專利名稱：利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置及方法，具體是指一種利用共軸線圈對電導(dǎo)率在σ <10s/m范圍內(nèi)的電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置及方法，屬于流體實時檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電導(dǎo)率是反應(yīng)電解質(zhì)溶液的重要特性的參數(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測、醫(yī)藥衛(wèi)生、科學(xué)研究以及工業(yè)生產(chǎn)的過程中。當(dāng)前，和電導(dǎo)率較高的金屬材料相比，由于受自身濃度分布、不穩(wěn)定形態(tài)、溫度等因素的影響，實現(xiàn)電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的準(zhǔn)確、快速的測量存在一定的難度?，F(xiàn)有技術(shù)中，檢測電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的方法包括電極電導(dǎo)測量法，以及電容耦合 電導(dǎo)率測量法。其中，電極電導(dǎo)測量法在實際測量中由于其特殊性而存在較多的局限性。由于這種方法屬于接觸式測量，在一定程度上會對被測的電解質(zhì)溶液流體造成破壞；并且存在電極長期與電解質(zhì)溶液接觸而被腐蝕等問題。而所述的電容耦合電導(dǎo)率測量法由于測量原理和測量數(shù)量級的限制，因此較多的還是使用于對毛細血管等微小尺度管道的測量且測量量程也偏小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置及方法，可以在不與被測電解質(zhì)溶液接觸，不影響正常使用的情況下，通過直接檢測接收線圈上的感應(yīng)信號即可方便準(zhǔn)確實時的檢測得到該種電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置，用于測量電導(dǎo)率在σ <10s/m的特定范圍內(nèi)的電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，該裝置包含通過電路依次連接的PC主機、FPGA主板、前端板和傳感器裝置，以及用于放置待測電解質(zhì)溶液的測量管道；其中，所述傳感器裝置包含平行繞制在所述測量管道外側(cè)的激勵線圈和接收線圈，形成共軸線圈。所述的測量管道的半徑為10mm。所述激勵線圈和接收線圈均繞制50匝，兩者之間的繞制間距為20mm，共振頻率為25MHz，阻抗為15歐姆。所述傳感器裝置的表面采用環(huán)氧乙烯塑封鋁箔紙包裹以作為屏蔽層。所述FPGA主板包含與所述PC主機通過電路連接的USB接口，直接數(shù)字頻率合成器，累加器，微處理器，與所述直接數(shù)字頻率合成器通過電路連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，以及與所述累加器通過電路連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。所述前端板包含分別與所述激勵線圈和接收線圈通過電路連接的模擬開關(guān)，以及與所述模擬開關(guān)通過電路連接的功率放大器和信號預(yù)處理器；其中，所述功率放大器還與模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過電路連接；所述信號預(yù)處理器還與數(shù)模轉(zhuǎn)換器通過電路連接；所述模擬開關(guān)還與微處理器通過電路連接，根據(jù)微處理器發(fā)出的邏輯控制信號對激勵信號和感應(yīng)信號進行選通。本發(fā)明還提供一種利用上述測量裝置對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率進行測量的方法，該方法用于測量電導(dǎo)率在o〈10s/m的特定范圍內(nèi)的電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，需在常溫、密閉的環(huán)境下進行；所述方法主要包含以下步驟
步驟I、將被測電解質(zhì)溶液注入測量管道中；
步驟2、PC主機經(jīng)由USB接口向直接數(shù)字頻率合成器發(fā)送啟動信號，裝置預(yù)熱10分鐘；步驟3、微處理器向模擬開關(guān)發(fā)出邏輯控制信號，激勵信號被選通；所述直接數(shù)字頻率合成器通過頻率合成生成原始激勵信號，并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器進行信號數(shù)模轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過功率放大器的功率放大處理后，經(jīng)由選通的模擬開關(guān)向激勵線圈施加激勵信號，通過被測電解質(zhì)溶液使得接收線圈產(chǎn)生感應(yīng)信號；
步驟4、微處理器向模擬開關(guān)發(fā)出邏輯控制信號，感應(yīng)信號被選通；所述信號預(yù)處理器直接檢測接收線圈上產(chǎn)生的感應(yīng)信號進行放大預(yù)處理后，傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器進行信號模數(shù)轉(zhuǎn)換，再傳輸至累加器計算，最終通過USB接口傳輸至PC主機顯示檢測結(jié)果。綜上所述，本發(fā)明所提供的利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置及方法，用于測量電導(dǎo)率在σ〈10s/m的特定范圍內(nèi)的電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，可以在不與被測電解質(zhì)溶液接觸，不影響正常使用的情況下，通過直接檢測接收線圈上的感應(yīng)信號即可方便準(zhǔn)確實時的檢測得到該種電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率。


圖I為本發(fā)明中的利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
圖2為本發(fā)明中的前端板的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式以下結(jié)合圖I 圖2，詳細說明本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例。如圖I所示，本發(fā)明所提供的利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置，用于測量電導(dǎo)率在σ <10s/m的特定范圍內(nèi)的電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，其包含通過電路依次連接的PC主機1、FPGA (現(xiàn)場可編程門陣列)主板2、前端板3和傳感器裝置，以及用于放置待測電解質(zhì)溶液的測量管道。所述的測量管道的半徑為10mm。所述傳感器裝置包含平行繞制在所述測量管道外側(cè)的激勵線圈41和接收線圈42，形成共軸線圈。所述激勵線圈41和接收線圈42均繞制50匝，兩者之間的繞制間距為20mm，共振頻率為25MHz，阻抗為15歐姆。進一步，所述傳感器裝置的表面采用環(huán)氧乙烯塑封鋁箔紙包裹以作為屏蔽層。所述FPGA主板2包含與所述PC主機I通過電路連接的USB接口 26，DDS(直接數(shù)字頻率合成器)21，累加器24，MCU (微處理器)25，與所述DDS 21通過電路連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器22，以及與所述累加器24通過電路連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器23。所述DDS 21通過USB接口26接收PC主機I發(fā)送的啟動信號，通過頻率合成生成原始激勵信號，并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器22進行信號數(shù)模轉(zhuǎn)換。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器23對檢測到的感應(yīng)信號進行采集并進行信號模數(shù)轉(zhuǎn)換后，傳輸至累加器24計算，最終通過USB接口 26傳輸至PC主機I顯示檢測結(jié)果。本實施例中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器23采用型號為AD9266的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，其采樣頻率為 ，，=WMHz,選擇工作頻率為尤=2. 5MHz。所述FPGA主板2的激勵頻率和測量頻率均在I 5MHz之間，以便提高信號的空間靈敏度，同時降低高頻干擾。所述前端板3包含分別與所述激勵線圈41和接收線圈42通過電路連接的模擬開關(guān)31，以及與所述模擬開關(guān)通過電路連接的功率放大器32和信號預(yù)處理器33 ;其中，所述功率放大器32還與模數(shù)轉(zhuǎn)換器22通過電路連接；所述信號預(yù)處理器33還與數(shù)模轉(zhuǎn)換器23通過電路連接；所述模擬開關(guān)31還與MCU 25通過電路連接，根據(jù)MCU 25發(fā)出的邏輯控制信號對激勵信號和感應(yīng)信號進行選通。如圖3所示，本實施例中，所述功率放大器32采用型號為74C906和型號為0PA544·的集成電路芯片實現(xiàn)，用于接收由DDS 21傳送來的激勵信號，并將該激勵信號進行功率放大。所述信號預(yù)處理器33采用型號為INA105和型號為INA104的集成電路芯片實現(xiàn)，用于接收由傳感器裝置的接收線圈42檢測到的感應(yīng)信號并進行放大預(yù)處理，再將該感應(yīng)信號傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器23。其中，所述INA1049的集成電路芯片采取差模輸入模式。本發(fā)明還提供一種利用上述測量裝置對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率進行測量的方法，該方法用于測量電導(dǎo)率在o〈10s/m的特定范圍內(nèi)的電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，需在常溫、密閉的環(huán)境下進行，以避免溫度和高頻信號的干擾；所述方法主要包含以下步驟
步驟I、將被測電解質(zhì)溶液注入測量管道中；
步驟2、PC主機I經(jīng)由USB接口 26向DDS 21發(fā)送啟動信號，裝置預(yù)熱10分鐘；
步驟3、MCU 25向模擬開關(guān)31發(fā)出邏輯控制信號，激勵信號被選通；所述DDS 21通過頻率合成生成原始激勵信號，并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器22進行信號數(shù)模轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過功率放大器
32的功率放大處理后，經(jīng)由選通的模擬開關(guān)31向激勵線圈41施加激勵信號，通過被測電解質(zhì)溶液使得接收線圈42產(chǎn)生感應(yīng)信號；
步驟4、MCU 25向模擬開關(guān)31發(fā)出邏輯控制信號，感應(yīng)信號被選通；所述信號預(yù)處理器33直接檢測接收線圈42上產(chǎn)生的感應(yīng)信號進行放大預(yù)處理后，傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器23進行信號模數(shù)轉(zhuǎn)換，再傳輸至累加器24計算，最終通過USB接口 26傳輸至PC主機I顯示檢測結(jié)果。綜上所述，本發(fā)明所提供的利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置及方法，用于測量電導(dǎo)率在σ〈10s/m的特定范圍內(nèi)的電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，可以在不與被測電解質(zhì)溶液接觸，不影響正常使用的情況下，通過直接檢測接收線圈上的感應(yīng)信號即可方便準(zhǔn)確實時的檢測得到該種電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率。盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細介紹，但應(yīng)當(dāng)認識到上述的描述不應(yīng)被認為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
權(quán)利要求
1.一種利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置，其特征在于，用于測量電導(dǎo)率在σ〈lOs/m的特定范圍內(nèi)的電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，該裝置包含 通過電路依次連接的PC主機(I)、FPGA主板(2)、前端板(3)和傳感器裝置，以及用于放置待測電解質(zhì)溶液的測量管道； 其中，所述傳感器裝置包含平行繞制在所述測量管道外側(cè)的激勵線圈(41)和接收線圈(42)，形成共軸線圈。
2.如權(quán)利要求I所述的利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置，其特征在于，所述測量管道的半徑為10mm。
3.如權(quán)利要求I所述的利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置，其特征在于，所述激勵線圈(41)和接收線圈(42)均繞制50匝，兩者之間的繞制間距為20mm，共振頻率為25MHz，阻抗為15歐姆。
4.如權(quán)利要求3所述的利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置，其特征在于，所述傳感器裝置的表面采用環(huán)氧乙烯塑封鋁箔紙包裹以作為屏蔽層。
5.如權(quán)利要求I所述的利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置，其特征在于，所述FPGA主板(2 )包含與所述PC主機(I)通過電路連接的USB接口( 26 )，直接數(shù)字頻率合成器(21)，累加器(24)，微處理器(25)，與所述直接數(shù)字頻率合成器(21)通過電路連接的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(22)，以及與所述累加器(24)通過電路連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(23)。
6.如權(quán)利要求5所述的利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置，其特征在于，所述前端板(3 )包含分別與所述激勵線圈(41)和接收線圈(42 )通過電路連接的模擬開關(guān)(31)，以及與所述模擬開關(guān)通過電路連接的功率放大器(32)和信號預(yù)處理器(33)； 所述功率放大器(32 )還與模數(shù)轉(zhuǎn)換器(22 )通過電路連接； 所述信號預(yù)處理器(33)還與數(shù)模轉(zhuǎn)換器(23)通過電路連接； 所述模擬開關(guān)(31)還與微處理器(25 )通過電路連接，根據(jù)微處理器(25 )發(fā)出的邏輯控制信號對激勵信號和感應(yīng)信號進行選通。
7.一種利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量方法，用于測量電導(dǎo)率在σ <10s/m的特定范圍內(nèi)的電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，需在常溫、密閉的環(huán)境下進行，其特征在于，所述測量方法包含以下步驟 步驟I、將被測電解質(zhì)溶液注入測量管道中； 步驟2、PC主機(I)經(jīng)由USB接口( 26 )向直接數(shù)字頻率合成器(21)發(fā)送啟動信號，裝置預(yù)熱10分鐘； 步驟3、微處理器(25)向模擬開關(guān)(31)發(fā)出邏輯控制信號，激勵信號被選通；所述直接數(shù)字頻率合成器(21)通過頻率合成生成原始激勵信號，并通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(22)進行信號數(shù)模轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過功率放大器(32)的功率放大處理后，經(jīng)由選通的模擬開關(guān)(31)向激勵線圈(41)施加激勵信號，通過被測電解質(zhì)溶液使得接收線圈(42 )產(chǎn)生感應(yīng)信號； 步驟4、微處理器(25)向模擬開關(guān)(31)發(fā)出邏輯控制信號，感應(yīng)信號被選通；所述信號預(yù)處理器(33)直接檢測接收線圈(42)上產(chǎn)生的感應(yīng)信號進行放大預(yù)處理后，傳輸至模數(shù)轉(zhuǎn)換器(23 )進行信號模數(shù)轉(zhuǎn)換，再傳輸至累加器(24 )計算，最終通過USB接口( 26 )傳輸至PC主機(I)顯示檢測結(jié)果。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量裝置，用于測量電導(dǎo)率在σ<10s/m的特定范圍內(nèi)的電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，該裝置包含通過電路依次連接的PC主機、FPGA主板、前端板和傳感器裝置，以及用于放置待測電解質(zhì)溶液的測量管道；其中，所述傳感器裝置包含平行繞制在所述測量管道外側(cè)的激勵線圈和接收線圈，形成共軸線圈。本發(fā)明還提供一種利用共軸線圈對電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率的非接觸式測量方法。本發(fā)明用于測量電導(dǎo)率在σ<10s/m的特定范圍內(nèi)的電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率，可以在不與被測電解質(zhì)溶液接觸，不影響正常使用的情況下，通過直接檢測接收線圈上的感應(yīng)信號即可方便準(zhǔn)確實時的檢測得到該種電解質(zhì)溶液的電導(dǎo)率。
文檔編號G01R27/02GK102901877SQ20121044957
公開日2013年1月30日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者陳麗婷, 陳廣, 尹武良 申請人:上海海事大學(xué)