气压传感器及采用该传感器的冲击波信号监测及报警装置的制作方法

1.本发明涉及压力波监测领域，具体涉及一种气压传感器及采用该传感器的冲击波信号监测及报警装置。


背景技术：

2.目前用于冲击波信号检测装置内部的压力传感器大多采用国外的进口芯片作为前端冲击波信号的耦合单元，一般给出压力值，无脉冲报警信号输出。由此，使得该装置造价高，且运输周期长等问题。而国产压力传感器由于测量误差较低，大多不能满足测量误差要求。


技术实现要素：

3.针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种，解决问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
5.一种气压传感器，包括内部具有密闭腔体的硬质外壳，在硬质外壳上安装有一个中部具有冲击波信号进入孔的管接头，所述冲击波信号进入孔的一端与大气环境相连通，另一端与密闭腔体相连通；在密闭腔体内设有一个双压力传感器和电路板，所述双压力传感器上具有一个与冲击波信号进入孔相连通的进气口，用于检测从冲击波信号进入孔所进入的气压，并将所采集的两个压力测量值传递给电路板；所述电路板用于采集双压力传感器所发出的压力测量值，并将两压力测量值通过二元多次拟合后，得到最终压力数据，并根据该压力数据进行压力阈值判定，在超出正负压报警阈值时输出脉冲开关量信号；在壳体上还设有一插座，所述插座内置电源输入口和信号输出口，所述电源输入口与电路板的电源电路相接，为电路板供电，所述信号输出口与电路板的信号输出端相接，用于将电路板所传递的最终压力数据或脉冲开关量信号向外输出。这样，采用双压力传感器，能够在环境中气压从接线管处接入后，采集到两个压力测量值，然后，将两个压力测量值传递给电路板，经电路板进行二元多次拟合后，给出压力测量值以及超正负压报警阈值时输出脉冲开关量信号。这种一次测量两个压力测量值，并对测量数据进行二元多次拟合的方式能够减少测量误差，实现压力测量误差在
±
20pa内，提高测量精度，能够实现零部件全国产化的要求。而双压力传感器的进气口与接线管的冲击波信号进入孔相连通，能够确保进入双压力传感器内的气压处于一个密封环境，不会影响测量精准性。所设置的硬质外壳将双压力传感器和电路板，能够对双压力传感器和电路板保护，防止在恶劣环境下双压力传感器和电路板因大气环境而受影响。
6.进一步的，所述硬质外壳采用316不锈钢制成，包括可拆卸连接的上壳体和下底座，所述下底座上端过盈配合在上壳体内，上壳体与下底座连接后，中部形成所述密闭腔体。这样，硬质外壳所采用材质，能够满足压力传感器在盐雾、酸性等恶劣环境下工作的要求。而采用上壳体和下底座可拆卸连接的方式组成的硬质外壳，便于对双压力传感器和电路板的安装和维护。
7.进一步的，所述上壳体为上端密封的筒状体，下底座为下端密封的筒状体；所述上壳体的下端向外水平折弯，形成一个连接环，下底座的下端向外水平延伸后，凸出其筒状体外，形成一个与连接环相配合的连接部；所述连接环与连接部紧贴，并通过多个紧固件连接固定。这样，上壳体和下底座过盈配合套接在一起，同时，还通过紧固件连接固定，安装结构稳固，且密封效果好。
8.进一步的，在连接环和连接部上均周向间隔均匀设有多个连接孔，所述连接环上的连接孔与连接部上的连接孔一一对应设置。这样，设置连接孔后，可便于紧固件的穿设。
9.进一步的，在连接环内侧设有一环形台阶，在该环形台阶内设有一个与其相配合密封环。这样，所设置的密封环处于下底座和上壳体之间，进而能够对其连接处进一步密封，优化其密封性能。
10.进一步的，所述管接头采用316不锈钢制成，在管接头上套有一个与下底座紧贴的密封圈。这样，管接头装配后，连接处与下底座之间通过密封圈进一步密封，能有效确保密封腔的密封性能，同时，确保环境气压进入后，不会外泄，直接进入双压力传感器内，有效保证测量数据的准确性。
11.进一步的，在下底座的筒状体上端内壁设有台阶，所述电路板装配在该台阶上。这样，电路板装配在底座上，并卡在台阶上固定，安装结构稳固。
12.进一步的，所述电路板采用覆铜箔环氧玻璃布板，在电路板上集成有通信电路、温度采集电路、mcu电路、压力采集电路和电源电路。这样，电路板具有接入外部电流，用于供电，采用mcu电路进行数据接收、计算和分析，压力采集电路用于对双压力传感器所发出的信号进行采集，并将采集后的数据发送给mcu电路。
13.进一步的，所述插座安装在上壳体；双压力传感器和管接头安装在下底座上，其中，双压力传感器的外壳采用不锈钢制成，为压阻式传感器。这样，压阻式传感器能够有效确保其具有较大的测量范围，并具有耐高压冲击的过载能力，输出较高的信噪比，保证压力传感器对空气中气压测量误差小于20pa。
14.一种冲击波信号监测及报警装置，包括如上所述的气压传感器和一个与气压传感器中信号输出口相接的报警器，所述报警器用于接收正压或负压报警信号，并在接收到上述信号后启动。这样，将气压传感器和报警器连接后，当电路板内程序判定气压达到正压或负压时预警值后，即会发出信号到报警器，触发报警器启动，达到提醒和预警的目的。所采用的气压传感器能够有效对环境大气中的气压进行检测，发出脉冲信号。
15.相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
16.1、一次测量两个压力测量值，并对测量数据进行二元多次拟合的方式能够减少测量误差，实现压力测量误差在
±
20pa内，提高测量精度，能够实现零部件全国产化的要求。
17.2、产品采用不锈钢制作，能够在盐雾、酸性等恶劣环境下工作。
18.3、能够对环境中爆炸等产生的冲击波信号进行报警信号输出，实现报警功能。
附图说明
19.图1为实施例中气压传感器的剖面结构示意图；
20.图2为实施例中气压传感器与报警器的连接结构示意图。
具体实施方式
21.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明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发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.如图1所示，本实施例提供一种气压传感器，包括内部具有密闭腔体的硬质外壳1，在硬质外壳1上安装有一个中部具有冲击波信号进入孔21的管接头2，所述冲击波信号进入孔21的一端与大气环境相连通，另一端与密闭腔体相连通；在密闭腔体内设有一个双压力传感器3和电路板4，所述双压力传感器3上具有一个与冲击波信号进入孔相连通的进气口，用于检测从冲击波信号进入孔21所进入的气压，并将所采集的两个压力测量值传递给电路板4；所述电路板4用于采集双压力传感器3所发出的压力测量值，并将两压力测量值通过二元多次拟合后，得到最终压力数据，并根据该压力数据进行压力阈值判定，在超出正负压报警阈值时输出脉冲开关量信号；在壳体1上还设有一插座5，所述插座5内置电源输入口和信号输出口，所述电源输入口与电路板4的电源电路相接，为电路板4供电，所述信号输出口与电路板4的信号输出端相接，用于将电路板4所传递的最终压力数据或脉冲开关量信号向外输出。
24.为满足在恶劣环境下也能工作的条件，本实施例中的硬质外壳1、双压力传感器外壳和管接头2均采用316不锈钢制成。
25.为便于装配双压力传感器3和电路板4，本实施例中的硬质外壳1由可拆卸连接的上壳体11和下底座12组成，所述下底座12上端过盈配合在上壳体11内，上壳体11与下底座12连接后，中部形成所述密闭腔体13。具体的，上壳体11为上端密封的筒状体，下底座12为下端密封的筒状体；所述上壳体11的下端向外水平折弯，形成一个连接环14，下底座12的下
端向外水平延伸后，凸出其筒状体外，形成一个与连接环14相配合的连接部15；所述连接环14与连接部15紧贴，并通过多个紧固件6连接固定。
26.当然，为了便于紧固件6的装配，在连接环14和连接部15上均周向间隔均匀设有多个连接孔，所述连接环上的连接孔与连接部上的连接孔一一对应设置。
27.如果气压在传递过程中出现了外泄，会严重影响双压力传感器的检测精度，因此，为确保装配的密封性，在连接环14内侧设有一环形台阶，在该环形台阶内设有一个与其相配合密封环7；在管接头2上套有一个与下底座12紧贴的密封圈8，所密封圈8采用橡胶制成，密封环7为导电密封环。
28.进一步的，在下底座12的筒状体上端内壁设有台阶，所述电路板4装配在该台阶上。
29.进一步的，所述电路板4采用覆铜箔环氧玻璃布板，在电路板4上集成有通信电路、温度采集电路、mcu电路、压力采集电路和电源电路，其中，通信电路用于接收和发送信号，电源电路用于与电源电连接，为电路板供电，而压力采集电路用于采集双压力传感器所发送的测量数据，mcu电路内置计算器芯片，用于对所接收的测量数据进行二元多次拟合后，得出最终测量压力数据，并根据最终测量压力数据和设定的正负压报警阈值，输出脉冲开关量信号。
30.进一步的，所述插座5安装在上壳体11；双压力传感器3和管接头2安装在下底座12上，其中，双压力传感器3的外壳采用不锈钢制成，为压阻式传感器。
31.如图2所示，本实施例还提供了一种冲击波信号监测及报警装置，包括如上所述的气压传感器和一个与气压传感器中信号输出口相接的报警器8，所述报警器8用于接收正压或负压报警信号，并在接收到上述信号后启动。
32.采用上述气压传感器进行冲击波信号监测方法具体如下：将气压传感器与气压标准源置于同一气压腔内，对气压传感器所测量的两压力测量值进行校准；当双压力传感器检测数据后，将测量数据发送到电路板，由电路板对测量数据进行二元多次拟合后，输出最终压力测量信号；然后将气压传感器放在被测环境中，进行压力值测量，在得出最终压力测量数据后，根据正负压报警阈值，对最终压力测量数据与报警阈值对比，确定最终压力测量数据是否达到报警阈值，若达到该阈值，输出脉冲开关量信号。
33.由于温度对气压测量值影响较大，未进行温度补偿时气压在不同温度下测量的值与标准源有较大差异，需在不同温度范围对气压进行补偿校准。具体的，上述电路板对两压力测量值校准的具体步骤如下：首先，将气压传感器对两压力测量值采用2元多次拟合，得到温度补偿后的压力数据，然后，使用卡尔曼滤波算法将采集到的两压力值与温度数据融合后得到最终压力数据。
34.具体的，采用2元温度4次、压力1次拟合。
35.各系数对应关系如表1所示：
36.参数12345678910x^0123401234y^0000011111系数p00p10p20p30p40p01p11p21p31p41
37.表1
38.表中，f(x,y)为标定后压力；x为实测温度；y为实测压力。
39.压力计算函数：
40.f(x,y)＝p00+p10*x+p01*y+p20*x^2+p11*x*y+p30*x^3+p21*x^2*y+
41.p40*x^4+p31*x^3*y
42.coefficients(with 95％confidence bounds):
43.p00＝3.933(3.337,4.529)
44.p10＝-0.07944(-0.1122,-0.04673)
45.p01＝0.9997(0.999,1)
46.p20＝-0.0003608(-0.001146,0.0004244)
47.p11＝-0.0001049(-0.0001439,-6.584e-05)
48.p30＝-3.547e-06(-2.128e-05,1.419e-05)
49.p21＝4.818e-06(4.175e-06,5.46e-06)
50.p40＝4.369e-07(1.817e-07,6.922e-07)
51.p31＝-5.953e-08(-7.968e-08,-3.938e-08)
52.压力标定函数如下所示：
53.press＝-(p40*x^4+p30*x^3+p20*x^2+p10*x+p00-y)/(p41*x^4+p31*x^3+p21*x^2+p11*x+p01)。
54.最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。