[发明专利]基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置及其方法

权利要求书

1.一种基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置，其特征在于包括交流激励源（1）、虚拟电感模块（2）、绝缘测量管道（3）、激励电极（4）、检测电极（5）、电流检测模块（6），在绝缘测量管道（3）外壁安装有激励电极（4）和检测电极（5），虚拟电感模块（2）的两端分别与交流激励源（1）和激励电极（4）相连，检测电极（5）与电流检测模块（6）相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量装置，其特征在于所述的虚拟电感模块（2）为：第一运算放大器（A₁）的正相输入端为虚拟电感模块（2）的输入端，第四运算放大器（A₄）的正相输入端为虚拟电感模块（2）的输出端；交流激励源（1）的一端、第一电阻（R₁）的一端与第一运算放大器（A₁）的正相输入端相连接，第四电阻（R₄）的一端、第一电容（C₁）的一端与第一运算放大器（A₁）的反相输入端相连接，第三电阻（R₃）的一端、第四电阻（R₄）的另一端、第一电容（C₁）的另一端与第一运算放大器（A₁）的输出端相连接，第二运算放大器（A₂）的正相输入端与第一运算放大器（A₁）的正相输入端相短接，第三电阻（R₃）的另一端、第二电阻（R₂）的一端与第二运算放大器（A₂）的反相输入端相连接，第一电阻（R₁）的另一端、第二电阻（R₂）的另一端与第二运算放大器（A₂）的输出端相连接，第一运算放大器（A₁）的反相输入端经第五电阻（R₅）、第六电阻（R₆）与第三运算放大器（A₃）的反相输入端相连接，第七电阻（R₇）的一端、第二电容（C₂）的一端与第三运算放大器（A₃）的反相输入端相连接，第七电阻（R₇）的另一端、第八电阻（R₈）的一端、第二电容（C₂）的另一端与第三运算放大器（A₃）的输出端相连接，第八电阻（R₈）的另一端、第九电阻（R₉）的一端与第四运算放大器（A₄）的反相输入端相连接，第九电阻（R₉）的另一端、第十电阻（R₁₀）的一端与第四运算放大器（A₄）的输出端相连接，第十电阻（R₁₀）的另一端与第四运算放大器（A₄）的正相输入端相连接，第三运算放大器（A₃）的正相输入端、激励电极（4）的一端与第四运算放大器（A₄）的正相输入端相连接。

3.一种使用如权利要求1所述装置的基于虚拟电感的电容耦合式非接触电导测量方法，其特征在于：将激励频率为f，输出幅值为Vi的交流激励信号源施加在虚拟电感模块（2）上，交流激励信号、虚拟电感、激励电极、检测电极以及两电极之间的被测溶液形成交流通路，其中，虚拟电感代替普通电感，通过虚拟电感等效电感量的调节使得整个交流通路处于串联谐振状态，通过检测交流通路中的交流电流，获得非接触电导检测电路的总阻抗，进而得到被测溶液的阻抗；

所述虚拟电感模块（2）的等效电感量的调节方法为：

设置交流激励源（1）的激励频率为f，输出电压为V_i，在该激励信号作用下，虚拟电感模块（2）输入电流I_in的大小为：输出电流I_out的大小为：其中R₁=R₁₀，R₂=R₉，R₃=R₈，R₄=R₇，R₅=R₆，C₁=C₂，虚拟电感模块（2）的输入电流I_in和输出电流I_out的大小相等，方向相反，且虚拟电感模块（2）的总阻抗Z_L大小为：ZL=j2πf2R1R3R5R2C1+2R1R3R5R4,]]>虚拟电感等效电感量L为：L=2R1R3R5R2C1,]]>等效电阻值r为其中，等效电阻值r为常量，对虚拟电感实现电感功能及等效电感量均无影响，因此，通过调节虚拟电感模块（2）中的第五电阻（R₅）、第六电阻（R₆）的电阻值大小，实现虚拟电感的等效电感量L的调节；

所述非接触电导检测电路的总阻抗为：其中，R_x为被测溶液阻值，L为虚拟电感等效电感量，r为虚拟电感等效电阻，C_x1为激励电极（4）、绝缘测量管道（3）与管道内导电溶液形成的耦合电容，C_x2为检测电极（5）、绝缘测量管道（3）与管道内导电溶液形成的耦合电容；

令总阻抗Z的虚部为零，得到电路的谐振频率f0=12πCx1+Cx2Cx1Cx2L=12πCx1+Cx2Cx1Cx22R1R3R5R2C1,]]>将交流激励源（1）的激励频率f₀设置为常数，调节虚拟电感模块（2）中第五电阻（R₅）、第六电阻（R₆）的电阻值大小，从而改变虚拟电感的等效电感量，使得电路处于谐振状态；

在谐振频率f₀的条件下，可知电导检测电路的总阻抗Z的虚部为零，大小为：Z₀＝R_x+r；通过电流检测模块（6）获得电路中电流I的大小，经关系式即得到谐振状态下电路的总阻抗，从而获得被测液体的阻抗R_x。