工作频率可调的液体电导测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种工作频率可调的液体电导测量方法及其装置。方法采用直接数字合成集成电路得到频率可调的正弦信号为测量传感器提供激励，在对传感器施加一个幅度稳定的正弦信号激励的情况下，把经过放大的传感器的输出信号与一个和传感器激励信号的载波同频率的参考信号送到模拟乘法器进行模拟乘法运算，用一个低通滤波器对模拟乘法器的输出进行滤波得到与被测液体电导对应的直流信号。装置具有电导测量电路板和电导探头，本发明专利技术采用锁定放大技术，适用于微弱电导测量，工作频率可调，可在０－１．２５ＭＨｚ频率范围内对液体电导进行测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种工作频率可调的液体电导测量方法及其装置。
技术介绍
液体的电导是液体的基本物理参数之一。液体电导测试技术广泛应用于含液物系的化工、生物、医学、环保、水利、冶金、电力等行业的科研与生产过程。电导测试技术所针对的被测液体种类繁多，不同的液体的电导特性差异很大。常见的电导测量装置多为对传感器施加固定频率交流激励的通用型仪器，而液体在不同频率的信号激励下的交流响应往往不同，所以工作于固定频率的电导测量装置对某些种类的液体电导进行测量时灵敏度和分辨率比较低。由于导电液体在直流电压作用下会发生极化现象，电导测量装置都是对被测液体施加交流激励来进行测量的。从原理上说，所有测量交流阻抗的方法均可测量电导，常见的有电桥法、分压法、运放法及脉冲法。工程上应用最多的电导测量方法是分压法，其优点是结构简单、量程切换方便、容易构成宽测量范围的装置等，其缺点是测量精度和灵敏度偏低(1％以上)。交流电桥法常用于高要求的实验室测量，其缺点是调整测量范围不方便。传统的液体电导测量装置在测量时工作于固定的工作频率，但液体的电导在不同频率信号激励下是不同的，采用单一频率的正弦信号对不同液体的电导进行测量很难得到高分辨率的测量结果。虽然现有的电导测试系统对提高系统灵敏度提出了很多改进和优化措施，如提高激励信号的幅值、选用高增益的低噪声放大器、提高A/D转换器的分辨率等，但由于其设计原理的局限，对微弱的电导的测量仍然难以胜任。其根本原因在于，当传感器的输出信号变化非常微弱时，信道噪声成为显著的干扰源，信道噪声的幅值与有用信号的幅值相近或更大的情况下是不可能通过提高放大倍数来改善系统灵敏度的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种工作频率可调的液体电导测量方法及其装置。它采用直接数字合成集成电路得到频率可调的正弦信号为测量传感器提供激励，在对传感器施加一个幅度稳定的正弦信号激励的情况下，把经过放大的传感器的输出信号与一个和传感器激励信号的载波同频率的参考信号送到模拟乘法器进行模拟乘法运算，用一个低通滤波器对模拟乘法器的输出进行滤波得到与被测液体电导对应的直流信号。它具有电导测量电路板和电导探头，电导测量电路板的电路为振荡器I依次与低通滤波电路I、放大电路I、测量电桥、放大电路II、模拟乘法器、低通滤波电路II、放大电路III、模数转换电路、单片机相接，单片机与振荡器I及振荡器II相接，振荡器II依次与低通滤波电路II及模拟乘法器相接。本专利技术工作频率可调，可在0-1.25MHz频率范围内对液体电导进行测量。本专利技术的优点1)采用锁定放大技术，适用于微弱电导测量，本测量装置采用专门用于微弱小信号处理的锁定放大技术，从原理上保证了系统有较高的灵敏度和较大的动态范围。锁定放大电路采用平衡调幅的交流电压源作为电导传感器激励源，一方面削弱了采用直流信号作为系统激励源时难以解决的电极化问题，与常规的电导测量电路相比系统的信噪比大为提高；2)采用直接数字合成集成电路产生驱动传感器的正弦激励信号和模拟乘法器的正弦参考信号，工作频率在0-1.25MHz之间调整。两片直接数字合成集成电路采用同一有源时钟驱动，以保证激励信号与参考信号频率严格一致。附图说明图1是工作频率可调的液体电导测量装置结构示意图；图2是工作频率可调的液体电导测量装置电路板方框图；图3是本专利技术的振荡器I原理图；图4是本专利技术的低通滤波器I原理图；图5是本专利技术的放大器I原理图；图6是本专利技术的模拟乘法器原理图；图7是本专利技术的低通滤波器III电路原理图。具体实施例方式本专利技术采用锁定放大原理实现液体电导的高分辨率测量，即是在对传感器施加一个幅度稳定的正弦信号激励的情况下，把经过放大的传感器的输出信号与一个和传感器激励信号同频率的参考信号进行模拟乘法运算，由于传感器输出信号的有效成分为与参考信号同频率的正弦信号，二者乘积的差频部分为直流信号。而各种噪声信号与参考信号的乘积为高频信号，通过低通滤波可有效抑制噪声信号的影响，得到高分辨率的测量结果。采用锁定放大原理可以有效抑制信号放大电路的噪声，传感器信号放大电路引入的信道噪声不会恶化测量电路输出信号的信噪比，从而可以通过提高传感器信号放大电路的增益实现高分辨率的测量。若经过放大的传感器输出信号和参考信号分别为S(t)＝x(t)+N(t)＝A sin(ωt+θ+Φ)+N(t) (1)y(t)＝B sin(ωt+θ) (2)则它们的互相关函数为Rsy(0)=1T∫0TS(t)y(t)dt=12ABcos(Φ)---(3)]]>从(3)式可以看出，噪声成分由于与参考信号没有相关性对相关运算的结果没有影响。锁相放大器就是通过在信号处理电路中引入一个相关环节极大地提高电路的噪声抑制能力。由于放大电路引入的信道噪声也因与参考信号没有相关性而被相关环节充分抑制，所以可以通过提高放大电路的增益来提高系统的分辨率而不需担心放大电路引入噪声。如图1所示，工作频率可调的液体电导测量装置具有电导测量电路板和电导探头。电导测量电路板的电路为振荡器I依次与低通滤波电路I、放大电路I、测量电桥、放大电路II、模拟乘法器、低通滤波电路II、放大电路III、模数转换电路、单片机相接，单片机与振荡器I及振荡器II相接，振荡器II依次与低通滤波电路II及模拟乘法器相接。本专利技术工作频率可调，可在0-1.25MHz频率范围内对液体电导进行测量。本专利技术采用专门用于强噪声背景下的小信号提取的锁定放大技术把系统信噪比提高80dB以上。锁定放大电路的核心功能是对传感器输出信号进行相敏解调，相敏解调可以通过开关电路、乘法电路及数字信号处理系统来实现。本专利技术采用模拟乘法器集成电路AD835实现解调，电路实现简单、实用。振荡器I和II分别以一片直接数字合成集成电路AD7008为核心构成。两片AD7008采用同一有源时钟驱动，单片机向两片AD7008的频率寄存器写入相同数据，可保证振荡器I和II的输出信号频率严格相同。振荡器I的输出经过低通滤波器I滤波和放大器I放大后给电导测量传感器提供激励。电导传感器电路的结构为两个有效阻抗的串联分压电路，由电导探头连接导线、电极、被测溶液的等效阻抗构成的综合阻抗和一个采样电阻串联而成。电导传感器的有效输出是一个微弱的正弦信号，由于传感器在高频信号激励下不能视为一个纯电阻以及热噪声的影响，传感器的实际输出包含一些噪声成分。传感器的输出经过放大器II放大后送到模拟乘法器的输入端I。如图3所示，振荡器I是以直接数字合成集成电路AD7008为核心构成。以直接数字合成集成电路AD7008核心构成，AD7008第3脚、第17脚、第28脚、第39脚接5V电源，AD7008第7脚、第18脚、第29脚、第37脚、第43脚、第8脚、第9脚、第10脚、第11脚、第12脚、第13脚、第14脚、第15脚接数字地，AD7008第1脚、第2脚、第4脚、第31脚分别通过电阻(R1)、(R2)、(R3)及(R5)接数字地，AD7008第5、6引脚分别通过电容(C1)、(C2)接5V电源，AD7008的第19脚、第20脚、第21脚、第22脚、第23脚、第24脚、第25脚、26脚分别与单片机数据总线的AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种工作频率可调的液体电导测量方法，其特征在于，它采用直接数字合成集成电路得到频率可调的正弦信号为测量传感器提供激励，在对传感器施加一个幅度稳定的正弦信号激励的情况下，把经过放大的传感器的输出信号与一个和传感器激励信号的载波同频率的参考信号送到模拟乘法器进行模拟乘法运算，用一个低通滤波器对模拟乘法器的输出进行滤波得到与被测液体电导对应的直流信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志尧，何潮洪，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]