CN109579943A - 一种液面探测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种液面探测装置及方法,包括取样针、振荡电路和频率检测电路,所述的取样针的信号输出端连接振荡电路的信号输入端,所述的振荡电路的信号输出端连接频率检测电路的信号输入端,所述频率检测电路的信号输出端为液面探测装置的信号输出端;方法为通过检测取样针的输出信号的频率进行液面探测。其优点在于:具有检测精度高,抗干扰能力强的优点,同时简化了装置的电路设计,降低了电路成本和电路的复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及液面探测,具体涉及一种液面探测装置及方法。
背景技术
在生物、化学、医疗分析领域,分析仪器需要通过一种所示的取样针(加样针),现有的检测方法是通过电容-电压转换检测检测处理并发出信号。当取样针接触到液体时,取样针从而引起输出信号电压产生变化,经过电路进行处理后发出脉冲信号。该检测方法的检测电路的结构如图5所示。
上述的检测方法中,取样针根据液面变化产生电容变化,然后将电容变化转化为电压变化得到电压信号。将电压信号经过电路处理后得到脉冲信号。
在实际使用中,取样针的电容值往往是在30pF左右,而在液体量比较少的时候,加样针接触到液面后所产生的差值不超过1pF,这是一个微小的量的变化。
受该电路所限,该电压的变化也比较小,为了处理该微弱的信号,必须引入如图5所示的锁相环电容-电压转换电路、滤波电路、比较器电路等,滤波电路会导致信号反应慢,比较器门限设置不够灵活。加样针的运动以及抽取液体都需要电机,水泵等的参与。这两种器件是主要的电磁干扰来源,会对锁相环电路比较器电路产生影响。输出信号的波形如图6所示。由该图可以看出上述方法中的有效信号掺杂了大量的干扰信号,不利于对检测信号的判断。
综上所述,现有的检测方法存在着灵敏度和抗干扰性的矛盾,提高检测灵敏度的同时会导致仪器的抗干扰性降低,影响检测结果。而提高仪器的抗干扰性则会导致灵敏度降低,无法检测到较少的液体量。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题,本发明目的在于提供一种液面探测装置及方法。本发明的检测精度高,抗干扰能力强,同时简化了电路结构。
本发明所述的一种液面探测装置,包括取样针、振荡电路和频率检测电路,所述的取样针的信号输出端连接振荡电路的信号输入端,所述的振荡电路的信号输出端连接频率检测电路的信号输入端,所述频率检测电路的信号输出端为液面探测装置的信号输出端。
优选地,所述的振荡电路为555振荡电路,所述的555振荡电路包括555芯片、调节电阻和调节电容,所述的555芯片包括放电引脚、阈值引脚和触发引脚,所述的放电引脚通过调节电阻短接阈值引脚,所述的阈值引脚短接触发引脚后的公共端经过调节电容连接模拟地,所述的取样针的信号输出端连接阈值引脚。
优选地,所述的频率检测电路包括MCU、第一档位开关和第二档位开关,所述的第一档位开关和第二档位开关分别连接MCU的两个档位引脚,还包括用于短接第一档位开关和第二档位开关的跳线帽。
一种液面探测方法为通过检测取样针的输出信号的频率进行液面探测。
优选地,取样针探测液面生成信号并输入到振荡电路中,振荡电路将取样针输入的信号转化为振荡信号输出到频率检测电路中,频率检测电路检测振荡信号的频率;当所述的频率低于空载频率且单位时间内的波动幅度大于阈值,判定液面处于清洗状态;当所述的频率低于空载频率且单位时间内的波动幅度小于阈值,判定液面处于接触状态,所述的空载频率为取样针未接触液面时的稳态频率。
优选地,通过跳线帽短接第一档位开关和第二档位开关设置频率检测电路的灵敏度。
优选地,将所述的取样针的信号输出端并接调节电阻和调节电容,通过设置调节电阻的电阻值和调节电容的电容值设置取样针探测的灵敏度。
本发明所述的一种液面探测装置及方法,其优点在于:
1、本发明相对于传统的检测仪器,无需设置锁相环电路及比较器电路,使本发明不会受到电机、水泵等电磁干扰来源的干扰。本发明具有更高的抗干扰能力,同时解决了传统仪器的灵敏度与抗干扰能力的矛盾问题,在保有强抗干扰能力的同时,具有高检测精度。
2、简化了装置的电路设计,降低了电路成本和电路的复杂度。具有低成本、高稳定性、检测范围大和更易安装调试的优点。
附图说明
图1是本发明所述一种液面探测装置的结构示意图;
图2是本发明所述一种液面探测装置的振荡电路的电路示意图;
图3是本发明所述一种液面探测装置的频率检测电路的电路示意图;
图4是本发明所述一种液面探测装置的频率检测电路所检测的频率的脉冲信号个数-时间图;
图5是现有技术中基于锁相环电路的探测电路的电路示意图;
图6是图5所示的电路的输出信号波形图;
图7是本发明所述一种液面探测装置的频率检测电路的输出信号波形图。
附图标记说明:1-取样针,2-振荡电路,3-频率检测电路,R3-调节电阻,C3-调节电容。
具体实施方式
如图1所示,本发明所述的一种液面探测装置,包括取样针1、振荡电路2和频率检测电路3,所述的取样针1的信号输出端连接振荡电路2的信号输入端,所述的振荡电路2的信号输出端连接频率检测电路3的信号输入端。
本发明的工作原理为:采用振荡电路2将取样针1作为传感器,组成振荡回路,并输出振荡信号给频率检测电路3,当取样针1碰触到液体时,振荡信号的频率发生变化,频率检测电路3检测到频率变化从而判断接触到液体,并且根据所设置的档位进行判断,输出检测信号。
所述的振荡电路2可以为现有技术中的各种555振荡电路。所述的555振荡电路包括555芯片、调节电阻R3和调节电容C3,所述的555芯片包括放电引脚、阈值引脚和触发引脚,所述的放电引脚通过调节电阻R3短接阈值引脚,所述的阈值引脚短接触发引脚后的公共端经过调节电容C3连接模拟地,所述的取样针的信号输出端连接阈值引脚。555振荡电路易于实现,信号传输稳定。本发明的振荡电路可以选用但不局限于555振荡电路。555振荡电路的电路结构如图2所示,主要由555模拟定时器加***电路组成,该电路将取样针作为传感器。当取样针没有接触到液体时,其自身可以被视为一个微小的电容器,该电容器与本电路组成一个振荡器,并输出一个固定频率的信号,该固定频率即为空载频率。当取样针与液体接触时,液体会导致取样针自身的电容发生微弱的变化。从而电路的输出频率发生变化,通过MCU实时检测该频率变化,即可判断出取样针与液体发生接触。振荡器的输出频率及周期的计算公式如下所示:
周期T=1.386×R×C
R:振荡器的充放电电阻,即为图2中的调节电阻R3
C:振荡器的充放电电容是图2中的调节电容C3和取样针电容并联组成的等效电容。当取样针接触液体前后,频率发生变化,可以通过测量频率值进行对比从而判断出是否有接触液体。
调节电容C3可以调节振荡电路的输出频率,避免输出频率过高导致MCU检测不到,调节电容C3越大,取样针灵敏度越低,调节电容C3越小,取样针灵敏度越高。
振荡电路中的调节电阻R3,调节电容C3的参数,可以根据取样针接触液体的电容变化来选取,灵活设置。
所述的频率检测电路3包括MCU、第一档位开关和第二档位开关,所述的第一档位开关和第二档位开关连接MCU的两个档位引脚,还包括用于短接第一档位开关和第二档位开关的跳线帽。
如图3所示的频率检测电路3主要由MCU,晶振电路,复位电路组成,其中JP1,JP2作为档位选择开关,可以通过跳线帽短接第一档位开关JP1,第二档位开关JP2从而设定触发的阈值,选择合适的灵敏度,为用户提供灵活度。复位电路和晶振电路分别连接MCU的4号和5号引脚,振荡信号从MCU的16号引脚输入,图中振荡信号用T1表示。频率检测电路中使用的MCU型号为N76E003,能够作为频率检测的MCU是有很多个型号的,使用其它型号的MCU也可以完成频率检测的功能。
一种液面探测方法为通过检测取样针1的输出信号的频率进行液面探测。
取样针1探测液面生成信号并输入到振荡电路2中,振荡电路2将取样针1输入的信号转化为振荡信号输出到频率检测电路3中,频率检测电路3检测振荡信号的频率;当所述的频率低于空载频率且单位时间内的波动幅度大于阈值,判定液面处于清洗状态;当所述的频率低于空载频率且单位时间内的波动幅度小于阈值,判定液面处于接触状态,所述的空载频率为取样针1未接触液面的稳态频率。该阈值为振荡信号的频率的波动幅度阈值。
取样针与振荡电路输出稳定的方波,所输出的方波的波形图如图7所示,由图7可知,本发明所输出的方波中未出现干扰信号。将图7与图6对比,明显得出本发明的输出信号的方波不存在干扰信号,更有利于输出信号的判断。以当前的参数为例,将取样针与振荡电路输出设定在380K左右,当取样针接触到少量的液体时,产生的频率变化大约为500Hz以上,当液体量越多时,电容变化越大,频率变化越大。为了提高检测的实时性,采用10ms一次的采样周期。第一个10ms将会采集到3800个脉冲,当接触到液体时,采集到3795个脉冲。脉冲的变化值为5以上时,当MCU检测到稳定的变化后,输出信号即可。实时检测得到的频率的脉冲信号个数-时间图像如图4所示。相比较于电压的变化的易受干扰,频率的检测则不容易受到干扰。并且利用MCU善于处理数字逻辑的优点,也可以在软件上对异常采样进行滤除。
对于本领域的技术人员来说,可根据以上描述的技术方案以及构思,做出其它各种相应的改变以及形变,而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种液面探测装置,其特征在于,包括取样针(1)、振荡电路(2)和频率检测电路(3),所述的取样针(1)的信号输出端连接振荡电路(2)的信号输入端,所述的振荡电路(2)的信号输出端连接频率检测电路(3)的信号输入端,所述频率检测电路的信号输出端为液面探测装置的信号输出端。
2.根据权利要求1所述一种液面探测装置,其特征在于,所述的振荡电路(2)为555振荡电路,所述的555振荡电路包括555芯片、调节电阻(R3)和调节电容(C3),所述的555芯片包括放电引脚、阈值引脚和触发引脚,所述的放电引脚通过调节电阻(R3)短接阈值引脚,所述的阈值引脚短接触发引脚后的公共端经过调节电容(C3)连接模拟地,所述的取样针的信号输出端连接阈值引脚。
3.根据权利要求1所述一种液面探测装置,其特征在于,所述的频率检测电路(3)包括MCU、第一档位开关和第二档位开关,所述的第一档位开关和第二档位开关分别连接MCU的两个档位引脚,还包括用于短接第一档位开关和第二档位开关的跳线帽。
4.一种应用权利要求1-3任一所述液面探测装置的方法,其特征在于,通过检测取样针(1)的输出信号的频率进行液面探测。
5.根据权利要求4所述一种液面探测方法,其特征在于,取样针(1)探测液面生成信号并输入到振荡电路(2)中,振荡电路(2)将取样针(1)输入的信号转化为振荡信号输出到频率检测电路(3)中,频率检测电路(3)检测振荡信号的频率;当所述的频率低于空载频率且单位时间内的波动幅度大于阈值,判定液面处于清洗状态;当所述的频率低于空载频率且单位时间内的波动幅度小于阈值,判定液面处于接触状态,所述的空载频率为取样针(1)未接触液面时的稳态频率。
6.根据权利要求5所述一种液面探测方法,其特征在于,通过跳线帽短接第一档位开关和第二档位开关设置频率检测电路(3)的灵敏度。
7.根据权利要求5所述一种液面探测方法,其特征在于,将所述的取样针(1)的信号输出端并接调节电阻(R3)和调节电容(C3),通过设置调节电阻(R3)的电阻值和调节电容(C3)的电容值设置取样针(1)探测的灵敏度。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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