一種可同時(shí)處理壓力信號和聲波信號的傳感器及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可同時(shí)處理壓力信號和聲波信號的傳感器及其方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳感器(英文名稱:transducer/sensor)是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。
[0003]傳感器的特點(diǎn)包括:微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化、系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。傳感器的存在和發(fā)展，讓物體有了觸覺、味覺和嗅覺等感官，讓物體慢慢變得活了起來。通常根據(jù)其基本感知功能分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。
[0004]然而上述傳感器都具備同一個(gè)共性，就是只能檢測和處理一種數(shù)據(jù)，如壓力傳感器只能檢測和處理壓力信號，聲波傳感器只能檢測和處理聲波信號，在流體介質(zhì)作用于傳感器時(shí)，不僅僅會(huì)產(chǎn)生流體的靜壓強(qiáng)信號，還會(huì)有流體聲波傳輸引起的微小聲壓變化，如果用兩種傳感器分別取檢測和處理，還會(huì)成本會(huì)提高，還會(huì)增加工作量。
[0005]基于上述問題，如何設(shè)計(jì)和研發(fā)出一種能同時(shí)處理壓力信號和聲波信號的傳感器，是目前迫切需要解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的旨在解決現(xiàn)有傳感器不能同時(shí)處理壓力信號和聲波信號的問題，從而提供一種可同時(shí)處理壓力信號和聲波信號的傳感器及其方法。
[0007]在第一方面，本發(fā)明提供了一種傳感器同時(shí)處理壓力信號和聲波信號的方法。該方法包括以下步驟:獲取由流體介質(zhì)壓力作用時(shí)產(chǎn)生的原始電信號；從所述原始電信號中并行提取流體的靜壓強(qiáng)信號和聲壓信號；對提取出的流體的靜壓強(qiáng)信號和聲壓信號分別進(jìn)行信號處理以得到壓力信號和聲波信號；分別輸出所述壓力信號和聲波信號。
[0008]優(yōu)選地，所述原始電信號的獲取由所述傳感器內(nèi)的壓力敏感器件來實(shí)現(xiàn)。
[0009]優(yōu)選地，所述靜壓強(qiáng)信號的提取由所述傳感器內(nèi)的低通濾波器來實(shí)現(xiàn)，所述聲壓信號的提取由所述傳感器內(nèi)的帶通濾波器來實(shí)現(xiàn)。
[0010]優(yōu)選地，所述壓力信號的輸出由所述傳感器內(nèi)的壓力傳感器來實(shí)現(xiàn)，所述聲波信號的輸出由所述傳感器內(nèi)的聲波傳感器來實(shí)現(xiàn)。
[0011]優(yōu)選地，所述對提取出的靜壓強(qiáng)信號和聲壓信號分別進(jìn)行信號處理以得到壓力信號和聲波信號具體包括:
將提取出的靜壓強(qiáng)信號進(jìn)行前置放大、低通濾波、后置放大和驅(qū)動(dòng)處理后得到壓力信號; 將提取出的聲波信號進(jìn)行前置放大、增益控制、后置放大和帶通濾波處理后得到聲波信號。
[0012]在第二方面，本發(fā)明提供了一種可同時(shí)處理壓力信號和聲波信號的傳感器。該傳感器包括:用于獲取由流體介質(zhì)壓力作用時(shí)產(chǎn)生的原始電信號的信號獲取單元；與所述信號獲取單元相連接，用于從所述原始電信號中提取流體的靜壓強(qiáng)信號的靜壓強(qiáng)信號提取單元和提取聲壓信號的聲壓信號提取單元；與所述靜壓強(qiáng)信號提取單元相連接，用于對提取出的流體的靜壓強(qiáng)信號進(jìn)行信號處理以得到壓力信號的壓力信號處理單元，和與所述聲壓信號提取單元相連接，用于對提取出的流體的聲壓信號進(jìn)行信號處理以得出聲波信號的聲波信號處理單元；與所述壓力信號處理單元相連接，用于輸出所述壓力信號的壓力信號輸出單元，和與所述聲波信號處理單元相連接，用于輸出所述聲波信號的聲波信號輸出單元。
[0013]優(yōu)選地，所述信號獲取單元為下列敏感器件中的一種:
應(yīng)變式壓力敏感器件、壓電式壓力敏感器件或壓阻式壓力敏感器件。
[0014]優(yōu)選地，所述靜壓強(qiáng)信號提取單元為低通濾波器，所述聲壓信號提取單元為帶通濾波器。
[0015]優(yōu)選地，所述壓力信號處理單元包括前置放大器、低通濾波器、后置放大器和驅(qū)動(dòng)電路；所述聲波信號處理單元包括前置放大器、增益控制器、后置放大器和帶通濾波器。
[0016]優(yōu)選地，所述壓力信號輸出單元為壓力傳感器，所述聲波信號輸出單元為聲波傳感器。
[0017]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明通過壓力敏感器件獲取原始信號，通過并行濾波器從原始信號中提取出靜壓強(qiáng)信號和聲壓信號，再分別對靜壓強(qiáng)信號和聲壓信號進(jìn)行不同的信號處理，實(shí)現(xiàn)了由同一傳感器進(jìn)行聲波信號和壓力信號的同時(shí)處理，既能降低成本，又能減少工作量，可廣泛應(yīng)用于油氣管道、水處理、化工生產(chǎn)等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0018]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可同時(shí)處理壓力信號和聲波信號的傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的傳感器同時(shí)處理壓力信號和聲波信號的方法流程圖；
圖3是由本發(fā)明傳感器內(nèi)壓力敏感器件獲取的原始電信號示意圖；
圖3A是對圖3中的原始電信號進(jìn)行低通濾波后的壓力信號示意圖；
圖3B是對圖3A中的低通濾波信號進(jìn)行前置放大后的壓力信號示意圖；
圖3C是對圖3B中的前置放大波形進(jìn)行低通濾波處理后的信號示意圖；
圖3D是對圖3C中的前置放大濾波處理后的壓力信號進(jìn)行后置放大后的壓力信號示意圖；
圖3E是對圖3D中的后置放大后的壓力信號進(jìn)行驅(qū)動(dòng)后的壓力信號示意圖；
圖3F是對圖3中的原始電信號進(jìn)行帶通濾波后的聲波信號示意圖；
圖3G是對圖3F中的帶通濾波處理后的聲波信號進(jìn)行前置放大后的聲波信號示意圖； 圖3H是對圖3G中的前置放大后的聲波信號進(jìn)行增益控制后的聲波信號示意圖；
圖31是對圖3H中的增益控制后的聲波信號進(jìn)行后置放大后的聲波信號示意圖；以及圖3J是對圖31中的后置放大后的聲波信號進(jìn)行帶通濾波處理后的聲波信號示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好的理解本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，并使本發(fā)明實(shí)施例的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0020]圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的可同時(shí)采集壓力數(shù)據(jù)和聲波數(shù)據(jù)的傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]如圖1所示，該實(shí)施例的傳感器包括:信號獲取單元、靜壓強(qiáng)信號提取單元、聲壓信號提取單元、壓力信號處理單元、聲波信號處理單元、壓力信號輸出單元和聲波信號輸出單元。
[0022]信號獲取單元負(fù)責(zé)獲取由流體介質(zhì)壓力作用時(shí)產(chǎn)生的原始電信號。本發(fā)明選擇靈敏度高，工作帶寬大的壓力敏感器件。根據(jù)實(shí)際情況需要，壓力敏感材料可以選擇:應(yīng)變式壓力敏感器件、壓電式壓力敏感器件或者壓阻式壓力敏感器件。流體介質(zhì)壓力作用于壓力敏感器件時(shí)，將產(chǎn)生原始電信號。壓力敏感器件獲得的原始電信號既包括了流體的靜壓強(qiáng)信號，也包括了流體聲波傳輸引起的微小聲壓變化。壓力敏感器件獲取的原始電信號可見圖3所示。
[0023]靜壓強(qiáng)信號提取單元從上述原始電信號中提取流體的靜壓強(qiáng)信號，聲壓信號提取單元從上述原始電信號中提取流體的聲壓信號。本發(fā)明實(shí)施例中靜壓強(qiáng)信號提取單元選取低通濾波器來實(shí)現(xiàn)流體介質(zhì)壓強(qiáng)的提取(低通濾波后的壓力信號可見圖3A所示)，聲壓信號提取單元選取帶通濾波器來實(shí)現(xiàn)流體介質(zhì)聲壓的提取(帶通濾波后的聲波信號可見圖3F所示)。
[0024]壓力信號處理單元對提取出的流體的靜壓強(qiáng)信號進(jìn)行信號處理以得到壓力信號。聲波信號處理單元對提取出的流體的聲壓信號進(jìn)行信號處理以得到聲波信號。
[0025]具體地，壓力信號處理單元包括前置放大器、低通濾波器、后置放大器和驅(qū)動(dòng)電路。壓力敏感器件輸出的原始電信號非常微弱，并且內(nèi)阻很高，經(jīng)過低通濾波器后必須選擇合適的前置放大器。前置放大器主要作用是:放大低通濾波器輸出的微弱電壓信號；把高阻抗輸出變換為低阻抗輸出(經(jīng)前置放大處理后的壓力信號見圖3B所示)。經(jīng)過前置放大后的電壓信號反映了壓力的變化情況，為提高信噪比，減小電路干擾影響，再次使用低通濾波器濾除信號的高頻部分，留下的低頻部分體現(xiàn)了流體介質(zhì)的壓力(經(jīng)低通濾波處理后的壓力信號見圖3C所示)。濾波輸出的電壓信號需要進(jìn)行后置放大，從而使輸出電平與后續(xù)電路保持良好的匹配。后置放大器將信號放大到足夠大，且同時(shí)將峰值限制在一定的范圍(經(jīng)后置放大處理后的壓力信號見圖3D所示)。標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器通常具