[發明專利]一種便攜式水質監測參數電壓/電流信號處理電路

在審

• 申請號: 201711488686.3
• 申請日: 2017-12-30
• 公開（公告）號: CN108181351A
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 李文;張志永;呂赫;羅學科;徐明剛
• 申請（專利權）人: 北方工業大學
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00;G01N21/31;G01R19/25
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.一種便攜式水質監測參數電壓/電流信號處理電路，其特征在于：便攜式水質傳感器信號處理電路的輸入信號由電極或者硅光電池采集得到，電極是PH、氨氮、溶解氧、電導率電極，遇到濁度、COD、葉綠素等無法用電極采集的信號時，采用用分光光度法基于朗伯-比爾定律：

A＝lg(1/T)＝Kbc (1)

式(1)中A為吸光度；T為透射比即透光度，是出射光強度(I)比入射光強度(I0)，K為摩爾吸收系數，它與吸收物質的性質及入射光的波長λ有關.c為吸光物質的濃度，b為吸收層厚度。通過測定被測物質在特定波長處或一定波長范圍內光的吸收度，對該物質進行定性和定量分析。不同濃度的同一溶液在光程相同的情況下在特定波長光處透射率不同，通過硅光電池采集透射光的強度，將光強信號轉化為電信號作為該電路的輸入信號。如果該輸入信號為電流信號，則通過采樣電阻轉化為電壓信號。

信號處理電路包括電源模塊、放大模塊、調制模塊、交直流轉換模塊和485通訊模塊；放大模塊與調制模塊連接，調制模塊通過交直流轉換模塊與電路保護模塊連接，電路保護模塊通過485通訊模塊與CPU連接。

(1)電源模塊由U6即MP2359構成，U6由12V供電，輸出5V電壓為放大和調制模塊供電。

(2)放大模塊包括AD820AR芯片，作為對初始參考信號進行第一次放大處理。

(3)調制模塊包括一個AD820ARZ、一個ADR130B芯片和一個電路保護模塊BAV199；其中ADR130B的輸出電壓和輸入信號與第一次放大處理后的電信號共同輸入第二塊AD820AR芯片進行電壓調制之后；調制模塊為核心處理部分；

(4)若輸入信號為交流信號則經過AD736后轉換為直流信號；

(5)再經過BAV199電路保護模塊；

(6)信號通過485通訊模塊最終傳輸給CPU。

2.根據權利要求1所述的一種便攜式水質監測參數電壓/電流信號處理電路，其特征在于：首先如果參考信號為電流信號則R206保留且C204改為0Ω電阻，輸入電流由采樣電阻轉換為電壓信號。如果為輸入信號為電壓信號則R206不焊；輸入信號經由U200同相輸入端+IN輸入U200即AD820AR再由VOUT輸出第一次放大信號，放大電壓信號不得超過5V，同時再由反相輸入端輸入U202即AD820ARZ，由原理圖得電壓放大倍數為

因此輸出電壓為

式中U₀為輸出電壓，U_I為輸入電壓。

電源模塊輸出的+5V電壓由Vin輸入經過U204即ADR130B再由Vout輸出500mv電壓信號同時和輸入信號再由同相輸入端輸入U202，即與第一級放大電路構成一個加減運算調制電路，實現多個輸入信號按各自不同的比例求和或求差的電路，設加減運算電路的同相輸入端電壓為U₂₁₇；反相輸入端電壓為U₂₁₁；輸出電壓為U_O則由計算公式得

式中R₂₁₇，R₂₁₁，R_f為R₂₁₂。

由U202的VOUT輸出通過調制運算電路后的電壓信號。

若輸入信號為交流信號則調制處理后的信號由VIN輸入U203即AD736再由OUTPUT輸出直流信號，若輸入信號為直流信號則R₂₀₉為0Ω電阻。輸出的直流信號經過D201即電路保護模塊后再通過485通訊模塊傳輸給CPU。