多參數智能傳感器的製作方法
2023-05-14 12:04:21 1
專利名稱：多參數智能傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳感器，尤其涉及一種能進行多參數信號測量的多參數智能傳感器。
背景技術：
在工業控制及監測系統中，傳感器作為基礎的檢測元件發揮著重要的作用。現有技術傳感器在實際使用過程中存在的缺陷是1.由於現有技術傳感器通常是以模擬量輸出，因此在工業現場應用中帶來了諸多例如模數轉換的問題。
2.由於現有技術傳感器能測量的品種少，並且一個傳感器只能測一個參數，其能測量的信號種類和功能覆蓋面都限窄，遠遠滿足不了日益增長的自動化監控技術的發展需要，對更多的物理和化學信號的測量以及多參數信號的測量顯得無能為力。
隨著現場總線技術的發展，提出了以現場總線輸出的智能傳感器，其可降低成本，提高靈活性，是當今傳感器領域的發展方向。
發明內容
本發明的目的在於提供一種多參數智能傳感器，它避免了現有技術存在的諸多的模數轉換的問題，從而能實現多參數信號的測量，以滿足日益增長的自動化監控技術的發展需要。
本發明的目的是這樣實現的一種多參數智能傳感器，由傳感器和傳感器控制電路部分組成；其特點是所述的傳感器是一由溫度傳感器和壓力傳感器連成一體組成的溫度壓力傳感器；所述的傳感器控制電路包括，與溫度壓力傳感器電連接的信號變送單元、順序連接在信號變送單元後的微控制器單元和CAN總線通訊單元。
在上述的多參數智能傳感器中，其中，所述的溫度壓力傳感器中的溫度傳感器通過焊接連接在壓力傳感器的頭部中心；所述的壓力傳感器在其頭部垂直貫穿設置四個流體進出口，該四個流體進出口在壓力傳感器頭部以圓心為基點以r為半徑間隔設置多個流體進出口。
在上述的多參數智能傳感器中，其中，所述的溫度壓力傳感器還包括隔熱墊，該隔熱墊連接在壓力傳感器的後部。
在上述的多參數智能傳感器中，其中，所述的溫度壓力傳感器中的隔熱墊採用聚碳酸酯製作而成。
在上述的多參數智能傳感器中，其中，所述的傳感器控制電路中的信號變送單元包括，一變送器集成電路晶片、設置在該變送器集成電路晶片的正負輸入端的一電橋電路、連接在電橋電路下端的由電阻和電容組成的濾波電路、設置在變送器集成電路晶片輸出端的由二極體電容組成的防擊穿保護電路。
在上述的多參數智能傳感器中，其中，所述的傳感器控制電路中的微控制器單元由一單片機集成電路晶片和設置在單片機集成電路晶片的RSEST復位端的單片機復位電路組成。
在上述的多參數智能傳感器中，其中，所述的傳感器控制電路中的CAN總線通訊單元由一CAN控制器和設置在CAN控制器TX0、RX0、RX1端的CAN控制器接口電路集成電路晶片組成。
在上述的多參數智能傳感器中，其中，所述的溫度壓力傳感器中的溫度傳感器的感應頭與三個電阻連接構成信號變送單元中的電橋電路。
在上述的多參數智能傳感器中，其中，所述的溫度壓力傳感器中的壓力傳感器本身構成信號變送單元中的電橋電路。
本發明多參數智能傳感器由於採用了上述的技術方案，使之與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果1.本發明由於將溫度傳感器和壓力傳感器集成為一個總的溫度壓力傳感器，由此可以同時對一個測點進行溫度和壓力測量，保證被測點位置上的同一性和參數在時間上的實時性，適應了自動化監控技術的檢測要求；2.本發明由於在本溫度壓力傳感器中還設置一由聚碳酸酯製作的隔熱墊，由此使溫度壓力傳感器不僅隔熱效果好並且其強度可代替A#鋼；
3.本發明由於溫度傳感器的感應頭本身是一電阻，因此溫度傳感器的感應頭與三個電阻連接構成了信號變送單元中的電橋電路，使電橋輸出的毫伏信號與溫度高低對應；同時，由於壓力傳感器採用擴散矽製作，壓力傳感器本身構成信號變送單元中的電橋電路，因此它通過壓力的變化輸出毫伏信號與壓力大小對應；4.本發明由於微控制器單元中的單片機集成電路晶片具有8路A/D模數轉換功能，因此本發明具有較大的工作提升空間；5.本發明結構簡單，不僅可簡化傳感器製造工藝，並且提高了測量速度和測量準確性。
通過以下對本發明多參數智能傳感器的一實施例結合其附圖的描述，可以進一步理解本發明的目的、具體結構特徵和優點。其中，附圖為圖1是本發明多參數智能傳感器的框圖結構示意圖；圖2是本發明中的溫度壓力傳感器的結構示意圖；圖3是圖2所示的溫度壓力傳感器的仰視結構示意圖；圖4是本發明中採用橋式電路的信號變送單元的電原理圖；圖5是本發明多參數智能傳感器的電路原理圖。
具體實施例方式
請參見圖1所示，圖1是本發明多參數智能傳感器的框圖結構示意圖。本發明多參數智能傳感器，由傳感器和傳感器控制電路部分組成。其中，傳感器是一由溫度傳感器1和壓力傳感器1連成一體而組成的溫度壓力傳感器；傳感器控制電路包括，與溫度壓力傳感器電連接的信號變送單元、順序連接在信號變送單元後的微控制器單元和CAN總線通訊單元。
在本實施例中，溫度壓力傳感器中的溫度傳感器和壓力傳感器分別輸出的是電阻信號，經具有電橋電路和變送電路的信號變送單元將溫度壓力傳感器送出的電壓信號處理成電流信號輸出，再經取樣產生電壓信號輸入到微控制器單元，微控制器單元將上述信號進行模數轉換後以總線信號輸出到CAN總線通訊單元。
請結合圖1參見圖2和圖3所示，圖2和圖3是本發明中的溫度壓力傳感器的結構示意圖。在本發明中，傳感器包括由溫度傳感器1和壓力傳感器2連接而成；其中，溫度傳感器1呈一棒，它通過焊接連接在壓力傳感器2的頭部中心；壓力傳感器2在其頭部以圓心為基點以r為半徑間隔設置多個流體進出口21，在本實施例中，設置了四個流體進出口21，它們垂直貫穿設置在壓力傳感器2的頭部。
本實施例中，所採用的溫度傳感器和壓力傳感器的參數如下溫度傳感器感應頭型號為Pt100，量程0-100℃，精度1％。
壓力傳感器量程1Mpa，精度0.5％，工作溫度-10-100℃。
在本實施例中，溫度壓力傳感器還包括隔熱墊3，該隔熱墊3由聚碳酸酯製作而成，它連接設置在壓力傳感器2的後部，該隔熱墊3不僅隔熱效果好，並且其強度可代替A#鋼。
請結合圖1和圖2參見圖4所示，圖4是本發明中採用橋式電路的信號變送單元的電原理圖。本發明多參數智能傳感器中信號變送單元包括變送器集成電路晶片、電橋電路、濾波電路、保護電路。其中，變送器集成電路晶片採用的是BB(BURR-BROWN)公司生產的型號為XTR101的變送器集成電路晶片，該XTR101變送器集成電路具有低補償電壓、低電壓漂移、低非線性等優點，XTR101變送器集成電路在本單元中承擔主要的信號變送工作，將檢測到的以電壓形式表示的溫度、壓力信號轉化為4～20mA電流信號；電橋電路設置在XTR101變送器集成電路晶片的正負輸入端，用以對檢測到的溫度、壓力信號進行整理，提供XTR101變送器進行模數轉換工作；連接在電橋電路下端的濾波電路由並聯的電阻和電容組成，用以提高電路的抗幹擾性能；設置在XTR101變送器集成電路輸出端的是由二極體和電容串聯組成的保護電路，防止幹擾電流對XTR101變送器集成電路的擊穿而設置的保護電路。在圖4所示的電路中，在電源的兩端還設置一型號為LM129D穩壓管，用於對電源進行穩壓。
在本實施例中，信號變送單元設置有兩套，分別接收溫度傳感器和壓力傳感器的信號。然而，溫度壓力傳感器中的溫度傳感器其Pt100感應頭本身是一電阻，因此溫度傳感器的感應頭與三個電阻連接構成了信號變送單元中的電橋電路，此時電橋輸出的毫伏信號與溫度高低對應；同時，溫度壓力傳感器中的壓力傳感器採用擴散矽製作，壓力傳感器本身構成信號變送單元中的電橋電路，它通過壓力的變化輸出毫伏信號，其輸出信號與壓力大小對應。
請結合圖1參見圖5所示，圖5是本發明多參數智能傳感器的電路原理圖。本發明傳感器控制電路中的微控制器單元由一單片機集成電路晶片和設置在單片機集成電路晶片的RSEST復位端的單片機復位電路組成。其中，單片機電路採用的是型號為ADUC812BS單片機集成電路晶片，單片機復位電路採用的是型號為74HC123復位集成電路晶片。
型號為ADUC812BS單片機集成電路晶片能對8052兼容，具有8路A/D模數轉換功能；它可將變送單元輸出的4～20mA電流信號信號轉化為0.5～2.5V的電壓信號後再進行A/D模數轉換；該單片機晶片上帶有8K片內程序快閃記憶體和640位元組數據快閃記憶體，因此不需要擴展程序存儲器和數據存儲器，減少了元器件數量；並且該單片機晶片可以通過串口在線調試和重複下載程序，使之開發周期短，開發成本低。A/D模數轉換後的結果在微控制器內進行處理，根據溫度、壓力之間的相互影響進行擬和，通過軟體的方法來消除傳感器自身由於工作環境改變而引起的變化，因此數據客觀準確。
請參見圖5所示，發明傳感器控制電路中的CAN總線通訊單元由CAN控制器和設置在CAN控制器TX0、RX0、RX1端的CAN控制器接口電路集成電路晶片組成。其中，CAN控制器採用的是型號為SJA1000 CAN控制器集成電路晶片，接口電路採用的是型號為A82C250 CAN控制器接口電路晶片。CAN總線通訊單元直接實現了CAN數據鏈路層和物理層的通訊協議，從而大大降低了系統開發難度，縮短了開發周期。
請繼續參見圖5所示，在圖5多參數智能傳感器電原理圖中，J6為溫度傳感器輸入，J7為壓力傳感器輸入；J6和J7分別連接在變送器集成電路U5和U6的輸入端，U5和U6與附屬電路構成對溫度和壓力的兩個信號變送單元，並且分別在J8、J9處輸出4～20mA的電流信號；4～20mA信號經精密電阻轉換為0.5V～2.5V的電壓信號；集成電路U1和U3構成了微控制器單元，對所採集的溫度和壓力的電壓信號進行處理；集成電路U2、U4構成CAN總線通訊單元；集成電路A2是一電源電路，它將集成電路U4即CAN總線接口電路送出的24V的電壓信號轉換為5V的電壓信號輸出至J4。
本發明多參數智能傳感器的工作原理和流程是，溫度傳感器和壓力傳感器分別輸出電阻信號，經相應電橋分別產生毫伏信號輸送到信號變送單元，信號變送單元將接收到的毫伏信號處理成4-20mA的電流信號輸出，經電阻取樣產生O.5-2.5V的電壓信號輸入到微控制器單元，微控制器單元將信號進行模數轉換後以總線信號輸出到CAN總線通訊單元。
在本發明多參數智能傳感器控制電路中，微控制器具有8路A/D模數轉換接口，在本實施例的圖中僅表示了應用了兩路的實施例的情況，因此本發明多參數智能傳感器具有可根據具體應用場合的實際情況設計出系列的傳感器，實現由單個CPU對應多參數的傳送，由此可見本發明具有較大的工作提升空間。
綜上所述，本發明多參數智能傳感器由於將溫度傳感器和壓力傳感器集成為一個總的溫度壓力傳感器，由此可同時對一個測點進行溫度和壓力測量，既保證被測點位置上的同一性和參數在時間上的實時性，又適應了自動化監控技術的檢測要求；同時由於在本溫度壓力傳感器中設置由聚碳酸酯製作的隔熱墊，使之隔熱效果好並強度可代替A#鋼；另外由於溫度傳感器的感應頭本身是一電阻，感應頭與三個電阻連接構成了信號變送單元中的電橋電路，與此同時採用擴散矽製作的壓力傳感器本身構成了電橋電路，因此使電橋輸出的毫伏信號與溫度高低和壓力大小相對應；並且微控制器具有8路A/D模數轉換功能，因此本發明具有較大的工作提升空間；本發明結構簡單工藝簡化，提高了測量速度和測量準確性，因此極為實用。
權利要求
1.一種多參數智能傳感器，由傳感器和傳感器控制電路部分組成；其特徵在於所述的傳感器是一由溫度傳感器(1)和壓力傳感器(2)連成一體組成的溫度壓力傳感器；所述的傳感器控制電路包括，與溫度壓力傳感器電連接的信號變送單元、順序連接在信號變送單元後的微控制器單元和CAN總線通訊單元。
2.如權利要求1所述的多參數智能傳感器，其特徵在於所述的溫度壓力傳感器中的溫度傳感器(1)通過焊接連接在壓力傳感器(2)的頭部中心；所述的壓力傳感器(2)在其頭部垂直貫穿設置四個流體進出口(2)，該四個流體進出口(2)在壓力傳感器(2)頭部以圓心為基點以r為半徑間隔設置多個流體進出口(21)。
3.如權利要求1或2所述的多參數智能傳感器，其特徵在於所述的溫度壓力傳感器還包括隔熱墊(3)，該隔熱墊(3)連接在壓力傳感器(2)的後部。
4.如權利要求3所述的多參數智能傳感器，其特徵在於所述的溫度壓力傳感器中的隔熱墊(3)採用聚碳酸酯製作而成。
5.如權利要求1所述的多參數智能傳感器，其特徵在於所述的傳感器控制電路中的信號變送單元包括，一變送器集成電路晶片、設置在該變送器集成電路晶片的正負輸入端的一電橋電路、連接在電橋電路下端的由電阻和電容組成的濾波電路、設置在變送器集成電路晶片輸出端的由二極體電容組成的防擊穿保護電路。
6.如權利要求1所述的多參數智能傳感器，其特徵在於所述的傳感器控制電路中的微控制器單元由一單片機集成電路晶片和設置在單片機集成電路晶片的RSEST復位端的單片機復位電路組成。
7.如權利要求1所述的多參數智能傳感器，其特徵在於所述的傳感器控制電路中的CAN總線通訊單元由一CAN控制器和設置在CAN控制器TX0、RX0、RX1端的CAN控制器接口電路集成電路晶片組成。
8.如權利要求1或5所述的多參數智能傳感器，其特徵在於所述的溫度壓力傳感器中的溫度傳感器的感應頭與三個電阻連接構成信號變送單元中的電橋電路。
9.如權利要求1或5所述的多參數智能傳感器，其特徵在於所述的溫度壓力傳感器中的壓力傳感器本身構成信號變送單元中的電橋電路。
全文摘要
本發明涉及一種多參數智能傳感器，由傳感器及其控制電路部分組成；其特點是，傳感器是由溫度傳感器、壓力傳感器、隔熱墊連接組成溫度壓力傳感器；傳感器控制電路包括由變送器、電橋、濾波電路組成的信號變送單元，由單片機及其復位電路組成微控制器單元，由CAN控制器和接口電路組成的CAN總線通訊單元。本發明由於將溫度、壓力傳感器集成一溫度壓力傳感器，使之能對一測點進行溫度和壓力測量；同時由於溫度傳感器感應頭與三個電阻連接構成電橋，而壓力傳感器本身構成電橋，使電橋輸出信號與溫度壓力相對應，提高了測量的速度和準確性；並且微控制器具有8路A/D轉換功能，因此本發明具有提升空間滿足自動化監控檢測需要，其結構工藝簡化，極為實用。
文檔編號G01D21/02GK1719201SQ20051002776
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月15日 優先權日2005年7月15日
發明者韓華, 顧海宏, 劉贇, 呂健, 黃鶴, 張平, 史文祥, 陳亞傑, 劉予學, 段徵 申請人:中國船舶重工集團公司第七一一研究所