單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)，包括相連接的主機(jī)和超聲波探頭，主機(jī)包括控制器、非諧振式超聲波發(fā)射電路小信號(hào)接收電路、顯示裝置；非諧振式超聲波發(fā)射電路的一端與超聲波探頭相連接，且用于向超聲波探頭發(fā)射信號(hào)，非諧振式超聲波發(fā)射電路的另一端與控制器連接，小信號(hào)接收電路的一端與超聲波探頭相連接，且用于接收超聲波探頭發(fā)出的信號(hào)，小信號(hào)接收電路的另一端與控制器相連接，控制器上還設(shè)置有紅外接口；該控制器為ARM Cortex?M3核心的STM32F103單片機(jī)。該單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)安裝簡(jiǎn)便快速。
【專利說(shuō)明】
單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于開(kāi)關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)。
【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)管道現(xiàn)場(chǎng)、輸液管道上等常規(guī)液位計(jì)、開(kāi)關(guān)無(wú)法報(bào)警領(lǐng)域，應(yīng)用傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)報(bào)警存在較大困難，不能滿足特殊工作環(huán)境的預(yù)警需求。為了預(yù)警復(fù)雜工況下管道的液位，單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)的開(kāi)發(fā)意義非凡。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種安裝簡(jiǎn)便快速的單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是，單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)，包括相連接的主機(jī)和超聲波探頭，主機(jī)包括控制器、非諧振式超聲波發(fā)射電路小信號(hào)接收電路、顯示裝置；
[0005]非諧振式超聲波發(fā)射電路的一端與超聲波探頭相連接，且用于向超聲波探頭發(fā)射信號(hào)，非諧振式超聲波發(fā)射電路的另一端與控制器連接，小信號(hào)接收電路的一端與超聲波探頭相連接，且用于接收超聲波探頭反射信號(hào)，小信號(hào)接收電路的另一端與控制器相連接，控制器上還設(shè)置有紅外接口；該控制器為ARM Cortex-M3核心的STM32F103單片機(jī)。
[0006]非諧振式超聲波發(fā)射電路包括第一三極管，第一三極管的基極通過(guò)第四電阻與控制器相連接，第一三極管的集電極通過(guò)結(jié)點(diǎn)a與第六電阻的一端相連接，第六電阻的另一端通過(guò)結(jié)點(diǎn)b與電源相連接，第一三極管的發(fā)射極通過(guò)結(jié)點(diǎn)d與IGBT管的集電極相連接，IGBT管的基極與結(jié)點(diǎn)a相連接，IGBT管的發(fā)射極通過(guò)結(jié)點(diǎn)c與第一電阻的一端相連接，第一電阻的另一端通過(guò)結(jié)點(diǎn)b與電源相連接;結(jié)點(diǎn)c與第一電容的一端相連接，第一電容的另一端通過(guò)結(jié)點(diǎn)e與第一肖特基二極管的輸入端相連接，第一肖特基二極管的輸出端通過(guò)結(jié)點(diǎn)f與超聲波探頭相連接，結(jié)點(diǎn)f還與可調(diào)電阻的一端相連接，可調(diào)電阻的另一端與超聲波探頭連接于結(jié)點(diǎn)d，結(jié)點(diǎn)e還與第二肖特基二極管的輸入端相連接，第二肖特基二極管的輸出端還與結(jié)點(diǎn)d相連接。最后結(jié)點(diǎn)d和系統(tǒng)的地單點(diǎn)連接。
[0007]進(jìn)一步地，該小信號(hào)接收電路包括依次相連接的前級(jí)阻抗匹配放大單元、并聯(lián)式RLC濾波單元、中間級(jí)固定增益放大電路、第二級(jí)RLC濾波電路、可調(diào)增益放大電路。
[0008]進(jìn)一步地，該超聲波探頭包括水平且間隔設(shè)置在金屬殼內(nèi)的接線板和壓電片，壓電片設(shè)置于金屬殼內(nèi)的底部，壓電片和金屬殼間通過(guò)導(dǎo)電膠相連接，接線板和壓電片間豎直連接有導(dǎo)電柱，接線板還與信號(hào)電纜連接;所述接線板與金屬殼的接觸處設(shè)置有擋圈，所述擋圈成對(duì)對(duì)稱分布于接線板的對(duì)應(yīng)端，壓電片上部設(shè)置有用于吸收和抑制雜波干擾的吸聲材料。
[0009]本實(shí)用新型單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)具有如下優(yōu)點(diǎn):1.采用了單點(diǎn)的超聲波探頭作為測(cè)量單元，減少了安裝組件。2.采用了非諧振式發(fā)射電路，達(dá)到了發(fā)射分辨率反饋適應(yīng)調(diào)整、發(fā)射強(qiáng)度反饋適應(yīng)調(diào)整，提高了單電情況下的信號(hào)分辨率和信號(hào)的純凈性，使得單點(diǎn)的測(cè)量方案變?yōu)榭尚小?.小信號(hào)接收電路采用了阻抗匹配+濾波+放大的基礎(chǔ)框架，實(shí)現(xiàn)了純凈的信號(hào)放大回路。
【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本實(shí)用新型單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本實(shí)用新型單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)中非諧振式超聲波發(fā)射電路的電路圖；
[0012]圖3是本實(shí)用新型單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)中小信號(hào)接收電路的電路圖；
[0013]a.是本實(shí)用新型單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)中小信號(hào)接收電路的部分電路圖；
[0014]b.是本實(shí)用新型單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)中小信號(hào)接收電路的另一部分電路圖；
[0015]圖4是本實(shí)用新型單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)中超聲波探頭的電路圖；
[0016]圖5是單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)發(fā)射信號(hào)時(shí)域波形。
[0017]其中1.主機(jī)，1-1.控制器，1-2.非諧振式超聲波發(fā)射電路，1-3.顯示裝置，1-4.小信號(hào)接收電路，1-41.前級(jí)阻抗匹配放大單元，1-42.并聯(lián)式RLC濾波單元，1-43.中間級(jí)固定增益放大電路，1-44.第二級(jí)RLC濾波電路，1-45.可調(diào)增益放大電路;2.超聲波探頭，2-1.信號(hào)電纜，2-2.金屬殼，2-3.接線板，2-4.吸聲材料，2-5.壓電片，2-6.導(dǎo)電膠，2-7.導(dǎo)電柱，2-
8.擋圈。
【具體實(shí)施方式】
[0018]如圖1所示，本實(shí)用新型單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)，單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)，包括相連接的主機(jī)I和超聲波探頭2，主機(jī)I包括控制器1-1、非諧振式超聲波發(fā)射電路1-2、小信號(hào)接收電路1-4和顯示裝置1-3。
[0019]非諧振式超聲波發(fā)射電路1-2的一端與超聲波探頭2相連接，且用于向超聲波探頭2發(fā)射信號(hào)，非諧振式超聲波發(fā)射電路1-2的另一端與控制器1-1連接，小信號(hào)接收電路1-4的一端與超聲波探頭2相連接，且用于接收超聲波探頭2發(fā)出的信號(hào)，小信號(hào)接收電路1-4的另一端與控制器1-1相連接，控制器1-1上還設(shè)置有紅外接口。
[0020]如圖2所示，非諧振式超聲波發(fā)射電路1-2包括第一三極管Ql，第一三極管Ql的基極通過(guò)第四電阻R4與控制器1-1相連接，第一三極管Ql的集電極通過(guò)結(jié)點(diǎn)a與第六電阻R6的一端相連接，第六電阻R6的另一端通過(guò)結(jié)點(diǎn)b與電源相連接，第一三極管Ql的發(fā)射極通過(guò)結(jié)點(diǎn)d與IGBT管Q2的集電極相連接，IGBT管Q2的基極與結(jié)點(diǎn)a相連接，IGBT管Q2的發(fā)射極通過(guò)結(jié)點(diǎn)c與第一電阻Rl的一端相連接，第一電阻Rl的另一端通過(guò)結(jié)點(diǎn)b與電源相連接;結(jié)點(diǎn)c與第一電容Cl的一端相連接，第一電容Cl的另一端通過(guò)結(jié)點(diǎn)e與第一肖特基二極管Dl的輸入端相連接，第一肖特基二極管Dl的輸出端通過(guò)結(jié)點(diǎn)f與超聲波探頭2相連接，結(jié)點(diǎn)f還與可調(diào)電阻R3的一端相連接，可調(diào)電阻R3的另一端與超聲波探頭2連接于結(jié)點(diǎn)d，結(jié)點(diǎn)e還與第二肖特基二極管D2的輸入端相連接，第二肖特基二極管D2的輸出端還與結(jié)點(diǎn)d相連接。采用了非諧振式發(fā)射電路，達(dá)到了發(fā)射分辨率反饋適應(yīng)調(diào)整、發(fā)射強(qiáng)度反饋適應(yīng)調(diào)整，提高了單電情況下的信號(hào)分辨率和信號(hào)的純凈性，使得單點(diǎn)的測(cè)量方案變?yōu)榭尚小?br>[0021]如圖3所示，小信號(hào)接收電路1-4包括依次相連接的前級(jí)阻抗匹配放大單元1-41、并聯(lián)式RLC濾波單元1-42、中間級(jí)固定增益放大電路1-43、第二級(jí)RLC濾波電路1-44、可調(diào)增益放大電路1-45。并聯(lián)式RLC濾波單元1-42與中間級(jí)固定增益放大電路1-43通過(guò)隔直電容C15相連接。前級(jí)阻抗匹配放大單元1-41主要是為了緩沖超聲波探頭2接收的反射波信號(hào)能量，第二級(jí)RLC濾波電路1-44濾除了接收雜波干擾，然后經(jīng)由反饋電阻網(wǎng)絡(luò)可調(diào)增益放大電路1-45，最后送入單片機(jī)的ADC 口進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
[0022]如圖4所示，超聲波探頭2包括水平且間隔設(shè)置在金屬殼2-2內(nèi)的接線板2-3和壓電片2-5。壓電片2-5設(shè)置于金屬殼2-2內(nèi)的底部，壓電片2-5和金屬殼2_2間通過(guò)導(dǎo)電膠2_6相連接，接線板2-3和壓電片2-5間豎直連接有導(dǎo)電柱2-7，接線板2-3還與信號(hào)電纜2-1連接；接線板2-3與金屬殼2-2的接觸處設(shè)置有擋圈2-8，擋圈2-8成對(duì)對(duì)稱分布于接線板2-3的對(duì)應(yīng)端，壓電片2-5上部設(shè)置有用于吸收和抑制雜波干擾的吸聲材料2-4。
[0023]本實(shí)用新型單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)，主機(jī)I和超聲波探頭2配合使用，主機(jī)I產(chǎn)生的聲波信號(hào)經(jīng)由信號(hào)電纜2-1傳輸至超聲波探頭2，超聲波探頭2將能量轉(zhuǎn)換為聲波，發(fā)射到被測(cè)液體的表面后反射回來(lái)，經(jīng)由超聲波探頭2接受，并由信號(hào)電纜2-1傳回至液位計(jì)主機(jī)I，經(jīng)主機(jī)I信號(hào)處理后，計(jì)算出當(dāng)前液位，進(jìn)行顯示或遠(yuǎn)傳。其中12V直流通過(guò)第一電阻R1、隔直電容Cl充電到12V，IGBT作為高速開(kāi)關(guān)期間經(jīng)由單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)通過(guò)Ql進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在單片機(jī)低電平時(shí)，IGBT處于截至狀態(tài)，第一電容Cl被充電到12V;單片機(jī)高電平時(shí)，IGBT管Q2處于導(dǎo)通狀態(tài)，第一電容Cl經(jīng)由I IGBT管Q2、可調(diào)電阻R3可調(diào)電阻放電，在超聲波探頭2上產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間很短的激勵(lì)高壓脈沖。其中可調(diào)電阻R3的阻值變化可以調(diào)節(jié)電路的阻尼狀態(tài)，電阻大時(shí)阻尼小，發(fā)射強(qiáng)度大，激勵(lì)的分辨率低；電阻小時(shí)阻尼大，發(fā)射強(qiáng)度小，分辨率提高。通過(guò)程序改變可調(diào)電阻R3及信號(hào)反饋，可以動(dòng)態(tài)的調(diào)整發(fā)射的分辨率;通過(guò)IGBT管Q2的導(dǎo)通時(shí)間，可以調(diào)節(jié)發(fā)射強(qiáng)度和頻率。發(fā)射波形如圖5所示，表明采用非諧振式發(fā)射模式，可以激勵(lì)出高壓超聲波振蕩信號(hào)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)，其特征在于，包括相連接的主機(jī)(I)和超聲波探頭(2)，所述主機(jī)(I)包括控制器(1-1)、非諧振式超聲波發(fā)射電路(1-2)、小信號(hào)接收電路(1-4)和顯示裝置(1_3)； 所述非諧振式超聲波發(fā)射電路(1-2)的一端與超聲波探頭(2)相連接，且用于向超聲波探頭(2)發(fā)射信號(hào)，所述非諧振式超聲波發(fā)射電路(1-2)的另一端與控制器(1-1)連接，所述小信號(hào)接收電路(1-4)的一端與超聲波探頭(2)相連接，且用于接收超聲波探頭(2)發(fā)出的信號(hào)，所述小信號(hào)接收電路(1-4)的另一端與控制器(1-1)相連接，所述控制器(1-1)上還設(shè)置有紅外接口； 所述非諧振式超聲波發(fā)射電路(1-2)包括第一三極管(Ql)，所述第一三極管(Ql)的基極通過(guò)第四電阻(R4)與控制器(1-1)相連接，所述第一三極管(Ql)的集電極通過(guò)結(jié)點(diǎn)a與第六電阻(R6)的一端相連接，所述第六電阻(R6)的另一端通過(guò)結(jié)點(diǎn)b與電源相連接，所述第一三極管(Ql)的發(fā)射極通過(guò)結(jié)點(diǎn)d與IGBT管(Q2)的集電極相連接，所述IGBT管(Q2)的基極與結(jié)點(diǎn)a相連接，所述IGBT管(Q2)的發(fā)射極通過(guò)結(jié)點(diǎn)c與第一電阻(Rl)的一端相連接，所述第一電阻(Rl)的另一端通過(guò)結(jié)點(diǎn)b與電源相連接;所述結(jié)點(diǎn)c與第一電容(Cl)的一端相連接，所述第一電容(Cl)的另一端通過(guò)結(jié)點(diǎn)e與第一肖特基二極管(Dl)的輸入端相連接，所述第一肖特基二極管(Dl)的輸出端通過(guò)結(jié)點(diǎn)f與超聲波探頭(2)相連接，所述結(jié)點(diǎn)f還與可調(diào)電阻(R3)的一端相連接，所述可調(diào)電阻(R3)的另一端與超聲波探頭(2)連接于結(jié)點(diǎn)d，所述結(jié)點(diǎn)e還與第二肖特基二極管(D2)的輸入端相連接，所述第二肖特基二極管(D2)的輸出端還與結(jié)點(diǎn)d相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述小信號(hào)接收電路(1-4)包括依次相連接的前級(jí)阻抗匹配放大單元(1-41)、并聯(lián)式RLC濾波單元(1-42)、中間級(jí)固定增益放大電路(1-43)、第二級(jí)RLC濾波電路(1-44)、可調(diào)增益放大電路(1-45)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單點(diǎn)管道式開(kāi)關(guān)，其特征在于，所述超聲波探頭(2)包括水平且間隔設(shè)置在金屬殼(2-2)內(nèi)的接線板(2-3)和壓電片(2-5)，所述壓電片(2-5)設(shè)置于金屬殼(2-2)內(nèi)的底部，所述壓電片(2-5)和金屬殼(2-2)間通過(guò)導(dǎo)電膠(2-6)相連接，所述接線板(2-3)和壓電片(2-5)間豎直連接有導(dǎo)電柱(2-7)，所述接線板(2-3)還與信號(hào)電纜(2-1)連接;所述接線板(2-3)與金屬殼(2-2)的接觸處設(shè)置有擋圈(2-8)，所述擋圈(2-8)成對(duì)對(duì)稱分布于接線板(2-3)的對(duì)應(yīng)端，所述壓電片(2-5)上部設(shè)置有用于吸收和抑制雜波干擾的吸聲材料(2-4)。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK205485424SQ201521010121
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2015年12月8日
【發(fā)明人】林豪杰
【申請(qǐng)人】陜西聲科電子科技有限公司