技术领域
[0001] 本
申请涉及液体计量、气体计量等
流体计量领域，具体而言，涉及一种直接激励式角位传感计量装置。
背景技术
[0002] 当前检测液体或气体的流速或流量时，通常是基于液体或气体流动带动机械部件转动，通过机械部件的转动速率来计算液体或气体的流速或流量。
[0003] 具体的，
现有技术中，在距离
转子的预设
位置处放置
永磁体，并在永磁体转动路径上方放置
磁性传感器，将
磁场状态变化转为电
信号。但是，该方法中，外部的磁场很强时，会干扰磁性传感器的正常作业，导致计量结果的准确性很差。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本申请
实施例的目的在于提供一种直接激励式角位传感计量装置，能够防止外部磁场的干扰，精确的计量液体、气体的流速或流量。
[0005] 在一些实施例中，本申请实施例提供了一种直接激励式角位传感计量装置，其中，包括
连接杆(11)、圆盘(12)、印刷
电路板PCB(13)、金属片(14)和电源；其中，所述连接杆(11)的一端固定在所述圆盘(12)的圆心上，所述连接杆(11)的另一端与待测量装置连接；所述金属片(14)固定在所述圆盘(12)上，且所述金属片(14)的边缘所在的直线与所述连接杆(11)所在的直线相交；所述PCB(13)与所述圆盘(12)平行间隔设置；所述PCB(13)与所述电源电连接；
[0006] 所述PCB(13)包括线圈层(131)和元件层(132)；其中，所述线圈层(131)由多个感应线圈构成，且构成的形状与所述圆盘(12)相同；所述元件层(132)上设置有用于采集信号的
采样电路(15)；所述线圈层(131)中的每个感应线圈的一端均与所述采样电路(15)电连接；所述线圈层(131)中的每个感应线圈的另一端均互相连接，且形成的连接点的物理位置位于所述连接杆(11)所在的直线上。
[0007] 在一些实施例中，所述计量装置中，所述PCB(13)还包括圆形
铜箔
地层(133)和布线层(134)；
[0008] 所述线圈层(131)位于靠近所述圆盘(12)的位置，所述布线层(134)位于所述线圈层(131)远离所述圆盘(12)的一侧，所述圆形铜箔地层(133)位于所述布线层(134)远离所述线圈层(131)的一侧，所述元件层(132)位于所述圆形铜箔地层(133)远离所述布线层(134)的一侧。
[0009] 在一些实施例中，所述计量装置中，所述采样电路(15)包括多个
电阻器，其中，每个
电阻器的一端与一个感应线圈的一端电连接。
[0010] 在一些实施例中，所述计量装置中，所述采样电路(15)还包括激励源电路(151)、激励放大电路(152)和采样驱动电路(153)；
[0011] 其中，所述激励源电路(151)和所述激励放大电路(152)电连接；所述激励放大电路(152)和所述采样驱动电路(153)电连接，每个感应线圈的另一端均与所述激励放大电路(152)电连接。
[0012] 在一些实施例中，所述计量装置中，所述采样电路(15)还包括采样切换电路(154)；
[0013] 所述采样切换电路(154)与所述采样驱动电路(153)电连接；所述采样切换电路(154)与多个电阻器中每个电阻器的另一端电连接。
[0014] 在一些实施例中，所述计量装置中，所述采样电路(15)还包括
单片机(155)；
[0015] 所述激励源电路(151)、所述采样驱动电路(153)、所述采样切换电路(154)均与所述单片机(155)电连接。
[0016] 在一些实施例中，所述计量装置中，所述采样电路(15)还包括第一电容(156)；
[0017] 其中，所述第一电容(156)的正极端与所述激励放大电路(152)电连接；所述第一电容(156)的负极端与每个感应线圈的另一端电连接。
[0018] 在一些实施例中，所述计量装置中，所述采样电路(15)还包括第二电容(157)、第三电容(158)、第一固定电阻(159)、第二固定电阻(160)；
[0019] 所述第一固定电阻(159)的一端与所述单片机(155)的第一
接口电连接；所述第二固定电阻(160)的一端与所述单片机(155)的第二接口电连接；
[0020] 所述采样切换电路(154)、所述第二电容(157)的一端与所述第一固定电阻(159)的另一端电连接；所述采样切换电路(154)、所述第三电容(158)的一端与所述第二固定电阻(160)的另一端电连接；所述第二电容(157)的另一端、所述第三电容(158)的另一端均接地。
[0021] 在一些实施例中，所述计量装置中，所述单片机(155)包括比较器(1551)；
[0022] 所述采样切换电路(154)、所述第二电容(157)的一端、所述第一固定电阻(159)的另一端均与所述比较器(1551)的第一输入端电连接；
[0023] 所述采样切换电路(154)、所述第三电容(158)的一端、所述第二固定电阻(160)的另一端均与所述比较器(1551)的第二输入端电连接。
[0024] 在一些实施例中，所述计量装置中，所述单片机(155)根据所述圆盘(12)的转速确定所述采样电路(15)采集信号的时间间隔。
[0025] 本申请实施例提供的一种直接激励式角位传感计量装置，包括连接杆(11)、圆盘(12)、印刷
电路板PCB(13)、金属片(14)和电源；其中，连接杆(11)的一端固定在圆盘(12)的圆心上，连接杆(11)的另一端与待测量装置连接；金属片(14)固定在圆盘(12)上，且金属片(14)的边缘所在的直线与连接杆(11)所在的直线相交；PCB(13)与圆盘(12)平行间隔设置；PCB(13)与电源电连接；PCB(13)包括线圈层(131)和布线层(132)；其中，线圈层(131)由多个感应线圈构成，且构成的形状与圆盘(12)相同；元件层(132)上设置有用于采集信号的采样电路(15)；线圈层(131)中的每个感应线圈的一端均与采样电路(15)电连接；线圈层(131)中的每个感应线圈的另一端均互相连接，且形成的连接点物理位置位于连接杆(11)所在的直线上。本申请实施例提供的直接激励式角位传感计量装置，能够防止外部磁场的干扰，精确的计量液体、气体的流速或流量。
[0026] 为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附
附图，作详细说明如下。
附图说明
[0027] 为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0028] 图1示出了本申请实施例所提供的一种直接激励式角位传感计量装置的结构示意图；
[0029] 图2示出了本申请实施例所提供的一种直接激励式角位传感计量装置中的线圈层的结构示意图；
[0030] 图3示出了本申请实施例所提供的一种直接激励式角位传感计量装置中的圆形铜箔地层的结构示意图；
[0031] 图4示出了本申请实施例所提供的一种直接激励式角位传感计量装置中的采样电路的示意图；
[0032] 图5示出了本申请实施例所提供的一种直接激励式角位传感计量装置进行采样时产生的脉冲信号图。
具体实施方式
[0033] 为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的
选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0034] 如图1所示，为本申请实施例提供的直接激励式角位传感计量装置，包括连接杆(11)、圆盘(12)、印刷电路板PCB(13)、金属片(14)和电源。
[0035] 其中，连接杆(11)的一端固定在圆盘(12)的圆心上，连接杆(11)的另一端与待测量装置连接，在待检测装置中的液体或气体流动时，连接杆(11)会带动圆盘(12)绕其所在的直线进行转动，根据液体或气体的流向，连接杆(11)确定自身转动方向，在液体或气体的流向为顺
时针时，连接杆(11)会带动圆盘(12)按照F1(顺时针)的方向进行转动；在液体或气体的流向为逆时针时，连接杆(11)会带动圆盘(12)按照F2(逆时针)的方向进行转动。
[0036] 进一步的，金属片(14)固定在圆盘(12)上，本申请实施例提供的图1中所示出的金属片(14)为半圆的形状，也即，为圆盘(12)的一半，在实际应用中，金属片(14)的形状和大小均可以根据需求进行设置，并不限定于图1中示出的形状和大小。其中，金属片(14)的边缘所在的直线与连接杆(11)所在的直线相交。
[0037] 进一步的，PCB(13)与圆盘(12)平行间隔设置，且连接杆(11)所在的直线经过PCB(13)的中心部分；PCB(13)与电源电连接；电源为PCB(13)提供电量，本申请实施例中以计量装置的实际运行
电压为稳压3V为例进行详细阐述。
[0038] 在具体实施中，PCB(13)包括线圈层(131)和元件层(132)；其中，线圈层(131)的结构示意图如图2所示，具体的，线圈层(131)由多个感应线圈构成(其中，感应线圈的圈数可根据实际需求进行增减)，且构成的形状与圆盘(12)相同；例如，图2中示意的线圈层(131)中包括4个感应线圈：感应线圈A、感应线圈B、感应线圈C、感应线圈D，每个感应线圈形成的形状相同，且均为90°的扇形。本申请实施例中未将元件层(132)在附图中进行示出；元件层(132)上设置有用于采集信号的采样电路(15)；线圈层(131)中的每个感应线圈的一端均与采样电路(15)电连接，也即，图2中感应线圈A的采样抽头1、感应线圈B的采样抽头2、感应线圈C的采样抽头3、感应线圈D的采样抽头4均与采样电路(15)电连接；线圈层(131)中的每个感应线圈的另一端均互相连接，且形成的连接点的物理位置(也即图2中的0点)位于连接杆(11)所在的直线上，值得说明的是，该连接点为直接激励点，同样与采样电路(15)电连接。
[0039] 这里，感应线圈的个数直接影响金属片(14)的大小，具体的，金属片(14)的大小为两个感应线圈对应的大小，例如，本申请实施例中图2示意线圈层(131)包括四个感应线圈，每个感应线圈均为90°的扇形，对应的，本申请实施例中的金属片(14)为半圆，也即180°的扇形。
[0040] PCB(13)还包括圆形铜箔地层(133)和布线层(134)；其中，圆形铜箔地层(133)的示意图为图3，布线层(134)未在本申请实施例的附图中示出。
[0041] 线圈层(131)位于靠近圆盘(12)的位置，布线层(134)位于线圈层(131)远离圆盘(12)的一侧，可以隔离上层金属，屏蔽上层金属晃动对线圈层(131)造成的干扰，圆形铜箔地层(133)位于布线层(134)远离线圈层(131)的一侧，元件层(132)位于圆形铜箔地层(133)远离布线层(134)的一侧。
[0042] 如图4所示，为采样电路(15)包括多个相等电阻值的电阻器(如图示出的R1、R2、R3、R4)，其中，每个电阻器的一端与一个感应线圈的一端(分别与采样抽头1、采样抽头2、采样抽头3、采样抽头4)电连接。每个电阻器的另一端接地。
[0043] 采样电路(15)还包括激励源电路(151)、激励放大电路(152)和采样驱动电路(153)；其中，激励源电路(151)和激励放大电路(152)电连接；激励放大电路(152)和采样驱动电路(153)电连接，每个感应线圈的另一端均与激励放大电路(152)电连接。
[0044] 采样电路(15)还包括第一电容(156)；其中，第一电容(156)的正极端与激励放大电路(152)电连接；第一电容(156)的负极端与每个感应线圈的另一端电连接。
[0045] 在具体应用中，激励源电路(151)为微分电路，激励源电路(151)产生
激励信号，并且该激励信号为约80ns-150ns时间宽度，幅值约为1v的下降沿尖冲，之后，激励源电路(151)将产生的激励
信号传输至激励放大电路(152)。
[0046] 考虑到
逻辑门器件因具有上，下降沿翻转时间及mA级带负载能
力，因此，利用
逻辑门器件组成激励放大电路(152)和采样驱动电路(153)。结合图5，激励放大电路(152)在接收到激励源电路(151)传输的激励信号之后，将激励信号进行放大，在激励放大电路(152)的输出端，也即在第一电容(156)的正极端，最高可以产生+3V对地的10ns-40ns(图5中t)下降沿尖冲Vc1+(如图5中第一电容(156)的正极端
波形图)；第一电容(156)的负极端，也即，每个感应线圈的另一端(也即图2中的0点)产生低于0v的负电平尖冲Vc1-，该处电平幅值最低可达-3v(如图5中第一电容(156)的负极端波形图)，其中，尖冲电平的幅值由图4中的电阻器确定，Vc1+与Vc1-的幅值通常取150mv-250mv之间。
[0047] 本申请实施例中，通过激励源电路(151)产生激励信号，直接激励于多个感应线圈进行谐振并采样，相比于利用初级线圈激励和次级线圈被感应式谐振和采样，生产成本有所降低，提高了生产效率；并且，由于本申请实施例提供的计量装置仅需设置多个感应线圈，也即，没有初级线圈占用线圈层(131)的空间，因此，可将每个感应线圈的线径及线间距离加大，达到提高产生合格率的目的，也避免了初级线圈在将
能量传递至次级线圈时产生的能量损耗，提高了能效转换。
[0048] 本申请实施例中的线圈层(131)包括4个感应线圈，可以将任意两个感应线圈作为一对感应线圈，剩余的两个感应线圈为另一对感应线圈。具体的，一对感应线圈中的两个感应线圈可以是相邻的，例如感应线圈A和感应线圈B作为一对感应线圈，感应线圈C和感应线圈D作为另一对感应线圈；另外，一对感应线圈中的两个感应线圈可以是相对的，例如感应线圈A和感应线圈C作为一对感应线圈，感应线圈B和感应线圈D作为另一对感应线圈，本申请实施例对此不做具体限定。
[0049] 考虑到线圈层(131)中包括两对感应线圈，每次采样判断需激励两次才能最终推算出金属片(14)的位置。其中，采样的时间间隔的设定取决于金属片(14)旋转的最高转速，也即，连接杆(11)的最高转速，优选的，采样的间隔时间为金属片(14)旋转的最高转速的四倍，才能确保有效采集到圆盘(12)在最高转速下的旋转，进而确定液体、气体的流速或流量。例如，圆盘(12)旋转一周的时间为100ms，采样间隔时间必须设置为25ms或更短的时间间隔，才能保证有效采样。
[0050] 如图4所示，采样电路(15)还包括采样切换电路(154)；采样切换电路(154)与采样驱动电路(153)电连接；采样切换电路(154)与多个电阻器中每个电阻器的另一端电连接。其中，采样切换电路(154)由三级管组成。
[0051] 在具体实施中，采样抽头1处产生的电压可由电阻器R1来进行调节，同样的，采样抽头2处产生的电压可由电阻器R2来进行调节，采样抽头3处产生的电压可由电阻器R3来进行调节，采样抽头4处产生的电压可由电阻器R4来进行调节。在实际应用中，通常会将电压选定到-150mv与-250mv之间，但本申请实施例并不限定于此。
[0052] 具体的，在金属片(14)处于线圈层(131)的正下方时，线圈层(131)的线圈谐振幅值降低，导致负电压
波动变化，将该负电压波动变化转变为
三极管的基极
电流Ib的变化，从而达到放大的目的。由于不同的三极管的放大系数会存在差异，因此，可选内含一对同型号三极管的元件来实现采样切换电路(154)的放大功能。
[0053] 在具体实施中，采样驱动电路(153)可以驱动采样电路(15)在一个采样周期内轮流采集一对线圈的谐振幅度，具体的，采样驱动电路(153)通过控制采样切换电路(154)的三极管集
电极使得其中一对三极管关闭，另一对三极管工作(采样切换电路(154)中包括两对三极管)，完成一对线圈采集后，关闭已采集的一对三极管，开启原来关闭的一对三极管。
[0054] 如图4所示，采样电路(15)还包括单片机(155)；激励源电路(151)、采样驱动电路(153)、采样切换电路(154)均与单片机(155)电连接。
[0055] 单片机(155)中可以预先设置控制指令，以便于控制激励源电路(151)开始或停止产生激励信号，并且，单片机(155)控制采样驱动电路(153)启动，驱动采样切换电路(154)进行采样。
[0056] 如图4所示，采样电路(15)还包括第二电容(157)、第三电容(158)、第一固定电阻(159)、第二固定电阻(160)。
[0057] 其中，第一固定电阻(159)的一端与单片机(155)的第一接口电连接；第二固定电阻(160)的一端与单片机(155)的第二接口电连接；采样切换电路(154)、第二电容(157)的一端与第一固定电阻(159)的另一端电连接；采样切换电路(154)、第三电容(158)的一端与第二固定电阻(160)的另一端电连接；第二电容(157)的另一端、第三电容(158)的另一端均接地。
[0058] 具体的，单片机(155)包括比较器(1551)；采样切换电路(154)、第二电容(157)的一端、第一固定电阻(159)的另一端均与比较器(1551)的第一输入端电连接；采样切换电路(154)、第三电容(158)的一端、第二固定电阻(160)的另一端均与比较器(1551)的第二输入端电连接。
[0059] 在具体实施中，在进行采样之前第二电容(157)、第三电容(158)处于饱满状态，在采样时，采样切换电路(154)将两个感应线圈的谐振电压进行转换，转换为放大后的负电流注入电容，之后，导致比较器(1551)的两个输入端的放电时间存在差异(将微小的电压变化转换为差异较为明显的放电时间)。当放电至比较器(1551)的两个输入端电平相等后，产生输出电平翻转；其中，从采样检测到翻转的时间长短可以被单片机(155)所检测并进行记录，由此，可以确定金属片(14)当前所在的位置，从而可以进一步的确定金属片(14)的转速和旋转周期，最终根据金属片(14)的转速和旋转周期确定液体、气体的流速或流量等。
[0060] 本申请实施例还提供了单片机(155)的一种判断机制，例如，在一个检测周期中的两次对线圈采样后。单片机(155)可把比较器(1551)翻转超过一定时间长度状态判定为1，低于某时间长度状态判定为0。其中，单片机两个IO端口分别输出正反向脉冲，当完成一次正转或反转一圈判断后，对应不同的IO端口输出一定时长的脉冲。
[0061] 本申请实施例给出如下简单状态机制的判断正反的转态顺序：
[0062] 正转：00 01 11 10；
[0063] 反转：00 10 11 01；
[0064] 当然，并不限定于上述判断机制，在实际应用中，可以制定与上述完全相反的判断机制，还可以制定更加复杂的判断机制。
[0065] 其中，根据上文记载，可以通过选定电阻器的阻值来调节采样电压(也即采样抽头1、采样抽头2、采样抽头3、采样抽头4处产生的电压)，在利用电阻器来调节负电压脉冲(-3v至0v)时，可以为采样切换电路(154)的放大和比较器(1551)提高采样
精度和
稳定性，有利于单片机(155)准确判断金属片(14)的当前位置。
[0066] 最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉
本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行
修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以
权利要求的保护范围为准。
