专利名称：地表水电导率非接触测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及电导检测技术，尤其涉及一种地表水电导率非接触测量装置及方法。
背景技术：
地表水电导率是反映水质状况的重要基本参数，它的连续实时在线检测对水环境监测具有重要意义。地表水电导率检测系统处在野外，若要完成长期在线检测任务，传感器需要能够较少受水中浮游生物或其他杂质附着污染的影响，较少受一些漂流物如落叶、垃圾袋等的干扰，并且较少人工定期巡查清洗维护等要求。因而，地表水电导率的在线实时检测对传感器提出了较高的要求。现在主要水电导率检测的方法分为电极法和电磁感应法。电极法的应用范围广， 从电导率非常小的溶液到一般的水溶液均可使用，但是电极与液体直接接触，电极容易受到污染、氧化腐蚀，并且其测量敏感空间往往是部分封闭的，水中浮游生物容易在测量空间内附着和滋生，影响测量精度，需要定期清洗，野外维护负担较重。电磁感应法是非接触测量，没有极化效应，具有耐腐蚀性高，测量范围广等优点，但是结构比较复杂，而且也不适合低电导率的水溶液测量。因而，这些方法难以充分满足地表水电导率检测的要求，需要设计新原理的检测系统来满足应用要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，基于C4D技术，利用串联谐振消除耦合电容的原理，提供了一种地表水电导率非接触测量装置及方法可靠的。地表水电导率非接触测量装置包括浮箱、交流激励源、电感模块、检测模块和信号处理电路。检测模块包括贴在浮箱外底侧的激励电极、检测电极和绝缘层。激励电极和检测电极都与水之间用绝缘层隔开。交流激励源经电感模块与激励电极相连，检测电极与信号处理电路相连，信号处理电路电路与数据采集及处理系统相连。地表水电导率非接触测量装置的交流激励源的电路包括第一电阻R1，第二电阻 R2，第三电阻R3，第四电阻R4，第五电阻R5，滑动变阻器R6，第一反相器II，第二反相器 12，第三反相器13，第一电容Cl，可调电容C2，石英晶体Y1，第一运算放大器Al，第一电阻Rl —端、石英晶体Yl的一端与第一反相器Il的输入端相连，第一电阻Rl的另一端、第一反相器Il的输出端与第一电容Cl的一端相连，第一电容Cl的另一端、第二电阻R2的一端与第二反相器12的输入端连接，第二电阻R2的另一端、第二反相器12的输出端、第三电阻R3的一端、第三反相器13的输入端与可调电容C2的一端相连，可调电容C2的另一端与石英晶体Yl的另一端连接，第三反相器13的输出端、第三电阻R3的另一端与第四电阻R4 的一端连接，第四电阻R4的另一端、滑动变阻器R6的一端与第一运算放大器Al的反向输入端相连，第一运算放大器Al的输出端与滑动变阻器R6的另一端相连。第五电阻R5的一端与第一运算放大器Al的正向输入端相连，第五电阻R5的另一端接地。地表水电导率非接触测量装置的信号处理电路包括第七电阻R7，第八电阻R8，第九电阻R9，第十电阻R10，第i^一电阻R11，第十二电阻R12，第十三电阻R13，第十四电阻R14，第十五电阻R15，第十六电阻R16，第十七电阻R17，第十八电阻R18，第十九电阻R19，第二十电阻R20，第三电容C3，第四电容C4，第二运算放大器A2，第三运算放大器 A3,第四运算放大器A4，第五运算放大器A5，第一二极管D1，第二二极管D2，检测电极的一端、第七电阻R7的一端、第三电容C3的一端和第二运算放大器A2的反向输入端连接，第八电阻R8的一端与第二运算放大器A2的正向输入端连接，第八电阻R8的另一端接地，第七电阻R7的另一端、第三电容C3的另一端、第二运算放大器A2的输出端与第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端、第十电阻RlO的一端、第十四电阻R14的一端与第三运算放大器A3的反向输入端连接，第十三电阻R13的一端与第三运算放大器A3的正向输入端相连，第十三电阻R13的另一端接地，第十电阻RlO的另一端、第十一电阻的一端与第一二极管Dl的正极连接，第十一电阻Rll的另一端、第十二电阻R12的一端与第四运算放大器 A4的反向输入端连接，第十四电阻R14的另一端、第二二极管的负极D2与第十五电阻的一端连接，第十五电阻R15的另一端、第十六电阻R16的一端与第四运算放大器A4的正向输入端相连，第十六电阻的另一端接地，第一二极管Dl的负极、第二二极管D2的正极与第三运算放大器A3的输出端连接，第十二电阻R12的另一端、第四运算放大器A4的输出端与第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端、第十八电阻R18的一端与第四电容C4 的一端连接，第十八电阻R18的另一端、第十九电阻R19的一端与第五电容C5的一端相连， 第四电容C4的另一端接地，第十八电阻R18的另一端、第十九电阻R19的一端与第五运算放大器A5的反向输入端连接，第十九电阻R19的另一端与第五运算放大器A5的输出端相连，第二十电阻R20的一端与第五运算放大器A5的正向输入端连接，第二十电阻R20的另一端接地。所述的地表水电导率非接触测量的方法包括以下步骤
1)交流激励源通过电感模块给激励电极提供交流信号，交流信号的频率为f。2)地表水电导率非接触测量的等效电路总阻抗Z为
权利要求
1.地表水电导率非接触测量装置，其特征在于该装置包括浮箱、交流激励源、电感模块、检测模块和信号处理电路，检测模块包括贴在浮箱外底侧的激励电极、检测电极和绝缘层，激励电极和检测电极都与水之间用绝缘层隔开，交流激励源经电感模块与激励电极相连，检测电极与信号处理电路相连，信号处理电路电路与数据采集及处理系统相连。
2.如权利要求1所述的地表水电导率非接触测量装置，其特征在于所述的交流激励源的电路包括第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、滑动变阻器 R6、第一反相器II、第二反相器12、第三反相器13、第一电容Cl、可调电容C2、石英晶体Yl 和第一运算放大器Al ；第一电阻Rl —端、石英晶体Yl的一端与第一反相器Il的输入端相连，第一电阻Rl的另一端、第一反相器Il的输出端与第一电容Cl的一端相连，第一电容Cl的另一端、第二电阻R2的一端与第二反相器12的输入端连接，第二电阻R2的另一端、第二反相器12的输出端、第三电阻R3的一端、第三反相器13的输入端与可调电容C2的一端相连，可调电容C2的另一端与石英晶体Yl的另一端连接，第三反相器13的输出端、第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端、滑动变阻器R6的一端与第一运算放大器Al 的反向输入端相连，第一运算放大器Al的输出端与滑动变阻器R6的另一端相连，第五电阻 R5的一端与第一运算放大器Al的正向输入端相连，第五电阻R5的另一端接地。
3.如权利要求1所述的地表水电导率非接触测量装置，其特征在于所述的信号处理电路包括第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第i^一电阻R11、第十二电阻 R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、 第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第三电容C3、第四电容C4、第二运算放大器A2、第三运算放大器A3、第四运算放大器A4、第五运算放大器A5、第一二极管Dl和第二二极管D2 ；检测电极的一端、第七电阻R7的一端、第三电容C3的一端和第二运算放大器A2的反向输入端连接，第八电阻R8的一端与第二运算放大器A2的正向输入端连接，第八电阻R8 的另一端接地，第七电阻R7的另一端、第三电容C3的另一端、第二运算放大器A2的输出端与第九电阻R9的一端连接，第九电阻R9的另一端、第十电阻RlO的一端、第十四电阻R14 的一端与第三运算放大器A3的反向输入端连接，第十三电阻R13的一端与第三运算放大器 A3的正向输入端相连，第十三电阻R13的另一端接地，第十电阻RlO的另一端、第十一电阻的一端与第一二极管Dl的正极连接，第十一电阻Rll的另一端、第十二电阻R12的一端与第四运算放大器A4的反向输入端连接，第十四电阻R14的另一端、第二二极管的负极D2与第十五电阻的一端连接，第十五电阻R15的另一端、第十六电阻R16的一端与第四运算放大器A4的正向输入端相连，第十六电阻的另一端接地，第一二极管Dl的负极、第二二极管D2 的正极与第三运算放大器A3的输出端连接，第十二电阻R12的另一端、第四运算放大器A4 的输出端与第十七电阻R17的一端连接，第十七电阻R17的另一端、第十八电阻R18的一端与第四电容C4的一端连接，第十八电阻R18的另一端、第十九电阻R19的一端与第五电容 C5的一端相连，第四电容C4的另一端接地，第十八电阻R18的另一端、第十九电阻R19的一端与第五运算放大器A5的反向输入端连接，第十九电阻R19的另一端与第五运算放大器 A5的输出端相连，第二十电阻R20的一端与第五运算放大器A5的正向输入端连接，第二十电阻R20的另一端接地。
4.地表水电导率非接触测量方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤1)交流激励源通过电感模块给激励电极提供交流信号，交流信号的频率为f;步骤2)地表水电导率非接触测量的等效电路总阻抗Z为
全文摘要
本发明公开了一种地表水电导率非接触测量的装置及方法。本发明中交流激励源输出交流信号，经电感模块施加在浮箱外底侧的激励电极上，检测电极获得反映地表水电导率信息的电流信号，电流经信号处理电路放大、整流及滤波后得到容易测量的直流电压信号，建立电导率与输出直流电压的关系模型。根据电导率与电压的对应关系，可得到地表水电导率值。本发明利用串联谐振方法有效地消除了耦合电容对电导测量的影响，可以用于地表水电导率的测量。该装置具有结构简单、电极与地表水非接触、抗干扰能力强和成本低等优点，为地表水电导率野外长期在线检测提供了一个有效的办法。
文档编号G01R27/08GK102426296SQ201110293148
公开日2012年4月25日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者冀海峰, 徐升继, 李海青, 王保良, 黄志尧 申请人:浙江大学