專利名稱：礦用超聲波水位傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種水位傳感器，特別是用于連續(xù)測量煤礦井下水倉水位的礦用 水位傳感器。
背景技術：
礦用水位傳感器主要用于連續(xù)測量煤礦井下水倉水位，為礦井排水泵工作和礦井 水涌出量統(tǒng)計計算提供數(shù)據(jù)。目前用于水位檢測的傳感器有浮子式、投入式、電極式等。此 類傳感器都是接觸式固定測量儀表，其主要缺點是測量精度低，可靠性差，會出現(xiàn)浮子卡死 不動或水垢和雜質(zhì)堵塞傳感器導致較大誤差；由于需要將傳感器投入水中，導致安裝和調(diào) 試不使，使用中維護工作量大；長期受到水的侵蝕，傳感頭使用壽命較短；測量范圍受限于 傳感頭和傳感器機盒間信號線長度，安裝靈活性差。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于針對背景技術中所述的現(xiàn)有的礦用水位傳感器存在的測 量精度低、可靠性差、安裝調(diào)試不便、不易維護、壽命短以及測量范圍具有局限性的問題，提 供一種礦用超聲波水位傳感器。實現(xiàn)本實用新型的技術方案如下一種礦用超聲波水位傳感器，其包括水位檢測裝置以及信號輸出系統(tǒng)，所述的水 位檢測裝置為超聲波換能器，超聲波換能器中設置有主控制器、驅動信號發(fā)生模塊、壓電陶 瓷晶片以及信號處理模塊，主控制器與驅動信號發(fā)生模塊的輸入端連接，驅動信號發(fā)生模 塊的輸出端與壓電陶瓷晶片的輸入端連接，壓電陶瓷晶片的接收信號輸出端與信號處理模 塊連接，信號處理模塊的輸出端連接主控制器，主控制器通過通信線路與信號輸出系統(tǒng)連 接。所述的驅動信號發(fā)生模塊包括脈寬調(diào)制器以及與脈寬調(diào)制器的輸出端連接的升 壓電路，脈寬調(diào)制器的輸入端與主控制器連接，升壓電路的輸出端與壓電陶瓷晶片連接。為了給壓電陶瓷晶片提供所需的工作電壓，所述的升壓電路為推挽升壓電路。所述的信號處理模塊包括降壓濾波器、前置放大電路、增益可調(diào)放大電路以及比 較電路，降壓濾波電路的輸入端連接壓電陶瓷晶片的信號輸出端，降壓濾波電路的輸出端 連接前置放大電路，前置放大電路的輸出端連接增益可調(diào)放大電路，增益可調(diào)放大電路的 輸出端連接比較電路，比較電路的輸出端連接主控制器。為了使水位測量結果更加精確，所述的超聲波換能器中設置有溫度補償電路，溫 度補償電路的輸出端連接主控制器。所述的信號輸出系統(tǒng)包括主控器件和通訊端口，所述的主控器件為單片機，主控 器件與所述的超聲波換能器的主控制器通過RS232通信線路連接，通訊端口設置于主控器 件的輸出端。所述的通訊端口為RS485通訊端口和頻率輸出端口。[0012]為了便于調(diào)整超聲波換能器的位置，方便對其進行校準，所述的主控器件與用來 設置超聲波換能器安裝高度的紅外信號接收電路連接。本實用新型的有益效果在于因為本實用新型的水位檢測裝置為超聲波換能器，不 需要投入到井下的水中，所以其安裝調(diào)試非常方便，而且量程更大，測量范圍為0. 5 IOm ； 因為該實用新型是通過計算發(fā)出超聲波到接收到反射超聲波的時間差來計算超聲波換能 器的壓電陶瓷晶片與液位之間的距離，進而計算出待測的水位數(shù)據(jù)，接收到的反射超聲波 通過壓電陶瓷晶片將機械振動轉變?yōu)闉殡娦盘?，該信號?jīng)過降壓濾波器濾除噪音和諧波， 保留有用的信號，通過前置放大電路以及增益可調(diào)放大電路對信號進行放大，然后在比較 電路中將信號與對比信號進行比較，刪除較弱的信號，保留有用信號，并將該信號傳輸?shù)街?控制器進行計算處理，因為超聲波傳播速度受環(huán)境溫度的影響較大，因此在超聲波換能器 中設置有溫度補償電路，溫度補償電路的輸出端與主控制器連接，計算處理中通過溫度補 償電路提供溫度補償數(shù)據(jù)，進行溫度補償，使測量精度得到提高，因為不需要將水位檢測裝 置投入到井下的水中，所以檢測器件不會受到井下環(huán)境的腐蝕，使用壽命更長，可靠性更 好。

圖1為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的超聲波換能器原理圖；圖3為本實用新型的顯示及通訊電路框圖；圖中，1為超聲波換能器，2為信號輸出系統(tǒng)，3為主控制器，4為壓電陶瓷晶片，5為 主控器件，6為通訊端口，7為脈寬調(diào)制器，8為推挽升壓電路，9為降壓濾波電路，10為前置 放大電路，11為增益可調(diào)放大電路，12為比較電路，13為驅動信號線，14為溫度補償電路， 15為上位機，16為紅外信號接收電路。
具體實施方式
參照圖1至圖3所示的一種礦用超聲波水位傳感器，其包括超聲波換能器1以及 信號輸出系統(tǒng)2，所述的超聲波換能器1為收發(fā)一體的超聲波換能器1，超聲波換能器1中 設置有主控制器3、驅動信號發(fā)生模塊、壓電陶瓷晶片4和信號處理模塊，信號輸出系統(tǒng)2 包括主控器件5和通訊端口 6。所述的超聲波換能器1的主控制器3以及信號輸出系統(tǒng)2 中的主控器件5均為單片機。超聲波換能器1的主控制器3發(fā)出的信號通過脈寬調(diào)制器 7轉變?yōu)槊}寬調(diào)制信號，經(jīng)過推挽升壓電路8升壓，使加在壓電陶瓷晶片4上的電壓達到其 工作電壓，通過壓電陶瓷晶片4將電信號轉變?yōu)闄C械震動的超聲波，超聲波傳輸?shù)骄滤?面發(fā)生反射，反射波傳輸?shù)綁弘娞沾删?被壓電陶瓷晶片4吸收，轉換為電信號，通過降 壓濾波電路9濾掉噪音以及諧波，保留有用信號，因為電信號非常微弱，所以需要對其進行 放大，首先傳輸?shù)角爸梅糯箅娐?0進行初步放大，然后傳輸?shù)皆鲆婵烧{(diào)放大電路11進行放 大，增益可調(diào)放大電路11的放大倍數(shù)通過主控制器3進行控制，這樣可以將電信號在不失 真的前提下進行合理的放大，放大后的信號傳輸?shù)奖容^電路12，與對比信號進行比較，比較 當前信號與對比信號的幅度，刪除幅度小于對比信號的當前信號，篩選出幅度大于對比信 號的信號傳輸?shù)街骺刂破?，通過主控制器3的運算，得出水位的數(shù)據(jù)，通過RS232通信線路傳輸?shù)叫盘栞敵鱿到y(tǒng)2的主控器件5，在具體實施中，通信線路為驅動信號線13。因為超聲 波的傳輸速度受環(huán)境溫度影響較大，在超聲波換能器1中設置有溫度補償電路14，溫度補 償電路14的輸出端與主控制器3連接，計算處理中通過溫度補償電路14提供溫度補償數(shù) 據(jù)，進行溫度補償，使測量精度得到提高，超聲波換能器1的主控制器3傳輸?shù)叫盘栞敵鱿?統(tǒng)2的主控器件5的信號，經(jīng)過其處理通過RS485通訊端口 6或是頻率輸出端口輸出到上 位機15以及LED本地顯示數(shù)碼管，便于用戶及時了解水位狀況。為了方便對超聲波換能器 1的位置進行調(diào)整，以及對水位探測器進行校準，主控器件5與紅外信號接收電路16連接， 用戶可以通過遙控器設置超聲波換能器1的安裝高度，使測量結果更加精確。
權利要求一種礦用超聲波水位傳感器，其包括水位檢測裝置以及信號輸出系統(tǒng)，其特征在于所述的水位檢測裝置為超聲波換能器，超聲波換能器中設置有主控制器、驅動信號發(fā)生模塊、壓電陶瓷晶片以及信號處理模塊，主控制器與驅動信號發(fā)生模塊的輸入端連接，驅動信號發(fā)生模塊的輸出端與壓電陶瓷晶片的輸入端連接，壓電陶瓷晶片的接收信號輸出端與信號處理模塊連接，信號處理模塊的輸出端連接主控制器，主控制器通過通信線路與信號輸出系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的礦用超聲波水位傳感器，其特征在于所述的驅動信號發(fā)生 模塊包括脈寬調(diào)制器以及與脈寬調(diào)制器的輸出端連接的升壓電路，脈寬調(diào)制器的輸入端與 主控制器連接，升壓電路的輸出端與壓電陶瓷晶片連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的礦用超聲波水位傳感器，其特征在于所述的升壓電路為推 挽升壓電路。
4.根據(jù)權利要求1所述的礦用超聲波水位傳感器，其特征在于所述的信號處理模塊 包括降壓濾波器、前置放大電路、增益可調(diào)放大電路以及比較電路，降壓濾波電路的輸入端 連接壓電陶瓷晶片的信號輸出端，降壓濾波電路的輸出端連接前置放大電路，前置放大電 路的輸出端連接增益可調(diào)放大電路，增益可調(diào)放大電路的輸出端連接比較電路，比較電路 的輸出端連接主控制器。
5.根據(jù)權利要求1至權利要求4中任意一項所述的礦用超聲波水位傳感器，其特征在 于所述的超聲波換能器中設置有溫度補償電路，溫度補償電路的輸出端連接主控制器。
6.根據(jù)權利要求1所述的礦用超聲波水位傳感器，其特征在于所述的信號輸出系統(tǒng) 包括主控器件和通訊端口，所述的主控器件為單片機，主控器件與所述的超聲波換能器的 主控制器通過RS232通信線路連接，通訊端口設置于主控器件的輸出端。
7.根據(jù)權利要求6所述的礦用超聲波水位傳感器，其特征在于所述的通訊端口為 RS485通訊端口和頻率輸出端口。
8.根據(jù)權利要求6所述的礦用超聲波水位傳感器，其特征在于所述的主控器件與用 來設置超聲波換能器安裝高度的紅外信號接收電路連接。
專利摘要本實用新型涉及一種礦用超聲波水位傳感器，其包括水位檢測裝置以及信號輸出系統(tǒng)，所述的水位檢測裝置為超聲波換能器，超聲波換能器中設置有主控制器、驅動信號發(fā)生模塊、壓電陶瓷晶片以及信號處理模塊，主控制器與驅動信號發(fā)生模塊的輸入端連接，驅動信號發(fā)生模塊的輸出端與壓電陶瓷晶片的輸入端連接，壓電陶瓷晶片的接收信號輸出端與信號處理模塊連接，信號處理模塊的輸出端連接主控制器，主控制器通過通信線路與信號輸出系統(tǒng)連接。本實用新型的優(yōu)點在于可靠性高，使用壽命更長。
文檔編號E21B47/04GK201714373SQ201020178709
公開日2011年1月19日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權日2010年4月30日
發(fā)明者王建偉, 王濤, 邵鵬 申請人:常州聯(lián)力自動化科技有限公司