CN117367628A - 基于物联网的一体式智能压力传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于物联网的一体式智能压力传感器，包括壳体，所述壳体的顶端设有用于通入待测介质的管接头；所述壳体内部安装有感压组件、PCB板和电源模块，所述感压组件、电源模块分别与PCB板电连接；所述PCB板上集成有微处理芯片和物联网模块，所述微处理芯片用于对感压组件测得的电信号进行处理，得到介质的压力监测数据，并通过物联网模块将介质的压力监测数据实时上传到监测平台。本发明通过在压力传感器的壳体内部PCB板上集成物联网模块，通过物联网模块可以将压力传感器监测到的压力数据实时上传到监测平台上，监测人员可远程通过终端随时随地查看管道的介质压力参数；且每个压力传感器都是独立安装的，无需布线，提高了安装效率。

Description

基于物联网的一体式智能压力传感器

技术领域

本发明涉及压力传感器技术领域，尤其涉及基于物联网的一体式智能压力传感器。

背景技术

压力传感器是能感受压力信号，并能按照一定的规律将压力信号转换成可用的输出的电信号的器件或装置，压力传感器通常由压力敏感元件和信号处理单元组成，按不同的测试压力类型，压力传感器可分为表压传感器、差压传感器和绝压传感器，压力传感器可广泛使用在日常生活中的各个领域。

在供暖、消防及燃气等应用领域，都需要长期对相应管道进行压力监测，传统的方法是通过人工去设定点进行现场检测，或通过在管道的多个设定位置安装压力传感器来监测管道内介质的压力数据，再通过数据采集器采集各个压力传感器监测到的数据，最终汇总后上传到监测中心；通过人工现场检测的方式不仅工作量大，而且还容易导致数据出错，且不能做到数据的实时监测；通过传统分布式压力传感器监测的方式，前期安装布线比较麻烦，且监测人员无法随时随地查看监测数据。

发明内容

本发明提出一种基于物联网的一体式智能压力传感器，解决了现有技术中通过传统分布式压力传感器监测的方式，前期安装布线比较麻烦，且监测人员无法随时随地查看监测数据等问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于物联网的一体式智能压力传感器，包括壳体，所述壳体的顶端设有用于通入待测介质的管接头；所述壳体内部安装有感压组件、PCB板和电源模块，所述感压组件、电源模块分别与PCB板电连接；

所述PCB板上集成有微处理芯片和物联网模块，所述微处理芯片用于对感压组件测得的电信号进行处理，得到介质的压力监测数据，并通过物联网模块将介质的压力监测数据实时上传到监测平台。

本发明通过在压力传感器的壳体内部PCB板上集成物联网模块，通过物联网模块可以将压力传感器监测到的压力数据实时上传到监测平台上，监测人员可远程通过终端随时随地查看管道的介质压力参数；且每个压力传感器都是独立安装的，无需布线，提高了安装效率。

作为本发明优选的方案，所述壳体内部设有隔板，用于将壳体内部分隔为第一腔室和第二腔室，所述管接头安装在第一腔室的顶部；所述感压组件包括安装在第一腔室内的感压元件和安装在第二腔室内的测量元件；所述感压元件包括活塞、活塞杆和弹簧，所述活塞滑动嵌设在第一腔室内；所述活塞杆一端与活塞固定连接，另一端贯穿隔板中部的通孔后延伸至第二腔室内；所述弹簧套在活塞杆外部，且位于活塞与隔板之间；所述测量元件用于检测活塞杆底部的位置；通过设置隔板将壳体内部分隔为第一腔室和第二腔室，并将感压组件的感压元件和测量元件分别设置在第一腔室和第二腔室内，可以避免测量元件直接与待测介质接触，延长了测量元件的使用寿命。

作为本发明优选的方案，所述测量元件为线阵列红外探测器，包括光发射器和光接收器，所述光发射器和光接收器分别安装在活塞杆两侧的第二腔室内壁上；通过在第二腔室内设置线阵列红外探测器，可以通过感应活塞杆挡住的光通量来精确检测活塞杆伸入第二腔室内的深度，从而计算活塞在第一腔室内的位置，进而计算第一腔室内介质的压力大小。

作为本发明优选的方案，所述第一腔室的内壁安装有第一限位环，所述第一限位环位于活塞与管接头之间，通过在第一腔室的内壁安装第一限位环，可以防止活塞脱离第一腔室。

作为本发明优选的方案，所述隔板的通孔处设有密封轴套，所述密封轴套与活塞杆密封滑动配合，通过在隔板的通孔处设置密封轴套，可以进一步提升第二腔室的密封性，同时使得活塞杆的滑动更加顺畅，提高了感压元件的灵敏度。

作为本发明优选的方案，所述活塞杆的外壁设有第二限位环，所述第二限位环位于活塞与隔板之间，通过在活塞杆的外壁设置第二限位环，一方面可以防止介质压力过大时，活塞杆的底部延伸至第二腔体底部损坏PCB板；另一方面可以避免介质压力过大时，弹簧被过度压缩而损坏，延长了弹簧的使用寿命。

作为本发明优选的方案，所述管接头为法兰件，方便压力传感器的安装。

作为本发明优选的方案，所述PCB板上还集成定位模块、电池管理模块、报警模块和时钟模块；

所述定位模块用于获取监测点的位置信息；

所述电池管理模块用于监测电源模块的状态参数；

所述报警模块用于在监测数据出现异常时生成报警信号；

所述时钟模块用于生成时间序列；

物联网模块用于将压力监测数据与对应的时间序列、监测点位置信息、电源模块的状态参数打包后上传到监测平台。

作为本发明优选的方案，所述壳体的底部可拆卸安装有盖体，方便定期对压力传感器进行检修、维护。

有益效果

与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：

(1)本发明通过在压力传感器的壳体内部PCB板上集成物联网模块，通过物联网模块可以将压力传感器监测到的压力数据实时上传到监测平台上，监测人员可远程通过终端随时随地查看管道的介质压力参数；且每个压力传感器都是独立安装的，无需布线，提高了安装效率；

(2)本发明通过设置隔板将壳体内部分隔为第一腔室和第二腔室，并将感压组件的感压元件和测量元件分别设置在第一腔室和第二腔室内，可以避免测量元件直接与待测介质接触，延长了测量元件的使用寿命；

(3)本发明通过在第二腔室内设置线阵列红外探测器，可以通过感应活塞杆挡住的光通量来精确检测活塞杆伸入第二腔室内的深度，从而计算活塞在第一腔室内的位置，进而计算第一腔室内介质的压力大小；

(4)本发明通过在活塞杆的外壁设置第二限位环，一方面可以防止介质压力过大时，活塞杆的底部延伸至第二腔体底部损坏PCB板；另一方面可以避免介质压力过大时，弹簧被过度压缩而损坏，延长了弹簧的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1为本发明压力传感器的内部结构示意图；

图2为本发明实施例中活塞处于下限位的状态示意图；

图3为本发明实施例中活塞处于上限位的状态示意图；

图中：1、壳体；2、管接头；3、PCB板；4、电源模块；5、隔板；6、第一腔室；7、第二腔室；8、活塞；9、活塞杆；10、弹簧；11、光发射器；12、光接收器；13、第一限位环；14、密封轴套；15、第二限位环；16、盖体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

参照图1所示，本实施例提供了一种基于物联网的一体式智能压力传感器，包括壳体1，所述壳体1的顶端设有用于通入待测介质的管接头2；所述壳体1内部安装有感压组件、PCB板3和电源模块4，所述感压组件、电源模块4分别与PCB板3电连接；

所述PCB板3上集成有微处理芯片和物联网模块，所述微处理芯片用于对感压组件测得的电信号进行处理，得到介质的压力监测数据，并通过物联网模块将介质的压力监测数据实时上传到监测平台。

本实施例通过在压力传感器的壳体1内部PCB板3上集成物联网模块，通过物联网模块可以将压力传感器监测到的压力数据实时上传到监测平台上，监测人员可远程通过终端随时随地查看管道的介质压力参数；且每个压力传感器都是独立安装的，无需布线，提高了安装效率。

本实施例中，所述物联网模块可采用wifi模块、GPRS数传模块、蓝牙模块、RF射频模块、2G-5G模块或LoRa模块等，适用Modbus、Tcp、等Mqtt通信协议，具体实施过程中，可根据实际需求选取合适的模块。

作为本实施例优选的方案，所述壳体1内部设有隔板5，用于将壳体1内部分隔为第一腔室6和第二腔室7，所述管接头2安装在第一腔室6的顶部；所述感压组件包括安装在第一腔室6内的感压元件和安装在第二腔室7内的测量元件；所述感压元件包括活塞8、活塞杆9和弹簧10，所述活塞8滑动嵌设在第一腔室6内；所述活塞杆9一端与活塞8固定连接，另一端贯穿隔板5中部的通孔后延伸至第二腔室7内；所述弹簧10套在活塞杆9外部，且位于活塞8与隔板5之间；所述测量元件用于检测活塞杆9底部的位置；通过设置隔板5将壳体1内部分隔为第一腔室6和第二腔室7，并将感压组件的感压元件和测量元件分别设置在第一腔室6和第二腔室7内，可以避免测量元件直接与待测介质接触，延长了测量元件的使用寿命。

作为本实施例优选的方案，所述测量元件为线阵列红外探测器，包括光发射器11(本实施例可采用AXUV16ELG光电二极管阵列)和光接收器12(本实施例可采用Opto Diod光电探测器阵列)，所述光发射器11和光接收器12分别安装在活塞杆9两侧的第二腔室7内壁上；通过在第二腔室7内设置线阵列红外探测器，可以通过感应活塞杆9挡住的光通量来精确检测活塞杆9伸入第二腔室7内的深度，从而计算活塞8在第一腔室6内的位置，进而计算第一腔室6内介质的压力大小；介质压强越大，则弹簧10被压缩的越紧，活塞杆9下降的深度越深(根据胡克定律F＝kx可知，弹簧10的压缩量x与活塞8受到的压力成正比，介质的压强与活塞8受到的压力也是成线性关系F＝PS，其中S为活塞8的径向截面面积，P为介质压强)，活塞杆9挡住的光信号越多，根据上述关系可以建立介质压强与光接收器12接收的光信号之间的数学关系，检测时根据光接收器12接收到的光信号的量即可计算得到介质的压强数据。

作为本实施例优选的方案，所述第一腔室6的内壁安装有第一限位环13，所述第一限位环13位于活塞8与管接头2之间，通过在第一腔室6的内壁安装第一限位环13，可以防止活塞8脱离第一腔室6。

作为本实施例优选的方案，所述隔板5的通孔处设有密封轴套14，所述密封轴套14与活塞杆9密封滑动配合，通过在隔板5的通孔处设置密封轴套14，可以进一步提升第二腔室7的密封性，同时使得活塞杆9的滑动更加顺畅，提高了感压元件的灵敏度。

作为本实施例优选的方案，所述活塞杆9的外壁设有第二限位环15，所述第二限位环15位于活塞8与隔板5之间，通过在活塞杆9的外壁设置第二限位环15，一方面可以防止介质压力过大时，活塞杆9的底部延伸至第二腔体底部损坏PCB板3；另一方面可以避免介质压力过大时，弹簧10被过度压缩而损坏，延长了弹簧10的使用寿命。

作为本实施例优选的方案，所述管接头2为法兰件，方便压力传感器的安装。

作为本实施例优选的方案，所述PCB板3上还集成定位模块(可采用GPS模块定位或预先存储压力传感器安装位置对应的地址编号，如X段y号监测点)、电池管理模块、报警模块和时钟模块；通过在PCB板3上集成定位模块、电池管理模块、报警模块和时钟模块，可以通过定位模块获取压力传感器的监测点位置信息，通过电池管理模块监测电源模块4(本实施例中的电源模块4为可更换电池)的状态参数，在监测数据出现异常时通过报警模块生成报警信号并通过物联网模块上传到监测平台以警示监测人员，通过时钟模块可以生成与压力监测数据对应的时间序列；通过物联网模块可以将压力监测数据与对应的时间序列、监测点位置信息、电源模块4的状态参数等打包后上传到监测平台，便于监测人员全面掌握各监测点的压力传感器相关参数。

作为本实施例优选的方案，所述第二腔室7的底部可拆卸(螺纹连接)安装有盖体16，方便定期对压力传感器进行检修、维护。

本实施例压力传感器的工作过程如下：

当压力传感器安装好之后，介质经管接头2注入活塞8上方的第一腔体内，介质自身压力会克服弹簧10弹力来推动活塞8向下运动，直至弹簧10的弹力与介质的压力平衡；当介质压力减少时，活塞8会在弹簧10推力的作用下向上运动直至弹簧10的弹力与介质的压力再次平衡；当介质压力增大时，活塞8会在介质的推力作用下向下运动直至弹簧10的弹力与介质的压力再次平衡；当活塞8在上下运动的过程中，其活塞杆9延伸至第二腔体内部的部分会遮挡光发射器11与光接收器12之间的光信号(图中“长箭头”表示未被活塞杆9遮挡的部分光信号，“短箭头”表示被活塞杆9遮挡的部分光信号)，介质压力越大，活塞8在第一腔体内的位置越靠下，则活塞杆9遮挡的光信号越多，相反，介质压力越小，活塞杆9遮挡的光信号越少；根据活塞杆9遮挡的光信号多少可以准确计算得到介质压力的大小。

如图2所示，当介质压力过大时，活塞8会被介质推至下限位，此时第二限位环15的底部与密封轴套14的顶部抵接，介质压力达到压力传感器的最大测量量程；此时报警模块会生成压力过大报警信号，并通过物联网模块将报警信号发送给监测平台，监测人员可根据报警信号及时排查管路是否出现堵塞等故障。

如图3所示，当介质的压力过小时，活塞8会被弹簧10推至上限位，此时第一限位环13的底部与活塞8的顶部抵接，介质压力达到压力传感器的最小测量量程；此时报警模块会生成压力过小报警信号，并通过物联网模块将报警信号发送给监测平台，监测人员可根据报警信号及时排查管路是否出现泄露等故障。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于物联网的一体式智能压力传感器，其特征在于，包括壳体(1)，所述壳体(1)的顶端设有用于通入待测介质的管接头(2)；所述壳体(1)内部安装有感压组件、PCB板(3)和电源模块(4)，所述感压组件、电源模块(4)分别与PCB板(3)电连接；

所述PCB板(3)上集成有微处理芯片和物联网模块，所述微处理芯片用于对感压组件测得的电信号进行处理，得到介质的压力监测数据，并通过物联网模块将介质的压力监测数据实时上传到监测平台。

2.如权利要求1所述的一种基于物联网的一体式智能压力传感器，其特征在于，所述壳体(1)内部设有隔板(5)，用于将壳体(1)内部分隔为第一腔室(6)和第二腔室(7)，所述管接头(2)安装在第一腔室(6)的顶部；所述感压组件包括安装在第一腔室(6)内的感压元件和安装在第二腔室(7)内的测量元件。

3.如权利要求2所述的一种基于物联网的一体式智能压力传感器，其特征在于，所述感压元件包括活塞(8)、活塞杆(9)和弹簧(10)，所述活塞(8)滑动嵌设在第一腔室(6)内；所述活塞杆(9)一端与活塞(8)固定连接，另一端贯穿隔板(5)中部的通孔后延伸至第二腔室(7)内；所述弹簧(10)套在活塞杆(9)外部，且位于活塞(8)与隔板(5)之间；所述测量元件用于检测活塞杆(9)底部的位置。

4.如权利要求3所述的一种基于物联网的一体式智能压力传感器，其特征在于，所述测量元件为线阵列红外探测器，包括光发射器(11)和光接收器(12)，所述光发射器(11)和光接收器(12)分别安装在活塞杆(9)两侧的第二腔室(7)内壁上。

5.如权利要求3所述的一种基于物联网的一体式智能压力传感器，其特征在于，所述第一腔室(6)的内壁安装有第一限位环(13)，所述第一限位环(13)位于活塞(8)与管接头(2)之间。

6.如权利要求3所述的一种基于物联网的一体式智能压力传感器，其特征在于，所述隔板(5)的通孔处设有密封轴套(14)，所述密封轴套(14)与活塞杆(9)密封滑动配合。

7.如权利要求3所述的一种基于物联网的一体式智能压力传感器，其特征在于，所述活塞杆(9)的外壁设有第二限位环(15)，所述第二限位环(15)位于活塞(8)与隔板(5)之间。

8.如权利要求1所述的一种基于物联网的一体式智能压力传感器，其特征在于，所述管接头(2)为法兰件。

9.如权利要求1所述的一种基于物联网的一体式智能压力传感器，其特征在于，所述PCB板(3)上还集成定位模块、电池管理模块、报警模块和时钟模块；

所述定位模块用于获取监测点的位置信息；

所述电池管理模块用于监测电源模块(4)的状态参数；

所述报警模块用于在监测数据出现异常时生成报警信号；

所述时钟模块用于生成时间序列；

物联网模块用于将压力监测数据与对应的时间序列、监测点位置信息、电源模块(4)的状态参数打包后上传到监测平台。

10.如权利要求1所述的一种基于物联网的一体式智能压力传感器，其特征在于，所述壳体(1)的底部可拆卸安装有盖体(16)。