智能磁感應(yīng)流量傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出的一種智能電磁感應(yīng)流量傳感器，旨在提供一種功耗低，兼容性強(qiáng)、通用性好、輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)的流量傳感器。本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：液體流過流量傳感器，通過導(dǎo)向器帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)出一個(gè)與平均流速成正比的電壓，電磁感應(yīng)電壓信號(hào)傳輸給變換處理電路，變換為頻率和流量大小成正比的方波信號(hào)，調(diào)制放大電路把微弱磁感應(yīng)信號(hào)調(diào)制放大，轉(zhuǎn)換為占空比為50％的方波信號(hào)，經(jīng)RC低通濾波電路濾除信號(hào)中的高頻部分，檢波電路將方波信號(hào)整形后的信號(hào)送入信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，把計(jì)算結(jié)果發(fā)往通信模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，經(jīng)過信號(hào)數(shù)據(jù)處理器處理和計(jì)算，通過通信模塊把流量信息發(fā)送給終端設(shè)備。
【專利說明】智能磁感應(yīng)流量傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種主要用于飛機(jī)、汽車、輪船發(fā)動(dòng)機(jī)燃油耗量測(cè)量、瞬時(shí)流量測(cè)量的流量傳感器，還可應(yīng)用于管道液體流量測(cè)量。

【背景技術(shù)】
[0002]流量測(cè)量在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及人們的日常生活中起著舉足輕重的作用，流量傳感器作為測(cè)量流量?jī)x表因此也被廣泛應(yīng)用。渦輪式流量傳感器是把流過管道內(nèi)的液體的體積流量轉(zhuǎn)換為線性電信號(hào)。其轉(zhuǎn)換原理就是著名的法拉第電磁感應(yīng)定律，即流體驅(qū)動(dòng)葉輪切割電磁線，產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。流量傳感器的磁場(chǎng)是通過勵(lì)磁實(shí)現(xiàn)的，分直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁和低頻方波勵(lì)磁?，F(xiàn)在大多流量傳感器采用低頻方波勵(lì)磁。變送器是由勵(lì)磁電路、信號(hào)濾波放大電路、A/D采樣電路、微處理器電路、D/A電路、變送電路等組成。電磁流量計(jì)簡(jiǎn)單說是由流量傳感器和變送器組成的。
[0003]隨著電子技術(shù)的發(fā)展，飛機(jī)、汽車、輪船電子化程度不斷提高，通常的機(jī)械系統(tǒng)已經(jīng)難以解決某些與發(fā)動(dòng)機(jī)功能要求有關(guān)的問題，而被電子控制系統(tǒng)代替。智能型電磁流量計(jì)是老式模擬的電磁流量計(jì)的更新?lián)Q代產(chǎn)品，智能型電磁流量計(jì)不僅可以帶4?20mA輸出，還可以帶RS485或者RS232通訊接口，可以直接與計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，便于遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。智能電磁流量計(jì)的工作原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律。智能電磁流量計(jì)的測(cè)量原理是基于法拉第電磁感應(yīng)定律葉輪在磁場(chǎng)中作切割磁力線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，其感應(yīng)電勢(shì)E = KBVD式中:K為儀表常數(shù)B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，V為測(cè)量管道截面內(nèi)的平均流速，D為-測(cè)量管道截面的內(nèi)徑測(cè)量流量時(shí)，流體以速度V驅(qū)動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，葉輪旋轉(zhuǎn)切割磁力線感應(yīng)出一個(gè)與平均流速成正比的電壓，其感應(yīng)電壓信號(hào)通過二個(gè)電極檢出，并通過電纜送至轉(zhuǎn)換器通過智能化處理，然后IXD顯示或轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)4?20mA和O?IkHz輸出。現(xiàn)有技術(shù)中的流量傳感器的種類已達(dá)百余種，不同場(chǎng)合和測(cè)量介質(zhì)選用不同的流量傳感器。按流量傳感器輸出的信號(hào)可分為電壓信號(hào)、電流信號(hào)和頻率信號(hào)等，由其它的檢測(cè)設(shè)備來進(jìn)行信號(hào)采集和計(jì)算，存在涉及設(shè)備較多，接口復(fù)雜，信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)，容易受干擾等缺點(diǎn)?，F(xiàn)有技術(shù)的智能電磁流量傳感器兼容性差、不具通用性，而且體積大、功耗高，可靠性低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)耗量測(cè)量系統(tǒng)存在涉及設(shè)備較多，接口復(fù)雜，信號(hào)傳輸距離較遠(yuǎn)，容易受干擾等缺點(diǎn)，提供一種體積小、功耗低，兼容性強(qiáng)、可靠性高、通用性好、輸出信號(hào)為數(shù)字信號(hào)的流量傳感器。
[0005]本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達(dá)到，一種智能電磁感應(yīng)流量傳感器，包括裝配在殼體中傳輸電磁感應(yīng)信號(hào)的葉輪、導(dǎo)向器，由調(diào)制放大電路、濾波電路和檢波整形電路構(gòu)成的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和含有電源模塊、信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和通信模塊的數(shù)字電路，其特征在于:信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字電路集成在流量傳感器中，液體流過流量傳感器，通過導(dǎo)向器帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)出一個(gè)與平均流速成正比的電壓，電磁感應(yīng)電壓信號(hào)傳輸給變換處理電路，變換為頻率和流量大小成正比的方波信號(hào)，調(diào)制放大電路把微弱磁感應(yīng)信號(hào)調(diào)制放大，轉(zhuǎn)換為占空比為50%的方波信號(hào)，經(jīng)RC低通濾波電路濾除信號(hào)中的高頻部分，檢波電路將方波信號(hào)整形后的信號(hào)送入信號(hào)處理模塊，經(jīng)過信號(hào)數(shù)據(jù)處理器處理和計(jì)算，把計(jì)算得到流量信息發(fā)往數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過通信模塊把流量信息發(fā)送給終端設(shè)備。
[0006]本發(fā)明相比于現(xiàn)有的流量傳感器，具有如下有益效果:
抗干擾能力強(qiáng)。本發(fā)明在流量傳感器內(nèi)部完成信號(hào)采集和計(jì)算，輸出為數(shù)字信號(hào)，不受電纜長(zhǎng)度和分布參數(shù)的影響。采取了電磁兼容設(shè)計(jì)，電路可靠性高，可在復(fù)雜的電磁環(huán)境下工作。
[0007]簡(jiǎn)化了測(cè)量系統(tǒng)，把信號(hào)轉(zhuǎn)換部件和數(shù)字電路部件集成到傳感器內(nèi)部，能夠直接測(cè)量得到流經(jīng)傳感器的流量信息，測(cè)量結(jié)果與流速分布，流體壓力，溫度、密度、粘度等物理參數(shù)無(wú)關(guān)。全數(shù)字量處理，輸出為數(shù)字信號(hào)，完美準(zhǔn)確可逆計(jì)量封閉的管道中通過葉輪的體積流量，具有很強(qiáng)的抗干擾能力，減少了測(cè)量設(shè)備，縮短了測(cè)量路徑，提高了可靠性。在傳感器內(nèi)部已經(jīng)完成了對(duì)流量信息的測(cè)量，后端設(shè)備只需要通過通信接收流量信息。測(cè)量可靠，精度高、采用16位嵌入式微處理器，內(nèi)部具有三個(gè)積算器可分別顯示正向累計(jì)量反向累計(jì)量及差值積算量，運(yùn)算速度快，精度高，可編程頻率低頻矩形波勵(lì)磁，提高了流量測(cè)量的穩(wěn)定性?？山邮芡獠康目刂浦噶?，靈活調(diào)整計(jì)算參數(shù)和測(cè)量方式。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是智能電磁感應(yīng)流量傳感器的電路原理示意圖。
[0009]圖2是圖1信號(hào)轉(zhuǎn)換電路原理示意圖。
[0010]圖3是圖1 /[目號(hào)處理模塊電路原理不意圖。
[0011]圖4是圖1通信模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊電路原理示意圖。
[0012]圖5是圖1電源模塊電路原理示意圖。
[0013]圖6是是本發(fā)明智能電磁感應(yīng)流量傳感器的一種外形構(gòu)造示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]在以下實(shí)施例中將進(jìn)一步舉例說明本發(fā)明，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而對(duì)本發(fā)明沒有限制。
[0015]在圖1中，智能電磁感應(yīng)流量傳感器，包括機(jī)械部分、信號(hào)轉(zhuǎn)換部分和數(shù)字部分。機(jī)械部分包括裝配在殼體中產(chǎn)生電磁感應(yīng)信號(hào)的葉輪、導(dǎo)向器。信號(hào)轉(zhuǎn)換部分和數(shù)字部分包括由調(diào)制放大電路、濾波電路和檢波整形電路信號(hào)構(gòu)成的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和含有電源模塊、信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和通信模塊的數(shù)字電路。信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字電路做成標(biāo)準(zhǔn)模塊集成在流量傳感器中，液體流過流量傳感器，通過導(dǎo)向器帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)出一個(gè)與平均流速成正比的電壓，電磁感應(yīng)電壓信號(hào)傳輸給變換處理電路，變換為頻率和流量大小成正比的方波信號(hào)，調(diào)制放大電路把微弱磁感應(yīng)信號(hào)調(diào)制放大，轉(zhuǎn)換為占空比為50%的方波信號(hào)，經(jīng)RC低通濾波電路濾除信號(hào)中的高頻部分，檢波電路將方波信號(hào)整形后的信號(hào)送入信號(hào)處理模塊，信號(hào)處理模塊對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，并把計(jì)算結(jié)果發(fā)往通信模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，通過通信模塊把流量信息發(fā)送給終端設(shè)備。
[0016]在圖2中，信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括連接在電源VCC與接地端GND之間的信號(hào)調(diào)理芯片和串聯(lián)在信號(hào)調(diào)理芯片輸出腳7線路上的電阻R201、R202和光耦U201，以及并聯(lián)在信號(hào)調(diào)理芯片接地線路與串聯(lián)電阻R201、電阻R202接點(diǎn)之間的電容C205組成。電阻R201和電容C205組成RC低通濾波電路。電阻R202、光耦U201以及接地電阻R203組成檢波整形電路。信號(hào)調(diào)理芯片是專門定做的集成調(diào)制放大器D201。集成調(diào)制放大器D201把由于葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的微弱磁感應(yīng)信號(hào)調(diào)制放大，轉(zhuǎn)換為占空比為50%的方波信號(hào)，方波信號(hào)通過電阻R201和電容C205組成的RC低通濾波電路濾除信號(hào)中的高頻信號(hào)，RC的參數(shù)根據(jù)傳感器采樣信號(hào)的頻率區(qū)間進(jìn)行調(diào)整，檢波整形電路用于濾除沒有驅(qū)動(dòng)能力的雜波，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形。
[0017]在圖3中，信號(hào)處理模塊采用AVR單片機(jī)DlOl作為信號(hào)數(shù)據(jù)處理器，單片機(jī)DlOl的電連接晶振G1I，以及通過晶振G1I接地間并聯(lián)的電容C11、電容C102組成晶振電路，單片機(jī)DlOl輸出腳4的串聯(lián)電阻RlOl以及并聯(lián)的電容C103、電容C104、二極管N4148組成RC上電復(fù)位電路，并聯(lián)在電源與地之間的電容C105?C107以及接地電容C109組成的去耦電路，單片機(jī)D101、晶振電路、RC上電復(fù)位電路以及去耦電路組成信號(hào)處理模塊。電阻R102?R105和JPlOl組成JTAG接口，外部設(shè)備通過JTAG接口對(duì)AVR單片機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)編程和模擬仿真，可編輯信號(hào)的采集的模式和流量信息的計(jì)算方式。信號(hào)處理模塊接受外部通信方式傳過來的控制命令，采集信號(hào)，進(jìn)行計(jì)算，把計(jì)算結(jié)果發(fā)往通信模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。
[0018]在圖4中，串口鐵電存儲(chǔ)器D103、電源管理芯片D104和通信驅(qū)動(dòng)芯片D102通過總線結(jié)構(gòu)與信號(hào)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。通信模塊以串口鐵電存儲(chǔ)器D103來作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)計(jì)算得到的歷史數(shù)據(jù)、中間變量和計(jì)算需要的儀表參數(shù)，在有需要的時(shí)候可以把數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備，提供數(shù)據(jù)檢索。電源管理芯片D104在電源不穩(wěn)地的時(shí)候，保護(hù)D103的數(shù)據(jù)不被改寫，并當(dāng)單片機(jī)處于“死機(jī)”狀態(tài)時(shí)，對(duì)單片機(jī)重新“復(fù)位”。通信驅(qū)動(dòng)芯片D102可以是全雙工的RS422A通信驅(qū)動(dòng)芯片，通信驅(qū)動(dòng)芯片D102用于接收外部的控制命令，并發(fā)送流量信息給終端設(shè)備。
[0019]在圖5中，電源模塊包括濾波電路、儲(chǔ)能電路和DC-DC變換電路。濾波電路包括通過并聯(lián)在電源濾波器N301以及輸入端的電容器C301、穩(wěn)壓二極管V302和快速二極管V301，儲(chǔ)能電路包括并聯(lián)在輸出端的電容器C401、電容器C402、并聯(lián)的快速二極管V401和電阻R401以及電容器C403和串聯(lián)電阻R402，這些電路的設(shè)計(jì)可以有效濾除電源雜波，提高電磁兼容能力，其中大容量鉭電容器C402在電源出現(xiàn)浪涌和瞬時(shí)掉電時(shí)，保護(hù)后端電路。DC-DC變換電路包括并聯(lián)在電源模塊N201輸入端電容器C202、電感器L201和電容器C201組成的并聯(lián)回路，輸出端和接地端并聯(lián)的電容器C203、C204，作用為其它模塊提供穩(wěn)定的直流電源。電源模塊的設(shè)計(jì)可以保證產(chǎn)品能夠通過GJB181A-2003中直流供電特性B類供電試驗(yàn)。
[0020]在圖6中，序I為PCB板安裝框，用于安裝信號(hào)轉(zhuǎn)換部分和數(shù)字電路部分制成的標(biāo)準(zhǔn)模塊，序2為GJB599 III系列圓形連接器，序3為GJB599 III系列圓形連接器配套的屏蔽尾附件，序4為按HB4-3設(shè)計(jì)成M30 X 1.5螺紋接口，進(jìn)口和出口端為74°外錐接口，接口連接方式和傳感器口徑可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足不同的管道口徑和不同的安裝方式的需要，序5為PCB板安裝框，用于安裝濾波電路和儲(chǔ)能電路制成的標(biāo)準(zhǔn)模塊。
【權(quán)利要求】
1.一種智能電磁感應(yīng)流量傳感器，包括裝配在殼體中傳輸電磁感應(yīng)信號(hào)的葉輪、導(dǎo)向器，由調(diào)制放大電路、濾波電路和檢波整形電路構(gòu)成的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和含有電源模塊、信號(hào)處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和通信模塊的數(shù)字電路，其特征在于:信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和數(shù)字電路集成在流量傳感器中，液體流過流量傳感器，通過導(dǎo)向器帶動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)出一個(gè)與平均流速成正比的電壓，電磁感應(yīng)電壓信號(hào)傳輸給變換處理電路，變換為頻率和流量大小成正比的方波信號(hào)，調(diào)制放大電路把微弱磁感應(yīng)信號(hào)調(diào)制放大，轉(zhuǎn)換為占空比為50 %的方波信號(hào)，經(jīng)RC低通濾波電路濾除信號(hào)中的高頻部分，檢波電路將方波信號(hào)整形后的信號(hào)送入信號(hào)處理模塊，經(jīng)過信號(hào)數(shù)據(jù)處理器處理和計(jì)算，把計(jì)算得到流量信息發(fā)往數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過通信模塊把流量信息發(fā)送給終端設(shè)備。
2.如權(quán)利要求1所述的智能電磁感應(yīng)流量傳感器，其特征在于:信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括連接在電源VCC與接地端GND之間的信號(hào)調(diào)理芯片和串聯(lián)在信號(hào)調(diào)理芯片輸出腳7線路上的電阻R201、R202和光耦U201，以及并聯(lián)在信號(hào)調(diào)理芯片接地線路與串聯(lián)電阻R201、電阻R202接點(diǎn)之間的電容C205。
3.如權(quán)利要求2所述的智能電磁感應(yīng)流量傳感器，其特征在于:電阻R201和電容C205組成RC低通濾波電路。
4.如權(quán)利要求2所述的智能電磁感應(yīng)流量傳感器，其特征在于:電阻R202和光耦U201以及接地電阻R203組成檢波整形電路。
5.如權(quán)利要求2所述的智能電磁感應(yīng)流量傳感器，其特征在于:集成調(diào)制放大器D201把由于葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的微弱磁感應(yīng)信號(hào)調(diào)制放大，轉(zhuǎn)換為占空比為50 %的方波信號(hào)，方波信號(hào)通過電阻R201和電容C205組成的RC低通濾波電路濾除信號(hào)中的高頻信號(hào)，RC的參數(shù)根據(jù)傳感器采樣信號(hào)的頻率區(qū)間進(jìn)行調(diào)整，檢波整形電路濾除沒有驅(qū)動(dòng)能力的雜波，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形。
6.如權(quán)利要求1所述的智能電磁感應(yīng)流量傳感器，其特征在于:信號(hào)處理模塊采用AVR單片機(jī)DlOl作為信號(hào)數(shù)據(jù)處理器，單片機(jī)DlOl的電連接晶振GlOl，以及通過晶振GlOl接地間并聯(lián)的電容C101、電容C102組成晶振電路，單片機(jī)DlOl輸出腳4的串聯(lián)電阻RlOl以及并聯(lián)的電容C103、電容C104、二極管N4148組成RC上電復(fù)位電路，并聯(lián)在電源與地之間的電容C105?C107以及接地電容C109組成的去耦電路，單片機(jī)D101、晶振電路、RC上電復(fù)位電路以及去耦電路組成信號(hào)處理模塊。
7.如權(quán)利要求1所述的智能電磁感應(yīng)流量傳感器，其特征在于:串口鐵電存儲(chǔ)器D103、電源管理芯片D104和通信驅(qū)動(dòng)芯片D102通過總線結(jié)構(gòu)與信號(hào)處理模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。
8.如權(quán)利要求7所述的智能電磁感應(yīng)流量傳感器，其特征在于:數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以串口鐵電存儲(chǔ)器D103來作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)芯片存儲(chǔ)計(jì)算得到的歷史數(shù)據(jù)、中間變量和計(jì)算需要的儀表參數(shù)，在有需要的時(shí)候可以把數(shù)據(jù)輸出到外部設(shè)備，提供數(shù)據(jù)檢索。
9.如權(quán)利要求1所述的智能電磁感應(yīng)流量傳感器，其特征在于:電源模塊包括濾波電路、儲(chǔ)能電路和DC-DC變換電路；濾波電路包括通過并聯(lián)在電源濾波器N301以及輸入端的電容器C301、穩(wěn)壓二極管V302和快速二極管V301。
10.如權(quán)利要求1所述的智能電磁感應(yīng)流量傳感器，其特征在于:儲(chǔ)能電路包括并聯(lián)在輸出端的電容器C401、電容器C402、并聯(lián)的快速二極管V401和電阻R401、電容器C403串聯(lián)電阻R402。
【文檔編號(hào)】G01F1/58GK104236645SQ201410520060
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】張志明 申請(qǐng)人:四川泛華航空儀表電器有限公司