[发明专利]一种电场耦合型感应式电导率传感器及其特性补偿器

权利要求书

1.一种电场耦合型感应式电导率传感器及其特性补偿器，其特征在于：该传感器主要由激励线圈、感应线圈和热电阻组成，其中，两个线圈分别紧密绕制在铁氧体磁环上构成环形磁芯线圈，两个环形磁芯线圈通过中间的环状绝缘支撑组件同轴安装，构成圆筒状传感器探头，两线圈之间以电解质溶液为媒介构成了电场耦合系统，并在传感器中设置1只热电阻以检测传感器工作温度；

传感器测量原理及信号流向关系为：在激励线圈两端施加交流电压信号，从而在激励磁环中产生交变磁场，交变磁场在溶液中产生闭合的交变耦合电场，耦合电场沿轴向穿过感应线圈的磁环，并沿电场方向产生一定的分布电流，交变的感应耦合电场和分布电流在感应线圈的磁环中沿磁环圆周方向产生交变的响应磁场，绕制在磁环上的感应线圈中的磁通量发生交变，从而在感应线圈中产生交流输出电压，该输出电压与液体电导率成单调非线性函数关系，从而通过输出交流电压信号对液体电导率进行测量；

测量特性补偿器由信号调理电路、A/D转换器、补偿CPU、参数存储器、输出单元组成，其中，信号调理电路包括处理交流感应电压信号的检波器、滤波放大器以及处理热电阻信号的直流电桥，该补偿器各部件之间的连接关系为：感应线圈及热电阻接至信号调理电路，信号调理电路的两个输出分别接至A/D转换器的两个输入通道，A/D转换器的数字输出端接至补偿CPU的I/O接口1，参数存储器接至补偿CPU的I/O接口2，输出单元接至补偿CPU的I/O接口3；

补偿器原理和信号流向关系为：感应线圈输出的交流感应电压经检波器检波后变换为直流信号，该直流信号再经过滤波放大器进行滤波和放大处理后输入至A/D转换器的一个通道，同时热电阻信号经过直流电桥变换为直流电压信号，并输入至A/D转换器的另一个通道，感应电压和温度信号经过信号调理及A/D转换后输入至补偿CPU，补偿CPU采用二元非线性智能补偿算法对输入数据进行处理后由输出单元输出最终电导率值，从而实现对传感器的温度特性和非线性特性的补偿，提高测量精度。

2.根据权利要求1所述的一种电场耦合型感应式电导率传感器及其特性补偿器，其特征在于：所述传感器激励线圈和感应线圈之间本质上通过中间电场发生耦合关系，耦合电场线同时穿过激励线圈和感应线圈的磁环，激励线圈和感应线圈之间通过电解质溶液中的感应电场及分布电流传输电磁能量。

3.根据权利要求1所述的一种电场耦合型感应式电导率传感器及其特性补偿器，其特征在于：所述传感器激励线圈两端施加的交流电压信号工作频率在1.8MHz～2.4MHz范围内取值，取该频率范围内传感器幅频特性的峰值点，且该激励信号由DDS频率合成器产生。

4.根据权利要求1所述的一种电场耦合型感应式电导率传感器及其特性补偿器，其特征在于：所述激励线圈、感应线圈、热电阻及绝缘支撑组件安装在聚醚醚酮材料制作的外壳内部，构成集成化的传感器探头，从探头引线端通过电缆引出两个线圈及热电阻信号至后继补偿器中。

5.根据权利要求1所述的一种电场耦合型感应式电导率传感器及其特性补偿器，其特征在于：所述测量特性补偿器采用的二元非线性补偿算法以温度值和感应电压值作为输入，以电导率值作为输出，智能补偿算法模型采用二元高阶最小二乘曲面拟合模型。

6.根据权利要求1所述的一种电场耦合型感应式电导率传感器及其特性补偿器，其特征在于：所述补偿器中的二元非线性智能补偿算法的模型参数采用实验及回归分析方式获取，即对所设计的传感器探头进行标定测试实验，测得不同工作温度条件下的感应电压和标准电导率之间的对应关系数据，利用感应电压值、热电阻输出值和标准电导率值进行回归分析，获得以感应电压值和工作温度值为自变量的二元非线性电导率智能补偿算法的模型参数。

7.根据权利要求1所述的一种电场耦合型感应式电导率传感器及其特性补偿器，其特征在于：所述测量特性补偿器的参数存储器采用非易失性的E²PROM实现，预先存入了不同型号传感器的补偿模型参数，用户可根据探头型号选择相应的补偿模型参数。