力信号见图3D所示)。标准压力传感器通常具有0?5V，-5?+5V，0?10V，-10V?+10V，0?20mA，4?20mA等标准形式输出。因此，需要利用驱动电路将后置放大器的输出驱动到标准形式输出(驱动后的压力信号可见图3E所示)。驱动电路输出的电信号经过标定后即得到压力信号。
[0038]具体地，声波信号处理单元包括前置放大器、增益控制器、后置放大器和带通滤波器。当声波在流体介质中传播时，由于流体介质的振动，介质的瞬时压力与静压会产生一定的差值，该差值称为声压。声压的单位为Pa。声压值是时间的函数。一般使用时，声压是有效声压的简称。声压在声场中具有一定空间分布。压力敏感器件在介质中受压产生原始电信号。原始电信号的动态部分反映了流体介质的声压变化。根据振动频率不同，声波可分为:可听声波，人们把能引起听觉的机械波称为声波(音频)。频率在20?20000Hz之间。次声波，频率低于20Hz的机械波称为次声波。超声波，频率高于20000Hz的机械波称为超声波。
[0039]由于压力敏感器件工作带宽限制，通过选择不同的滤波器，本实用新型可输出可听声波和次声波信号。当带通滤波器的通带为0?20Hz以下时，系统输出次声波信号；当带通滤波器的通带为20?20000Hz时，系统输出可听声波信号。
[0040]压力敏感器件输出的原始电信号(如图3所示)非常微弱，并且内阻很高，经过带通滤波器进行滤波后的声波信号(带通滤波后的声波信号图可见图3F所示)必须选择合适的前置放大器，声压信号处理单元的前置放大器主要作用是:放大带通滤波器输出的微弱电压信号；把高阻抗输出变换为低阻抗输出(前置放大后的声波信号见图3G所示)。带通滤波器输出的声波信号强度比压力信号还要微弱，通常为微伏级别。为更好获取声波信号，需要选择噪声水平低，增益较大的前置放大器。
[0041]声波信号的动态范围较大，为更好的控制信号幅度，在前置放大器输出后，需要对信号进行增益控制。增益控制(gain control)使放大电路的增益随信号强度而调整。增益控制利用线性放大和压缩放大的有效组合对前置放大器的输出信号进行调整。当弱信号输入时，线性放大电路工作，保证输出信号的强度；当输入信号达到一定强度时，启动压缩放大电路，使输出幅度降低(增益控制后的声波信号见图3H所示)。
[0042]增益控制器输出的电压信号需要进行后置放大，从而使输出电平与后续电路(如AD采样电路等)保持良好的匹配。后置放大器将信号放大到足够大，且同时将峰值限制在一定的范围(后置放大后的声波信号见图31所示)。
[0043]经过后置放大后的声波信号强度得到增强，较好的反映声压变化，为提高信噪比，减小电路噪声影响，再次使用带通滤波器滤除通带之外的噪声信号，留下的信号就是信噪比较高的声波信号(带通滤波后的声波信号见图3J所示)。
[0044]压力信号输出单元输出上述经前置放大、低通滤波、后置放大和驱动之后得到的压力信号；声波信号输出单元输出上述声压信号经前置放大、增益控制、后置放大和滤波之后得到连续声波信号。在本实用新型实施例中，压力信号输出单元为压力传感器，声波信号输出单元为声波传感器。
[0045]图2是根据本实用新型实施例的传感器同时采集压力数据和声波数据的方法流程图。
[0046]在步骤201，由传感器内的压力敏感器件获取由流体介质压力作用时产生的原始电信号。
[0047]在步骤202，从步骤201中的原始电信号中通过传感器内的低通滤波器来提取流体的静压强信号，通过传感器内的带通滤波器来提取声压信号。
[0048]在步骤203，分别对步骤202中提取出的流体的静压强信号和声压信号进行信号处理以得到压力信号和声波信号。
[0049]分别对提取出的静压强信号和声压信号进行信号处理以得到压力信号和声波信号具体包括:
[0050]将提取出的静压强信号进行前置放大、低通滤波、后置放大和驱动处理后得到压力信号；
[0051]将提取出的声压信号进行前置放大、增益控制、后置放大和滤波处理后得到声波信号。
[0052]在步骤204，由传感器内压力传感器输出经步骤203处理得到的压力信号，由声波传感器输出经步骤203处理得到的声波信号。
[0053]如上所述，本实用新型传感器可用来解决压力信号和声波信号不能用同一传感器处理的问题。使用一种传感器可以处理两种数据，这样既能降低成本，又减少工作量。且本实用新型的传感器还具有结构紧凑，精度较高的优点，可广泛应用于油气管道、水处理、化工生产等行业。
[0054]以上所述的【具体实施方式】，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的【具体实施方式】而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种可同时处理压力信号和声波信号的传感器，其特征在于，包括: 用于获取由流体介质压力作用时产生的原始电信号的信号获取单元； 与所述信号获取单元相连接，用于从所述原始电信号中提取流体的静压强信号的静压强信号提取单元和提取声压信号的声压信号提取单元； 与所述静压强信号提取单元相连接，用于对提取出的流体的静压强信号进行信号处理以得到压力信号的压力信号处理单元，和与所述声压信号提取单元相连接，用于对提取出的流体的声压信号进行信号处理以得出声波信号的声波信号处理单元； 与所述压力信号处理单元相连接，用于输出所述压力信号的压力信号输出单元，和与所述声波信号处理单元相连接，用于输出所述声波信号的声波信号输出单元。2.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述信号获取单元为压力敏感器件。3.根据权利要求2所述的传感器，其特征在于，所述信号获取单元为下列压力敏感器件中的一种: 应变式压力敏感器件、压电式压力敏感器件或压阻式压力敏感器件。4.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述静压强信号提取单元为低通滤波器。5.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述声压信号提取单元为带通滤波器。6.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述压力信号处理单元包括前置放大器、低通滤波器、后置放大器和驱动电路。7.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述声波信号处理单元包括前置放大器、增益控制器、后置放大器和带通滤波器。8.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述压力信号输出单元为压力传感器。9.根据权利要求1所述的传感器，其特征在于，所述声波信号输出单元为声波传感器。
【专利摘要】本实用新型涉及一种可同时处理压力信号和声波信号的传感器。该传感器包括：信号获取单元、静压强信号提取单元、声压信号提取单元、压力信号处理单元、声波信号处理单元、压力信号输出单元和声波信号输出单元。信号获取单元分别与静压强信号提取单元和声压信号提取单元相连接，静压强信号提取单元与压力信号处理单元相连接，声压信号提取单元与声波信号处理单元相连接，压力信号处理单元与压力信号输出单元相连接，声波信号处理单元与声波信号输出单元相连接。本实用新型实现了由同一传感器进行声波信号和压力信号的同时处理，既能降低成本，又能减少工作量，可广泛应用于油气管道、水处理、化工生产等领域。
【IPC分类】G01D21/02
【公开号】CN205090991
【申请号】CN201520477934
【发明人】罗宇, 刘建伟, 施剑
【申请人】南京声宏毅霆网络科技有限公司
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年7月3日