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:)