一种超声波传感器的制作方法

本实用新型涉及一种传感器，具体地说是一种超声波传感器。

背景技术：

超声波传感器,广泛用于例如在工业自动化中用于测量、定位、检测等，为此，超声波传感器具有一个超声波薄膜，用该超声波薄膜发送并且又接收超声波信号。该传感器与一个具有电子单元的印制电路板一起安装在传感器壳体中，在操作面板或者远程控制线上设定好实际所需要的检测距离值，当障碍物移值所设定的检测距离时，超声波内部对反射回来的信号进行处理，并输出开关信号，或者根据障碍物所移动距离的远近输出模拟量信号，这些信号给予相应的PLC、人机界面等控制器显示障碍物所移动的距离值，并对信号进行处理，执行自动化设备的下一步动作。

目前，市场上同类其他品牌的产品都是模拟量或开关量单路输出，本实用新型实现了模拟量和开关量双输出的功能，从经济效益上讲可以较少客户备货库存，客户不需要两种都备货。从功能上讲，可通过两种输出功能的配合来实现更复杂的功能，例如在通过模拟量输出检测物体高度长度的同时，可以通过开关量输出报警，警示客户物体的高度达到某一位置。

另外，现有超声波传感器在实际使用中，往往需要额外的配套的紧固装置，本实用新型通过探头的外表面设有的紧固螺纹及恰与紧固螺纹相配合的紧固圈，可方便的将超声波传感器紧固在检测工位上。

技术实现要素：

本实用新型要解决的是市面上的现有的超声波传感器只能单一输出模拟量或开关量，且缺少与传感器一体的紧固装置的问题。

本实用新型采用的技术方案是：一种超声波传感器，其特征在于：包括探头本体、与探头本体同轴相连的探头、进线管及超声波发生器，其特征在于：还包括置于探头本体内的双输出电路模块及位于探头本体背面的操作面板，所述探头的外表面设有紧固螺纹及恰与紧固螺纹相配合的紧固圈，所述操作面板上设有有四个指示灯：电源指示灯、信号强度指示灯红色、模拟量输出指示灯及开关量输出指示灯；操作面板还有两个设定按键，即模拟量设定按键和开关量设定按键。

进一步的，所述探头本体和探头均为圆柱形。

进一步的，所述探头本体与探头一体成型。

进一步的，所述探头本体与进线管一体成型。

进一步的，所述双输出电路模块包括单片机、开关量输出驱动电路、模拟量放大电路、保护电路、模拟量输出电路、开关量输出端、模拟量输出端。

进一步的，所述开关量输出驱动电路包括电阻R1、电阻R4、电阻R5、晶体管Q1、压敏电阻RV 4、保险丝FU1；所述电阻R1的一端与所述单片机的第1输出端相连，另一端与所述晶体管Q1的基极相连；所述晶体管Q1 的发射极接地；在晶体管Q1上还串联有用于防止过载的保险丝FU1，晶体管Q1与压敏电阻RV4并联后的电路中靠近晶体管Q1集电极的一端与所述保险丝FU1串连，另一端与电阻R4和电阻R5串联；保险丝FU1的另一端与开关量输出端连接，电阻R4和电阻R5之间的线路上设有与单片机的第二输出端相连的线路；

所述模拟量放大电路包括电阻R6，运算放大器U1、电阻R7，所述电阻 R6的一端与单片机的第三输出端相连，电阻R6的另一端与运算放大器U1 的负极输入端相连，所述运算放大器U1的正极输入端与保护电路(6-4) 中的电阻R10串联后接地，运算放大器U1的输出端与电阻R7相连；

所述保护电路包括晶体管Q2、电阻R8、电阻R10、电阻R11、晶体管 Q3，所述晶体管Q2的基电极与拟量放大电路中的R7相连，晶体管Q2的发射极连接在运算放大器U1的正极输入端与保护电路中的电阻R10间的线路上，电阻R8的一端与电阻R11的一端合并后与晶体管Q2的集电极相连，电阻R11的另一端与晶体管Q3的基电极相连，电阻R8的另一端与晶体管 Q3发射极端的线路合并后与电源相连，晶体管Q3的集电极与模拟量输出电路(的电阻R12的一端相连；

所述模拟量输出电路包括电阻R12和晶体管Q4，所述电阻R12的另一端与晶体管Q4的基电极相连，晶体管Q4的集电极与晶体管Q2基电极相连，晶体管Q4的发射极与模拟量输出端相连。

本实用新型的有益效果和特点是：①模拟量和开关量双输出，从经济效益上讲可以较少客户备货库存，客户不需要两种都备货。从功能上讲，在通过模拟量输出检测物体高度长度的同时，可以通过开关量输出报警，警示客户物体的高度达到某一位置；②依靠探头的外表面设有的紧固螺纹及恰与紧固螺纹相配合的紧固圈，安装方便，对工作人员的要求低，降低了培训时间和操作成本；③外形结构精巧，长度超短长度为同类其他品牌产品的一半(通过使用高精度集成电路芯片集成，减少内部空间)，在实际使用中，可以节省安装空间。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是图1中实施例的背面的结构图；

图3是双输出电路模块的电路结构图；

图4是本实用新型实施例的安装示意图；

图中标号分别表示：1-探头本体、2-紧固圈、3-紧固螺纹、4-探头、 5-进线管、6-双输出电路模块、6-1-单片机、6-2-开关量输出驱动电路、 6-3-模拟量放大电路、6-4-保护电路、6-5模拟量输出电路、6-6-开关量输出端、6-7-模拟量输出端、7-操作面板、7-1-电源指示灯，7-2-信号强度指示灯、7-3-模拟量输出指示灯、7-4-开关量输出指示灯、7-5-模拟量设定按键、7-6-开关量设定按键、8-固定板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行进一步说明：

如图1所示，一种超声波传感器，其特征在于：包括探头本体1、与探头本体1同轴相连的探头4、进线管5及超声波发生器，其特征在于：还包括置于探头本体1内的双输出电路模块6及位于探头本体背面的操作面板7，所述探头的外表面设有紧固螺纹3及恰与紧固螺纹3相配合的紧固圈2，所述操作面板7上设有有四个指示灯：电源指示灯7-1、信号强度指示灯 7-2、模拟量输出指示灯7-3及开关量输出指示灯7-4；操作面板7还有两个设定按键，即模拟量设定按键7-5和开关量设定按键7-6。

为实现模拟量和开关量双输出功能，设有双输出电路模块6包括单片机6-1、开关量输出驱动电路6-2、模拟量放大电路6-3、保护电路6-4、模拟量输出电路6-5、开关量输出端6-6、模拟量输出端6-7。

所述开关量输出驱动电路6-2包括电阻R1、电阻R4、电阻R5、晶体管 Q1、压敏电阻RV 4、保险丝FU1；所述电阻R1的一端与所述单片机6-1的第1输出端相连，另一端与所述晶体管Q1的基极相连；所述晶体管Q1的发射极接地；在晶体管Q1上还串联有用于防止过载的保险丝FU1，晶体管 Q1与压敏电阻RV4并联后的电路中靠近晶体管Q1集电极的一端与所述保险丝FU1串连，另一端与电阻R4和电阻R5串联；保险丝FU1的另一端与开关量输出端6-6连接，电阻R4和电阻R5之间的线路上设有与单片机6-1 的第二输出端相连的线路；

所述模拟量放大电路6-3包括电阻R6，运算放大器U1、电阻R7，所述电阻R6的一端与单片机6-1的第三输出端相连，电阻R6的另一端与运算放大器U1的负极输入端相连，所述运算放大器U1的正极输入端与保护电路6-4中的电阻R10串联后接地，运算放大器U1的输出端与电阻R7相连；

所述保护电路6-4包括晶体管Q2、电阻R8、电阻R10、电阻R11、晶体管Q3，所述晶体管Q2的基电极与拟量放大电路6-3中的R7相连，晶体管Q2的发射极连接在运算放大器U1的正极输入端与保护电路6-4中的电阻R10间的线路上，电阻R8的一端与电阻R11的一端合并后与晶体管Q2 的集电极相连，电阻R11的另一端与晶体管Q3的基电极相连，电阻R8的另一端与晶体管Q3发射极端的线路合并后与电源相连，晶体管Q3的集电极与模拟量输出电路6-5的电阻R12的一端相连。

所述模拟量输出电路6-5包括电阻R12和晶体管Q4，所述电阻R12的另一端与晶体管Q4的基电极相连，晶体管Q4的集电极与晶体管Q2基电极相连，晶体管Q4的发射极与模拟量输出端6-7相连。

在操作面板上拥有四个指示灯：电源指示灯绿色LED，信号强度指示灯红色LED，模拟量输出指示灯黄色LED，开关量输出指示灯黄色LED。两个设定按键，一个模拟量设定按键，一个开关量设定按键。

模拟量或开关量窗口设定(两点设定)方法：

A：选择要设定的输出(模拟量或开关量)，按住相应的按键2秒以上，直到绿色电源指示灯熄灭，黄色输出指示灯点亮，此时超声波传感器进入编程状态。

B：将检测物体放置在第一个位置并按一下按键，使传感器记忆第一个位置，此时，黄色输出示灯闪亮，表示第一个位置记忆完毕，准备设定第二个位置。

C：将检测物体放置在第二个位置并按一下按键，使传感器记忆第二个位置，此时，黄色输出指示灯熄灭，绿色电源指示灯点亮，此时超声波传感器进入正常工作状态。

D：重复以上步骤设置另外一路输出(开关量或模拟量)

注：在设定第二个位置之前，按住相同按键保持2s钟以上，将退出编程状态，传感器将工作在上次设定的状态。

使用自动零点特性设置开关量和模拟量设定方法(单点设定)

在某些应用中，需要以设定点为中心的检测窗口，设定时只需要对相同位置设定两次，就可以将传感器设定为以该位置为中心，检测窗口宽度为10mm±5mm。

注：设定时允许有一定的误差，如果两次位置并不相同(但小于10mm) 中心将位于两个位置的中间。

同时设定模拟量和开关量的方法

如果需要模拟量和开关量选择同一个窗口，可以同时对开光量和模拟量进行设定，

A：按住任意一个按键直到绿色指示灯熄灭，再按住另一个按键直到黄色指示灯点亮，现在传感器准备记忆第一个位置，

B：将检测物放置在第一个位置并按一下按键，使传感器记忆第一个位置，此时两个黄色输出指示灯闪亮，表示第一个位置记忆完毕，准备设定第二个位置，

C：将检测物放置在第二个位置并按一下按键，使传感器记忆第二个位置，

D：绿色电源指示灯亮表明传感器进入正常工作状态，被检测物置于检测窗口内时，黄色输出指示灯亮。

开关量(NPN或者PNP)工作原理:

单片机将开关量信号通过第1输出端输出，通过电阻R1送给晶体管 Q1.Q1得到此信号后，则处于导通状态，此时24V电压通过外部继电器，保险丝FU1，晶体管Q1，形成一个串联回路，开关量输出。电阻RV4为晶体管Q1的保护电阻，防止Q1瞬间电压过高而击穿C,E极。电阻R4与R5为开关量(NPN)过电流检测电阻，通过回路的电流越大则在R4，R5之间产生的电压变化越大，在将此点的电压反馈至单片机第二输出端，实现过流保护。

模拟量(0～10V或者4-20mA)工作原理：

单片机将模拟量(0～5V)信号通过第三输出端输出，通过电阻R6送入运算放大器U1，该放大器与R7组成2倍信号放大，得出(0～10V)模拟量信号。再将此模拟量信号送入后面保护电路。R8，R10，R11,Q2，Q3，共同组成保护电路，防止外部模拟量接线端短路，或电压过高而烧坏传感器输出。 R12,与Q4组成输出电路，以减小模拟量输出阻抗，提高驱动能力。

如图4所示，使用时，依靠紧固圈2将传感器旋紧固定在固定板8的合适位置处(固定板8上开有和探头4相配合的孔)，固定板8可以是检测位置的现有板材，也可以是另外单独配置的板材。

例如在料仓料位检测中，物料离传感器越远输出电流越小，物料离传感器越近输出电流越大，通过在远近距离的范围输出4-20mA模拟量信号，信号在控制显示单元显示出实际料位的高度。开关量在此应用中可以设为远距离点或者近距离点，作为报警信号用，当料仓的无料或者料位达到极限高度是发出报警信号。通过模拟量和开关量双输出实现对料位的双重控制。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的结构关系及原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。