專利名稱：可直讀力的振弦傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是傳感器變送檢測技術，尤其涉及的是將單片機電子裝置嵌入振弦傳感器構成一整體結構從而增強振弦傳感器電子性能的傳感綜合處理技術。
背景技術：
種類繁多的傳感器中，其中很大一部分傳感器由于自身性能方面所存在的缺陷給使用帶來許多困難。振弦傳感器就是其中較為典型的一種。其自身性能存在的缺陷有1、由于傳感器變送輸出的電信號與被測物理量之間往往呈非線性轉換關系，數據的一致性差，所以每一振弦傳感器都必須配備自身的標定數據，即標定表、曲線或斜率K值等。當一項工程監測中所使用的振弦傳感器數量較多，幾十只甚至是上百只時，若標定數據丟失或相互混淆，其測量目的就難以實現；2、直接測讀振弦傳感器的頻率變送信號是傳感檢測場合不得不采用的測讀方法，而與之對應的被監測物理量就無法在監測現場第一時間測讀出來，每次測量都要根據所附帶的標定數據逐只逐次地完成從頻率值到物理量的轉換計算，測讀值不直觀、數據處理量較為龐大，是振弦傳感器所面臨的主要技術問題；3、振弦傳感器不具有統一零值來直觀的反應被測物理量零基準點，不得不通過讀數不一的零荷載時傳感變送的初始頻率值來隱含表示物理量零點，在數據測量、數據處理或數據分析因此而帶來很大不便。為了增強振弦傳感器電處理功能，為實時監測提供更多的方便，山東科技大學洛賽爾傳感技術有限公司推出的洛賽爾振弦傳感器，以及長沙金馬有限公司研制的直接測讀物理量的振弦傳感器，其技術方案基本是在振弦傳感器內部安裝以單片機為主、設置專用的通訊接口芯片的電子控制系統，由于該控制系統較復雜，還需占用傳感器內部狹小空間的很大部分，存在控制系統電路與傳感器殼體短路等隱患，工作可靠性差；組裝有控制系統的振弦傳感器除有數據傳送線之外，還另需一組電源電纜，因而就必需使用四芯以上的屏蔽電纜線，接線觸點的增多，不僅使絕緣處理難度加大，而且還需改變傳感器引線處的局部結構，使傳感器與電纜的連接較為困難，也給傳感器加工裝配造成很大困難，隱患增多、工作可靠性能差、成本高。
實用新型內容為強化傳感器的電檢測功能，將安裝設置于傳感器內部的微機電子控制系統結構和傳輸電纜結構簡化，提高工作可靠性，本實用新型提供了一種可直讀力的振弦傳感器之技術方案。本技術方案的主要內容為本可直讀力的振弦傳感器，包括有振弦傳感單元、單片機處理單元和電源供電單元；一傳輸線既作為單片機處理單元的半雙工串行數據通訊傳輸線同時還作為電源供電單元的電源輸入線，該傳輸線與振弦傳感單元的傳感信號傳輸線和公共地線，作為一組用于與外部儀表聯接的傳輸線；其電源供電單元是由電壓控制開關元件與電解電容構成的電源回路，電解電容的正極端引出線作為供各單元工作的電源端。
在上述的整體技術方案中，其單片機處理單元是由單片機芯片和其存儲單元連接構成。
本實用新型的可直讀力的振弦傳感器技術方案，其設計上是將振弦傳感器內嵌的單片機處理單元設計為與外部儀表構成的主從控制結構形式，內嵌于傳感器的單片機處理單元作為從控電子裝置受控于外部儀表主機，通過外部儀表指令在傳感器內部完成數據處理、存儲、邏輯判斷、數據通訊等操作，消除表示零荷載基準值時的非零數據值，減小傳感信號與被測物理量之間的非線性誤差，由外部儀表作為其測量顯示儀表，從而使外部儀表成為能夠直接準確測讀被測物理量的振弦傳感器外連接通用性的直讀力儀表。特別是，本技術方案充分簡化了裝配于傳感器內部的單片機處理單元結構，并將供電電纜和數據通訊電纜采用一線接口設計，因而它很容易嵌入那些有嚴格限制電氣觸點數量、空間狹小的傳感器內部，在最大限度應用單片機綜合處理功能的基礎上，使電纜芯線數量降至最少，從而在電纜接口結構上消除了接線觸點隱患、保證了傳感儀器工作的高可靠性。
下面將結合附圖詳細說明本實用新型的技術內容。
圖1為本實用新型可直讀力的振弦傳感器電路組成框圖圖2和圖3分別為兩具體實施電路原理圖。
具體實施方式
本實用新型的可直讀力的振弦傳感器，如圖所示，包括有振弦傳感單元1、單片機處理單元2和電源供電單元3，其振弦傳感單元1的傳感頻率信號輸送電纜直接外接于外部儀表9。內嵌于傳感器中設置的單片機處理單元2與外部儀表9半雙工串行數據通訊聯接，該單片機處理單元2是由單片機芯片20和其存儲單元21構成，在本實施例中，其單片機芯片最好采用具有增強型UART通訊功能的P87LPC76X系列單片機，其存儲單元21主要用于存貯檢測基準值、檢測標定數據以及測量數據，由單片機芯片20對其進行讀寫操作，從而構成完整而獨立的單片機處理單元。在本技術方案中，其要解決的另一主要技術問題是如何使數據通訊線與內嵌于傳感器各單元正常工作的供電電纜合二化一，其中單片機處理單元2與外部儀表I/O接口連接方面，采用如圖2的與單片機芯片TXD、RXD的全雙工I/O通訊接口連接結構，或采用圖3的與單片機單一I/O接口的通訊連接方式，由軟件方法實現其半雙工通訊功能；內嵌于傳感器設有為單片機處理單元2等提供工作電源的電源供電單元3，該電源供電單元3的供電輸入線與單片機處理單元2的通訊線共用一根電纜線Line，其電源供電單元3是由電壓控制開關元件和電解電容CD連接構成電源供電回路，由電容CD的正極端引出作為內嵌于傳感器各單元工作的電源輸出端V+，其中的電壓控制開關元件可采用開關二極管D、可控硅或繼電器等元件，也可采用如圖3所示的開關三極管T，其基極控制端由單片機芯片20的一I/O接口線Px.x指令控制其導通或開斷，以保證Line線在高電平狀態時，包括通訊高電平信號、外部儀表9在分時供電過程中向電源供電單元提供的充電高電平，為電解電容CD充電；當Line低電平狀態時，電壓控制開關元件關斷，電解電容CD所存儲電能為傳感器內各單元提供維持其工作的工作電流，此時開關元件已將電源供電單元3與通訊線路斷開，以保證Line線的通訊功能不受任何影響。電源供電單元3的輸入端并連設有由穩壓管DW構成的保護電路4，當連接線Line與地線GND間的電壓超過規定電源電壓時，DW反向擊穿導通將電壓鉗位，當連接線Line與地線GND間的電壓反向時，DW正向導通短路，從而達到保護傳感器內部電路的目的。
權利要求1.一種可直讀力的振弦傳感器，其特征在于可直讀力的振弦傳感器，包括有振弦傳感單元(1)、單片機處理單元(2)和電源供電單元(3)；一傳輸線(Line)既作為單片機處理單元的半雙工串行數據通訊傳輸線同時還作為電源供電單元的電源輸入線，該傳輸線(Line)與振弦傳感單元的傳感信號傳輸線和公共地線，作為一組用于與外部儀表(9)聯接的傳輸線；其電源供電單元(3)是由電壓控制開關元件與電解電容(CD)構成的電源回路，電解電容的正極端引出線作為供各單元工作的電源端。
2.根據權利要求1所述的可直讀力的振弦傳感器，其特征在于單片機處理單元(2)是由單片機芯片(20)和其存儲單元(21)連接構成。
3.根據權利要求1所述的可直讀力的振弦傳感器，其特征在于其單片機處理單元與外部儀表的通訊接口是由單片機芯片的通訊接口TXD、RXD作為雙工I/O通訊接口與外部儀表連接。
4.根據權利要求1所述的可直讀力的振弦傳感器，其特征在于其單片機處理單元與外部儀表的通訊接口是由單片機芯片單一I/O接口作為與外部儀表連接的半雙工數據通訊連接線。
5.根據權利要求1所述的可直讀力的振弦傳感器，其特征在于電源供電單元(3)中的電壓控制開關元件選用開關二極管(D)、開關三極管(T)、可控硅或繼電器其中之一種。
6.根據權利要求1、2、3或4所述的可直讀力的振弦傳感器，其特征在于單片機處理單元(2)的單片機芯片為具有增強型UART通訊功能的P87LPC76X系列單片機芯片。
7.根據權利要求1所述的可直讀力的振弦傳感器，其特征在于在傳輸線(Line)與地線之間并連設有由穩壓管(DW)構成的保護電路(4)。
專利摘要本實用新型的技術方案在解決振弦傳感器自身所存在的變送輸出電信號與被測物理量之間轉換一致性差、難以在監測現場第一時間直接測讀壓力、每一傳感器無統一零值直觀反應被測物理量零基準點等技術問題的基礎上，還要克服傳感器內部電子裝置結構構成復雜、設置電源電纜和通訊電纜使接線觸點增多而出現的一系列技術弊病，提出了一種可直讀力的振弦傳感器，本技術將內嵌于傳感器單片機處理單元的半雙工串行數據通訊傳輸線同時作為電源供電單元的電源輸入線，電源供電單元為各組成單元提供工作電源。本技術方案內嵌式單片機處理單元與外部儀表形成了主從檢測工作形式，不僅使單片機處理單元極為簡化，而且供電電纜和數據通訊電纜為一線接口設計，電纜芯線數量減少，確保了傳感儀器工作的高可靠性。
文檔編號G01L1/00GK2762070SQ200520088859
公開日2006年3月1日 申請日期2005年1月6日 優先權日2005年1月6日
發明者楊毅 申請人:楊毅