[实用新型]一种基于磁阻传感器交叉点阵列的数字液位传感器

说明书

本实用新型公开了一种基于磁阻传感器交叉点阵列的数字液位传感器，包括：多个TMR磁传感器芯片；微控制器、行解码器以及列解码器，微控制器和行解码器、列解码器电连接；TMR磁传感器芯片包括多个MTJ元件，每行MTJ元件与行引线或列引线之间连接有二极管，通过行解码器以及列解码器解码的数据并基于公式Address＝m+[Mx(n‑1)]寻址TMR磁传感器芯片，其中Address表示地址值，其中m表示当前行的值；微控制器用于扫描TMR磁传感器芯片的地址并找出最高激活状态的MTJ元件的地址，并将地址值转换为与之呈线性比例关系的液位值，并将液位值传送到输出接口；永磁体和保护管。通过一次仅为一个传感器芯片元件供电而极大地最小化传感器元件的功耗。

技术领域

本实用新型涉及一种数字液位测量系统，更具体地说，尤其涉及一种基于磁阻传感器交叉点阵列的数字液位传感器。

背景技术

在现有技术中，液位传感器使用磁场传感器是众所周知的。最常见的传感器(例如干簧管开关)以线性阵列布置在浸入液体中的管中，并且永磁体附接到浮子上，当液体表面的高度改变时，浮子沿着管的外部移动然后使用用于确定哪些开关被永磁体闭合的电子装置来确定液面平面。

在专利公开号为WO2015/034656的专利申请中，显示了典型示例“电阻液位/温度传感器和变送器”，其中干簧管开关阵列附接到串联电阻阵列，使得当干簧管开关由永磁体激活时，它将电阻阵列的一部分短接到地，以与被测液体的水平成线性比例的方式改变阵列的电阻。因此，阵列电阻提供了一种简单测量液位的方法。这种经典设计由于干簧管开关的大尺寸而具有低分辨率，由于干簧管开关的玻璃封装和开关机构的机械特性而容易损坏，并且它的组装成本昂贵。另外，由于读出结果是阻抗式的，因此它对噪声和温度敏感，因此需要温度计进行校准。

为了克服阻抗设计的缺点，设计其他液位传感器来检测干簧管开关的数字状态，包括打开或者是闭合。这种设计的难点在于解决大量的干簧管开关的问题。一种常用方法就是使用交叉点阵列结构，每个干簧管开关位于行和列引线阵列中的行和列引线的交叉点处。由于干簧管开关在打开状态下具有无限大的电阻值，在闭合状态下具有非常小的电阻值，通过扫描所有可能的行引线和列引线可以检测出阵列中哪个开关闭合。一个典型的示例是公开号为CA2,179,457的加拿大专利“使用具有确定磁性浮子的位置的干簧管开关的液位指示计测量液位的方法和设备”，这个设计干簧管开关的缺点是干簧管开关易碎的并且组装昂贵，分辨率受到干簧管开关尺寸相对较大的限制，并且由于交叉点阵列中的漏电流，这样不能应用到在打开状态下没有无限大电阻的传感器，它依赖于使用具有电阻变化的两端口传感器，除了干簧管之外的典型的三端口磁开关提供电压输出而不是根据电阻值的变化。

由于干簧管开关是易碎的并且导致昂贵的制造成本，所以通常希望使用磁阻传感器或霍尔传感器来检测液位传感器中的磁浮子的位置。磁阻开关传感器通常用作干簧管开关的替代品来完成测量。开关传感器的输出通常是数字电压，使其在线性电阻阵列式液位传感器复合体中应用，但它们对数字架构很有用。在公开号为WO2014/114259的专利申请“数字液位传感器”中，公开了使用磁阻开关的数字液位传感器设计。在该设计中，水平传感器的数字输出连接到编码器，使得编码器的数字值代表最高激活的磁阻开关的位置。这是一种简单的稳健设计，但由于需要同时为所有数字开关供电，它会受到高功率消耗的影响。为了解决这一问题，可以利用以交叉点阵列布置的小型无源两端口MTJ元件来开发液位传感器。

实用新型内容

为了克服现有技术中的上述问题，本实用新型提出了一种基于磁阻传感器交叉点阵列的数字液位传感器，以实现降低传感器元件的平均功耗，并且还简化了处理每个传感器输出的数字电路要求。添加与MTJ元件串联的二极管允许在交叉点阵列架构中布置多个小型无源MTJ元件阵列。另外，因为使用无源传感器元件，可以使用小的裸露传感器切片，利用板上芯片(COB)技术或其他小芯片级封装(chip scale package，CSP)布置在液位传感器中的传感器。另外，在单一切片内布置多个传感器芯片可以增加传感器测量分辨率。