單點管道式開關的制作方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于開關技術領域，具體涉及單點管道式開關。
【背景技術】
[0002]在工業管道現場、輸液管道上等常規液位計、開關無法報警領域，應用傳統的開關報警存在較大困難，不能滿足特殊工作環境的預警需求。為了預警復雜工況下管道的液位，單點管道式開關的開發意義非凡。

【發明內容】

[0003]本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種安裝簡便快速的單點管道式開關。
[0004]為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是，單點管道式開關，包括相連接的主機和超聲波探頭，主機包括控制器、非諧振式超聲波發射電路小信號接收電路、顯示裝置；
[0005]非諧振式超聲波發射電路的一端與超聲波探頭相連接，且用于向超聲波探頭發射信號，非諧振式超聲波發射電路的另一端與控制器連接，小信號接收電路的一端與超聲波探頭相連接，且用于接收超聲波探頭反射信號，小信號接收電路的另一端與控制器相連接，控制器上還設置有紅外接口 ；該控制器為ARM Cortex-M3核心的STM32F103單片機。
[0006]非諧振式超聲波發射電路包括第一三極管，第一三極管的基極通過第四電阻與控制器相連接，，第一三極管的集電極通過結點a與第六電阻的一端相連接，第六電阻的另一端通過結點b與電源相連接，第一三極管的發射極通過結點d與IGBT管的集電極相連接，IGBT管的基極與結點a相連接，IGBT管的發射極通過結點c與第一電阻的一端相連接，第一電阻的另一端通過結點b與電源相連接；結點c與第一電容的一端相連接，第一電容的另一端通過結點e與第一肖特基二極管的輸入端相連接，第一肖特基二極管的輸出端通過結點f與超聲波探頭相連接，結點f還與可調電阻的一端相連接，可調電阻的另一端與超聲波探頭連接于結點d，結點e還與第二肖特基二極管的輸入端相連接，第二肖特基二極管的輸出端還與結點d相連接。最后結點d和系統的地單點連接。
[0007]進一步地，該小信號接收電路包括依次相連接的前級阻抗匹配放大單元、并聯式RLC濾波單元、中間級固定增益放大電路、第二級RLC濾波電路、可調增益放大電路。
[0008]進一步地，該超聲波探頭包括水平且間隔設置在金屬殼內的接線板和壓電片，壓電片設置于金屬殼內的底部，壓電片和金屬殼間通過導電膠相連接，接線板和壓電片間豎直連接有導電柱，接線板還與信號電纜連接；所述接線板與金屬殼的接觸處設置有擋圈，所述擋圈成對對稱分布于接線板的對應端，壓電片上部設置有用于吸收和抑制雜波干擾的吸聲材料。
[0009]本發明單點管道式開關具有如下優點:1.采用了單點的超聲波探頭作為測量單元，減少了安裝組件。2.采用了非諧振式發射電路，達到了發射分辨率反饋適應調整、發射強度反饋適應調整，提高了單電情況下的信號分辨率和信號的純凈性，使得單點的測量方案變為可行。3.小信號接收電路采用了阻抗匹配+濾波+放大的基礎框架，實現了純凈的信號放大回路。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發明單點管道式開關的結構示意圖；
[0011]圖2是本發明單點管道式開關中非諧振式超聲波發射電路的電路圖；
[0012]圖3是本發明單點管道式開關中小信號接收電路的電路圖；
[0013]圖4是本發明單點管道式開關中超聲波探頭的電路圖；
[0014]圖5是單點管道式開關發射信號時域波形。
[0015]其中1.主機，1-1.控制器，1-2.非諧振式超聲波發射電路，1-3.顯示裝置，1_4.小信號接收電路，1-41.前級阻抗匹配放大單元，1-42.并聯式RLC濾波單元，1-43.中間級固定增益放大電路，1-44.第二級RLC濾波電路，1-45.可調增益放大電路；2.超聲波探頭，2-1.信號電纜，2-2.金屬殼，2-3.接線板，2-4.吸聲材料，2-5.壓電片，2-6.導電膠，2-7.導電柱，2-8.擋圈。
【具體實施方式】
[0016]如圖1所示，本發明單點管道式開關，單點管道式開關，包括相連接的主機1和超聲波探頭2，主機1包括控制器1-1、非諧振式超聲波發射電路1-2、小信號接收電路1-4和顯示裝置1-3。
[0017]非諧振式超聲波發射電路1-2的一端與超聲波探頭2相連接，且用于向超聲波探頭2發射信號，非諧振式超聲波發射電路1-2的另一端與控制器1-1連接，小信號接收電路1-4的一端與超聲波探頭2相連接，且用于接收超聲波探頭2發出的信號，小信號接收電路1-4的另一端與控制器1-1相連接，控制器1-1上還設置有紅外接口。
[0018]如圖2所示，非諧振式超聲波發射電路1-2包括第一三極管Q1，第一三極管Q1的基極通過第四電阻R4與控制器1-1相連接，第一三極管Q1的集電極通過結點a與第六電阻R6的一端相連接，第六電阻R6的另一端通過結點b與電源相連接，第一三極管Q1的發射極通過結點d與IGBT管Q2的集電極相連接，IGBT管Q2的基極與結點a相連接，IGBT管Q2的發射極通過結點c與第一電阻R1的一端相連接，第一電阻R1的另一端通過結點b與電源相連接；結點c與第一電容C1的一端相連接，第一電容C1的另一端通過結點e與第一肖特基二極管D1的輸入端相連接，第一肖特基二極管D1的輸出端通過結點f與超聲波探頭2相連接，結點f還與可調電阻R3的一端相連接，可調電阻R3的另一端與超聲波探頭2連接于結點d，結點e還與第二肖特基二極管D2的輸入端相連接，第二肖特基二極管D2的輸出端還與結點d相連接。采用了非諧振式發射電路，達到了發射分辨率反饋適應調整、發射強度反饋適應調整，提高了單電情況下的信號分辨率和信號的純凈性，使得單點的測量方案變為可行。
[0019]如圖3所示，小信號接收電路1-4包括依次相連接的前級阻抗匹配放大單元1-41、并聯式RLC濾波單元1-42、中間級固定增益放大電路1-43、第二級RLC濾波電路1_44、可調增益放大電路1-45。前級阻抗匹配放大單元1-41主要是為了緩沖超聲波探頭2接收的反射波信號能量，第二級RLC濾波電路1-44濾除了接收雜波干擾，然后經由反饋電阻網絡可調增益放大電路1-45，最后送入單片機的ADC 口進行模數轉換。
[0020]如圖4所示，超聲波探頭2包括水平且間隔設置在金屬殼2-2內的接線板2-3和壓電片2-5。壓電片2-5設置于金屬殼2-2內的底部，壓電片2-5和金屬殼2-2間通過導電膠2-6相連接，接線板2-3和壓電片2-5間豎直連接有導電柱2-7，接線板2_3還與信號電纜2-1連接；接線板2-3與金屬殼2-2的接觸處設置有擋圈2-8，擋圈2_8成對對稱分布于接線板2-3的對應端，壓電片2-5上部設置有用于吸收和抑制雜波干擾的吸聲材料2-4。
[0021]本發明單點管道式開關，主機1和超聲波探頭2配合使用，主機1產生的聲波信號經由信號電纜2-1傳輸至超聲波探頭2，超聲波探頭2將能量轉換為聲波，發射到被測液體的表面后反射回來，經由超聲波探頭2接受，并由信號電纜2-1傳回至液位計主機1，經主機1信號處理后，計算出當前液位，進行顯示或遠傳。其中12V直流通過第一電阻R1、隔直電容C1充電到12V，IGBT作為高速開關期間經由單片機產生的脈沖信號通過Q1進行驅動，在單片機低電平時，IGBT處于截至狀態，第一電容C1被充電到12V ;單片機高電平時，IGBT管Q2處于導通狀態，第一電容C1經由I IGBT管Q2、可調電阻R3可調電阻放電，在超聲波探頭2上產生持續時間很短的激勵高壓脈沖。其中可調電阻R3的阻值變化可以調節電路的阻尼狀態，電阻大時阻尼小，發射強度大，激勵的分辨率低；電阻小時阻尼大，發射強度小，分辨率提高。通過程序改變可調電阻R3及信號反饋，可以動態的調整發射的分辨率；通過IGBT管Q2的導通時間，可以調節發射強度和頻率。發射波形如圖5所示，表明采用非諧振式發射模式，可以激勵出高壓超聲波振蕩信號。
【主權項】
1.單點管道式開關，其特征在于，包括相連接的主機(1)和超聲波探頭(2)，所述主機(1)包括控制器(1-1)、非諧振式超聲波發射電路(1-2)、小信號接收電路(1-4)和顯示裝置(1_3)； 所述非諧振式超聲波發射電路(1-2)的一端與超聲波探頭(2)相連接，且用于向超聲波探頭(2)發射信號，所述非諧振式超聲波發射電路(1-2)的另一端與控制器(1-1)連接，所述小信號接收電路(1-4)的一端與超聲波探頭(2)相連接，且用于接收超聲波探頭(2)發出的信號，所述小信號接收電路(1-4)的另一端與控制器(1-1)相連接，所述控制器(1-1)上還設置有紅外接口 ； 所述非諧振式超聲波發射電路(1-2)包括第一三極管(Q1)，所述第一三極管(Q1)的基極通過第四電阻(R4)與控制器(1-1)相連接，所述第一三極管(Q1)的集電極通過結點a與第六電阻(R6)的一端相連接，所述第六電阻(R6)的另一端通過結點b與電源相連接，所述第一三極管(Q1)的發射極通過結點d與IGBT管(Q2)的集電極相連接，所述IGBT管(Q2)的基極與結點a相連接，所述IGBT管(Q2)的發射極通過結點c與第一電阻(R1)的一端相連接，所述第一電阻(R1)的另一端通過結點b與電源相連接；所述結點c與第一電容(C1)的一端相連接，所述第一電容(C1)的另一端通過結點e與第一肖特基二極管(D1)的輸入端相連接，所述第一肖特基二極管(D1)的輸出端通過結點f與超聲波探頭(2)相連接，所述結點f還與可調電阻(R3)的一端相連接，所述可調電阻(R3)的另一端與超聲波探頭(2)連接于結點d，所述結點e還與第二肖特基二極管(D2)的輸入端相連接，所述第二肖特基二極管(D2)的輸出端還與結點d相連接。2.根據權利要求1所述的單點管道式開關，其特征在于，所述小信號接收電路(1-4)包括依次相連接的前級阻抗匹配放大單元(1-41)、并聯式RLC濾波單元(1-42)、中間級固定增益放大電路(1-43)、第二級RLC濾波電路(1-44)、可調增益放大電路(1_45)。3.根據權利要求2所述的單點管道式開關，其特征在于，所述超聲波探頭(2)包括水平且間隔設置在金屬殼(2-2)內的接線板(2-3)和壓電片(2-5)，所述壓電片(2-5)設置于金屬殼(2-2)內的底部，所述壓電片(2-5)和金屬殼(2-2)間通過導電膠(2-6)相連接，所述接線板(2-3)和壓電片(2-5)間豎直連接有導電柱(2-7)，所述接線板(2-3)還與信號電纜(2-1)連接；所述接線板(2-3)與金屬殼(2-2)的接觸處設置有擋圈(2-8)，所述擋圈(2-8)成對對稱分布于接線板(2-3)的對應端，所述壓電片(2-5)上部設置有用于吸收和抑制雜波干擾的吸聲材料(2-4)。
【專利摘要】本發明公開了單點管道式開關，包括相連接的主機和超聲波探頭，主機包括控制器、非諧振式超聲波發射電路小信號接收電路、顯示裝置；非諧振式超聲波發射電路的一端與超聲波探頭相連接，且用于向超聲波探頭發射信號，非諧振式超聲波發射電路的另一端與控制器連接，小信號接收電路的一端與超聲波探頭相連接，且用于接收超聲波探頭發出的信號，小信號接收電路的另一端與控制器相連接，控制器上還設置有紅外接口；該控制器為ARM？Cortex-M3核心的STM32F103單片機。該單點管道式開關安裝簡便快速。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN105373048
【申請號】CN201510900807
【發明人】林豪杰
【申請人】陜西聲科電子科技有限公司
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年12月8日