使用倍頻斬波方式的電導測量裝置制造方法及圖紙

本實用新型專利技術涉及一種使用倍頻斬波方式的電導測量裝置，包括：斬波電路、檢波電路、交變激勵源、電導電極和同步頻率發生器，其中：所述同步頻率發生器具有兩路輸出信號；一路信號控制產生的交變激勵源提供給電導電極，經過斬波電路和檢波電路輸出信號；另一路信號直接進入斬波電路和檢波電路輸出信號，用于測量電導。本實用新型專利技術提出的使用倍頻斬波方式的電導測量裝置采用信號同步設計，精確選取信號采樣時間，有效地避免了干擾區間；系統設計使用低成本器件，減少了設備成本，實現系統結構簡單，穩定可靠。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種電導測量裝置，具體地，通過倍頻斬波方式進行的電導測量裝置。
技術介紹
電導率是液體的一個重要的參數。液體電導率的測量廣泛應用于水利、環保、冶金、電力、化工、醫藥、生物等多個行業。 影響電導率測量的因素主要是電容效應、極化效應和溫度變化。其中溫度變化可以通過溫度測量功能來進行修正。由于導電液體在直流電壓作用下會發生極化現象，所以電導測量裝置都是對被測液體施加交變激勵來進行測量。在激勵源的選擇上很多設備采用雙極性脈沖方式，激勵信號的前半個周期和后半個周期激勵電流大小相同方向相反，被測液體的極化現象就得以削弱。但因為有電容效應的存在，在激勵源極性變換過程中不可避免的會產生一個不穩定區間。表現在電流上會出現一個逐漸衰減的尖峰脈沖。這個尖峰干擾會給測量帶來誤差。如圖Ia和圖Ib所示。雖然現有的電導測量系統采取了改進和優化措施來避免這個干擾，但基本都是借助于成本較高的處理器芯片和ADC芯片，通過程序人為產生一個采樣延時后再通過ADC采用完成。系統復雜，成本大大提高。
技術實現思路
為了實現電導測試信號的精確取樣，避免極性變化是尖峰脈沖的干擾，本技術針對電導測量的特點，提供了一種低成本、高可靠性，純硬件，無需處理器參與的電導測量裝置及方法。本技術提出一種使用倍頻斬波方式的電導測量裝置，包括斬波電路、檢波電路、交變激勵源、電導電極和同步頻率發生器，其中所述同步頻率發生器具有兩路輸出信號；在所述同步頻率發生器發出的輸出信號中，一路信號控制產生的交變激勵源提供給電導電極，經過斬波電路和檢波電路輸出信號；另一路信號直接進入斬波電路和檢波電路輸出信號。進一步地，所述同步頻率發生器的兩路輸出信號為2倍頻關系。進一步地，所述同步頻率發生器的兩路輸出信號中，頻率較低的一路控制激勵源極性的反轉。進一步地，所述同步頻率發生器的兩路輸出信號中，頻率較高的一路采樣控制信號，控制采樣電路的采樣時間。進一步地，所述使用倍頻斬波方式的電導測量裝置還包括頻率較高的一路輸出信號提供給檢波電路，進行同步檢波。進一步地，所述使用倍頻斬波方式的電導測量裝置還包括一級直流放大電路，用于調整放大增益。進一步地，所述同步頻率發生器為HC4060。本技術提出使用倍頻斬波方式的電導測量裝置具有以下優勢I)信號同步設計，精確選取信號采樣時間，有效地避免了干擾區間。兩路控制時鐘，在硬件上的冋步確保了米樣時間冋步和精確。2)系統設計使用低成本器件，減少了設備成本。設計中增加的一路信號，使用基本的邏輯器件比如分頻器就可以得到，成本低。常規設計中使用處理器作為采樣控制的主體，系統復雜，成本高。 3)系統結構簡單，穩定可靠。與常規設計相比，省去了處理器相關電路的設計，避免了處理器程序的不穩定因素，使運行穩定、可靠。附圖說明圖Ia和圖Ib是常規電導測量中交變激勵源引起的尖峰干擾示意圖，其中，圖Ia為激勵電流_時間圖，圖Ib為測量電流_時間圖；圖2是本技術提出的使用倍頻斬波方式的電導測量裝置的系統結構示意圖；圖3是本技術提出的使用倍頻斬波方式的電導測量裝置的雙路2倍頻信號產生電路圖；圖4是本技術提出的使用倍頻斬波方式的電導測量裝置的斬波電路圖；圖5是本技術提出的使用倍頻斬波方式的電導測量裝置的檢波電路圖；圖6a和圖6b是根據本技術提出的使用倍頻斬波方式的電導測量裝置經過斬波米樣的不意圖，其中，圖6a為激勵電流-時間圖，圖6b為斬波米樣后的電流-時間圖。具體實施方式下面對本技術的實施例做詳細說明，本實施例在以本技術技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本技術的保護范圍不限于下述的實施例。針對不同情況，本技術可以有不同的實施例。本技術提出一種使用倍頻斬波方式的電導測量裝置，如圖2所示，包括斬波電路、檢波電路、交變激勵源、電導電極和同步頻率發生器，其中所述同步頻率發生器具有兩路輸出信號；在所述同步頻率發生器發出的輸出信號中，一路信號控制產生的交變激勵源提供給電導電極，經過斬波電路和檢波電路輸出信號；另一路信號直接進入斬波電路和檢波電路輸出信號。如圖3所示，所述同步頻率發生器的使用邊沿同步并且成倍頻關系的兩路信號源。所述同步頻率發生器的兩路輸出信號中，頻率較低的信號源控制激勵信號的產生；頻率較高的信號源控制斬波電路和檢波電路，從而避免了交變激勵引起的尖峰干擾，提高了測量精度。系統結構簡單，器件成本低，運行穩定可靠。在本技術的優選實施例中，同步頻率發生器提供兩路信號，一路控制激勵源產生交變的脈沖信號提供給電導探頭。同步頻率發生器的構成如圖3所示。U4芯片選用HC4060分頻器，兩路信號分別從HC4060的第4引腳和第5引腳引出。如圖3所示參數將分別得到頻率為2kHz和IkHz的方波信號。更換晶振，或者改變輸出引腳的選擇，可以改變得到合適的頻率。交變激勵源電路使用電壓源芯片和模擬開關構成。電壓源芯片LM7805，LM7905分別產生正5V電壓和負5V電壓，模擬開關使用⑶4051。控制信號連接⑶4051的第11引腳，⑶4051的第9、10引腳接地。正5V電源和負5伏電源分別連接⑶4051的第13、14引腳。激勵電源的輸出連接⑶4051的第3引腳。IkHz的方波信號控制⑶4051在正負電源間切換，從而得到交變的脈沖激勵。斬波電路如圖4所示。Ull為雙路模擬開關(可選擇ADG623)，將控制引腳3、9連接，則在同一時刻，兩路開關總是一路閉合一路斷開。圖中CON OUT是電導探頭輸出的信號，這里包含了激勵源切換后的尖峰干擾；CON Voltage標識斬波后的輸出信號。2kHz的控制信號如圖連接第3、9引腳。則在2kHz信號的負半周，不進行采樣，只有在2kHz信號的正半周模擬開關的D2與S2導通，對信號進行采樣。對信號的采樣進行了半個周期的延時，從而 得到了穩定的采樣信號。檢波電路如圖5所示。圖中使用了簡單的運放組成的超級二極管電路。如果希望得到更好的效果，可以使用2kHz信號進行同步檢波。信號經過檢波后得到一個直流電壓。這個電壓與電導成線性比例關系。與現有技術相比，本技術增加了斬波電路，并且增加了一路與激發交變激勵源信號同步且成2倍頻關系的信號作為斬波和檢波電路的控制源。相對于2倍頻信號，在其前半個周期內，采樣信號關閉，而這個時間內，正是尖峰脈沖的干擾時間。尖峰脈沖會很快衰減，半個周期的時間足以讓信號穩定。后半個周期到來時，對信號進行采樣。從而避免了干擾信號，得到穩定的輸出。通過以上方式完成對信號的斬波操作。經過斬波處理后的信號進入檢波電路，檢波電路可以使用運放組成的超級二極管電路，也可以使用2倍頻信號進行同步檢波，能得到更好的檢波效果。經過檢波的信號是一個直流電壓量，它的大小與電導率呈現比例關系。在本技術的一較佳實施例中，所述使用倍頻斬波方式的電導測量裝置還包括一級直流放大電路，用于調整放大增益。在輸出信號前，經過一級直流放大電路，使得輸出信號范圍可以調整到一個合適的范圍。所述同步頻率發生器優選為HC4060。圖6b是經過斬波處理后的信號，可以與圖Ib做比較。可以看到，經過斬波處理后，采樣信號避免了尖峰脈沖的干擾。本技術提出的使用倍頻斬波方式的電導測量裝置信號同步設計，本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種使用倍頻斬波方式的電導測量裝置，其特征在于，包括：斬波電路、檢波電路、交變激勵源、電導電極和同步頻率發生器，其中：所述同步頻率發生器具有兩路輸出信號；在所述同步頻率發生器發出的輸出信號中，一路信號控制產生的交變激勵源提供給電導電極，經過斬波電路和檢波電路輸出信號；另一路信號直接進入斬波電路和檢波電路輸出信號。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張珂，劉春建，時高磊，肖艷芳，徐友順，王晉，
申請(專利權)人：北京江河瑞通技術發展有限公司，
類型：實用新型
國別省市：