专利名称：感应式数字水位传感器的制作方法
技术领域：
本发明属于自动化控制技术领域，具体而言是一种用于水位和导电液位检测的传感器。
目前国内外在水位监测方面采用的技术和产品不少，归纳起来为以下几种1、超声波探测器。这类产品主要适用宽阔水域的水位探测。仪器安装在远离水面的上方，向水面发射和接收电磁波，并测量电磁波的反射波长、周期，测出水面距仪器的距离，从而测定水位。目前国内外都有此类产品生产厂家。
2、压差式水位传感器随着半导体技术的发展，半导体表面扩散工艺在传感器平衡电桥的制作中，得到了广泛应用。扩散硅压差传感器是利用水的压强原理，在水底下检测水底压强和标准大气压的压差。它是通过水底压强使半导体扩散硅薄膜产生形变的压电效应，而获取水位信号。目前国内外都有此类产品生产厂家。
3、电容式水〔物〕位传感器是近些年出现的新产品、新技术，它是依靠电容原理而制作的。电容是由两极板和介质构成的，改变介质将改变电容量。水作为电容的介质，水淹没传感器越多，介质填充也越多电容量越大。通过检测电容量的大小，来检测水位。主要由西德、日本、加拿大几家生产，目前国内也有厂家生产。
以上几种传感器虽然技术比较成熟，但是由于受使用条件方的限制，或者是价格过于昂贵，使它们的使用范围受到了很大局限。比如超声波探测器只能在宽敞的安装条件下使用，压差式水位传感器只能在干净无污的水中使用，电容式传感器价格昂贵。而且它们的共同的特点是信号不能远距离传输，使它们的使用受到了很大局限。目前在工业控制或者是民用事业的水位监控中使用最多的是浮子式水位传感器。
4、浮子式水位传感器它是一种最简单的水位传感器，它由一根不锈钢管和一个不锈钢空心球组成。不锈钢管内装有四个干簧继电器，空心球内装有一块永久磁铁。当空心球随着水位上下运动时，磁铁作用于继电器。整个浮子式水位传感器相当于四个定点水位开关，用这四个水位开关对水动力装置进行控制。它的优点是安装使用方便，强信号便于输送，且造价低，所以适应面广。它的缺点是不能连续测量水位，而且它依靠穿在钢管上的浮球作上下机械运动，容易出现杂物堵塞卡壳失误。特别是在流动的水中，上下游水压差使浮球与钢管间磨擦力增加，形成卡壳。
随着科学技术的迅猛发展，水位监测不只是大型水利工程和工业自动控制中应用，高楼大厦的高位水箱、水塔、城市地下水道管网、地下水池水井等等，都需要水位监控。都需要新技术来解决当前存在的问题，引黄入晋工程的水位监测问题就是突出的一例。工业控制和民用事业中的水位控制，在现代化的今天仍然用的是浮球、浮子式水位控制方式。急需要有新的、既能满足高性能又能适用面广的通用水位监控装置。本发明的目得在于1、解决现有技术不能解决的问题，如泥沙污物堵塞，掩埋、信号远距离传送等问题。
2、扩大适用范围，解决安装、使用、维护方便的问题。使之在水位监测的任何条件下都能使用。如深井、隧道、下水、地下管沟等水位监测。
3、降低造价，提供一种结构简单，适应性强的水位可直接采样的普及通用型水位传感器。
本发明感应式水位传感器是按照仿生物学的思路，按照仿神经网络理论而设计的。一个人如果站在水中，即使闭上眼睛也知到水淹没到自己身体的那个部位。这是由于人体遍布着神经细胞，每个细胞相当于一个传感器，众多的神经细胞组成了神经网络，向神经中枢〔大脑〕输送信息。目前研究表明，生物神经网之间的信息传递主要是以电脉冲的形式进行的。生物通过各个感观神经元将外界信息，经过神经轴索送入大脑神经中枢。经大脑处理后的信息，再由神经轴索伸向各功能器，支配生物的各种行为。
本发明感应式数字水位传感器，其特征在于是一种，水位信号可直接取样的，按照仿生物学和仿神经网络原理而设计的，是由若干个感应式神经元电路组成的棒式传感器，从整体上讲该传感器由两部分组成。一部分是电路芯片，另一部分是外壳，其芯片骨架用绝缘材料板制成，芯片的正面固定有若干块感应神经元电路板，每块感应神经元电路都是由一组反相比较型触发器和一个感应电极构成，每个神经元电路都是以开关脉冲的形式输出数字信号，固定于传感器芯片骨架正面上的感应神经元电路，其间隔为2厘米，芯片的背面固定有若干个感应元电极，其间隔亦为2厘米，感应元电极由耐腐蚀材料制成，外壳用可塑性绝缘材料浇铸而成，芯片与外壳经浇铸后成为一个实体。其直径一般为20-50毫米，长度根据具体情况一般可设计为0.5-20米，其引线端子用自行设计的水封式引线端子。
感应式数字水位传感器，其特征在于芯片骨架最好用环氧树脂板制成，感应元电极最好由石墨、碳或非磁、耐腐、导体材料制成，外壳可用环氧树脂、塑料等可塑绝缘材料浇铸而成。水封式引线端子是用塑料和环氧树脂或其它绝缘材料制成的，具有水封闭能力的三芯电器接插件。
感应式数字传感器在使用时传感器垂直安装于水中，当水位上下变化时相应的神经元电路向中枢发出信号。具体而言就是，水面靠近某个内部神经元电路时，该电路产生触发性翻转，输出信号由“1”变为“O”。当水面离开内部神经元电路时输出信号由“0”变为“1”。若干个神经元电路组成了一条水位神经线。每一块神经元电路都是由一组反相比较型触发器和一个感应电极构成。详见原理图。〔图1〕每个神经元电路都是以开关脉冲的形式输出数字信号，再经过D-A转换电路，将开关数字信号变换成模拟信号输出。整个变换的总效果是将由低到高的水位变化，变换成4-20毫安的电流信号从信号端输出。
激励电源是传感器的工作电源。设计在15-36伏范围内供电，首先由恒压电路对激励电源进行恒压处理。然后由步进供电电路依照水位情况向感应式神经元电路悬浮供电。以此减小传感器电源和信号输送中的损耗，进一步提高远传能力。
传感器有不同的规格，其棒直径为20-50毫米。长度为0.5米-20米。该传感器主要由两部分组成，一部分是电路芯片，另一部分是外壳。〔结构祥见图2、图3、图4〕芯片骨架〔1〕用环氧树脂板做成，〔或其它绝缘材料板〕芯片的正面固定有若干块感应神经元电路板〔3〕，其它电路块根据安装条件穿插固定在感应神经元电路板之间。
芯片的背面固定有若干个感应元电极〔2〕。详见结构图〔图2〕。
感应元电极由石墨、碳或其它非磁耐腐导体材料制成。
外壳用可塑性绝缘材料浇铸而成。可用材料有环氧树脂、塑料等。〔芯片与外壳经浇铸后成为一个实体〕引线端子〔4〕用自行设计的带有水封的接插式引线端子。〔该接插件，在接插紧固好后无需做其它防水处理即可全投入水中使用。发明的主要用途及优点1、用途用于工矿企业的水自动化控制。用于河流、水库、高位水池、水塔，地下水池、渠道、城市下水、管网等水设施的水自动化监控。
2、优点a、信号具有远传特性。抗干扰性能强。
b、测量精度高，误差小，稳定可靠。
c、全投入式，具有不怕泥沙污物堵塞掩埋，没有机械运动，不存在卡壳失误的问题。
d、安装、使用、维护方便。不受安装条件所限制，可在任何条件下使用。八、发明附图另附最佳实施例引黄工程水位监测的水位传感器。
为引黄工程设计的传感器直经为32毫米，长度为5米。〔分体为两节〕该传感器芯片骨架〔1〕用环氧树脂板做成。芯片的正面固定有14块电路板，固定有D1-D246共246个感应神经元电路，每个间隔为2厘米〕其它电路块根据安装条件穿插固定在感应神经元电路板之间。
芯片的背面固定有246个感应元电极〔2〕。详见结构图〔图2〕。为2厘米〕感应元电极由镍铬合金制成外壳用塑料管，与芯片之间的空间用环氧树脂浇铸而成。〔芯片与外壳经浇铸后成为一个实体〕引线端子用自行设计的带有水封的接插式引线端子。〔该接插件，在接插紧固好后无需做其它防水处理即可全投入水中使用。
图1；电路原理图。
1、恒压电路 5、基准电压源电路2、步进式供电电路6、感应触发开关数字电路3、D-A数模转换电路 7、传感元电路4、恒流输出电路图2；图3；图4；传感器结构图。
图2是传感器芯片正面图。图3是传感器芯片背面图。
图4；是传感器俯视图。
1、传感器芯片骨架5、传感源电极2、传感元电极6、可塑性绝缘材料外壳3、传感元电路板 7、绝缘材料填充材料〔环氧树脂浇铸〕4、水封式接线端子8、电器元件
权利要求
1.本发明感应式数字水位传感器，其特征在于是一种，水位信号可直接取样的，按照仿生物学和仿神经网络原理而设计的，是由若干个感应式神经元电路组成的棒式传感器，从整体上讲该传感器由两部分组成。一部分是电路芯片，另一部分是外壳，其芯片骨架用绝缘材料板制成，芯片的正面固定有若干块感应神经元电路板，每块感应神经元电路都是由一组反相比较型触发器和一个感应电极构成，每个神经元电路都是以开关脉冲的形式输出数字信号，固定于传感器芯片骨架正面上的感应神经元电路，其间隔为2厘米，芯片的背面固定有若干个感应元电极，其间隔亦为2厘米，感应元电极由耐腐蚀材料制成，外壳用可塑性绝缘材料浇铸而成，芯片与外壳经浇铸后成为一个实体。其直径一般为20-50毫米，长度根据具体情况一般可设计为0.5-20米，其引线端子用自行设计的水封式引线端子。
2.按照权利要求所说的感应式数字水位传感器，其特征在于芯片骨架最好用环氧树脂板制成，感应元电极最好由石墨、碳或非磁、耐腐、导体材料制成，外壳可用环氧树脂、塑料等可塑绝缘材料浇铸而成，水封式引线端子是用塑料和环氧树脂或其它绝缘材料制成的，具有水封闭能力的三芯电器接插件。
全文摘要
一种感应式数字水位传感器，是一种用于水位监测的传感器。该传感器，每一块感应神经元电路都是由一组反相比较型触发器和一个感应电极构成。每个神经元电路都是以开关脉冲的形式输出数字信号。该传感器具有步进式激励电源。信号具有远传特性，其安装、使用、维护方便，结构简单，造价低，在任何条件下都能使用。关键是解决了远距离监测的问题。
文档编号G01F23/24GK1152708SQ9611073
公开日1997年6月25日 申请日期1996年7月11日 优先权日1996年7月11日
发明者马福昌, 贾秀美 申请人:太原工业大学