专利名称：一种液面变送器信号处理模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种测量模块，具体的说是用于电容液位传感器，用来精确测量 电容值的液面变送器信号处理模块。
背景技术：
现有的用于电容液位传感器的液面变送器信号处理模块的框图如图1所示，方形 波激励信号电路产生方形波，被驱动增强电路增强，并发送到被测液体，由探极接收信号并 传送给信号放大电路，经信号放大之后传送到半波整流电路，再传送到积分电路。其缺点如 下1.激励信号采用方形波，为了提高其驱动能力，方形波的最高电平直接采用了系 统电源，例如+5V，输出激励信号的幅值为0 +5V、占空比为50%的方形波信号，因为系统 的电源的往往波动比较大，因此造成驱动电平不稳定，从而使得反馈信号的电压变化比较 大，由此也就影响了测量的精度；2.现有的液面变送器信号处理模块缺少带通滤波电路，由于工业现场的干扰比较 大，如果对采集的信号不进行滤波处理的话，那么干扰信号就会被接收并放大，这样就会使 得真正的信号被噪声所严重干扰，显然也会降低系统的测量精度也会降低系统的稳定性；3.现有液面变送器信号处理模块的激励信号往往是由模拟电路搭建，随着温度的 变化，信号的频率和幅值都会发生明显变化，由此也会影响测量精度。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种改进的液面变送器信号处理模块，实 现激励信号的平稳输出以及对接收信号测量精度的有效提升。本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下一种液面变送器信号处理模块， 包括信号发生电路和信号接收处理电路，所述信号发生电路包括相互连接的正弦波激励信 号电路和驱动增强电路，所述信号接收处理电路包括顺次连接的探极、信号初级放大电路、 带通滤波电路、可变增益信号放大电路、绝对值电路、积分电路和反向比例放大电路；所述信号发生电路中，通过正弦波激励信号电路产生正弦波信号经驱动增强电路 进行放大，并通过被测液体传送给信号接收处理电路中的探极进行接收；所述信号接收处理电路中，探极将接收到的信号传送给信号初级放大电路进行初 级放大，经过放大的信号通过带通滤波电路进行滤波，滤波之后的信号通过可变增益信号 放大电路进行进一步放大增益，并通过绝对值电路将电压为负的信号取正后发送给积分电 路，通过积分电路将信号转换为幅值稳定的直流信号，并通过反向比例放大电路将负电压 信号转换成正电压信号，并最终将信号传送给AD采集器进行信号分析。本实用新型的有益效果是与现有的用于电容液位传感器的液面变送器信号处理 模块相比，增加了带通滤波器，从而有效的滤除信号的干扰信号，提高了系统的稳定性；增 加了可变增益信号放大电路，当测量介质发生了变化时，可根据需要通过可变增益信号放大电路增加或者减小信号的放大倍数，以保证测量精度的要求；与现有的用于电容液位传 感器的液面变送器信号处理模块相比，不再采用半波整流电路，而采用绝对值电路将信号 的负电压信号变成正电压信号，从而保留了原有信号中的负电压信息，进而提高了测量精度。在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。进一步，所述正弦波激励信号电路包括DDS芯片，所述正弦波由DDS芯片产生。采用上述进一步方案的有益效果是，采用DDS芯片作为信号源，很大程度的提高 了信号的频率和幅值的稳定，同时温漂也比较小。进一步，所述可变增益信号放大电路包括运算放大器和信号选通开关芯片，所述 运算放大器和信号选通开关芯片之间组成反馈电路，通过控制信号选通开关芯片引脚的高 低电瓶实现运算放大器对信号的放大倍数。采用上述进一步方案的有益效果是，电路实现简单，控制方便，采用运算放大器和 信号选通开关芯片组合方式替代实现同样功能的可变增益运放芯片，成本低廉。进一步，所述信号选通开关芯片为MC14051型芯片或者其他可以实现同样功能的
-H-· I I心片。

[0017]图1为现有的用于电容液位传感器的液面变送器信号处理模块的逻辑框图[0018]图2为本实用新型液面变送器信号处理模块逻辑框图；[0019]图3为本实用新型中的信号初级放大电路图；[0020]图4为本实用新型中的带通滤波电路图；[0021]图5为本实用新型中的可变增益信号放大电路图；[0022]图6为本实用新型中的绝对值电路图；[0023]图7为本实用新型中的积分电路图；[0024]图8为本实用新型中的反相比例放大电路。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用 新型，并非用于限定本实用新型的范围。如图2所示，本实用新型液面变送器信号处理模块，包括信号发生电路和信号接 收处理电路，信号发生电路包括相互连接的正弦波激励信号电路1和驱动增强电路2，信号 接收处理电路包括依次连接的探极4、信号初级放大电路5、带通滤波电路6、可变增益信号 放大电路7、绝对值电路8、积分电路9和反向比例放大电路10。其中，正弦波激励信号电路 1产生正弦波信号并传送给驱动增强电路2;驱动增强电路2将接收到的正弦波信号进行放 大并通过被测液体3传送给探极4 ；探极4将探测到的信号传送给与其连接的信号初级放 大电路5 ；信号初级放大电路5将接收到的信号进行初级放大并传送给带通滤波电路6 ；带 通滤波电路6将接收到的信号进行滤波，将其中的干扰信号滤除后，将信号传送给可变增 益信号放大电路7 ；可变增益信号放大电路7将接收到的信号进行放大增益，并将放大增益 后的信号传送给绝对值电路8 ；绝对值电路8将接收到的信号取绝对值并传送给积分电路9 ；积分电路9将接收到的信号转换为直流信号；由于积分电路9转换后的直流信号为负电 压信号，所以，通过反向比例放大电路10将直流信号转换成正电压信号，并发送给AD采集 器11进行数据分析。本实用新型中的正弦波激励信号电路1中包含有DDS芯片，正弦波信号由DDS芯 片产生，采用DDS芯片产生的正弦波信号，其频率和幅度均比较稳定，受到系统电源波动的 影响很小，并且温漂也比较小，本实施方式中的DDS芯片采用了 AD公司的AD9834芯片来产 生正弦波激励信号。由于DDS芯片所产生的正弦波信号的电压幅值比较低，例如对于AD9834芯片来 说，其产生的正弦波信号的峰值最大为300 mV，显然驱动能力是不够的，因此需要通过驱动 增强电路2来增强其驱动能力，驱动增强电路2是先通过运放将正弦波信号放大到峰峰值 为9V，再通过跟随器将正弦波信号的驱动能力进一步提高。经过驱动增强电路2之后的信 号便通过被测液体3发往探极4，通过探极4进行接收。从电路角度来说，被测液体3和探极4共同组成了一个可变电容，而被测液体3的 液位高度的变化，将直接导致可变电容的电容值的变化，从而通过测量该可变电容的电容 值即可实现对液位高度的判断。如图3所示，为本实用新型中的信号初级放大电路5的电路示意图，其中可变电容 Cx即为前述中被测液体3和探极4共同组成的可变电容，由于可变电容Cx的电容值的变化 将导致电路中的电信号的变化，因此通过该信号初级放大电路5以及其后的各功能电路对 电路中信号的滤波、放大等操作既可以得到非常理想的液位信息，具体来说，如图3中，可 变电容Cx连接于运算放大器TOC的负向输入端，耦合电容Cs连接于运算放大器TOC的负 向输入端和输出端之间，输入电压Ui为激励信号，输出的电压为U。，由运算放大器的原理可 知
权利要求一种液面变送器信号处理模块，包括信号发生电路和信号接收处理电路，其特征在于，所述信号发生电路包括相互连接的正弦波激励信号电路和驱动增强电路，所述信号接收处理电路包括顺次连接的探极、信号初级放大电路、带通滤波电路、可变增益信号放大电路、绝对值电路、积分电路和反向比例放大电路；所述信号发生电路中，通过正弦波激励信号电路产生正弦波信号经驱动增强电路进行放大，并通过被测液体传送给信号接收处理电路中的探极进行接收；所述信号接收处理电路中，探极将接收到的信号传送给信号初级放大电路进行初级放大，经过放大的信号通过带通滤波电路进行滤波，滤波之后的信号通过可变增益信号放大电路进行进一步放大增益，并通过绝对值电路将电压为负的信号取正后发送给积分电路，通过积分电路将信号转换为直流信号，并通过反向比例放大电路将负电压信号转换成正电压信号，并最终将信号传送给AD采集器进行信号分析。
2.根据权利要求1所述的液面变送器信号处理模块，其特征在于所述正弦波激励信 号电路包括DDS芯片，所述正弦波由DDS芯片产生。
3.根据权利要求1所述的液面变送器信号处理模块，其特征在于所述可变增益信号 放大电路包括运算放大器和信号选通开关芯片，所述运算放大器和信号选通开关芯片之间 组成反馈电路，通过控制信号选通开关芯片引脚的高低电瓶实现运算放大器对信号的放大 倍数。
4.根据权利要求3所述的液面变送器信号处理模块，其特征在于所述信号选通开关 芯片为MC14051型芯片。
专利摘要本实用新型涉及一种测量模块，具体是用于电容液位传感器，用来精确测量电容值的液面变送器信号处理模块。与现有的液面变送器信号处理模块相比，本实用新型的信号激励电路中，采用专用的DDS芯片作为信号源，很大程度的提高了信号的频率和幅值的稳定；增加了带通滤波器，从而有效的滤除信号的干扰信号，提高了系统的稳定性；增加了可变增益信号放大电路，当测量介质发生了变化时，可根据需要通过可变增益信号放大电路增加或者减小信号的放大倍数，以保证测量精度的要求；并且不再采用现有的液面变送器信号处理中的半波整流电路，而采用绝对值电路将信号的负电压信号变成正电压信号，从而保留了原有信号中的负电压信息，进而提高了测量精度。
文档编号G01F23/26GK201716078SQ20102026937
公开日2011年1月19日 申请日期2010年7月23日 优先权日2010年7月23日
发明者侯志刚 申请人:北京昆仑海岸传感技术中心