超聲波汽油箱油位傳感器的製作方法

2023-05-23 01:00:56 1

專利名稱：超聲波汽油箱油位傳感器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種傳感器，特別是涉及一種汽油箱油位傳感器。
背景技術：
罐內液位檢測的應用領域很廣。罐內液位檢測的方法有人工檢尺法，使用機械鋼 帶式液位儀、伺服式液位儀或雷達液位儀等方法，以及通過雷射、Y射線來檢測液位的方 法。人工檢尺法是利用浸入式刻度鋼皮尺測量液位，操作人員需要爬到儲罐的頂部進行測 量；這種方法的缺點是測量精度低，速度慢，勞動強度大，不便於微機管理。機械鋼帶式液位 儀傳動部件多，可靠性較差，又因需要罐內安裝，維護困難。伺服式液位儀屬機械式測量裝 置，機械磨損會直接影響其測量精度，需定期維修和重新標定，工作壽命不是很長，測量的 重複精度較低，且安裝困難。雷達液位儀的測量精度較高，但安裝較為複雜，而且價格相當 昂貴。雷射的傳播速度很快，不便於信號處理。Y射線液位儀使用了放射源，易引起對環境 的汙染。現有的汽油箱油位檢測採用了上述各種方法，均有其相應的缺點1.小區域範圍內的液位實時、自動測量的誤差較大。2.成本高、體積比較大、安裝麻煩。3.響應時間長使得測量值經常產生滯後性。4.性能不夠穩定，對液體的物理化學性質的適應性較差。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種超聲波汽油箱油位傳感器，該傳感 器價格較低，非接觸測量精度高，高度可編程，抗幹擾能力強。本實用新型所採用的技術方案是超聲波汽油箱油位傳感器包括探頭、信號發生 器、數據採集裝置和數據處理裝置。探頭上裝有反接的信號發生器和數據採集裝置，信號發 生器和數據採集裝置分別與數據處理裝置相連接。信號發生器通過探頭髮出超聲波，由數 據採集裝置獲得回波信號，然後由數據處理裝置對回波信號進行處理。探頭上裝有反接的超聲波發射/接收裝置，所述傳感器還包括濾波器、放大器、檢 波器、CPU，它們依次相接；超聲波發射/接收裝置用作信號發生器和數據採集裝置，濾波 器、放大器、檢波器、CPU用作數據處理裝置。CPU可包含PWM模塊，並外接CAN總線、燃油儀 表和溫度傳感器。超聲波發射/接收裝置可採用MOSFET驅動。本實用新型為了克服傳統油箱液位測量誤差大，使用環境要求高等缺點，提出一 種超聲波汽油箱油位傳感器，其與現有技術相比，主要有以下的顯著效果1.採用非接觸性檢測法，測量精度高；2.高度可編程；3.採用專用的濾波算法，具有較強抗幹擾能力；4. CAN總線輸出，得傳輸數據更高效；[0016]5.溫度補償，使工作環境要求更低；6.發射與接收模塊共用，使整體結構更緊湊；7.發射的同時不接收探頭信號，為了提高其可靠性；8.欠壓輸出報警，使工作時更安全；9.驅動儀表的電流可調整；10.提供模擬電壓輸出；11.採用節能MOSFET (金屬氧化物半導體場效應管)驅動，功耗低。
圖1是本實用新型的工作原理圖。圖2是本實用新型使用狀態示意圖。圖3是超聲波傳感器結構框圖。圖中1.超聲波發射器；2.超聲波接收器；3.端蓋；4.油箱壁；5.超聲波發射/接 收裝置；6.油塞；7.油；8.油箱。
具體實施方式
超聲波液位測量方法的原理是基於超聲波在空氣中的傳播速度及遇到被測物體 表面產生反射的原理。超聲波汽油箱油位傳感器包括探頭、信號發生器、數據採集裝置和 數據處理裝置，其連接關係是探頭上裝有反接的信號發生器(例如超聲波發射器1)和數 據採集裝置(例如超聲波接收器2)，信號發生器和數據採集裝置分別與數據處理裝置相連 接。超聲波汽油箱油位傳感器工作過程是信號發生器通過探頭髮出超聲波，由數據 採集裝置獲得回波信號，然後由數據處理裝置對回波信號進行處理。如圖3所示，探頭上可裝有反接的超聲波發射/接收裝置5，所述傳感器還包括濾 波器、放大器、檢波器、CPU，它們依次相接；超聲波發射/接收裝置5用作信號發生器和數據 採集裝置，濾波器、放大器、檢波器、CPU用作數據處理裝置。所述CPU包含PWM模塊，並外接CAN總線、燃油儀表和溫度傳感器。本實用新型的超聲波發射/接收裝置5可採用節能MOSFET驅動。超聲波發射/接收裝置5包括超聲波發射器1和超聲波接收器2 ；超聲波發射器1 將CPU送來的40KHZ的脈衝信號放大到20V以滿足超聲波發射的驅動要求；超聲波接收器 2將接收到的回波傳輸到數據處理裝置，由數據處理裝置對回波信號進行放大和整形，最後 轉換為CPU的中斷信號。本實用新型可應用在汽油箱油位測量上。本實用新型採用渡越時間檢測法，具體 使用方法為超聲波發射器1在幅度為20V，頻率為40KHz的方波驅動下，發出頻率為40KHz 的超聲波；超聲波遇障礙物後反射，由超聲波接收器2接收回波；測出超聲波脈衝串發射至 接收到回波信號所需的時間T，根據公式L = uT/2即可算出探頭到障礙物之間的距離L，其 中u為超聲波的傳播速度。本實用新型高度可編程，並採用專用的濾波算法，具有較強抗幹擾能力；CAN總線 輸出，使得傳輸數據更高效；本實用新型還具有溫度補償功能，使工作環境要求更低；發射與接收模塊共用，使整體結構更緊湊；為了提高超聲波發射/接收裝置的可靠性，發射的同 時不接收探頭信號；本實用新型還具有欠壓輸出報警功能，使工作時更安全；驅動儀表的 電流可調整，並提供模擬電壓輸出；本實用新型採用節能MOSFET (金屬氧化物半導體場效 應管)驅動，功耗低。本實用新型的回波分析高度智能化，可將各種幹擾過濾出來，識別多 重回波，還能分析信號強度和環境溫度等有關信息，這樣即便在有擾動條件下讀數也是精 確的。實施例本實用新型的CPU可採用單片機，其主要任務是①發出40KHz的脈衝串用來驅動 超聲波發射器1發出超聲波；②通過單片機第二定時器對超聲波的傳輸時間進行計時；③ 根據測出的時間和有關參數計算出距離、體積等數據；④控制參數的輸入和數據的顯示。所 述超聲波發射/接收裝置5中的發射器1，可將單片機送來的40KHz的脈衝信號放大到20V 以滿足超聲波發射的驅動要求。所述超聲波發射/接收裝置5中的接收器2，包括放大、電 壓比較和中斷信號輸出等部分，用來對接收到的回波進行放大和整形，即將回波信號轉換 成單片機的中斷信號。單片機及其外圍電路組成是整個超聲波汽油箱油位傳感器的核心電路。它通過單 片機第一定時器發出40KHz的脈衝信號來驅動超聲波發射器1發射超聲波；它還通過單片 機第二定時器來測量超聲波的傳輸時間；測量出時間後根據要求計算出各種需要的數據。如圖1和圖2所示，超聲波發射器1在幅度為20V，頻率為40KHz的方波驅動下，發 出頻率為40KHz的超聲波，遇障礙物(油7的頂端)後反射，由超聲波接收器2接收回波。 由於超聲波在同一種介質中的傳播速度不變，因此通過單片機第二定時器可測出超聲波脈 衝串發射至接收到回波信號所需的時間T，根據公式L = uT/2即可算出探頭到障礙物之間 的距離L，其中u為超聲波的傳播速度。圖1中，超聲波發射/接收裝置5位於端蓋3的上， H為油箱壁4的底端到端蓋3的距離，h為油7的高度。圖2中，端蓋3的側面頂端裝有油 塞6，油7位於油箱8內。該傳感器不僅在汽油箱油位測量上，在油罐油位、水箱水位的測量 方法也類似。
權利要求超聲波汽油箱油位傳感器，其特徵在於其包括探頭、信號發生器、數據採集裝置和數據處理裝置；探頭上裝有反接的信號發生器和數據採集裝置，信號發生器和數據採集裝置分別與數據處理裝置相連接。
2.根據權利要求1所述的傳感器，其特徵在於探頭上裝有反接的超聲波發射/接收 裝置，所述傳感器還包括濾波器、放大器、檢波器、CPU,它們依次相接；超聲波發射/接收裝 置用作信號發生器和數據採集裝置，濾波器、放大器、檢波器、CPU用作數據處理裝置。
3.根據權利要求2所述的傳感器，其特徵在於所述CPU包含PWM模塊，並外接CAN總 線、燃油儀表和溫度傳感器。
4.根據權利要求2所述的傳感器，其特徵在於超聲波發射/接收裝置採用MOSFET驅動。
5.根據權利要求2所述的傳感器，其特徵在於超聲波發射/接收裝置包括超聲波發 射器和超聲波接收器。
專利摘要本實用新型提供了一種超聲波汽油箱油位傳感器，包括探頭、信號發生器、數據採集裝置和數據處理裝置。探頭上裝有反接的信號發生器和數據採集裝置，信號發生器和數據採集裝置分別與數據處理裝置相連接。探頭上裝有反接的超聲波發射/接收裝置，所述傳感器還包括濾波器、放大器、檢波器、CPU，它們依次相接；超聲波發射/接收裝置用作信號發生器和數據採集裝置，濾波器、放大器、檢波器、CPU用作數據處理裝置。該傳感器價格較低，非接觸測量精度高，高度可編程，抗幹擾能力強。
文檔編號G01F23/296GK201622097SQ200920228190
公開日2010年11月3日 申請日期2009年9月18日 優先權日2009年9月18日
發明者楊勝兵, 王俊, 過學迅 申請人:武漢理工大學