一种新型石英音叉传感器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种新型石英音叉传感器，包括石英音叉、激励单元、测量单元、信号转换单元、微控制单元及电源。本实用新型所述新型石英音叉传感器通过微控制单元控制激励单元驱动石英音叉产生稳定振荡，测量单元获得振荡频率及对应的阻抗，并将其发送到信号转换单元进行转换后输出到微控制单元，微控制单元计算待测介质的密度、粘度数值，从而对待测介质的品质进行判断，实现了对待测介质品质的实时监测，同时所述新型石英音叉传感器具有监测准确，灵敏度高的特点。
【专利说明】
-种新型石英音叉传感器
技术领域
[0001 ]本实用新型设及传感器技术领域，尤其设及一种新型石英音叉传感器。
【背景技术】
[0002] 润滑油作为四大石油产品之一，是关系国计民生的重要商品，广泛应用于汽车、冶 金、化工、电力等工业领域，尤其W汽车行业的应用最为典型。润滑油作为发动机的润滑介 质，用于减少部件之间表面磨损而导致部件疲劳，其品质的高低将直接决定发动机的使用 寿命，故须实时对润滑油油品质量进行监测。而传统的汽车发动机油品质量传感器是通过 测量机油的介电常数或电导率来反映其油品粘度、含水量及杂质等，最后评估其质量水平。 但对油介质介电常数与电导率的测量需要构建电容式传感器，在监测过程中受到其他外部 电磁环境条件的影响较大，容易导致测量结果不准确，而且，仅使用介电常数与电导率运样 单一的参数来评估油品质量的高低也无法对油介质进行全面的分析。 【实用新型内容】
[0003] 针对上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种新型石英音叉传感器，能够 直接准确的测量包括润滑油在内的液体的粘度、密度介电常数，进而实现对待测介质品质 的实时监测。
[0004] 为达此目的，本实用新型采用W下技术方案：
[000引一种新型石英音叉传感器，其特征在于包括:石英音叉、激励单元、测量单元、信号 转换单元、微控制单元及电源；
[0006] 所述石英音叉与激励单元电连接，作为介质检测敏感元件；
[0007] 所述激励单元与微控制单元电连接，用于驱动石英音叉振荡；
[0008] 所述测量单元与石英音叉电连接，用于获得石英音叉的振荡频率及对应的阻抗， 并将其发送到信号转换单元，具体包括第一电压表、第二电压表与I/V转换电路，所述第一 电压表一端连接激励单元和石英音叉，另一端接地;所述石英音叉的另一端依次经I/V转换 电路和第二电压表接地；
[0009] 所述信号转换单元与测量单元电连接，用于将石英音叉振荡频率及对应的阻抗转 换为与微控制单元接收信号相匹配的格式，并将其发送到微控制单元；
[0010] 所述微控制单元用于控制激励单元驱动石英音叉振荡，同时根据接收的石英音叉 振荡频率及对应的阻抗计算待测介质的密度、粘度数值；
[0011] 所述电源与微控制单元、激励单元、测量单元及信号转换单元电连接，用于给微控 制单元、激励单元、测量单元及信号转换单元供电；
[0012] 特别地，所述通讯模块与微控制单元电连接，用于输出微控制单元计算获得的待 测介质的密度、粘度数值。
[0013] 特别地，所述上位机与通讯模块电连接，用于显示通讯模块输出的待测介质的密 度、粘度数值。
[0014] 本实用新型提出的新型石英音叉传感器，通过微控制单元控制激励单元驱动石英 音叉产生稳定的振荡，测量单元获得振荡频率及对应的阻抗，并将其发送到信号转换单元 进行转换后输出到微控制单元，微控制单元计算待测介质的密度、粘度数值，从而对待测介 质的品质进行判断，实现了对待测介质品质的实时监测。同时，该新型石英音叉传感器具有 监测准确，灵敏度高的特点。
【附图说明】
[0015] 图1是本实用新型实施例提供的新型石英音叉传感器电路结构框图。
[0016] 图2是本实用新型实施例提供的新型石英音叉传感器测量单元电路图。
【具体实施方式】
[0017] 下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。可W理解的是，此处所描述 的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是， 为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容，除非另有定义，本 文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的 含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目 的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语"及/或"包括一个或多个相关的所列项 目的任意的和所有的组合。
[001引实施例一
[0019] 请参照图1所示，图1为本实用新型实施例提供的新型石英音叉传感器电路结构框 图。
[0020] 本实施例中，石英音叉传感器具体包括：石英音叉101、激励单元102、测量单元 103、信号转换单元104、微控制单元105、通讯单元107、上位机108及电源106。
[0021 ]所述石英音叉101与激励单元102电连接，固有频率为32.768kHZ，具有高稳定性、 高精度及低功耗的特点，将其置入待测介质中，作为介质检测敏感元件。
[0022] 所述激励单元102与微控制单元105电连接，具体包括:频率产生单元1023、滤波单 元1022与放大单元1021。
[0023] 所述频率产生单元1023与微控制单元105电连接，具体包括AD9850忍片、I/V转换 电路和差分电路，其中，AD9850忍片根据微控制单元105的输出信号产生两路极性互补的单 极性电流信号;通过I/V转换电路将电流信号转换为电压信号，再通过差分电路将两路互补 单极性电压信号转换为双极性输出的电压信号，作为石英音叉101的激励信号输出到滤波 单元1022。
[0024] 所述滤波单元1022与放大单元1021电连接，采用四阶贝塞尔低通滤波器。频率产 生单元1023输出的激励信号波形为抽样叠加而成，含有大量的高频杂波混叠信号，经四阶 贝塞尔低通滤波器滤除杂质后，获得平滑的正弦波。
[0025] 所述放大单元1021与石英音叉101电连接，采用同相比例放大电路。AD9850忍片输 出的电流信号为0-10.24mA，经I/V转换电路转换后可达0-2.048V的电压，再通过四阶贝塞 尔低通滤波器后，输出的正弦信号峰值一般略低于2.048V，而石英音叉101产生振荡所需要 的激励源电压为5V的正弦信号，故将滤波单元1022输出的正弦波激励信号经同相比例放大 电路将有效电压放大至5V，并将放大后的信号输出到石英音叉101，激励石英音叉101产生 稳定的振荡。
[0026] 所述测量单元103与石英音叉101电连接，采用简化的自动平衡法测量阻抗，获得 石英音叉101在待测介质下的频率阻抗特性，从而获得石英音叉101的振荡频率及对应的阻 抗，并将其发送到信号转换单元104。
[0027] 请参照图2所示，图2为本实用新型实施例提供的新型石英音叉传感器测量单元电 路图。
[0028] 所述测量单元具体包括第一电压表Vx、I/V转换电路和第二电压表化，所述第一电 压表Vx-端连接激励单元102和石英音叉101，另一端接地;所述石英音叉101的另一端依次 经I/V转换电路和第二电压表化接地。其中，激励单元102产生正弦激励信号，将激励信号施 加于石英音叉101上，此时，流经石英音叉101的电流为IX。在运算放大器负反馈循环中，利 用运算放大器的"虚拟地"分析原理可知，流入运算放大器的电流为零，运样，电流IX将直接 流过电阻Rr，Ir=Ix，则化=Ir X Rr=Ix X Rr，Ix为电压Vx流经被测元件DTU的电流值， 錢邀，:则被ii元件DUT的阻抗值2及:黑。 玄X -'"'ils：;： ' '挪'
[0029] 采用上述公式计算获得石英音叉101的阻抗数值，对应石英音叉101的振荡频率， 获得石英音叉101在待测介质下的频率阻抗特性。采用自动平衡法测量阻抗范围最高可达 110M Ω，频率范围在20监-110M监，具有宽频率范围、宽阻抗范围、并且测量准确的优点。
[0030] 所述信号转换单元104与测量单元103电连接，包括AD637均方根忍片。激励单元 102输出的激励信号为频率信号，经石英音叉101和测量单元103后输出信号也为正弦频率 信号，与微控制单元105A/D模块接收信号的格式不匹配，故将测量单元103输出的石英音叉 101振荡频率及对应的阻抗经AD637均方根忍片进行转换，转换为与微控制单元105A/D模块 接收信号的格式相匹配的信号，发送到微控制单元105。
[0031] 密度是定量描述待测介质自身特性的一个物理量，对密度的测量可W直接反应待 测物质特性的变化。本实施例中石英音叉101置于待测介质中，待测介质密度不同，则其表 面所附介质有效质量不同，从而引起石英音叉101的振荡频率不同。故石英音叉101的振荡 频率可W反映待测介质密度的变化。所述微控制单元105根据接收的石英音叉101振荡频率 经内部计算获得待测介质的密度数值。
[0032] 粘度是表征液体粘性的内摩擦系数的一个量，是待测介质对形变的抵抗随形变速 率的增加而增加的性质，是衡量待测介质质量高的一个重要指标。本实施例中石英音叉101 置于待测介质中，其阻抗特性受待测介质粘度的影响会发生一定的变化，故石英音叉101的 阻抗可W反映待测介质粘度的变化。所述微控制单元105根据接收的石英音叉101振荡频率 经内部计算获得待测介质的粘度数值。
[0033] 所述通讯单元107与微控制单元105电连接，采用CAN控制器，将微控制单元105计 算获得的待测介质密度、粘度数值输出到上位机108,实现微控制单元105与上位机108之间 的通讯。
[0034] 所述上位机108与通讯单元107电连接，采用PC机，显示通讯模块输出的待测介质 的密度、粘度数值。
[0035] 所述电源106与微控制单元105、激励单元102、测量单元103及信号转换单元104电 连接，具体包括双极型线性稳压电源106忍片LM7805和LM7905忍片，将外部±12V供电转化 为±5V给微控制单元105、激励单元102、测量单元103及信号转换单元104供电。
[0036] 本实用新型的技术方案通过微控制单元控制激励单元驱动石英音叉产生稳定振 荡，测量单元获得振荡频率及对应的阻抗，并将其发送到信号转换单元进行转换后输出到 微控制单元，微控制单元计算待测介质的密度、粘度数值，从而对待测介质的品质进行判 断，实现了对待测介质品质的实时监测。同时，所述新型石英音叉传感器具有监测准确，灵 敏度高的特点。
[0037] 注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会 理解，本实用新型不限于运里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明 显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过W上实施例 对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于W上实施例，在不脱离 本实用新型构思的情况下，还可W包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附 的权利要求范围决定。
【主权项】
1. 一种新型石英音叉传感器，其特征在于包括:石英音叉、激励单元、测量单元、信号转 换单元、微控制单元及电源； 所述石英音叉与激励单元电连接，作为介质检测敏感元件； 所述激励单元与微控制单元电连接，用于驱动石英音叉振荡； 所述测量单元与石英音叉电连接，用于获得石英音叉的振荡频率及对应的阻抗，并将 其发送到信号转换单元，具体包括第一电压表、第二电压表与I/V转换电路，所述第一电压 表一端连接激励单元和石英音叉，另一端接地;所述石英音叉的另一端依次经I/V转换电路 和第二电压表接地； 所述信号转换单元与测量单元电连接，用于将石英音叉振荡频率及对应的阻抗转换为 与微控制单元接收信号相匹配的格式，并将其发送到微控制单元； 所述微控制单元用于控制激励单元驱动石英音叉振荡，同时根据接收的石英音叉振荡 频率及对应的阻抗计算待测介质的密度、粘度数值； 所述电源与微控制单元、激励单元、测量单元及信号转换单元电连接，用于给微控制单 元、激励单元、测量单元及信号转换单元供电。2. 根据权利要求1所述的新型石英音叉传感器，其特征在于，还包括通讯模块，所述通 讯模块与微控制单元电连接，用于输出微控制单元计算获得的待测介质的密度、粘度数值。3. 根据权利要求2所述的新型石英音叉传感器，其特征在于，还包括上位机，所述上位 机与通讯模块电连接，用于显示通讯模块输出的待测介质的密度、粘度数值。
【文档编号】G01N11/00GK205449858SQ201521116418
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2015年12月30日
【发明人】王显波, 王天雄, 周禄雄, 饶绍兵
【申请人】四川省三台水晶电子有限公司