单点管道式开关的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了单点管道式开关，包括相连接的主机和超声波探头，主机包括控制器、非谐振式超声波发射电路小信号接收电路、显示装置；非谐振式超声波发射电路的一端与超声波探头相连接，且用于向超声波探头发射信号，非谐振式超声波发射电路的另一端与控制器连接，小信号接收电路的一端与超声波探头相连接，且用于接收超声波探头发出的信号，小信号接收电路的另一端与控制器相连接，控制器上还设置有红外接口；该控制器为ARM Cortex?M3核心的STM32F103单片机。该单点管道式开关安装简便快速。
【专利说明】
单点管道式开关
技术领域
[0001]本实用新型属于开关技术领域，具体涉及单点管道式开关。
【背景技术】
[0002]在工业管道现场、输液管道上等常规液位计、开关无法报警领域，应用传统的开关报警存在较大困难，不能满足特殊工作环境的预警需求。为了预警复杂工况下管道的液位，单点管道式开关的开发意义非凡。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种安装简便快速的单点管道式开关。
[0004]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是，单点管道式开关，包括相连接的主机和超声波探头，主机包括控制器、非谐振式超声波发射电路小信号接收电路、显示装置；
[0005]非谐振式超声波发射电路的一端与超声波探头相连接，且用于向超声波探头发射信号，非谐振式超声波发射电路的另一端与控制器连接，小信号接收电路的一端与超声波探头相连接，且用于接收超声波探头反射信号，小信号接收电路的另一端与控制器相连接，控制器上还设置有红外接口；该控制器为ARM Cortex-M3核心的STM32F103单片机。
[0006]非谐振式超声波发射电路包括第一三极管，第一三极管的基极通过第四电阻与控制器相连接，第一三极管的集电极通过结点a与第六电阻的一端相连接，第六电阻的另一端通过结点b与电源相连接，第一三极管的发射极通过结点d与IGBT管的集电极相连接，IGBT管的基极与结点a相连接，IGBT管的发射极通过结点c与第一电阻的一端相连接，第一电阻的另一端通过结点b与电源相连接;结点c与第一电容的一端相连接，第一电容的另一端通过结点e与第一肖特基二极管的输入端相连接，第一肖特基二极管的输出端通过结点f与超声波探头相连接，结点f还与可调电阻的一端相连接，可调电阻的另一端与超声波探头连接于结点d，结点e还与第二肖特基二极管的输入端相连接，第二肖特基二极管的输出端还与结点d相连接。最后结点d和系统的地单点连接。
[0007]进一步地，该小信号接收电路包括依次相连接的前级阻抗匹配放大单元、并联式RLC滤波单元、中间级固定增益放大电路、第二级RLC滤波电路、可调增益放大电路。
[0008]进一步地，该超声波探头包括水平且间隔设置在金属壳内的接线板和压电片，压电片设置于金属壳内的底部，压电片和金属壳间通过导电胶相连接，接线板和压电片间竖直连接有导电柱，接线板还与信号电缆连接;所述接线板与金属壳的接触处设置有挡圈，所述挡圈成对对称分布于接线板的对应端，压电片上部设置有用于吸收和抑制杂波干扰的吸声材料。
[0009]本实用新型单点管道式开关具有如下优点:1.采用了单点的超声波探头作为测量单元，减少了安装组件。2.采用了非谐振式发射电路，达到了发射分辨率反馈适应调整、发射强度反馈适应调整，提高了单电情况下的信号分辨率和信号的纯净性，使得单点的测量方案变为可行。3.小信号接收电路采用了阻抗匹配+滤波+放大的基础框架，实现了纯净的信号放大回路。
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型单点管道式开关的结构示意图；
[0011]图2是本实用新型单点管道式开关中非谐振式超声波发射电路的电路图；
[0012]图3是本实用新型单点管道式开关中小信号接收电路的电路图；
[0013]a.是本实用新型单点管道式开关中小信号接收电路的部分电路图；
[0014]b.是本实用新型单点管道式开关中小信号接收电路的另一部分电路图；
[0015]图4是本实用新型单点管道式开关中超声波探头的电路图；
[0016]图5是单点管道式开关发射信号时域波形。
[0017]其中1.主机，1-1.控制器，1-2.非谐振式超声波发射电路，1-3.显示装置，1-4.小信号接收电路，1-41.前级阻抗匹配放大单元，1-42.并联式RLC滤波单元，1-43.中间级固定增益放大电路，1-44.第二级RLC滤波电路，1-45.可调增益放大电路;2.超声波探头，2-1.信号电缆，2-2.金属壳，2-3.接线板，2-4.吸声材料，2-5.压电片，2-6.导电胶，2-7.导电柱，2-
8.挡圈。
【具体实施方式】
[0018]如图1所示，本实用新型单点管道式开关，单点管道式开关，包括相连接的主机I和超声波探头2，主机I包括控制器1-1、非谐振式超声波发射电路1-2、小信号接收电路1-4和显示装置1-3。
[0019]非谐振式超声波发射电路1-2的一端与超声波探头2相连接，且用于向超声波探头2发射信号，非谐振式超声波发射电路1-2的另一端与控制器1-1连接，小信号接收电路1-4的一端与超声波探头2相连接，且用于接收超声波探头2发出的信号，小信号接收电路1-4的另一端与控制器1-1相连接，控制器1-1上还设置有红外接口。
[0020]如图2所示，非谐振式超声波发射电路1-2包括第一三极管Ql，第一三极管Ql的基极通过第四电阻R4与控制器1-1相连接，第一三极管Ql的集电极通过结点a与第六电阻R6的一端相连接，第六电阻R6的另一端通过结点b与电源相连接，第一三极管Ql的发射极通过结点d与IGBT管Q2的集电极相连接，IGBT管Q2的基极与结点a相连接，IGBT管Q2的发射极通过结点c与第一电阻Rl的一端相连接，第一电阻Rl的另一端通过结点b与电源相连接;结点c与第一电容Cl的一端相连接，第一电容Cl的另一端通过结点e与第一肖特基二极管Dl的输入端相连接，第一肖特基二极管Dl的输出端通过结点f与超声波探头2相连接，结点f还与可调电阻R3的一端相连接，可调电阻R3的另一端与超声波探头2连接于结点d，结点e还与第二肖特基二极管D2的输入端相连接，第二肖特基二极管D2的输出端还与结点d相连接。采用了非谐振式发射电路，达到了发射分辨率反馈适应调整、发射强度反馈适应调整，提高了单电情况下的信号分辨率和信号的纯净性，使得单点的测量方案变为可行。
[0021]如图3所示，小信号接收电路1-4包括依次相连接的前级阻抗匹配放大单元1-41、并联式RLC滤波单元1-42、中间级固定增益放大电路1-43、第二级RLC滤波电路1-44、可调增益放大电路1-45。并联式RLC滤波单元1-42与中间级固定增益放大电路1-43通过隔直电容C15相连接。前级阻抗匹配放大单元1-41主要是为了缓冲超声波探头2接收的反射波信号能量，第二级RLC滤波电路1-44滤除了接收杂波干扰，然后经由反馈电阻网络可调增益放大电路1-45，最后送入单片机的ADC 口进行模数转换。
[0022]如图4所示，超声波探头2包括水平且间隔设置在金属壳2-2内的接线板2-3和压电片2-5。压电片2-5设置于金属壳2-2内的底部，压电片2-5和金属壳2_2间通过导电胶2_6相连接，接线板2-3和压电片2-5间竖直连接有导电柱2-7，接线板2-3还与信号电缆2-1连接；接线板2-3与金属壳2-2的接触处设置有挡圈2-8，挡圈2-8成对对称分布于接线板2-3的对应端，压电片2-5上部设置有用于吸收和抑制杂波干扰的吸声材料2-4。
[0023]本实用新型单点管道式开关，主机I和超声波探头2配合使用，主机I产生的声波信号经由信号电缆2-1传输至超声波探头2，超声波探头2将能量转换为声波，发射到被测液体的表面后反射回来，经由超声波探头2接受，并由信号电缆2-1传回至液位计主机I，经主机I信号处理后，计算出当前液位，进行显示或远传。其中12V直流通过第一电阻R1、隔直电容Cl充电到12V，IGBT作为高速开关期间经由单片机产生的脉冲信号通过Ql进行驱动，在单片机低电平时，IGBT处于截至状态，第一电容Cl被充电到12V;单片机高电平时，IGBT管Q2处于导通状态，第一电容Cl经由I IGBT管Q2、可调电阻R3可调电阻放电，在超声波探头2上产生持续时间很短的激励高压脉冲。其中可调电阻R3的阻值变化可以调节电路的阻尼状态，电阻大时阻尼小，发射强度大，激励的分辨率低；电阻小时阻尼大，发射强度小，分辨率提高。通过程序改变可调电阻R3及信号反馈，可以动态的调整发射的分辨率;通过IGBT管Q2的导通时间，可以调节发射强度和频率。发射波形如图5所示，表明采用非谐振式发射模式，可以激励出高压超声波振荡信号。
【主权项】
1.单点管道式开关，其特征在于，包括相连接的主机(I)和超声波探头(2)，所述主机(I)包括控制器(1-1)、非谐振式超声波发射电路(1-2)、小信号接收电路(1-4)和显示装置(1_3)； 所述非谐振式超声波发射电路(1-2)的一端与超声波探头(2)相连接，且用于向超声波探头(2)发射信号，所述非谐振式超声波发射电路(1-2)的另一端与控制器(1-1)连接，所述小信号接收电路(1-4)的一端与超声波探头(2)相连接，且用于接收超声波探头(2)发出的信号，所述小信号接收电路(1-4)的另一端与控制器(1-1)相连接，所述控制器(1-1)上还设置有红外接口； 所述非谐振式超声波发射电路(1-2)包括第一三极管(Ql)，所述第一三极管(Ql)的基极通过第四电阻(R4)与控制器(1-1)相连接，所述第一三极管(Ql)的集电极通过结点a与第六电阻(R6)的一端相连接，所述第六电阻(R6)的另一端通过结点b与电源相连接，所述第一三极管(Ql)的发射极通过结点d与IGBT管(Q2)的集电极相连接，所述IGBT管(Q2)的基极与结点a相连接，所述IGBT管(Q2)的发射极通过结点c与第一电阻(Rl)的一端相连接，所述第一电阻(Rl)的另一端通过结点b与电源相连接;所述结点c与第一电容(Cl)的一端相连接，所述第一电容(Cl)的另一端通过结点e与第一肖特基二极管(Dl)的输入端相连接，所述第一肖特基二极管(Dl)的输出端通过结点f与超声波探头(2)相连接，所述结点f还与可调电阻(R3)的一端相连接，所述可调电阻(R3)的另一端与超声波探头(2)连接于结点d，所述结点e还与第二肖特基二极管(D2)的输入端相连接，所述第二肖特基二极管(D2)的输出端还与结点d相连接。2.根据权利要求1所述的单点管道式开关，其特征在于，所述小信号接收电路(1-4)包括依次相连接的前级阻抗匹配放大单元(1-41)、并联式RLC滤波单元(1-42)、中间级固定增益放大电路(1-43)、第二级RLC滤波电路(1-44)、可调增益放大电路(1-45)。3.根据权利要求2所述的单点管道式开关，其特征在于，所述超声波探头(2)包括水平且间隔设置在金属壳(2-2)内的接线板(2-3)和压电片(2-5)，所述压电片(2-5)设置于金属壳(2-2)内的底部，所述压电片(2-5)和金属壳(2-2)间通过导电胶(2-6)相连接，所述接线板(2-3)和压电片(2-5)间竖直连接有导电柱(2-7)，所述接线板(2-3)还与信号电缆(2-1)连接;所述接线板(2-3)与金属壳(2-2)的接触处设置有挡圈(2-8)，所述挡圈(2-8)成对对称分布于接线板(2-3)的对应端，所述压电片(2-5)上部设置有用于吸收和抑制杂波干扰的吸声材料(2-4)。
【文档编号】G05B19/042GK205485424SQ201521010121
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年12月8日
【发明人】林豪杰
【申请人】陕西声科电子科技有限公司