[发明专利]一种渗流流速的测量装置与方法

权利要求书

1.一种渗流流速的测量装置，其特征在于，包括传感器、激励源、采样电阻、信号调制模块、模数变换模块、单片机、计时器、显示与通讯模块、双路开关和电解电源，传感器包括电导电极和电解电极，激励源接采样电阻后与电导电极及信号调制模块的输入端连接，信号调制模块的输出端与模数变换模块连接，单片机与模数变换模块、计时器、显示与通讯模块以及双路开关连接，电解电源经双路开关与电解电极连接；所述电导电极用于感知溶液电导变化，电解电极用于在溶液中产生电解极化，电导电极和电解电极均由两根间距0.1～10mm的排针组成。

2.如权利要求1所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述激励源用于在电导测量过程中提供双极性方波电源，所述采样电阻用于电导测量过程中将电导电极感知的溶液电导变化转换为双极性电压信号，所述信号调制模块用于将采样电阻获取的双极性电压信号转换为直流电压信号，所述模数变换模块用于电导测量时，将信号调制模块输出的直流电压信号转换为数字信号，所述计时器用于电导测量时计时以及电解电极电解过程中控制电解时间，所述单片机用于控制和协调整个电导测量过程，所述电解电源用于在电解过程中提供稳定的直流电源，所述双路开关用于控制电解过程的开始和结束，所述显示与通讯模块，用于显示接收单片机指令，将电导测量数据进行显示和发送至上位机。

3.如权利要求2所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述激励源包括两片电压基准模块、模拟开关和运放，两片电压基准模块提供+2.5V、-2.5V的幅值稳定的标准电压，经模拟开关交替选通形成方波信号，最终由运放输出。

4.如权利要求2所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述采样电阻由模拟开关控制的500Ω、1kΩ、2kΩ、5kΩ、10kΩ、20kΩ、50kΩ、100kΩ电阻组成8档可调采样电阻。

5.如权利要求2所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述信号调制模块包括绝对值电路和RC滤波电路，绝对值电路将双极性信号转变为单极性信号，经RC滤波电路后输出为直流电压信号。

6.如权利要求2所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述单片机采用8位以上单片机，所述模数变换模块采用12位以上ADC模块，所述计时器采用16位单片机内部计时器。

7.如权利要求2所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述显示与通讯模块包括显示单元和通讯单元，显示单元采用显示驱动模块驱动数码管实现数据显示，通讯单元采用串口通讯模块实现RS232通讯。

8.如权利要求2所述的渗流流速的测量装置，其特征在于，所述电解电源采用由可调稳压电源模块构成的1.5～36V可调稳压电源，所述双路开关由两个串联的光电隔离模块组成。

9.一种如上述权利要求1～8任意之一所述的渗流流速的测量装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)将具有电解电极和电导电极的传感器置于待测液体中并固定；

2)向单片机发送测量指令，所述测量指令包括单片机命令和测量参数，所述单片机命令包括启动电解、关闭电解、启动电导测定、关闭电导测定、设置电导测定方法、设置电导激励源的频率，所述测量参数包括电导激励源的频率、电解电极的通电时间、间隔时间、校正系数及补偿因子；

3)单片机收到步骤2)的测量指令后，设置电解电极的通电时间、间隔时间、校正系数及补偿因子；

4)启动计时器开始计时；

5)开启模数变换模块进行电导测量，通过单片机存储电导测量数据并通过显示与通讯模块进行显示和传输；

6)开启双路开关，等待电解时间到达步骤3)设置的电解电极的通电时间后关闭双路开关；

7)当计时器时间到达步骤3)的间隔时间时，关闭模数变换模块，停止计时器计时；

8)将步骤5)中单片机存储的电导测量数据进行滤波后寻峰，求得出峰时间，按公式计算测定流速，式中v_测定为测定流速，d为电解电极与电导电极的间距，t为出峰时间；

9)根据步骤3)设置的校正系数及补偿因子，按公式v_实际＝a·v_测定+b计算实际流速，式中v_实际为实际流速，a为校正系数，v_测定为步骤8)计算得出的测定流速，b为补偿因子；

10)将实际流速通过显示与通讯模块显示并发送至上位机，完成一次测量，重复步骤4)-10)实现连续监测。