Вибрационный датчик уровня SICK LFV200 и его внутренний мир

Всем привет!

Мы продолжаем разламывать всякое странное.

Сегодня это будет вибрационный датчик уровня от широко известной в узких кругах фирмы SICK(и не спрашивайте, кто им такое название придумал).

Добро пожаловать под кат!

Датчики уровня бывают очень разнообразные:

Выбор конкретного типа определяется тем, уровень чего нужно измерить, и важна ли при этом непрерывность или достаточно точечности измерения.

Самые старые датчики — поплавковые:

Просты и дешевы, но в силу наличия подвижных частей не очень надежны и долговечны, а также непригодны для измерения уровня сыпучих сред. Для сыпучки нужны другие решения: если внутрь емкости лезть совсем-совсем нельзя, то её придется просветить насквозь гамма-излучением, а если всё-таки можно, то поверхность придётся щупать лучом микрорадара(с недавних пор) или вилочкой-камертоном. Вот как раз датчиком последнего типа SICK LFV200 и является.

Он имеет общую длину 152 и диаметр 32 мм. Подопытный экземпляр поврежден — отломана одна из ножек камертона, и поэтому мы можем его распотрошить.

Верхняя часть датчик сделана из прозрачного пластика(через который видны внутренние светодиоды) и имеет стандартный 4-контактный разъём М12х1:

Вот так к нему подключаются внешние устройства:

Датчик частично разборный — верхнюю часть можно вытащить из корпуса при помощи отвертки:

С её внутренней стороны тоже находятся контактные штыри:

Сама электроника датчика находится на двух платах, размещенных в пластиковой обойме и залитых прозрачным силиконовым герметиком:

Её тоже можно выдернуть из корпуса:

В нем при этом остается 6-контактный разъём:

Он тоже выдергивается, и от него вглубь датчика уходит гибкий печатный кабель к пьезоэлементу(до которого без токарного станка уже не добраться):

Поэтому откидываем корпус датчика в сторону и ковыряем обойму с платами:

Герметик, которым они залиты, мягкий, приятный на ощупь, и легко отрывается. Сами платы соединены между собой FPC-шлейфом, который при разборке оторвался — ну и ладно, всё равно его не жалко:

Силовая, если так можно выразиться, часть датчика — два PNP транзистора, защитные диоды и параметрический стабилизатор(потому что датчик питается напряжением от 10 до 36 вольт, а его электронике нужно 5):

И её обратная сторона:

А вот измерительная часть:

Она реализована на основе микроконтроллера PIC16C505 от Microchip:

Он работает на частоте 2 МГц, заданной кварцевым резонатором, размещенным на обратной стороне платы…

… и возбуждает пьезоэлемент, настроенный в резонанс с вилкой на внешней стороне корпуса датчика.

Ответный сигнал снимается с другой секции пьезоэлемента, усиливается операционным усилителем LMC6024 от Texas Instruments…

… и подается на пороговую схему, управляющую выходной частью датчика:

Ещё у датчика есть модификация с выходом IO-Link.

Работает он очень просто: пока ножки ничего не касаются, они вибрируют свободно, как только до них дотягивается содержимое емкости, они пытаются заставить его вибрировать вместе с собой — естественно, безуспешно, потому что для этого надо менять частоту. При этом в определенный момент происходит срыв резонанса и сильно падает уровень сигнала с пьезоэлемента, что регистрируется пороговой схемой.

Так как лапки сделаны из сплошной нержавеющей стали и не содержат ничего внутри себя, то датчик может работать в агрессивных средах при температуре до +150 градусов, реагируя на изменения уровня среды порядка 1-3 мм.

Но это все про достоинства, а как же недостатки?

Основным недостатком датчика является цена — порядка 100 т.р. в ЧиД. Впрочем, для домашнего применения он и не предназначен:)