一种低功耗霍尔水流传感器的制作方法

本发明涉及传感器，尤其涉及一种低功耗霍尔水流传感器。

背景技术：

1、随着社会对资源和环境的持续关注，水流的精确测量和管理日益受到重视。传统的水流传感器多依赖于机械部件来感测流动的水流，但这些部件往往受到磨损，使得测量结果在长时间使用后逐渐偏离真实值。此外，这些机械部件容易受到杂质的影响，增加了维护的复杂性和成本。

2、为了克服上述问题，研究者转向电学传感技术，尤其是霍尔效应，来测量水流。霍尔传感器通过检测水流导致的磁场变化来测量流速，从而避免了机械部件的问题。然而，尽管霍尔传感器具有高的耐用性和准确性，但它们在低流速下的敏感度有时仍然不足。

3、另外，在众多应用中，如家用、农业或工业领域，电池寿命和能源效率都是关键的设计因素。许多现有的电学传感器在持续工作时耗电过大，使得它们不适合于远程或无线应用，尤其是在电源有限或难以访问的地方。

4、因此，存在一个迫切的需求，即开发一种低功耗、高精度且适应性强的水流传感器，以满足现代应用中的各种挑战和需求。

技术实现思路

1、基于上述目的，本发明提供了一种低功耗霍尔水流传感器。

2、一种低功耗霍尔水流传感器，包括：

3、霍尔感测部件，用于感测通过传感器的水流产生的磁场变化，并输出对应的电信号；

4、流体动力学结构，设于霍尔感测部件的上方，其形状设计能够引导流经的水流形成旋涡，增强水流对霍尔感测部件产生的磁场效应，提高传感器的灵敏度；

5、处理部件，接收来自霍尔感测部件的电信号，并对其进行分析以得到水流速度的数据，其中处理部件将从流体动力学结构接收到的旋涡频率数据用于校正并优化电信号；

6、能效管理模块，其控制处理部件的工作状态，该能效管理模块根据处理部件分析得到的水流速度数据自动调整传感器的工作模式。

7、进一步的，所述霍尔感测部件包括：

8、霍尔片，布置于水流通道中，直接检测水流产生的磁场变化；

9、霍尔电流源，为霍尔片提供恒定的电流；

10、信号放大器，与霍尔片电连接，用于放大霍尔片在磁场作用下产生的电压变化；

11、信号输出接口，与信号放大器连接，将放大后的电信号输出至处理部件。

12、进一步的，所述流体动力学结构包括：

13、螺旋形状导流筒，设于霍尔感测部件上方，具有内部螺旋通道，当水流经过时，螺旋通道引导水流形成持续的旋涡；

14、系列定向叶片，围绕螺旋形状导流筒的外部分布，用于协助引导和加强水流旋涡的形成；

15、收敛口部，位于螺旋形状导流筒的下方且与霍尔感测部件连接，将产生旋涡的水流导向霍尔感测部件，从而使磁场效应更集中在霍尔感测部件上；

16、其中，当水流经过螺旋形状导流筒时，由于内部的螺旋通道设计，水流会被引导形成持续的旋涡，旋涡结合定向叶片的辅助，增强旋涡的稳定性和持续性，还增加水流对霍尔感测部件产生的磁场效应，通过收敛口部，产生旋涡的水流被有效地导向霍尔感测部件，确保磁场效应更集中地作用在霍尔感测部件上，提高传感器的灵敏度。

17、进一步的，所述收敛口部包括：

18、缩径结构，由宽到窄逐渐收缩，与螺旋形状导流筒的下方连接，用于收敛并加速旋涡水流；

19、导磁固定环，固定在缩径结构的最窄部分，由高导磁材料制成，用于将加速的旋涡水流中产生的磁场引导并集中至中心部位；

20、一个中心通道，位于导磁固定环的中心，直接连接霍尔感测部件，允许集中的磁场效应直接作用于霍尔感测部件。

21、进一步的，所述处理部件包括：

22、模拟-数字转换器，接收来自霍尔感测部件的电信号并将其转换为数字信号；

23、基于磁场-速度对照模型的数据处理单元，接收adc转换后的数字信号并根据预先储存的磁场-速度关系进行解析，用以估算水流速度；

24、数据滤波器，用于对从数据处理单元获得的速度数据进行噪声减少和平滑处理，输出更加稳定的水流速度数据；

25、输出接口，输出经过数据滤波器处理后的水流速度数据至外部设备或显示屏。

26、进一步的，所述模拟-数字转换器接收来自霍尔感测部件的电信号并减少输入信号中的共模噪声，具有高分辨率转换核心，进行至少16位的精确转换，确保电信号到数字信号转换过程中的数据损失最小化，同时动态调整adc的输入增益，以应对不同大小的电信号输入，确保最佳的信号转换品质；

27、还包括数字滤波器，初步滤除数字信号中的噪声，为后续数据处理提供更加清晰的信号基础；

28、还包括数据缓冲区，存储转换后的数字信号，以适应处理部件其他模块的处理速率和时间。

29、进一步的，所述能效管理模块包括：

30、速度阈值设定单元，允许用户或系统设定一系列的水流速度阈值，对应于不同的传感器工作模式；

31、工作模式选择器，根据来自处理部件分析得到的水流速度数据与速度阈值设定单元中的阈值进行比较，自动选择合适的工作模式；

32、模式执行器，负责调整传感器的工作参数，以实现工作模式选择器所选择的工作模式；

33、反馈回路，用于根据模式执行器执行的结果，持续地与处理部件进行交流，确保所选择的工作模式与实际水流状况相匹配。

34、进一步的，所述霍尔感测部件电路：

35、霍尔元件的输出端连接到信号调理电路的输入端；

36、信号调理电路的输出端连接到模拟-数字转换器的输入端；

37、模拟-数字转换器电路:

38、差分输入放大器的输出连接到模拟-数字转换器核心的输入；

39、模拟-数字转换器的数字输出连接到微控制器或数据处理单元；

40、能效管理模块电路：

41、微控制器的输出连接到功率管理电路，以控制电源状态和模式；

42、微控制器通过反馈电路与adc和其他部分通信，以确定是否需要更改工作模式；

43、通信电路：

44、微控制器的输出连接到通信接口；

45、如果使用无线通信，则微控制器也连接到无线通信模块；

46、电源电路：

47、电池或其他电源连接到功率管理电路；

48、功率管理电路为整个系统提供适当的电压和电流。

49、本发明的有益效果：

50、本发明，利用特定的流体动力学结构优化水流，使其在经过霍尔感测部件时形成旋涡，不仅提高了对水流引起的磁场变化的敏感度，还通过信号调理和模拟-数字转换器实现了更高的信号处理精度,这些因素结合在一起，使得传感器能够更准确地检测各种流速的水流，即使在低流速情况下也如此。

51、本发明，利用处理部件分析的水流速度数据，能效管理模块能够自动调整传感器的工作模式，从而优化功耗，在低水流或静止状态下，传感器可以进入低功耗模式，从而大大降低电池消耗，这种智能能效管理不仅节省能源，还有助于延长设备的使用寿命和减少维护次数。