[发明专利]地表水电导率非接触测量装置及方法

权利要求书

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I1、第二反相器I2、第三反相器I3、第一电容C1、可调电容C2、石英晶体Y1和第一运算放大器A1；

第一电阻R1一端、石英晶体Y1的一端与第一反相器I1的输入端相连，第一电阻R1的另一端、第一反相器I1的输出端与第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端、第二电阻R2的一端与第二反相器I2的输入端连接，第二电阻R2的另一端、第二反相器I2的输出端、第三电阻R3的一端、第三反相器I3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Y1的另一端连接，第三反相器I3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A1的反向输入端相连，第一运算放大器A1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A1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、第十一电阻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R10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R10的另一端、第十一电阻的一端与第一二极管D1的正极连接，第十一电阻R11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D1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：

L、r分别为电感模块的等效电感和等效电阻，R_x为激励电极和检测电极之间地表水等效电阻，C_x1为激励电极通过绝缘层与地表水形成的第一耦合电容，C_x2为激励电极通过绝缘层与地表水形成的第二耦合电容，

调整交流激励源提供的信号频率，使电路产生谐振，电感的感抗与耦合电容的容抗相抵消，总阻抗Z的虚部为零，其谐振频率为：

总阻抗Z变为

检测电极流出的电流i₀为

U_i为交流激励源提供的电压信号；

步骤3）从检测电极流出的微弱交流电流i经信号处理电路放大、整流及滤波之后转换为容易测量的直流电压信号U_o，该直流电压信号U_o可反映出地表水电导率的信息；

步骤4）通过数据采集及处理系统建立直流电压信号U_o与地表水电导率的关系模型，在对未知地表水电导率进行测量时，采集得到直流电压信号U_o后根据建立的模型可以得到地表水的电导率。