专利名称：中药制药用卫生型高分辨率高速电导信号测量仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电导测试技术，尤其涉及一种中药制药用卫生型高分辨率高速电导信号测量仪。
背景技术：
工程电导测试技术作为直接或间接了解测试对象内在运动规律的手段，尤其在研究含液物系时，这种检测手段是其它方法所无法取代的。它的特点是灵敏度高、可测范围宽，广泛适用于食品、化工、石油、冶金、制药、纺织等工业流程检测、环境污染检测以及水质和临床自动分析等方面。
电导测试技术用于实际含液物系参数测量目前存在的问题主要在于传统的电导测试系统为了削弱测试电极的极化效应，基本上都是采用的高频的正弦波作为激励源对电导数据采集传感器进行激励，这就不可避免地需要引入一系列的环节(如滤波)对交流信号进行处理，使得测试系统结构复杂，也耗费了很多的数据采集时间。而本测量仪采用了不同的设计原理，利用双向脉冲电压源作为系统的激励源，在测量的一段时间内，被测介质可以看作是受到了直流信号的激励，这样就可以使电导测量系统结构得到简化，速度也会有所提高。
用简单的电导测量方法可以对含液物系的成分和物性实现在线监测，从而消除了检测过程中常见因素的干扰，缩短了监测时间，提高了监测准确度和灵敏度。尤其在某些情况下，当含液物系成份或物性变化所引起的电导变化量非常小时，常规测量方法的信号输出对含液物系成份或物性变化的灵敏度是比较低的。在本测量方法中以电导测试技术为基础，将可编程放大器和12位A/D转换器相连，由此可有效保证在低输入时的转换精度，同时又扩大了采集系统的动态范围。
随着药物科学事业的发展以及人类对用药质量的追求，对中药生产过程中的在线检测速度、精度和防腐等都不断地提出了新的要求。本发明采用上述测量方法，用于中药制药过程中药液电导变化的在线监测。该系统不仅能够满足实时测量的要求，同时又具有防腐、卫生、避免电化学反应的专用电导测量探头。从而使得制药过程得到优化控制，中药产品的质量大幅度提高。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种中药制药用卫生型高分辨率高速电导信号测试仪。它具有连接的电导测量探头、反向放大电路、程控放大器、A/D转换器和单片机，单片机分别又与A/D转换器、程控放大器、通讯电路、双向电压源相连，双向电压源与正、反向激励开关相连，再通过屏蔽引线连接到电导测量探头上。其中的反向放大电路、双向电压源和正、反向激励开关组成了电导/电压转换电路。
本实用新型的优点(1)简单的电导测试技术的采用本系统采用简单的电导测量技术对含液物系的成分和物性实现了在线检测，从而消除了检测过程中常见因素的干扰，缩短了监测的时间，提高了系统的准确度和灵敏度。
(2)系统激励信号的改进本系统采用双向脉冲电压源作为系统的激励源，削弱了采用直流信号作为系统激励源时难以解决的电极化问题；(3)系统的结构得到简化由于在数据采集时间间隔内激励电压相当于给了被测电导一直流信号，传统的采用高频交流正弦波信号作为激励源的电导测试系统中必需的一些信号处理环节就可以省略，这样大大简化了系统结构，采集速度也得到了相应的提高；(4)适用于中药制药电导测量探头的设计电导探头测量段的主体由于采用具有防腐、耐磨性能的玻璃材制，使得它既又较长的使用寿命又不会对被测介质造成污染；电极薄片表面均匀铺有导电陶瓷保护层，起到了过滤的作用的同时又避免了产生电化学反应，不会对测量结果造成影响。另外，探头内嵌温度传感器，可以在测量被测介质电导的同时对被测介质的温度进行测量，以便于对电导测量结果进行温度补偿；从而实现了一种干净、卫生、结构简单、测量准确适用于中药制药过程检测的电导测试传感器。
图1是中药制药用卫生型高分辨率高速信号测量仪电路框图；图2是本实用新型电导/电压转换电路框图图3是本实用新型电导信号测量探头结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，该电导信号测量仪具体电路实现如下电导测量探头含有一对金属铜制电极薄片，该电极对通过屏蔽线分别与激励源电路的输出端和电导/电压转换电路的输入端相连。当单片机发出启动双向电压源的控制信号后，被测介质受到激励，被测信号通过电导/电压转换电路，传递到增益可编程放大器的输入端，经程控放大后通过模/数转换器进行模/数转换存入单片机。双向电压源、模/数转换器、增益可编程放大器的控制端均与单片机连接，双向电压源正、反切换、模/数转换器采样控制、增益可编程放大器增益设置等均由单片机完成。在正、反电压源激励下，先后经过测量、存入单片机的两个电压值由单片机进行差值运算后通过通讯模块送至上位PC机进行数据处理。
如图2所示恒压源E1和E2分别与模拟开关S相连，由单片机控制模拟开关的正、负切换来实现本系统的双向脉冲电压激励源。Rs、Rf和运算放大器U构成反向放大器电路，Rs是被测电极间的等效电阻，它的一端同激励电路的输出端相连，另一端则与U1的反向输入端相连。该电路的输出电压V0将送入增益可编程放大器进行程控放大。其中，电压V0与等效电阻有如下的线性关系Vo＝-Vi·Rs/Rf(Vi是双向电压源的输出电压)在本系统中，激励源为双向脉冲电压源，在测量的时间间隔内，被测电阻可视为受到一直流信号的激励。反向放大电路的输出电压与等效电阻有一定的线性关系，因此只要测量其输出电压的变化就可以测得等效电阻的变化，进而反应电导的变化。反向放大电路分别在正、反两次激励下的输出电压Vo1、Vo2，先后经过程控放大、模数转换后，存入单片机。我们最终测得的电压为V＝Vo1-Vo2可以看到这是单向脉冲电流激励的两倍，这相当于系统提高了一倍的精度。因此，采用双向脉冲电压激励既简化了系统的结构、消除了电极的极化效应，又提高了系统的精度。
ADS774是12位逐次比较型A/D转换器，其转换速度快，可达9μs。由于被测介质的不同，电导率会相差很大，被检测的信号幅值也会有很大的变化。为了保证转换精度，本系统通过使用程控放大器AD526与ADS774相连，通过AD526可以动态调整增益倍数，使得被测信号的幅度放大到ADS774转换的满量程，这样所采集到的信号就会更加接近真实值，减少了量化误差，提高了采样数据的可靠性和准确性，特别是对微弱信号的采样能大大扩展测量仪器的动态测量范围，从而使系统获得较高的精度。
通讯模块收发串行通讯的数字信息。为适应不同现场对数据传输速度和距离的需要，该测量仪以RS232和RS422接口标准来满足不同传输速度和距离的需要。RS232接口标准适合于近距离，低速通讯，它只占用PC机的一个串口；RS422接口标准的通讯距离远，速度块，可以提供可靠的远距离快速通讯，适合工业现场。
如图3所示的电导测量探头，它具有主体测量段玻璃棒(2)，为安置探头于被测设备上与玻璃棒紧密连接的环形软木塞(1)，玻璃棒底部开有矩形槽，一对电极薄片(5)紧贴在槽内壁，电极薄片表面均匀铺有导电陶瓷保护层(7)，从电极薄片引出的电极引线(3)贯穿玻璃棒内部延伸至顶端分别与激励电路和电导/电压转换电路相连，在电极和引线外围有一个起屏蔽作用的金属罩(4)。此外，探头内部还嵌有热电阻(6)，热电阻(6)伸出玻璃棒(2)的外部与测量电导电极平齐，使其能准确检测被测设备的温度，对测量结果加以温度补偿。测温电阻可以采用Pt100的感温元件。为了防止被测介质的腐蚀，影响阻值，热电阻外部设有保护套管。热电阻的接线端从玻璃棒的顶端引出。
权利要求1.一种中药制药用卫生型高分辨率高速电导信号测量仪，其特征在于它具有连接的电导测量探头、反向放大电路、程控放大器、A/D转换器和单片机，单片机分别又与A/D转换器、程控放大器、通讯电路、双向电压源相连，双向电压源又与正、反向激励开关相连，再通过屏蔽引线连接到电导测量探头上。其中的反向放大电路、双向电压源和正、反向激励开关组成了电导/电压转换电路。
2.根据权利要求1所述的一种中药制药用卫生型高分辨率高速电导信号测量仪，其特征在于所说电导测量探头具有主体测量段玻璃棒(2)，与玻璃棒紧密连接的环形软木塞(1)，玻璃棒底部开有矩形槽，一对金属铜制的电极薄片(5)紧贴在槽内壁，电极薄片表面均匀铺有导电陶瓷保护层(7)，从电极片引出的电极引线(3)贯穿玻璃棒内部延伸至顶端，在电极和导线外围有一个起屏蔽作用的金属罩(4)，探头内部还嵌有热电阻(6)，热电阻(6)伸出玻璃棒(2)的外部与测量电导电极平齐，热电阻外部设有保护套管。
3.根据权利要求2所述的一种中药制药用卫生型高分辨率高速电导信号测量仪，其特征在于所说热电阻(6)采用Pt100的感温元件。
4.根据权利要求1所述的一种中药制药用卫生型高分辨率高速电导信号测量仪，其特征在于所说的电导/电压转换电路为恒压源E1和E2依次与模拟开关S、等效电阻Rs、运算放大器U反向端相连，电阻Rf两端分别与运算放大器U的反向端和它的输出端相连。
专利摘要本实用新型公开了一种中药制药用卫生型高分辨率高速电导信号测量仪。其特征在于它具有连接的电导测量探头、反向放大电路、程控放大器、A/D转换器和单片机，单片机分别又与A/D转换器、程控放大器、通讯电路、双向电压源相连，双向电压源与正、反激励开关相连，再通过屏蔽引线连接到电导测量探头上。其中反向放大电路、双向电压源和正、反向激励开关组成了电导/电压转换电路。本实用新型结构简单、成本低、无污染、采集速度高、抗干扰能力强，为中药制药过程监测引入了一个高灵敏度的量化测量方法。
文档编号G01N27/04GK2706763SQ20042003672
公开日2005年6月29日 申请日期2004年6月17日 优先权日2004年6月17日
发明者黄志尧, 张敏, 王保良, 冀海峰, 李海青 申请人:浙江大学