专利名称：水流含气量测量传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于含气量测量技术领域，具体涉及一种水流含气量测量传感器。
背景技术：
目前，常用的水流含气量测量方法主要有取样法和电阻法，取样法是测量水流含气量的基本手段，可作为标定其他测量仪器的方法；取样法的不足之处在于所需的设备比较笨重，使用灵活性差，不宜作为通常的、快速测量方法。电阻法测量水流含气量的测量原理是:基于水和空气的导电率不同，水流含气量的改变使置入流场的两电极间的电阻值也将相应地发生变化，这样，便可通过与不含气的清水电阻值的比较来测量水流含气量；电阻法具有原理清晰、操作简单、测量迅速等优点。喷水推进器是水上机动平台的一种动力装置，喷水含气量是喷水推进器工作性能的一个重要指标。在工作时，喷水推进器喷水流速非常大、振动也很强烈，受这些条件的限制，目前主要是利用电阻法来测量喷水推进器的含气量。利用该方法进行喷水推进器高速水流含气量测量的传感器，由于信号检测处理方法的限制，存在测量电极容易极化、钙化、测量精度不高等不足，不能很好地满足对喷水推进器高速水流含气量的测量，以上问题在水质比较硬的地区尤为明显。
实用新型内容本实用新型的目的是针对现有水流含气量测量传感器存在的以上问题，提供一种至少可防止测量电极出现表面极化和钙化现象的水流含气量测量传感器。本实用新型采用的技术方案为:一种水流含气量测量传感器，包括:测量电桥，所述测量电桥包括电桥电阻和用于置入流场中执行检测的测量电极，所述测量电极和电桥电阻构成的串联电路的两端形成测量电桥的输入端，测量电极的两端形成测量电桥的输出端，用于输出极板电压；音频激励源，所述音频激励源的输出端与测量电桥的输入端对应电连接，以为测量电桥提供正负等幅的音频交流信号；信号检测单元，所述信号检测单元包括激励源有效值转换电路和电极有效值转换电路，其中，激励源有效值转换电路的输入端与音频激励源的输出端对应电连接，用于获取音频交流信号的有效值，电极有效值转换电路与测量电桥的输出端对应电连接，用于获取极板电压的有效值；以及，数据采集处理单元，所述数据采集处理单元设置有激励源信号输入端口和电极信号输入端口，所述激励源信号输入端口和电极信号输入端口分别与激励源有效值转换电路的输出端和电极有效值转换电路的输出端电连接，以根据音频交流信号的有效值和极板电压的有效值计算水流含气量。其中，所述水流含气量测量传感器还包括电压电流转换单元，所述电压电流转换单元包括转换系数相同的激励源转换电路和电极转换电路，所述激励源有效值转换电路的输出端经激励源转换电路与激励源信号输入端口电连接，所述电极有效值转换电路的输出端经电极转换电路与电极信号输入端口电连接。其中，所述水流含气量测量传感器还包括隔离输出单元，所述隔离输出单元包括激励源电流信号隔离模块和电极电流信号隔离模块，所述激励源转换电路的输出端经激励源电流信号隔离模块与激励源信号输入端口电连接，所述电极转换电路的输出端经电极电流信号隔离模块与电极信号输入端口电连接。其中，所述音频交流信号的幅值为±12V ±18V，频率为1500Hz 3000Hz。其中，所述音频激励源包括波形发生器和运放，所述波形发生器的输出端与运放的输入端电连接，所述运放的输出端形成所述的音频激励源的输出端。本实用新型的有益效果为:本实用新型的水流含气量测量传感器由于采用了正负等幅的音频交流信号作为激励源，有效解决电极表面极化和钙化的问题；另外，采用音频交流信号及极板电压的有效值作为检测量，简化了信号检测单元的复杂性，提高了电路的可靠性；再者，测量信号通过电压电流转换单元转换成电流信号，并进行隔离后传送给数据采集处理单元，提高了系统恶劣电磁环境下的抗干扰能力。
图1为根据本实用新型所述水流含气量测量传感器的一种实施结构的原理框图；图2为图1所示测量电桥的电路原理图；图3为图1所示的音频激励源的电路结构；图4为图1所示信号检测单元及电压电流转换单元的电路结构；图5为图1所示数据采集处理单元的工作流程示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的水流含气量测量传感器包括音频激励源1、测量电桥2、信号检测单元3和数据采集处理单元6，其中，如图2所示，测量电桥I包括电阻值为Rs的电桥电阻和用于置入流场中执行检测的测量电极，测量电极和电桥电阻构成的串联电路的两端为测量电桥的输入端，用于输入音频激励源I提供的正负等幅的音频交流信号，测量电极的两端为测量电桥的输出端，用于输出极板电压。以上音频交流信号可以采用幅值为±12V 18V，频率为1500Hz 3000Hz的音频信号，本实施例采用的音频交流信号的幅值为±15V，频率为3000Hz。该信号检测单元3包括激励源有效值转换电路31和电极有效值转换电路32，其中，激励源有效值转换电路31用于计算音频交流信号的有效值Ev，电极有效值转换电路32用于计算极板电压的有效值E”该信号检测单元对音频交流信号和极板电压进行实时的同步检测，虽然检测信号是一个高频交变信号，但其测试对象的固有频率并不高，一般只有十几赫兹，因此，电路中采用有效值作为测量值，不仅能满足实际要求，还能简化电路的复杂性，提高了系统的可靠性。该数据采集处理单元6在接收到音频交流信号的有效值和极板电压的有效值后，可根据公式(I)计算测量电极间的电阻值Ri,并根据公式(2)计算置于被测液体中的测量电极间的水流含气量C ;[0023]公式⑴:及
权利要求1.一种水流含气量测量传感器，其特征在于，包括: 测量电桥，所述测量电桥包括电桥电阻和用于置入流场中执行检测的测量电极，所述测量电极和电桥电阻构成的串联电路的两端形成测量电桥的输入端，测量电极的两端形成测量电桥的输出端，用于输出极板电压； 音频激励源，所述音频激励源的输出端与测量电桥的输入端对应电连接，以为测量电桥提供正负等幅的音频交流信号； 信号检测单元，所述信号检测单元包括激励源有效值转换电路和电极有效值转换电路，其中，激励源有效值转换电路的输入端与音频激励源的输出端对应电连接，用于获取音频交流信号的有效值，电极有效值转换电路与测量电桥的输出端对应电连接，用于获取极板电压的有效值；以及， 数据采集处理单元，所述数据采集处理单元设置有激励源信号输入端口和电极信号输入端口，所述激励源信号输入端口和电极信号输入端口分别与激励源有效值转换电路的输出端和电极有效值转换电路的输出端电连接，以根据音频交流信号的有效值和极板电压的有效值计算水流含气量。
2.根据权利要求1所述的水流含气量测量传感器，其特征在于，所述水流含气量测量传感器还包括电压电流转换单元，所述电压电流转换单元包括转换系数相同的激励源转换电路和电极转换电路，所述激励源有效值转换电路的输出端经激励源转换电路与激励源信号输入端口电连接，所述电极有效值转换电路的输出端经电极转换电路与电极信号输入端口电连接。
3.根据权利要求2所述的水流含气量测量传感器，其特征在于，所述水流含气量测量传感器还包括隔离输出单元，所述隔离输出单元包括激励源电流信号隔离模块和电极电流信号隔离模块，所述激励源转换电路的输出端经激励源电流信号隔离模块与激励源信号输入端口电连接，所述电极转换电路的输出端经电极电流信号隔离模块与电极信号输入端口电连接。
4.根据权利要求1、2或3所述的水流含气量测量传感器，其特征在于，所述音频交流信号的幅值为±12V ±18V，频率为1500Hz 3000Hz。
5.根据权利要求4所述的水流含气量测量传感器，其特征在于，所述音频激励源包括波形发生器和运放，所述波形发生器的输出端与运放的输入端电连接，所述运放的输出端形成所述的音频激励源的输出端。
专利摘要本实用新型公开了一种水流含气量测量传感器，包括测量电桥，音频激励源为测量电桥提供正负等幅的音频交流信号，信号检测单元用于计算音频交流信号的有效值和极板电压的有效值；数据采集处理单元，用于计算测量电极间的电阻值及置于被测液体中的测量电极间的水流含气量。本实用新型的水流含气量测量传感器由于采用了正负等幅的音频交流信号作为激励源，有效解决电极表面极化和钙化的问题。
文档编号G01N27/04GK203025144SQ20122059846
公开日2013年6月26日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者查长流, 刘培志, 钱毅, 王晋华, 周宏志, 刘珊, 刘新广, 张敏, 瞿蓉, 徐英新, 胡雄文, 赵小川, 赵欣欣, 刘莹, 施建昌, 田铮, 崔倩楠, 张月, 李陈, 陈贤相, 左明, 于晶, 郝丽丽 申请人:中国兵器工业计算机应用技术研究所