專利名稱：非接觸式水位檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到水位檢測領(lǐng)域，特別涉及到一種非接觸式水位檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中檢測水位通常使用水位傳感器，且水位傳感器的電路通常分為機(jī)械開關(guān)式和電子振蕩式兩種。其中機(jī)械開關(guān)式簡單且容易實現(xiàn)，成本較低，但檔位識別比較粗糙；檔位由用戶選定，一般只有高中低三檔，易造成對水資源的浪費。而電子振蕩式成本較高，但水位識別很精確，可實現(xiàn)無級水位調(diào)節(jié)。 機(jī)械式水位傳感器電路采用簡單的彈片模擬開關(guān)，當(dāng)水位達(dá)到檔位時，彈片閉合；再通過改變彈片閉合的行程就形成高中低不同檔水位的要求。電子振蕩式水位傳感器內(nèi)置一個振蕩電路(LC電路)，水位的變化引起氣壓變化，氣壓的變化引起水位傳感器內(nèi)置電感的電感量(L)變化，L的變化引起振蕩頻率變化，即單位時間內(nèi)的脈沖數(shù)發(fā)生變化，MCU (Micro Control Unit，微控制單元)檢測到頻率信號后，通過查表方式得到對應(yīng)的水壓量，既而得出相應(yīng)的水位量。 現(xiàn)有技術(shù)中對水位的檢測，需要單獨設(shè)置接觸式的水位傳感器，使得整個檢測電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，提高了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一為提供一種非接觸式水位檢測裝置及方法，降低了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明提出一種非接觸式水位檢測裝置，包括 可變電容模塊，根據(jù)水位狀態(tài)產(chǎn)生電容值，形成諧波信號； 濾波模塊，與所述可變電容模塊連接，過濾所述諧波信號中的低頻信號； 信號放大模塊，接收通過所述過濾模塊過濾后的諧波信號進(jìn)行放大及濾波處理； 負(fù)反饋模塊，與所述信號放大模塊連接，進(jìn)行電路采樣，獲取幅度信息；并根據(jù)所
述幅度信息調(diào)整所述信號放大模塊的工作點； 采樣信號產(chǎn)生模塊，與信號放大模塊連接，獲取諧波信號進(jìn)行耦合、整流以及濾波，形成直流信號，供MCU采樣獲取水位狀態(tài)。
優(yōu)選地，所述可變電容模塊包括 電容，與水接觸形成可變電容，在不同的水位狀態(tài)產(chǎn)生不同的電容值，形成諧波信號。 優(yōu)選地，所述濾波模塊為RC并聯(lián)電路。
優(yōu)選地，所述信號放大模塊進(jìn)一步包括 —次放大單元，與所述濾波模塊連接，接收過濾后的諧波信號進(jìn)行一次放大并濾波； 二次放大單元，與所述一次放大單元連接，接收通過一次放大并濾波的諧波信號，進(jìn)行二次放大并濾波。
優(yōu)選地，所述二次放大單元還與所述濾波模塊連接，形成濾波模塊、一次放大單元
以及二次放大單元三者之間的回路，對諧波信號進(jìn)行反復(fù)放大。 優(yōu)選地，所述負(fù)反饋模塊進(jìn)一步包括 取樣電路，與所述信號放大模塊連接，獲取幅度信號； 反饋電路，與采樣電路連接，接收幅度信號并反饋至信號放大模塊進(jìn)行工作點調(diào)整。 優(yōu)選地，所述采樣信號產(chǎn)生模塊進(jìn)一步包括 耦合單元，與所述信號放大模塊連接，進(jìn)行耦合處理； 整流單元，與所述耦合單元連接，進(jìn)行整流處理； 濾波單元，與所述整流單元連接，過濾高頻信號，形成直流信號，供MCU采樣獲取水位狀態(tài)。 本發(fā)明還提出一種非接觸式水位檢測方法，包括步驟 根據(jù)水位狀態(tài)產(chǎn)生電容值，形成諧波信號； 過濾所述諧波信號中的低頻信號； 接收過濾后的諧波信號進(jìn)行放大及濾波處理； 獲取幅度信息，并根據(jù)所述幅度信息進(jìn)行信號幅度調(diào)整； 獲取諧波信號進(jìn)行耦合、整流以及濾波，形成直流信號，供MCU采樣獲取水位狀態(tài)。 優(yōu)選地，所述根據(jù)水位狀態(tài)產(chǎn)生電容值，形成諧波信號的步驟包括步驟 通過與水接觸形成可變電容，在不同的水位狀態(tài)產(chǎn)生不同的電容值，形成諧波信號。 優(yōu)選地，所述接收過濾后的諧波信號進(jìn)行放大及濾波處理的步驟進(jìn)一步包括步驟 接收過濾后的諧波信號進(jìn)行一次放大并濾波； 接收通過一次放大并濾波的諧波信號，進(jìn)行二次放大并濾波。 本發(fā)明非接觸式水位檢測裝置及方法，利用電容變化體現(xiàn)水位變化，從而產(chǎn)生不同諧波信號，在經(jīng)過處理后進(jìn)行采樣，從采樣值中獲得水位狀態(tài)，可達(dá)到檢測水位的目的。


圖1是本發(fā)明一實施例的非接觸式水位檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明一實施例的非接觸式水位檢測裝置的電路結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明一實施例的非接觸式水位檢測裝置信號放大模塊的結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明一實施例的非接觸式水位檢測裝置負(fù)反饋模塊的結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明一實施例的非接觸式水位檢測裝置采樣信號產(chǎn)生模塊的結(jié)構(gòu)示意
圖6是本發(fā)明另一實施例的非接觸式水位檢測方法的步驟流程示意圖7是本發(fā)明另一實施例的非接觸式水位檢測方法的步驟S22的流程示意圖。
本發(fā)明目的的實現(xiàn)、功能特點及優(yōu)點將結(jié)合實施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。
具體實施例方式
本發(fā)明通過在檢測電路中設(shè)置電容Cl(圖未示出)與被測的水接觸，該被測的水相當(dāng)于一個一端接地，另一端與該電容C1串聯(lián)的電容C2(圖未示出)。電容C1與電容C2串聯(lián)后的效果相當(dāng)于一可變的電容Cx(參照圖2)。當(dāng)被測的水的水位狀態(tài)變化，則該電容C2的值將變化；檢測產(chǎn)生的諧波信號，進(jìn)行處理后產(chǎn)生直流信號，供MCU(Micro ControlUnit，微控制單元)進(jìn)行AD(Analog Digital,模擬/數(shù)字)采樣，獲取水位狀態(tài)信息，判斷水位狀態(tài)，達(dá)到檢測水位狀態(tài)的目的。 參照圖l，提出本發(fā)明一實施例的一種非接觸式水位檢測裝置IO，可包括
可變電容模塊ll，根據(jù)水位狀態(tài)產(chǎn)生電容值，形成諧波信號；
濾波模塊12，與上述可變電容模塊11連接，過濾上述諧波信號中的低頻信號；
信號放大模塊13，接收通過上述過濾模塊過濾后的諧波信號進(jìn)行放大及濾波處理； 負(fù)反饋模塊14，與上述信號放大模塊13連接，進(jìn)行電路采樣，獲取幅度信息；并根據(jù)上述幅度信息調(diào)整上述信號放大模塊13的工作點； 采樣信號產(chǎn)生模塊15，與信號放大模塊13連接，獲取諧波信號進(jìn)行耦合、整流以及濾波，形成直流信號，供MCU采樣獲取水位狀態(tài)。 參照圖2，在本實施例的一實施方式中，上述可變電容模塊11可包括電容C1，與水接觸形成可變電容C2，在不同的水位狀態(tài)產(chǎn)生不同的電容值，形成諧波信號。電容C1與被測的水接觸，該被測的水相當(dāng)于一個一端接地、另一端與該電容Cl串聯(lián)的電容C2，當(dāng)被測的水的水位狀態(tài)變化，則該電容C2的值將變化，使得串聯(lián)的總電容(Cx)變化，而形成了相應(yīng)變化的諧波信號。 上述濾波模塊12可為RC并聯(lián)電路；由電阻R12以及電容C7構(gòu)成，接收上述諧波信號衰減掉其中的低頻信號。 參照圖3，在本實施例的另一實施方式中，上述信號放大模塊13可進(jìn)一步包括一次放大單元131以及二次放大單元132 ;該一次放大單元131，與上述濾波模塊12連接，接收過濾后的諧波信號進(jìn)行一次放大并濾波；該二次放大單元132，與上述一次放大單元131連接，接收通過一次放大并濾波的諧波信號，進(jìn)行二次放大并濾波。 上述一次放大單元131可為三極管Q4，其可通過基極接收衰減后的信號，放大并過濾后傳送至二次放大單元132。 上述二次放大單元132可為三極管Q3，接收上述三極管Q4傳送的信號，進(jìn)行再次放大并過濾后輸出。 上述二次放大單元132 (Q3)還與上述濾波模塊12連接，形成濾波模塊12、一次放大單元131(Q4)以及二次放大單元132(Q3)三者之間的回路，對過濾掉低頻信號后的諧波信號進(jìn)行反復(fù)放大。 參照圖4，在本實施例的另一實施方式中，上述負(fù)反饋模塊14進(jìn)一步包括取樣電路141以及反饋電路142 ;該取樣電路141，與上述信號放大模塊13連接，獲取幅度信號；該反饋電路142，與采樣電路連接，接收幅度信號并反饋至信號放大模塊13進(jìn)行工作點調(diào)整，進(jìn)行限幅。 上述取樣電路141可包括電阻R13以及電阻R14，當(dāng)信號幅度通過三極管Q3放大
6到一定值(保證送到MCU的電壓不超過VCC)時，由電阻R13以及電阻R14組成的取樣電路 141，取出該三極管Q3發(fā)送的信號中的信號幅度信息，經(jīng)電容C8反饋至三極管Q4的發(fā)射 極，進(jìn)而調(diào)整該三極管Q4的工作點，使三極管Q3輸出的信號限制在一定值。
參照圖5，在本實施例的另一實施方式中，上述采樣信號產(chǎn)生模塊15可進(jìn)一步包 括耦合單元151、整流單元152以及濾波單元153 ;該耦合單元151，與上述信號放大模塊13 連接，進(jìn)行耦合處理；該整流單元152，與上述耦合單元151連接，進(jìn)行整流處理；該濾波單 元153，與上述整流單元152連接，過濾高頻信號，形成直流信號，供MCU采樣獲取水位狀態(tài)。
上述耦合單元151可為電容C9，其可接收從三極管Q3的發(fā)射極輸出的信號，進(jìn)行 耦合處理后輸出。 上述整流單元152可包括二極管D5以及二極管D6，兩者并聯(lián)組成，對經(jīng)過耦合的 信號進(jìn)行整流處理后并輸出。 上述濾波單元153可包括電阻R15以及電容CIO，兩者構(gòu)成RC并聯(lián)電路，接收整流
后的信號進(jìn)行濾波處理，衰減掉高頻信號，產(chǎn)生直流信號，供MCU進(jìn)行AD采樣。MCU通過AD采樣，可得到AD值(模擬電壓值)。當(dāng)水位狀態(tài)(高度)變化，電容
Cl與電容C2的總電容(Cx)就會變化，MCU得到的AD值也會隨著變化，從而可以通過AD值
的變化來區(qū)分不同的水位，繼而實現(xiàn)非接觸式水位的檢測。 上述非接觸式水位檢測裝置IO還可包括電阻RIO以及電阻R11，分別與上述三極 管Q3以及三極管Q4串聯(lián)，可分別用來調(diào)節(jié)三極管Q3以及三極管Q4的工作點。(參照圖 2) 上述非接觸式水位檢測裝置10還可包括電源VCC，其兩端分別與電阻R10以及三 極管Q3的集電極連接。上述非接觸式水位檢測裝置lO在電阻Rll與電阻R14之間還設(shè)置 有接地連接。 本發(fā)明的非接觸式水位檢測裝置10中電路可設(shè)置在PCB板(Printed CircuitBoard，印刷電路板)；其中，上述電容C1可為兩銅箔，分別設(shè)置雙層印制線路板的 頂層和底層，且兩銅箔平行形成一平行板電容器。該非接觸式水位檢測裝置10常用在水位 報警處理中，譬如咖啡機(jī)以及電熱壺等液體加熱設(shè)備中，當(dāng)水位低于一定值時，便可啟動報
警。該非接觸式水位檢測裝置io，結(jié)構(gòu)簡單，降低了生產(chǎn)成本。 參照圖6，提出本發(fā)明另一實施例的一種非接觸式水位檢測方法，可包括 步驟S20、根據(jù)水位狀態(tài)產(chǎn)生電容值，形成諧波信號； 步驟S21、過濾所述諧波信號中的低頻信號； 步驟S22、接收過濾后的諧波信號進(jìn)行放大及濾波處理； 步驟S23、獲取幅度信息，并根據(jù)所述幅度信息進(jìn)行信號幅度調(diào)整； 步驟S24、獲取諧波信號進(jìn)行耦合、整流以及濾波，形成直流信號，供MCU采樣獲取
水位狀態(tài)。 如步驟S20所述，通過設(shè)置電容Cl與與被測的水接觸，該被測的水相當(dāng)于一個一 端接地、另一端與該電容C1串聯(lián)的電容C2，當(dāng)被測的水的水位狀態(tài)變化，則該電容C2的值 將變化，使得串聯(lián)的總電容(Cx)變化，而形成了相應(yīng)變化的諧波信號。
如步驟S21所述，可利用RC并聯(lián)電路接收上述諧波信號并過濾其中的低頻信號。
參照圖7，在本實施例的一實施方式中，上述步驟S22可進(jìn)一步包括
步驟S221、接收過濾后的諧波信號進(jìn)行一次放大并濾波； 步驟S222、接收通過一次放大并濾波的諧波信號，進(jìn)行二次放大并濾波。 在進(jìn)行過一次放大以及二次放大后，還可返回步驟S21，再次將信號進(jìn)行濾波處
理，然后再進(jìn)行上述步驟S221以及步驟S222，對信號進(jìn)行反復(fù)放大。 如步驟S23所述，當(dāng)信號幅度放大到一定值(保證送到MCU的電壓不超過VCC) 時，通過采樣，取出放大的信號中的信號幅度信息，并進(jìn)行限幅調(diào)整，使信號限制在一定值 之內(nèi)。 如步驟S24所述，獲取經(jīng)過放大后的信號進(jìn)行耦合、整流以及濾波，形成直流信 號，供MCU采樣獲取水位狀態(tài)。 MCU通過AD采樣，可得到AD值。當(dāng)水位狀態(tài)(高度)變化，電容Cl與電容C2的 總電容(Cx)就會變化，MCU得到的AD值也會隨著變化，從而可以通過AD值的變化來區(qū)分 不同的水位，繼而實現(xiàn)非接觸式水位的檢測。 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用 本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān) 的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
8
權(quán)利要求
一種非接觸式水位檢測裝置，其特征在于，包括可變電容模塊，根據(jù)水位狀態(tài)產(chǎn)生電容值，形成諧波信號；濾波模塊，與所述可變電容模塊連接，過濾所述諧波信號中的低頻信號；信號放大模塊，接收通過所述過濾模塊過濾后的諧波信號進(jìn)行放大及濾波處理；負(fù)反饋模塊，與所述信號放大模塊連接，進(jìn)行電路采樣，獲取幅度信息；并根據(jù)所述幅度信息調(diào)整所述信號放大模塊的工作點；采樣信號產(chǎn)生模塊，與信號放大模塊連接，獲取諧波信號進(jìn)行耦合、整流以及濾波，形成直流信號，供MCU采樣獲取水位狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式水位檢測裝置，其特征在于，所述可變電容模塊包括電容，與水接觸形成可變電容，在不同的水位狀態(tài)產(chǎn)生不同的電容值，形成諧波信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式水位檢測裝置，其特征在于，所述濾波模塊為RC并 聯(lián)電路。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的非接觸式水位檢測裝置，其特征在于，所述信 號放大模塊進(jìn)一步包括一次放大單元，與所述濾波模塊連接，接收過濾后的諧波信號進(jìn)行一次放大并濾波； 二次放大單元，與所述一次放大單元連接，接收通過一次放大并濾波的諧波信號，進(jìn)行 二次放大并濾波。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的非接觸式水位檢測裝置，其特征在于，所述二次放大單元還 與所述濾波模塊連接，形成濾波模塊、一次放大單元以及二次放大單元三者之間的回路，對 諧波信號進(jìn)行反復(fù)放大。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的非接觸式水位檢測裝置，其特征在于，所述負(fù) 反饋模塊進(jìn)一步包括取樣電路，與所述信號放大模塊連接，獲取幅度信號；反饋電路，與采樣電路連接，接收幅度信號并反饋至信號放大模塊進(jìn)行工作點調(diào)整。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的非接觸式水位檢測裝置，其特征在于，所述采 樣信號產(chǎn)生模塊進(jìn)一步包括耦合單元，與所述信號放大模塊連接，進(jìn)行耦合處理； 整流單元，與所述耦合單元連接，進(jìn)行整流處理；濾波單元，與所述整流單元連接，過濾高頻信號，形成直流信號，供MCU采樣獲取水位 狀態(tài)。
8. —種非接觸式水位檢測方法，其特征在于，包括步驟 根據(jù)水位狀態(tài)產(chǎn)生電容值，形成諧波信號； 過濾所述諧波信號中的低頻信號； 接收過濾后的諧波信號進(jìn)行放大及濾波處理； 獲取幅度信息，并根據(jù)所述幅度信息進(jìn)行信號幅度調(diào)整；獲取諧波信號進(jìn)行耦合、整流以及濾波，形成直流信號，供MCU采樣獲取水位狀態(tài)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的非接觸式水位檢測方法，其特征在于，所述根據(jù)水位狀態(tài)產(chǎn) 生電容值，形成諧波信號的步驟包括步驟通過與水接觸形成可變電容，在不同的水位狀態(tài)產(chǎn)生不同的電容值，形成諧波信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的非接觸式水位檢測方法，其特征在于，所述接收過濾后的諧波信號進(jìn)行放大及濾波處理的步驟進(jìn)一步包括步驟 接收過濾后的諧波信號進(jìn)行一次放大并濾波； 接收通過一次放大并濾波的諧波信號，進(jìn)行二次放大并濾波。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種非接觸式水位檢測裝置及方法。所述裝置包括可變電容模塊，根據(jù)水位狀態(tài)產(chǎn)生電容值，形成諧波信號；濾波模塊，與所述可變電容模塊連接，過濾所述諧波信號中的低頻信號；信號放大模塊，接收通過所述過濾模塊過濾后的諧波信號進(jìn)行放大及濾波處理；負(fù)反饋模塊，與所述信號放大模塊連接，進(jìn)行電路采樣，獲取幅度信息；并根據(jù)所述幅度信息調(diào)整所述信號放大模塊的工作點；采樣信號產(chǎn)生模塊，與信號放大模塊連接，獲取諧波信號進(jìn)行耦合、整流以及濾波，形成直流信號，供MCU采樣獲取水位狀態(tài)。所述方法，利用電容變化體現(xiàn)水位變化，從而產(chǎn)生不同諧波信號，在經(jīng)過處理后進(jìn)行采樣，從采樣值中獲得水位狀態(tài)，可達(dá)到檢測水位的目的。
文檔編號G01F23/26GK101718570SQ200910109878
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月25日
發(fā)明者劉建偉, 孫益紅, 皮林林, 董曉勇 申請人:深圳和而泰智能控制股份有限公司