一種石英音叉?zhèn)鞲衅鞯闹圃旆椒?br>【專利摘要】本實用新型公開了一種石英音叉?zhèn)鞲衅?，包括石英音叉、激勵單元、測量單元、信號轉(zhuǎn)換單元、微控制單元及電源。本實用新型所述石英音叉?zhèn)鞲衅魍ㄟ^微控制單元控制激勵單元驅(qū)動石英音叉產(chǎn)生穩(wěn)定振蕩，測量單元獲得振蕩頻率及對應(yīng)的阻抗，并將其發(fā)送到信號轉(zhuǎn)換單元進行轉(zhuǎn)換后輸出到微控制單元，微控制單元計算待測介質(zhì)的密度、粘度數(shù)值，從而對待測介質(zhì)的品質(zhì)進行判斷，實現(xiàn)了對待測介質(zhì)品質(zhì)的實時監(jiān)測，同時所述石英音叉?zhèn)鞲衅骶哂斜O(jiān)測準確，靈敏度高的特點。
【專利說明】
一種石英音叉?zhèn)鞲衅?br>技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種石英音叉?zhèn)鞲衅鳌?br>【背景技術(shù)】
[0002]潤滑油作為四大石油產(chǎn)品之一，是關(guān)系國計民生的重要商品，廣泛應(yīng)用于汽車、冶金、化工、電力等工業(yè)領(lǐng)域，尤其以汽車行業(yè)的應(yīng)用最為典型。潤滑油作為發(fā)動機的潤滑介質(zhì)，用于減少部件之間表面磨損而導(dǎo)致部件疲勞，其品質(zhì)的高低將直接決定發(fā)動機的使用壽命，故須實時對潤滑油油品質(zhì)量進行監(jiān)測。而傳統(tǒng)的汽車發(fā)動機油品質(zhì)量傳感器是通過測量機油的介電常數(shù)或電導(dǎo)率來反映其油品粘度、含水量及雜質(zhì)等，最后評估其質(zhì)量水平。但對油介質(zhì)介電常數(shù)與電導(dǎo)率的測量需要構(gòu)建電容式傳感器，在監(jiān)測過程中受到其他外部電磁環(huán)境條件的影響較大，容易導(dǎo)致測量結(jié)果不準確，而且，僅使用介電常數(shù)與電導(dǎo)率這樣單一的參數(shù)來評估油品質(zhì)量的高低也無法對油介質(zhì)進行全面的分析。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]針對上述技術(shù)問題，本實用新型的目的在于提供一種石英音叉?zhèn)鞲衅?，能夠直接準確的測量包括潤滑油在內(nèi)的液體的粘度、密度介電常數(shù)，進而實現(xiàn)對待測介質(zhì)品質(zhì)的實時監(jiān)測。
[0004]為達此目的，本實用新型采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種石英音叉?zhèn)鞲衅?，包?石英音叉、激勵單元、測量單元、信號轉(zhuǎn)換單元、微控制單元及電源；
[0006]所述石英音叉與激勵單元電連接，作為介質(zhì)檢測敏感元件；
[0007]所述激勵單元與微控制單元電連接，用于驅(qū)動石英音叉振蕩；
[0008]所述測量單元與石英音叉電連接，用于獲得石英音叉的振蕩頻率及對應(yīng)的阻抗，并將其發(fā)送到信號轉(zhuǎn)換單元；
[0009]所述信號轉(zhuǎn)換單元與測量單元電連接，用于將石英音叉振蕩頻率及對應(yīng)的阻抗轉(zhuǎn)換為與微控制單元接收信號相匹配的格式，并將其發(fā)送到微控制單元；
[0010]所述微控制單元用于控制激勵單元驅(qū)動石英音叉振蕩，同時根據(jù)接收的石英音叉振蕩頻率及對應(yīng)的阻抗計算待測介質(zhì)的密度、粘度數(shù)值；
[0011]所述電源與微控制單元、激勵單元、測量單元及信號轉(zhuǎn)換單元電連接，用于給微控制單元、激勵單元、測量單元及信號轉(zhuǎn)換單元供電。
[0012]特別地，所述石英音叉?zhèn)鞲衅鬟€包括通訊模塊，所述通訊模塊與微控制單元電連接，用于輸出微控制單元計算獲得的待測介質(zhì)的密度、粘度數(shù)值。
[0013]特別地，所述石英音叉?zhèn)鞲衅鬟€包括上位機，所述上位機與通訊模塊電連接，用于顯示通訊模塊輸出的待測介質(zhì)的密度、粘度數(shù)值。
[0014]特別地，所述激勵單元包括頻率產(chǎn)生單元、濾波單元與放大單元；
[0015]特別地，所述頻率產(chǎn)生單元與微控制單元電連接，具體包括AD9850芯片和差分電路，用于根據(jù)微控制單元的輸出信號產(chǎn)生相應(yīng)的激勵信號；
[0016]特別地，所述濾波單元與放大單元電連接，采用四階貝塞爾低通濾波器，用于濾除頻率產(chǎn)生單元輸出的激勵信號的雜質(zhì)，并將濾波后的信號輸出到放大單元；
[0017]特別地，所述放大單元與石英音叉電連接，采用同相比例放大電路，用于將濾波后的振蕩信號進行放大，并將放大后的信號輸出到石英音叉，激勵石英音叉產(chǎn)生振蕩。
[0018]本實用新型提出的石英音叉?zhèn)鞲衅?，通過微控制單元控制激勵單元驅(qū)動石英音叉產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩，測量單元獲得振蕩頻率及對應(yīng)的阻抗，并將其發(fā)送到信號轉(zhuǎn)換單元進行轉(zhuǎn)換后輸出到微控制單元，微控制單元計算待測介質(zhì)的密度、粘度數(shù)值，從而對待測介質(zhì)的品質(zhì)進行判斷，實現(xiàn)了對待測介質(zhì)品質(zhì)的實時監(jiān)測。同時，該石英音叉?zhèn)鞲衅骶哂斜O(jiān)測準確，靈敏度高的特點。
【附圖說明】
[0019]圖1是本實用新型實施例提供的石英音叉?zhèn)鞲衅麟娐方Y(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。可以理解的是，此處所描述的具體實施例僅僅用于解釋本實用新型，而非對本實用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實用新型相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容，除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本實用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實用新型的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本實用新型。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個或多個相關(guān)的所列項目的任意的和所有的組合。
[0021 ] 實施例一
[0022]請參照圖1所示，圖1為本實用新型實施例提供的石英音叉?zhèn)鞲衅麟娐方Y(jié)構(gòu)框圖。
[0023]本實施例中，石英音叉?zhèn)鞲衅骶唧w包括:石英音叉101、激勵單元102、測量單元103、信號轉(zhuǎn)換單元104、微控制單元105、通訊單元107、上位機108及電源106。
[0024]所述石英音叉101與激勵單元102電連接，固有頻率為32.768kHZ，具有高穩(wěn)定性、高精度及低功耗的特點，將其置入待測介質(zhì)中，作為介質(zhì)檢測敏感元件。
[0025]所述激勵單元102與微控制單元105電連接，具體包括:頻率產(chǎn)生單元1023、濾波單元1022與放大單元1021。
[0026]所述頻率產(chǎn)生單元1023與微控制單元105電連接，具體包括AD9850芯片、I/V轉(zhuǎn)換電路和差分電路，其中，AD9850芯片根據(jù)微控制單元105的輸出信號產(chǎn)生兩路極性互補的單極性電流信號;通過I/V轉(zhuǎn)換電路將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，再通過差分電路將兩路互補單極性電壓信號轉(zhuǎn)換為雙極性輸出的電壓信號，作為石英音叉101的激勵信號輸出到濾波單元1022。
[0027]所述濾波單元1022與放大單元1021電連接，采用四階貝塞爾低通濾波器。頻率產(chǎn)生單元1023輸出的激勵信號波形為抽樣疊加而成，含有大量的高頻雜波混疊信號，經(jīng)四階貝塞爾低通濾波器濾除雜質(zhì)后，獲得平滑的正弦波。
[0028]所述放大單元1021與石英音叉101電連接，采用同相比例放大電路。AD9850芯片輸出的電流信號為0-10.24mA，經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后可達0-2.048V的電壓，再通過四階貝塞爾低通濾波器后，輸出的正弦信號峰值一般略低于2.048V，而石英音叉101產(chǎn)生振蕩所需要的激勵源電壓為5V的正弦信號，故將濾波單元1022輸出的正弦波激勵信號經(jīng)同相比例放大電路將有效電壓放大至5V，并將放大后的信號輸出到石英音叉101，激勵石英音叉101產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩。
[0029]所述測量單元103與石英音叉101電連接，采用簡化的自動平衡法測量阻抗，獲得石英音叉101在待測介質(zhì)下的頻率阻抗特性，從而獲得石英音叉101的振蕩頻率及對應(yīng)的阻抗，并將其發(fā)送到信號轉(zhuǎn)換單元104。
[0030]所述信號轉(zhuǎn)換單元104與測量單元103電連接，包括AD637均方根芯片。激勵單元102輸出的激勵信號為頻率信號，經(jīng)石英音叉101和測量單元103后輸出信號也為正弦頻率信號，與微控制單元105A/D模塊接收信號的格式不匹配，故將測量單元103輸出的石英音叉101振蕩頻率及對應(yīng)的阻抗經(jīng)AD637均方根芯片進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為與微控制單元105A/D模塊接收信號的格式相匹配的信號，發(fā)送到微控制單元105。
[0031]密度是定量描述待測介質(zhì)自身特性的一個物理量，對密度的測量可以直接反應(yīng)待測物質(zhì)特性的變化。本實施例中石英音叉101置于待測介質(zhì)中，待測介質(zhì)密度不同，則其表面所附介質(zhì)有效質(zhì)量不同，從而引起石英音叉101的振蕩頻率不同。故石英音叉101的振蕩頻率可以反映待測介質(zhì)密度的變化。所述微控制單元105根據(jù)接收的石英音叉101振蕩頻率經(jīng)內(nèi)部計算獲得待測介質(zhì)的密度數(shù)值。
[0032]粘度是表征液體粘性的內(nèi)摩擦系數(shù)的一個量，是待測介質(zhì)對形變的抵抗隨形變速率的增加而增加的性質(zhì)，是衡量待測介質(zhì)質(zhì)量高的一個重要指標。本實施例中石英音叉101置于待測介質(zhì)中，其阻抗特性受待測介質(zhì)粘度的影響會發(fā)生一定的變化，故石英音叉101的阻抗可以反映待測介質(zhì)粘度的變化。所述微控制單元105根據(jù)接收的石英音叉101振蕩頻率經(jīng)內(nèi)部計算獲得待測介質(zhì)的粘度數(shù)值。
[0033]所述通訊單元107與微控制單元105電連接，采用CAN控制器，將微控制單元105計算獲得的待測介質(zhì)密度、粘度數(shù)值輸出到上位機108，實現(xiàn)微控制單元105與上位機108之間的通訊。
[0034]所述上位機108與通訊單元107電連接，采用PC機，顯示通訊模塊輸出的待測介質(zhì)的密度、粘度數(shù)值。
[0035]所述電源106與微控制單元105、激勵單元102、測量單元103及信號轉(zhuǎn)換單元104電連接，具體包括雙極型線性穩(wěn)壓電源106芯片LM7805和LM7905芯片，將外部±12V供電轉(zhuǎn)化為±5V給微控制單元105、激勵單元102、測量單元103及信號轉(zhuǎn)換單元104供電。
[0036]本實用新型的技術(shù)方案通過微控制單元控制激勵單元驅(qū)動石英音叉產(chǎn)生穩(wěn)定振蕩，測量單元獲得振蕩頻率及對應(yīng)的阻抗，并將其發(fā)送到信號轉(zhuǎn)換單元進行轉(zhuǎn)換后輸出到微控制單元，微控制單元計算待測介質(zhì)的密度、粘度數(shù)值，從而對待測介質(zhì)的品質(zhì)進行判斷，實現(xiàn)了對待測介質(zhì)品質(zhì)的實時監(jiān)測。同時，所述石英音叉?zhèn)鞲衅骶哂斜O(jiān)測準確，靈敏度高的特點。
[0037]注意，上述僅為本實用新型的較佳實施例及所運用技術(shù)原理。本領(lǐng)域技術(shù)人員會理解，本實用新型不限于這里所述的特定實施例，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說能夠進行各種明顯的變化、重新調(diào)整和替代而不會脫離本實用新型的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例對本實用新型進行了較為詳細的說明，但是本實用新型不僅僅限于以上實施例，在不脫離本實用新型構(gòu)思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本實用新型的范圍由所附的權(quán)利要求范圍決定。
【主權(quán)項】
1.一種石英音叉?zhèn)鞲衅?，其特征在于包?石英音叉、激勵單元、測量單元、信號轉(zhuǎn)換單元、微控制單元及電源； 所述石英音叉與激勵單元電連接，作為介質(zhì)檢測敏感元件； 所述激勵單元與微控制單元電連接，用于驅(qū)動石英音叉振蕩； 所述測量單元與石英音叉電連接，用于獲得石英音叉的振蕩頻率及對應(yīng)的阻抗，并將其發(fā)送到信號轉(zhuǎn)換單元； 所述信號轉(zhuǎn)換單元與測量單元電連接，用于將石英音叉振蕩頻率及對應(yīng)的阻抗轉(zhuǎn)換為與微控制單元接收信號相匹配的格式，并將其發(fā)送到微控制單元； 所述微控制單元用于控制激勵單元驅(qū)動石英音叉振蕩，同時根據(jù)接收的石英音叉振蕩頻率及對應(yīng)的阻抗計算待測介質(zhì)的密度、粘度數(shù)值； 所述電源與微控制單元、激勵單元、測量單元及信號轉(zhuǎn)換單元電連接，用于給微控制單元、激勵單元、測量單元及信號轉(zhuǎn)換單元供電。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英音叉?zhèn)鞲衅鳎涮卣髟谟?，還包括通訊模塊，所述通訊模塊與微控制單元電連接，用于輸出微控制單元計算獲得的待測介質(zhì)的密度、粘度數(shù)值。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的石英音叉?zhèn)鞲衅?，其特征在于，還包括上位機，所述上位機與通訊模塊電連接，用于顯示通訊模塊輸出的待測介質(zhì)的密度、粘度數(shù)值。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石英音叉?zhèn)鞲衅?，其特征在于，所述激勵單元包括頻率產(chǎn)生單元、濾波單元與放大單元； 所述頻率產(chǎn)生單元與微控制單元電連接，具體包括AD9850芯片和差分電路，用于根據(jù)微控制單元的輸出信號產(chǎn)生相應(yīng)的激勵信號； 所述濾波單元與放大單元電連接，采用四階貝塞爾低通濾波器，用于濾除頻率產(chǎn)生單元輸出的激勵信號的雜質(zhì)，并將濾波后的信號輸出到放大單元； 所述放大單元與石英音叉電連接，采用同相比例放大電路，用于將濾波后的振蕩信號進行放大，并將放大后的信號輸出到石英音叉，激勵石英音叉產(chǎn)生振蕩。
【文檔編號】G01N11/16GK205449731SQ201521116435
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月30日
【發(fā)明人】王顯波, 王天雄, 周祿雄, 饒紹兵
【申請人】四川省三臺水晶電子有限公司