[发明专利]电导率阻容网络参数的线性化实时估计方法

说明书

技术领域

本发明属于溶液电导率软测量技术领域，涉及到一种电导池等效阻容网络参数解耦估计方法，特别涉及到通过多元多项式拟合将方波激励阻容网络系统的非线性参数估计问题转化为线性最小二乘参数估计的方法。

背景技术

作为阻容耦合情况下进行电阻测量的典型应用，电导率测量具有重要研究价值。电导率作为电解质溶液的一种重要电化学分析参数，已经被广泛应用于环境监测、化工、医学、生物、农业和制造业等生产与科研部门。在对溶液的电导率进行测量时，由于极化效应和寄生电容效应的影响，使得电导池可等效为阻容网络模型。电导率测量的实质就是在采用交流激励减弱极化效应的基础上，如何减弱电容效应的影响从而测出阻容网络中电阻值，即溶液电导率的值。文献“RAJENDRAN A，NEELAMEGAM P.Measurement of conductivity of liquids using AT89C55WD microcontroller[J].Measurement，2004，35(1)：59-63”中给出了一种改进的桥路，将溶液电导率即溶液电阻转化为已知桥臂电阻和激励源幅值的函数，但该方法忽略了寄生电容效应。文献“ZHONG C Q，HAN H L，ZHANG L Y，et al.Summary of conductivity measurement[C].IEEE Proceedings of the 6th World Congress on Intelligent Control and Automation，June，2006，6：5106-5110”中提到目前常用的方法有相敏检波法、双脉冲法和动态脉冲法等：相敏检波法采用正弦激励消除极化效应，并可有效消除引线分布电容的影响，但忽略了双电层电容的存在；双脉冲法采用两个极性相反的脉冲激励，考虑了双电层电容和引线分布电容的影响，原理上具有很大的优势，但实施起来对时间同步的要求极高；动态脉冲法采用直流脉冲作为激励，可有效消除电容效应，同时通过降低脉冲幅度来减小极化效应的影响，但却很难完全消除；上述方法都是基于电导池电特性阻容模型提出来的，在原理和操作上存在一些不足，但构成了电导率测量的理论基础。文献“崔鹏飞，张立勇，仲崇权，李丹.多频率方波激励阻容解耦软测量的数值模拟.仪器仪表学报，2010，31(1)：154-160”在电导池阻容模型的基础上，采用交流方波激励阻容网络，建立了激励信号、响应信号与电阻、电容两参数之间的数学模型；考虑到测量中多种不确定性的存在，采用多个频率的交流方波进行激励，通过非线性最小二乘对阻容参数进行估计，可同时消弱极化效应、电容效应和测量中多种不确定性的影响；但其优化求解采用最速下降法，需要进行迭代计算，存在迭代次数不确定的问题，这是实时测量中应尽量回避的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：在对电导池电特性等效阻容模型的参数测量中，采用多个频率的交流方波进行激励，通过最小二乘原理对阻容参数进行估计时，如何避免迭代计算，能快速、准确地获取电导率(电阻)的值便成为了一个技术问题。

本发明的技术方案是：在电导池等效阻容模型的基础上，将软测量方法应用于电导率测量中阻容耦合网络的参数解耦。采用交流方波激励阻容网络系统，建立激励信号、响应信号与电阻、电容两参数之间的数学模型，如式(1)所示：