专利名称：使用倍频斩波方式的电导测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电导测量装置，具体地，通过倍频斩波方式进行的电导测量装置。
背景技术：
电导率是液体的一个重要的参数。液体电导率的测量广泛应用于水利、环保、冶金、电力、化工、医药、生物等多个行业。 影响电导率测量的因素主要是电容效应、极化效应和温度变化。其中温度变化可以通过温度测量功能来进行修正。由于导电液体在直流电压作用下会发生极化现象，所以电导测量装置都是对被测液体施加交变激励来进行测量。在激励源的选择上很多设备采用双极性脉冲方式，激励信号的前半个周期和后半个周期激励电流大小相同方向相反，被测液体的极化现象就得以削弱。但因为有电容效应的存在，在激励源极性变换过程中不可避免的会产生一个不稳定区间。表现在电流上会出现一个逐渐衰减的尖峰脉冲。这个尖峰干扰会给测量带来误差。如图Ia和图Ib所示。虽然现有的电导测量系统采取了改进和优化措施来避免这个干扰，但基本都是借助于成本较高的处理器芯片和ADC芯片，通过程序人为产生一个采样延时后再通过ADC采用完成。系统复杂，成本大大提高。
实用新型内容为了实现电导测试信号的精确取样，避免极性变化是尖峰脉冲的干扰，本实用新型针对电导测量的特点，提供了一种低成本、高可靠性，纯硬件，无需处理器参与的电导测量装置及方法。本实用新型提出一种使用倍频斩波方式的电导测量装置，包括斩波电路、检波电路、交变激励源、电导电极和同步频率发生器，其中所述同步频率发生器具有两路输出信号；在所述同步频率发生器发出的输出信号中，一路信号控制产生的交变激励源提供给电导电极，经过斩波电路和检波电路输出信号；另一路信号直接进入斩波电路和检波电路输出信号。进一步地，所述同步频率发生器的两路输出信号为2倍频关系。进一步地，所述同步频率发生器的两路输出信号中，频率较低的一路控制激励源极性的反转。进一步地，所述同步频率发生器的两路输出信号中，频率较高的一路采样控制信号，控制采样电路的采样时间。进一步地，所述使用倍频斩波方式的电导测量装置还包括频率较高的一路输出信号提供给检波电路，进行同步检波。进一步地，所述使用倍频斩波方式的电导测量装置还包括一级直流放大电路，用于调整放大增益。进一步地，所述同步频率发生器为HC4060。本实用新型提出使用倍频斩波方式的电导测量装置具有以下优势I)信号同步设计，精确选取信号采样时间，有效地避免了干扰区间。两路控制时钟，在硬件上的冋步确保了米样时间冋步和精确。2)系统设计使用低成本器件，减少了设备成本。设计中增加的一路信号，使用基本的逻辑器件比如分频器就可以得到，成本低。常规设计中使用处理器作为采样控制的主体，系统复杂，成本高。 3)系统结构简单，稳定可靠。与常规设计相比，省去了处理器相关电路的设计，避免了处理器程序的不稳定因素，使运行稳定、可靠。
图Ia和图Ib是常规电导测量中交变激励源引起的尖峰干扰示意图，其中，图Ia为激励电流_时间图，图Ib为测量电流_时间图；图2是本实用新型提出的使用倍频斩波方式的电导测量装置的系统结构示意图；图3是本实用新型提出的使用倍频斩波方式的电导测量装置的双路2倍频信号产生电路图；图4是本实用新型提出的使用倍频斩波方式的电导测量装置的斩波电路图；图5是本实用新型提出的使用倍频斩波方式的电导测量装置的检波电路图；图6a和图6b是根据本实用新型提出的使用倍频斩波方式的电导测量装置经过斩波米样的不意图，其中，图6a为激励电流-时间图，图6b为斩波米样后的电流-时间图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例做详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。针对不同情况，本实用新型可以有不同的实施例。本实用新型提出一种使用倍频斩波方式的电导测量装置，如图2所示，包括斩波电路、检波电路、交变激励源、电导电极和同步频率发生器，其中所述同步频率发生器具有两路输出信号；在所述同步频率发生器发出的输出信号中，一路信号控制产生的交变激励源提供给电导电极，经过斩波电路和检波电路输出信号；另一路信号直接进入斩波电路和检波电路输出信号。如图3所示，所述同步频率发生器的使用边沿同步并且成倍频关系的两路信号源。所述同步频率发生器的两路输出信号中，频率较低的信号源控制激励信号的产生；频率较高的信号源控制斩波电路和检波电路，从而避免了交变激励引起的尖峰干扰，提高了测量精度。系统结构简单，器件成本低，运行稳定可靠。在本实用新型的优选实施例中，同步频率发生器提供两路信号，一路控制激励源产生交变的脉冲信号提供给电导探头。同步频率发生器的构成如图3所示。U4芯片选用HC4060分频器，两路信号分别从HC4060的第4引脚和第5引脚引出。如图3所示参数将分别得到频率为2kHz和IkHz的方波信号。更换晶振，或者改变输出引脚的选择，可以改变得到合适的频率。交变激励源电路使用电压源芯片和模拟开关构成。电压源芯片LM7805，LM7905分别产生正5V电压和负5V电压，模拟开关使用⑶4051。控制信号连接⑶4051的第11引脚，⑶4051的第9、10引脚接地。正5V电源和负5伏电源分别连接⑶4051的第13、14引脚。激励电源的输出连接⑶4051的第3引脚。IkHz的方波信号控制⑶4051在正负电源间切换，从而得到交变的脉冲激励。斩波电路如图4所示。Ull为双路模拟开关(可选择ADG623)，将控制引脚3、9连接，则在同一时刻，两路开关总是一路闭合一路断开。图中CON OUT是电导探头输出的信号，这里包含了激励源切换后的尖峰干扰；CON Voltage标识斩波后的输出信号。2kHz的控制信号如图连接第3、9引脚。则在2kHz信号的负半周，不进行采样，只有在2kHz信号的正半周模拟开关的D2与S2导通，对信号进行采样。对信号的采样进行了半个周期的延时，从而 得到了稳定的采样信号。检波电路如图5所示。图中使用了简单的运放组成的超级二极管电路。如果希望得到更好的效果，可以使用2kHz信号进行同步检波。信号经过检波后得到一个直流电压。这个电压与电导成线性比例关系。与现有技术相比，本实用新型增加了斩波电路，并且增加了一路与激发交变激励源信号同步且成2倍频关系的信号作为斩波和检波电路的控制源。相对于2倍频信号，在其前半个周期内，采样信号关闭，而这个时间内，正是尖峰脉冲的干扰时间。尖峰脉冲会很快衰减，半个周期的时间足以让信号稳定。后半个周期到来时，对信号进行采样。从而避免了干扰信号，得到稳定的输出。通过以上方式完成对信号的斩波操作。经过斩波处理后的信号进入检波电路，检波电路可以使用运放组成的超级二极管电路，也可以使用2倍频信号进行同步检波，能得到更好的检波效果。经过检波的信号是一个直流电压量，它的大小与电导率呈现比例关系。在本实用新型的一较佳实施例中，所述使用倍频斩波方式的电导测量装置还包括一级直流放大电路，用于调整放大增益。在输出信号前，经过一级直流放大电路，使得输出信号范围可以调整到一个合适的范围。所述同步频率发生器优选为HC4060。图6b是经过斩波处理后的信号，可以与图Ib做比较。可以看到，经过斩波处理后，采样信号避免了尖峰脉冲的干扰。本实用新型提出的使用倍频斩波方式的电导测量装置信号同步设计，精确选取信号采样时间，有效地避免了干扰区间；系统设计使用低成本器件，减少了设备成本，实现系统结构简单，稳定可靠。综上所述，以上为本实用新型的较佳实施例，并非用来限定本实用新型的保护范围。在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，所属技术领域的技术人员当可根据本实用新型做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型的权利要求的保护范围。
权利要求1.一种使用倍频斩波方式的电导测量装置，其特征在于，包括斩波电路、检波电路、交变激励源、电导电极和同步频率发生器，其中 所述同步频率发生器具有两路输出信号； 在所述同步频率发生器发出的输出信号中，一路信号控制产生的交变激励源提供给电导电极，经过斩波电路和检波电路输出信号；另一路信号直接进入斩波电路和检波电路输出信号。
2.根据权利要求I所述的使用倍频斩波方式的电导测量装置，其特征在于，所述同步频率发生器的两路输出信号为2倍频关系。
3.根据权利要求I所述的使用倍频斩波方式的电导测量装置，其特征在于，所述同步频率发生器的两路输出信号中，频率较低的一路控制激励源极性的反转。
4.根据权利要求I所述的使用倍频斩波方式的电导测量装置，其特征在于，所述同步频率发生器的两路输出信号中，频率较高的一路采样控制信号，控制采样电路的采样时间。
5.根据权利要求I所述的使用倍频斩波方式的电导测量装置，其特征在于，还包括频率较高的一路输出信号提供给检波电路，进行同步检波。
6.根据权利要求I所述的使用倍频斩波方式的电导测量装置，其特征在于，还包括一级直流放大电路，用于调整放大增益。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的使用倍频斩波方式的电导测量装置，其特征在于，所述同步频率发生器为HC4060。
专利摘要本实用新型涉及一种使用倍频斩波方式的电导测量装置，包括斩波电路、检波电路、交变激励源、电导电极和同步频率发生器，其中所述同步频率发生器具有两路输出信号；一路信号控制产生的交变激励源提供给电导电极，经过斩波电路和检波电路输出信号；另一路信号直接进入斩波电路和检波电路输出信号，用于测量电导。本实用新型提出的使用倍频斩波方式的电导测量装置采用信号同步设计，精确选取信号采样时间，有效地避免了干扰区间；系统设计使用低成本器件，减少了设备成本，实现系统结构简单，稳定可靠。
文档编号G01R27/22GK202631637SQ20122006927
公开日2012年12月26日 申请日期2012年2月28日 优先权日2012年2月28日
发明者张珂, 刘春建, 时高磊, 肖艳芳, 徐友顺, 王晋 申请人:北京江河瑞通技术发展有限公司
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