸出端則依序通過濾波電路、放大電路與控制器連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波物位傳感器，其特征在于，控制器的運(yùn)算裝置、分析處理裝置、比較裝置和基準(zhǔn)裝置均包含在一型號(hào)為ATL128的中央處理芯片中，一型號(hào)為62C256的存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)有計(jì)算過程的中間值，中央處理芯片ATL128的PC0～PC7腳與該存儲(chǔ)芯片62C256的A1～A7、A9腳傳輸連接，同時(shí)該存儲(chǔ)芯片62C256的的A1～A7、A9還通過一型號(hào)為MC373的鎖存芯片與中央處理芯片的PA0～PA7腳連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種以采用超聲波振動(dòng)為特征的計(jì)量設(shè)備，特別是一種超聲波物位傳感器，包括相互連接的敏感元件和控制器，控制器包括運(yùn)算裝置，其要點(diǎn)在于，控制器還包括有用于分析處理信號(hào)波特性的分析處理裝置，以及比較裝置和基準(zhǔn)裝置。優(yōu)點(diǎn)在于，基于超聲波的發(fā)射波和反射波具有共性的原理，通過分析處理裝置將所接收的所有信號(hào)波進(jìn)行分析和處理，從而得到所有信號(hào)波的特性參數(shù)，然后通過比較裝置的判斷，得到該發(fā)射波對(duì)應(yīng)的反射波，然后通過運(yùn)算裝置計(jì)算發(fā)射波和反射波之間的往返時(shí)間差，并計(jì)算相應(yīng)工作面的位置，使本實(shí)用新型所述的超聲波物位傳感器可以有效地將反射波和空間雜波區(qū)分開來，具有很強(qiáng)的抗干擾能力。
文檔編號(hào)G01F23/296GK2739590SQ20042007998
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2004年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月28日
發(fā)明者祁劍峰, 王淳 申請(qǐng)人:福州福光百特自動(dòng)化設(shè)備有限公司