非接触水位传感器、水位测量电路及其测量方法与流程

本发明涉及水位监测，具体涉及一种非接触水位传感器、水位测量电路及其测量方法。

背景技术：

1、传统主动式非接触式水位测量传感器，多采用激光、超声波、红外等测量水面到传感器位置相对距离，实现水位计算测量功能。

2、传统主动式非接触式水位测量传感器的主要缺点是：

3、1、受限测量环境变化干扰，影响测量精度；

4、2、安装条件受限，最佳测量位置只能为测量水面法线方向；

5、3、容易被水面漂浮物及水波温湿度变化引起的水汽蒸腾影响测量精度。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种非接触水位传感器、水位测量电路及其测量方法，旨在解决传统主动式测量非接触式水位传感器测量精度容易被影响及安装条件受限的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，一种非接触水位传感器，包括：

4、聚氨酯制作的底材；

5、所述底材的表面依次排布设置有多组覆铜绕线，多组所述覆铜绕线的一端均连接在公共端，多组所述覆铜布线的另一端均接地。

6、作为优选的，所述覆铜绕线包括多个平行部与多个连接部，多个所述平行部通过所述连接部依次首尾连接，且多个所述平行部相互平行。

7、作为优选的，所述覆铜绕线设置有3组。

8、第二方面，一种水位测量电路，包括非接触水位传感器、mcu、恒流电路、采样电路；所述恒流电路的输入端与所述mcu的第一输出端电连接，所述恒流电路的输出端与所述采样电路的输入端电连接；所述采样电路的采样端与所述非接触水位传感器电连接，所述采样电路的输出端与所述mcu的输入端电连接，所述采样电路的控制端与所述mcu的第二输出端电连接。

9、作为优选的，所述恒流电路包括放大器u1、电阻r1-r5、nmos管q1；所述放大器u1的反相输入端通过所述电阻r1与所述mcu的第一输出端电连接；所述放大器u1的同相输入端通过所述电阻r5与所述nmos管q1的源极电连接；所述放大器u1的接地端接地；所述放大器u1的vcc端与vcc正电源电连接；所述放大器u1的输出端通过所述电阻r2与所述nmos管q1的栅极电连接；所述nmos管q1的源极通过所述电阻r3接地；所述nmos管q1的漏极通过所述电阻r4与vcc正电源电连接。

10、作为优选的，所述采样电路包括放大器u2、电阻r6-r8、nmos管q2；所述nmos管q2的漏极与所述nmos管q1的漏极电连接；所述nmos管q2的栅极与所述mcu的第二输出端电连接；所述nmos管q2的源极与所述非接触水位传感器电连接；所述非接触水位传感器的接地端接地；所述放大器u2的反相输入端通过所述电阻r6与所述非接触水位传感器电连接；所述放大器u2的同相输入端通过所述电阻r8接地；所述放大器u2的接地端接地；所述放大器u2的vcc端与vcc正电源电连接；所述放大器u2的输出端通过所述电阻r7与反相输入端电连接；所述放大器u2的输出端与所述mcu的输入端电连接。

11、作为优选的，所述nmos管q1的型号为lm358_c5252902；所述mos管q2的型号为opa2188aidr。

12、作为优选的，所述mcu的型号为stm32f103c8t6，所述mcu的引脚19作为所述第一输出端与所述恒流电路的输入端电连接，所述mcu的引脚32作为所述第二输出端与所述采样电路的控制端电连接，所述mcu的引脚39作为所述输入端与所述采样电路的输出端电连接。

13、作为优选的，所述非接触水位传感器包括：

14、聚氨酯制作的底材；

15、所述底材的表面依次排布设置有多组覆铜绕线，多组所述覆铜绕线的一端均连接在公共端，多组所述覆铜布线的另一端均接地；

16、所述公共端与所述nmos管q2的源极电连接。

17、第三方面，一种水位测量电路的测量方法，包括以下步骤：

18、步骤1：mcu的第二输出端向采样电路输出方波电压，

19、步骤2：方波电压为高电位时，打开恒流电路的nmos管q1和采样电路的nmos管q2，对非接触水位传感器进行充电；

20、步骤3：方波电压为低电位时，关闭采样电路的nmos管q2，采样电路的放大器u2放大在测非接触水位传感器的放电过程，同时采样电路始终采样非接触水位传感器的电压值变化，由采样电路将采样结果输入到mcu进行计算输出；

21、步骤4：重复步骤2与步骤3，得到多组计算结果。

22、本发明所阐述的一种非接触水位传感器、水位测量电路及其测量方法，其有益效果在于：

23、不同于其他激光、超声等非接触水位测量装置需采用固定支架等附属安装设施，由于非接触式传感器的底材1是由柔性材料聚氨酯制作，而聚氨酯的特性是可弯曲、折叠，因此可采用粘帖附着等工程安装手段安装在容器外壁，极大的方便地实现非接触式液位测量，同时规避了其他非接触式传感器需要法线方向安装的缺陷。

24、当电容器形状确定时，两极板的面积均为s，设两极板分别带有+q，-q的电荷，因此每块极板的电荷密度为σ＝q/s，由高斯定理可得两极板间的电场强度为其中，s为平板正对面积，为介电常数；电容基本公式为：c＝q/u，其中，c为电容器的电容值，q为电容器内的电荷量，u为电容器间的电压；电场强度e与电势差u之间的关系式为：e＝u/d，其中，d为极板间距离；将上述式子合并得到：即：

25、可以看出，电容器形状确定时，介电常数、极板正对面积s和电容器板间距离d为确定值，因此可以为常量k，电压u的变化值与电容器电荷量q之间的变化为一次线性关系，即：当液体位置变化时，会使平板之间的介质发生改变，从而引起介电常数的改变，在不同介质环境条件下，常量k发生了变化，表现为电容器内部电荷量发生变化，我们通过脉冲电压u以t时间为电容器充电，计算测量u的变化值，在完成标定值后，即实现了对液位值的变化转换为了电容器电荷量变化的测量，从而实现液位变化测量的功能。

技术特征：

1.一种非接触水位传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的非接触水位传感器，其特征在于，所述覆铜绕线包括多个平行部与多个连接部，多个所述平行部通过所述连接部依次首尾连接，且多个所述平行部相互平行。

3.根据权利要求1所述的非接触水位传感器，其特征在于，所述覆铜绕线设置有3组。

4.一种水位测量电路，其特征在于，包括非接触水位传感器、mcu、恒流电路、采样电路；所述恒流电路的输入端与所述mcu的第一输出端电连接，所述恒流电路的输出端与所述采样电路的输入端电连接；所述采样电路的采样端与所述非接触水位传感器电连接，所述采样电路的输出端与所述mcu的输入端电连接，所述采样电路的控制端与所述mcu的第二输出端电连接。

5.根据权利要求4所述的水位测量电路，其特征在于，所述恒流电路包括放大器u1、电阻r1-r5、nmos管q1；所述放大器u1的反相输入端通过所述电阻r1与所述mcu的第一输出端电连接；所述放大器u1的同相输入端通过所述电阻r5与所述nmos管q1的源极电连接；所述放大器u1的接地端接地；所述放大器u1的vcc端与vcc正电源电连接；所述放大器u1的输出端通过所述电阻r2与所述nmos管q1的栅极电连接；所述nmos管q1的源极通过所述电阻r3接地；所述nmos管q1的漏极通过所述电阻r4与vcc正电源电连接。

6.根据权利要求5所述的水位测量电路，其特征在于，所述采样电路包括放大器u2、电阻r6-r8、nmos管q2；所述nmos管q2的漏极与所述nmos管q1的漏极电连接；所述nmos管q2的栅极与所述mcu的第二输出端电连接；所述nmos管q2的源极与所述非接触水位传感器电连接；所述非接触水位传感器的接地端接地；所述放大器u2的反相输入端通过所述电阻r6与所述非接触水位传感器电连接；所述放大器u2的同相输入端通过所述电阻r8接地；所述放大器u2的接地端接地；所述放大器u2的vcc端与vcc正电源电连接；所述放大器u2的输出端通过所述电阻r7与反相输入端电连接；所述放大器u2的输出端与所述mcu的输入端电连接。

7.根据权利要求6所述的水位测量电路，其特征在于，所述nmos管q1的型号为lm358_c5252902；所述mos管q2的型号为opa2188aidr。

8.根据权利要求6所述的水位测量电路，其特征在于，所述mcu的型号为stm32f103c8t6，所述mcu的引脚19作为所述第一输出端与所述恒流电路的输入端电连接，所述mcu的引脚32作为所述第二输出端与所述采样电路的控制端电连接，所述mcu的引脚39作为所述输入端与所述采样电路的输出端电连接。

9.根据权利要求6所述的水位测量电路，其特征在于，所述非接触水位传感器包括：

10.一种水位测量电路的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及水位监测技术领域，具体涉及一种非接触水位传感器、水位测量电路及其测量方法，非接触水位传感器包括：聚氨酯制作的底材；底材的表面依次排布设置有多组覆铜绕线，多组覆铜绕线的一端均连接在公共端，多组覆铜布线的另一端均接地。水位测量电路，包括非接触水位传感器、MCU、恒流电路、采样电路；恒流电路的输入端与MCU的第一输出端电连接，恒流电路的输出端与采样电路的输入端电连接；采样电路的采样端与非接触水位传感器电连接，采样电路的输出端与MCU的输入端电连接，采样电路的控制端与MCU的第二输出端电连接。

技术研发人员：武应元,陈然,管魁
受保护的技术使用者：深圳市东深智能技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27