[發明專利]基于相敏解調的電容耦合式非接觸電導的測量裝置及方法

無效

• 申請號: 201310007288.0
• 申請日: 2013-01-08
• 公開（公告）號: CN103675460A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 王保良;李先上;龔和;冀海峰;黃志堯;李海青
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01R27/14
• 分類號: G01R27/14
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

1.?基于相敏解調的電容耦合式非接觸電導的測量裝置包括電導傳感器、信號發生器、信號處理模塊、數據采集模塊和計算機，其特征在于：所述的電導傳感器包括絕緣測量管道、激勵電極和檢測電極，激勵電極和檢測電極安裝在絕緣測量管道的外壁上，激勵電極與信號發生器相連接，信號處理模塊包括電流-電壓轉換模塊和相敏解調模塊，檢測電極與信號處理模塊的電流信號輸入端連接，信號處理模塊的電壓信號輸出端與數據采集模塊的信號輸入端連接，數據采集模塊與計算機相連接；信號發生器為相敏解調模塊中的兩個乘法器分別提供同相參考信號和正交參考信號。

2.根據權利要求1所述的基于相敏解調的電容耦合式非接觸電導的測量裝置，其特征在于：所述的基于相敏解調的電導傳感器檢測等效電路為：信號發生器同向參考信號輸出端與激勵電極、絕緣測量管道內的被測導電溶液所形成的第一耦合電容C_X1一端連接，第一耦合電容C_X1的另一端與導電溶液的等效電阻R_X的一端相連接，導電溶液的等效電阻R_X的另一端與檢測電極和絕緣測量管道內的被測導電溶液所形成的第二耦合電容C_X2相連接。

3.根據權利要求1所述的基于相敏解調的電容耦合式非接觸電導的測量裝置，其特征在于：所述的信號處理模塊電路包括第一電阻R1、第一運算放大器A1、第二運算放大器A2、第三運算放大器A3、第一乘法器（V_ref90）M1、第二乘法器（V_ref90）M2、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5、第六電阻R6、第七電阻R7、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3和第四電容C4；

第一電阻R1的一端與第一運算放大器A1的反相輸入端、電流信號輸入端連接，第一運算放大器A1的同相輸入端與地相連接，第一運算放大器A1的輸出端與第一電阻R1的另一端、第一乘法器M1的正Y輸入端Y1、第二乘法器M2的正Y輸入端Y1相連接，第一乘法器M1的正X輸入端X1與信號發生器的同相參考信號輸出端相連接，第一乘法器M1的負X輸入端X2、負Y輸入端Y2與地連接，第二乘法器M2的正Y輸入端Y1與信號發生器的正交參考信號輸出端相連接，第二乘法器（M1）的負X輸入端X2、負Y輸入端Y2與地連接，第一乘法器M1的輸出端OUT與第二電阻R2的一端相連接，第二電阻R2的另一端、第一電容C1的一端、第四電阻R4的一端與第二運算放大器A2的反相輸入端相連接，第二運算放大器A2的同相輸入端與地相連接，第二運算放大器A2的輸出端、第一電容C1的另一端、第四電阻R4的另一端與第六電阻R6的一端相連接，第六電阻R6的另一端通過第三電容C3接地，第二乘法器M2的輸出端OUT與第三電阻R3的一端相連接，第三電阻R3的另一端、第二電容C2的一端、第五電阻R5的一端與第三運算放大器A3的反相輸入端相連接，第三運算放大器A3的同相輸入端與地相連接，第三運算放大器A3的輸出端、第二電容C2的另一端、第五電阻R5的另一端與第七電阻R7的一端相連接，第七電阻R7的另一端通過第四電容C4接地。

4.基于相敏解調的電容耦合式非接觸電導的測量方法，其特征在于:利用相敏解調的方法，檢測電極流出的交流電流，經過電流-電壓轉換電路轉化為交流電壓，該電壓經過乘法器和低通濾波電路組成的相敏解調模塊后會分解為同相分量V₀和正交分量V₉₀，根據V₀和V₉₀，電極間等效電阻和耦合電容均可計算出來；這樣能夠消除耦合電容對電導測量的影響，從而擴大測量范圍，提高分辨率；

信號發生器提供激勵電極的激勵信號V_i、第一乘法器的同相參考信號V_ref0和第二乘法器的正交參考信號V_ref90，V_i、V_ref0與V_ref90分別為

式中，A_i、A_ref0?和A_ref90分別為V_i、V_ref0?和V_ref90的幅值，ω為V_i、V_ref0?和V_ref90的角頻率；

耦合電容C_x1?與耦合電容C_x2的串聯值C_x為

R₁為反饋電阻，V_out為第一運放的輸出電壓，包含同相分量和正交分量兩部分，可表示為

V_out?也可以寫成

式中，A_out?為V_out的幅值，θ為相位

相應的，可以得到

兩個乘法器的輸出信號分別為

可以看出V_MUL0?與V_MUL90包括交流成分和直流成分；通過低通濾波可以獲得該直流成分，因此，直流電壓為

最終，未知的R_x和C_x可以由下式計算出來

。