CN101046686A

CN101046686A - 智能化水处理装置

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Publication number: CN101046686A
Application number: CN 200710087216
Authority: CN
Inventors: 王广生
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-03-21
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2007-10-03
Anticipated expiration: 2027-03-21
Also published as: CN100465831C

Abstract

智能型水处理装置以微处理器为核心，包括数个频率发生器、功率放大器、数控电源模块、反馈环节、键盘与显示模块等单元。本装置能够发出自动改变频率、幅值，实现各种不同频率、幅值组合的电磁波，并通过反馈检测处理效果，从而确定处理效果最优时的电磁波的频率组合及幅值，可用于各种需要防垢、除垢、杀菌灭藻等功能的水源，并在较宽范围内适应不同水质、不同流量、不同温度等情况。本装置自动寻优处理的功能及模块化结构：即可同时采集温度、压力、流量、电导等常规信息亦可作为一种实时、在线检测仪器，在一定范围内对各种不同的水质进行鉴别、比较和判断，并且显示和记录。

Description

智能化水处理装置

所属技术领域

本发明涉及一种能够发出电磁波的水处理装置，特别涉及一种能够使电磁波自动实现改变频率、改变幅值，实现各种不同频率、幅值组合，并通过反馈检测处理效果，从而确定处理效果最优时的电磁波的频率和幅值，在较宽范围内适应不同水质、不同流量、不同温度等情况的智能型水处理装置。

背景技术

现就应用于采暖、空调、热水锅炉等循环水系统除垢、杀菌、灭藻的电子水处理器加以说明。经申请人调研及查阅资料，目前常用的电子水处理器如：北京忠诚嘉琳水处理技术有限公司生产的“JCD系列电子式水处理器”、北京清华捷源有限公司生产的“GN型电子除垢仪”、北京杜福特科技有限公司生产的“优频水处理系统”等公司及相应产品是针对工业及民用用水系统普遍存在结垢、腐蚀、菌藻滋生、水质污染等问题的专用设备，上述设备均采用固定频率交变电磁场进行水处理，是目前国内、外广泛使用的新型水处理方法。

电子水处理器原理为：当水流过高频电磁场时，其物理结构发生变化，原缔结链状大分子断裂成单个分子，在水中易析出结晶盐的钙镁离子同单个水分子形成牢固的水合离子，使钙镁离子(Ca²⁺、Mg²⁺)和CO3^2-相互隔开，运动速度大大降低，碰撞结合概率降低，抑制了方解石结晶盐(硬垢)的产生。

如果已经产生水垢，需要去除时：含垢水体在低于水分子本征频率的高频电磁场的作用下，水分子被激活，使其对水垢产生撞击力，并对CaCO₃分子施加破坏力，同时也使单个水分子的偶极距增大、极性加强，提高了水中盐类正负离子和水分子的亲合力，使钙镁离子同碳酸氢根、硫酸根的动态平衡朝着溶解水垢的方向边变动，水垢逐渐溶解。

物质的分子可分为极性和非极性两种，对称分子如H₂、O₂和N₂是非极性的，而H₂O、N₂O则是极性的。极性分子在无磁场作用时，以任意方式排列，但当磁场作用于极性分子时，会使偶极朝向磁场方向作定向排列，非极性分子在磁场作用下极化而诱导成极性分子，从而带有偶极矩，产生相互吸引作用，形成定向排列。两极性分子在产生异极吸引同极相斥作用时，会使分子产生某些变形，极性增大。水中盐类的阴阳离子将分别被水偶极子包围使之不易运动，抑制了钙、镁等盐垢析出。运动的电子在磁场作用下产生一个与电子运动方向垂直的力(洛伦兹力)，这样就会使电子偏离正常晶格，从而抑制固体正常结晶的生成，同时可以减少水垢附着在金属表面。由于经电磁场处理的水分子极性增强，对水垢的渗透性增强，它破坏水垢与管道壁之间的结合力，从而使水垢脱落。

电子式水处理器同样具有杀菌灭藻功能，其原理为：在微弱电流作用下，使水中的O₂+e生成O₂ ^-称为活性氧。活性氧对水中微生物有强大的杀伤力，加速微生物机体衰老。强磁场作用破坏了细胞的离子通道，改变了生存生物场，使其丧失了原生存环境，从而达到杀死生物的目的。

电子式水处理器另一功能为净化水质，其原理为：使水中活性氧与水中铁离子生成一定的氢氧化铁，它在水中呈多孔性凝胶结构，能凝聚水中有机或无机污染物，比重小的上浮，比重大的下沉，去除浮物与沉淀物，就可净化水质。

上述电磁式水处理器，都只能产生单一频率、单一幅值(强度)的电磁波，而在完成抑制水垢、或使已产生的水垢脱落、杀菌灭藻、净化水质等功能时，所需的频率和幅值是不相同的；当被处理水的水质、流量、流过的管径不同时，所需要的电磁波的幅值和频率也不尽相同，如：我国南方、北方水质差异很大，东部、西部水质也不相同。即便是某一特定区域，其水质、流量随着季节、水压等因素也会不断变化。因此，在进行水处理的过程中，当水的温度、硬度、粘度等因素发生变化时，水分子的共振频率也随之发生变化，此时，采用某一特定频率和强度的电磁波就不可能达到最佳效果。

为了解决上述问题，济南卓特科技有限公司引进美国最新除垢技术生产的一种新型电子水处理设备——ZTBP变频电子除垢仪。它与普通电子除垢仪的区别在于：一般的电子水处理仪为固定频率，而ZTBP变频电子除垢仪能输出一种连续变化频率的方波，其频率范围覆盖了全部温度、硬度、粘度等参数变化时水分子的共振频谱，因此适用于所有的水质情况，具有明显的除垢、防垢效果。济南市艺创节能设备有限公司引进了美国新技术″变频共振″除垢原理，研制开发了新一代防垢，除垢新产品--多功能无电极变频电子除垢仪，据称该产品已通过鉴定并获得国家专利。

但是，“ZTBP变频电子除垢仪”及“多功能无电极变频电子除垢仪”应用时仍然存在问题：其一，由于采用宽范围扫频工作方式，覆盖了全部温度、硬度、粘度等参数变化时水分子的共振频谱，但真正产生作用的确是很窄的某一频段，因而效率较低。其二，当流量随着水压等因素不断变化时，ZTBP变频电子除垢仪无法自动调节水处理的功率，即无法改变信号的幅值(强度)，因此，处理效果也不理想。其三，一般情况下，水中物质成分比较复杂，往往不是某一单一频率信号就能获得较好的处理效果。

综上所述，目前生产的电子水处理器，不能随着功能不同、地域不同、水质不同而改变输出波形的频率组合，并锁定在该频率组合下工作；也不能当其流量、温度随着水压、季节等因素不断变化时而改变输出波形强度：即改变输出波形的幅值。因此，上述设备水处理的效果及效率不能令人满意。

发明内容

本发明的主要目的，就是要克服上述电子水处理装置的这些缺陷，指出一种通过微处理器(微型计算机)的智能控制，不断改变输出电磁波的频率、幅值或将几种频率进行合成，并把现场实时检测的处理效果反馈给微处理器。结合温度、压力、流量等常规信息的采集，通过软件处理进行自动寻优，以确定最佳的处理方案—即最优频率组合和幅值的电磁波，在较宽范围内，对杀菌灭藻、防垢、除垢等不同功能，对不同环境，不同水质、不同流量、不同温度等情况进行处理，得以提高水处理的效果和效率。本发明的另一个目的是：通过事先对本装置进行标定，即对其具有的各种杀菌灭藻、防垢、除垢等功能进行实验，如消灭藻类，通过实验可判断最佳处理效果的频率组合及幅值大小，并与其反馈量进行对应，生成一表格，存放在微处理器的数据存储区。当需要检测水源中藻类情况时，运行本装置，通过自动实现改变频率、改变频率组合、改变幅值，并且检测反馈量，经过寻优处理，锁定消灭藻类的最佳频率、频率组合和幅值。但此时并非是要进行水处理，即并非是要消灭水中藻类，而是通过寻优处理、确定最佳频率和幅值，并通过在微处理器的数据存储区查表，找到对应的事先标定好的数据，即可判断水中藻类的浓度。因此，本装置也可以作为一种实时、在线检测仪器，在一定范围内对各种不同的水质进行鉴别、比较和判断，并且显示和记录。

为了达到上述目的，智能化水处理装置设计成一种能够输出连续变化频率的电磁波，且可形成几种频率组合并且幅值变化的电磁波；并能实时反馈检测现场处理效果，然后再通过软件处理，构成自动寻优的微机控制模式。由如下部分构成：以微处理器(微型计算机)为核心包括数个频率发生器、功率放大器、数控电源模块、反馈环节、键盘与显示模块等单元。

其工作过程如下：本装置具有三种设定方法，其一：如果需要处理的对象参数较明确：如水的温度、压力、流量、水中藻类及水垢等因素均为已知时，本装置可以通过键盘及显示部分针对控制内容进行设定：如工作频率、电压(幅值)、输出波形类型(正弦或方波)、时间等方面。其二：当需要处理的水的情况不明确时，也可以直接设定成自动寻优方式，设定完成后启动本装置。其三：设定为在线实时检测方式，如前所述：不进行处理仅进行检测。

设定完成后，启动本装置。首先，微处理器发出控制信号对数字控制变压电源进行调压，其I/O口输出高电平接通光控开关(光控双向可控硅)使变压器副边5V电压挡接入，并经过整流滤波变成直流，然后启动ARM7微处理器(LPC2210)PWM(脉冲宽度调节)输出口，对该直流电压进行调制，通过控制其占空比使输出电压从0V到5V连续变化，其分辨率可达到：1/(2的32次方)。一般不需要如此高精度，本装置选用0.1V步进，即每次以0.1V电压增加或减少进行调压。同理，当需电压5V以上时，可将变压器副边7.5V电压挡接入，控制其初始占空比小于75％，然后不断增加占空比直到7.5V输出。继续切换光控开关(光控双向可控硅)，使输出电压从5V到10V连续可调。采用分档粗调与改变占空比细调相结合的方法，可提高输出占空比以减少调压后的纹波。数字控制变压电源可从0-10V连续可调，并以0.1V步进，作为频率发生器功率放大部分的电源，使输出电磁波幅值以0.1V步进，从0-10V连续可调。也可以根据需要进一步提高电压，因此，能够在寻优过程中选择理想的输出波形的幅值。

为使输出波形的幅值稳定，排除电网电压波动的干扰，本装置首先引入电压反馈环节，当电网电压变化时，如电网电压突然降低，必然会使本装置的数字控制变压电源的电压降低，进而使输出波形的幅值随之降低，而此时尽管负载(被处理的水中成分)没有变化，输出电流也会突然减少，混淆了检测结果，使装置在进行水处理寻优过程时受到干扰。因此，必须通过电压反馈把电压变化检测回来，通过调节PWM回路输出占空比，克服由于电网电压变化而引起的输出电压的变化，进而使输出波形的幅值维持恒定。同样，作为仪器设备，其输出可以等效为恒定信号源加内阻，当本装置输出电流变化时，由于存在内阻，输出电流在内阻上的压降变化，必然导致其输出电压的变化。电压反馈环节同样可以消除由于存在内阻，当输出电流变化而引起的输出电压的变化，进而使输出波形的幅值维持稳定。

当确定某一输出电压后，微处理器对AD9850频率发生器进行编程写入，使其输出从低频如100HZ开始，经功率放大器放大施加到需要处理的水中，并以最低0.0291HZ步长(或根据需要设定步长)增长，本装置以0.1HZ步长增长，一直增长到最高63.9MHZ。每切换一电压挡，输出信号频率便循环一次，周而复始，把不同输出电压下(既不同输出幅值)不同频率的电磁波依次输出一遍，通过缠绕在被处理水流经过的管道上的工作线圈进行水处理。每输出一频率信号，检测单元便通过反馈回路检测效果。当装置需要输出更高频率信号时，可采用AD9851或AD9852频率发生器，输出频率可达100MHZ或更高。本装置采用模块化结构，予留扩展口，可供多路AD9850频率发生器并行使用，即根据需要，可使多达11路AD9850产生的不同频率复合在一起，生成含有多次谐波分量的复合控制信号。当然，还可根据需要并联更多支路的AD9850频率发生器。

某一频率、幅值输出波形的处理效果是通过两种方法检测、判断的。方法一为采集检测线圈及相应的信号处理电路的输出进行判断：检测线圈同样缠绕在被处理水流经过的管道上，当工作线圈发射电磁波施加在被处理水流上时，整个被处理水流包括水中污垢作为传输电磁波的介质。当其污垢的种类、密度不同时对电磁波的影响不同，因而检测线圈收到的电磁波幅值的大小也不尽相同，经检测信号处理电路(OP37运算放大器)精密整流、放大、滤波后接至A/D(模拟/数字转换)芯片(AD7862)转换，将对应的检测信号的模拟量转换成相应的数字量也会不同，这种差异被ARM7微处理器所采集，并存入相应的数据缓存区。完成这一循环周期后，微处理器对数据缓存区中数据进行分析、运算，对比输出频率、幅值并与存在数据缓存区中事先通过生化实验标定过的数据进行类比。所谓标定如前所述：即预先对可能遇到的各种情况进行生化实验，如针对结垢情况或蓝藻、绿藻、硅藻等藻类及其各种不同浓度、所处水环境温度、体积及流量进行处理时，记录所采用的行之有效的波形频率、幅值及反馈电流的情况，建立对照表并通过编程存入微处理器的数据缓存区，以备本装置自动寻优处理时进行类比、对照及判断。方法二为功率放大器输出电流的检测：电子水处理器用于消除水垢或藻类等水中的杂质时，是把待处理的水源看成一个负载，其输出某一波形的频率、幅值所产生的效果与被处理水中水垢情况、藻类浓度及当时水的温度、硬度、粘度、容积及流量等参数有很大关系。当输出波形的频率、幅值与待处理水源的情况相适应时，其处理的效果必然有别于其他频率、幅值，此时消耗的能量也必然有所区别，即此时电子水处理器输出功率也必然有所区别，检测到的输出信号电流也不相同，电流传感器(电量隔离传感器WBI1342S1)的输出不同，经A/D转换(模拟/数字转换)芯片(AD7862)转换后，将对应输出电流的模拟量转换成相应的数字量也会不同，这种差异同样被微处理器所采集，并存入相应的数据缓存区。然后与方法一相同，以确定整个处理过程中最佳效果的频率段及输出幅值，并锁定在该段进行工作。两种检测、判断方法可根据需要只采用其中一种，也可以两种方法同时采用，互相验证效果更好。因此，在一定范围内，本装置可以在不同用途及不同水质、不同流量、不同温度等条件下，均能采用自适应的处理方法以取得更好的处理结果。

因此，本发明所述的智能化水处理装置，应用于采暖、空调、热水锅炉循环水系统等领域时具有如下优点：首先，本装置可以通过键盘及显示部分针对控制内容进行设定，如工作频率、幅值、波形类型(正弦或方波)、时间等方面。其次，当需要处理的水的情况不明确时，也可以直接设定成自动寻优方式：根据现场实时检测处理效果并反馈的原理，通过微型计算机的智能控制、自动寻优以确定最佳的处理方案—即最优频率和幅值的电磁波，在一定范围内，对杀菌灭藻、防垢、除垢等不同功能，对不同水质、不同流量、不同温度等情况进行处理，以提高水处理的效果、效率及通用性。其三，本发明可在一定范围内，通过与预先进行标定的各种不同的水质的数据进行类比，达到鉴别的目的。作为一种实时、在线检测、显示和记录装置，比目前离线的、非实时、化学方式检测方便、快捷。

可见，本发明作为新型智能化水处理装置，通过变频、变压控制以及现场实时检测、反馈、类比，通过自动寻优以确定最佳工作方式及现场实时检测、显示、记录等功能，显示出很大的优越性。

附图说明

现结合附图和具体实施例进一步对本发明加以说明，其中：

图1表示本发明系统控制及主要硬件结构框图；

图2a、2b为微处理器及外围芯片构成的主机板具体电路图，可分两个相对独立的部分，包括ARM处理器、存储器(RAM、ROM)、液晶显示器接口、频率发生器接口、网络接口芯片等部分；

图3为频率发生器及反馈部分A/D转换器、可编程放大器等芯片具体电路图；

图4为数字控制电源及功率放大部分具体电路图；

图5为整体结构示意图，包括发射部分(工作线圈、变频变压信号源)、检测部分(检测线圈、检测信号处理电路)等部分；

图6为检测部分信号处理具体电路图。

具体实施方式

参照附图将详细描述具体实施方案。

图1所示：其人机对话部分1、6为键盘及液晶显示：通过1、6对频率、电压、波形类型(正弦或方波)、时间等参数进行设定或预制为自动寻优方式，并可设定为现场实时监测模式，用于对水质进行检测、显示和记录；图1主控板2包括微处理器、键盘显示管理芯片等部分，接受键盘设置的参数并向数码管或液晶屏幕送显示数据，通过监控系统软件对变频信号发生部分3进行编程写入，使其发出所需频率信号，经推挽输出部分4的功率放大，形成具有一定带负载能力的变频信号源；信号源幅值的设置是通过改变其电源电压实现的，电压粗调是由双向可控硅组14经二极管全波整流、滤波后构成分档变压源15；可分别得到5V、7.5V、10V及备用共四档；其细调由主控板2中微处理器对其脉宽调制器(PWM)7进行编程写入，使其发出占空比可调信号，经功放前置部分8和功率放大部分11施加到推挽输出部分4上，作为其电源。由于该电源电压可以通过脉宽调制器(PWM)7控制其占空比，进而达到改变推挽输出部分4的电源电压进行细调的目的，使输出波型幅值以0.1V步进，从0-10V连续可调；因而，推挽输出部分4输出信号具有即能改变频率、又能改变输出幅值的能力；通过寻优处理，产生最适当的信号施加到被控对象5上，即施加到需要处理的水源上。

图1中9为电流传感器(电量隔离传感器WBI1342S1)，其A、B两端串联在功率放大11提供给变频推挽输出4的直流电源中，使其负载电流通过电流传感器9的主回路，其a、b端输出的直流电压作为反馈量与负载电流成正比。装置10部分为电压衰减器，其C、D两端并联在功率放大11提供给变频推挽输出4的直流电源两端，C、D两端电压经衰减后由c、d两端输出，作为反馈量与负载电压(输出波形的幅值)成正比。之所以引入负载端电压的反馈，主要是克服变频推挽输出4输出端电压的波动，导致其波动的因素有两个：其一为装置输入的电源电压，如220V的交流电压，当其波动时势必通过分档电压源15、功率放大11造成推挽输出4负载电压波动，进而造成负载电流的波动，干扰了装置对负载变化的检测。其二、装置输出电压(幅值)高低，也随输出电流的变化而变化，如前所述，由于装置输出部分可等效为恒定信号源串联一内阻，当负载增加即等效负载阻抗减小时，其负载电流必然增加，由于信号源存在内阻，负载电流加大时内阻压降势必加大，负载两端电压经内阻分压后必然减少：即输出信号幅值降低。为准确测量负载电流的大小，必须维持输出电压(信号幅值)的稳定，因而也需引入电压反馈进行调节，同样通过电压衰减器10的反馈，把对应输出电压的反馈量(模拟量)经放大、转换部分13转换成数字量后，被主控板2微处理器所采集。通过主控板2微处理器对脉宽调制(PWM)7、功放前置部分8和功率放大部分11的占空比进行调节，使得施加到推挽输出部分4上电压重新稳定到原来的数值，进而使输出波形的幅值维持恒定。

在图1中，如前所述，某一频率、幅值输出波形的处理效果是通过两种方法检测、判断的。方法一为采集被控对象5中检测线圈及相应的信号处理电路的输出进行判断：检测线圈同样缠绕在被处理水流经过的管道上，当被控对象5中工作线圈发射电磁波施加在被处理水流上时，不同频率、幅值的电磁波受到的影响不同，因而检测线圈收到的电磁波幅值的大小也不尽相同。当输出信号的频率和电压(幅值)适合某种水源中需要处理的水垢或藻类时，其处理效果明显。被控对象5中检测线圈采集的信号将有别于处理其他频率和电压(幅值)，经检测信号处理电路精密整流、放大、滤波后同样接至放大、转换部分13上，将对应的检测信号的模拟量转换成相应的数字量，被主控板2微处理器所采集，并存入相应的数据缓存区。完成这一循环周期后，微处理器对数据缓存区中数据进行分析、运算，对比输出频率、幅值并与存在数据缓存区中事先通过生化实验标定过的数据进行类比、对照及判断。方法二为采集功率放大部分11输出电流进行判断：电流传感器9其A、B两端串联在功率放大11提供给变频推挽输出4的直流电源中，使其负载电流通过电流传感器9的原边(主回路)，其副边a、b端输出的电压作为反馈量与负载电流成正比。被控对象5中发射部分连接到变频、变幅信号源，通过线圈发出各种不同的电磁波。当其输出波形的频率、幅值与被处理水源特定情况吻合时，其处理的效果必然有别于其他频率、幅值，此时消耗的能量也必然有所区别，即此时输出功率也必然有所区别，检测到的输出信号电流也不相同，电流传感器(电量隔离传感器WBI1342S1)9的输出不同，经放大、转换部分13转换后，将对应输出电流的模拟量转换成相应的数字量也会不同，这种差异同样被主控板2微处理器所采集，并存入相应的数据缓存区。完成这一循环周期后，处理器对数据缓存区中数据进行分析、运算，对比输出频率、幅值并与存在数据缓存区中事先通过生化实验进行标定的数据进行类比，确定理想的输出频率和幅值，以完成自动寻优的处理过程。在图1中放大、转换部分13采用的A/D转换器为12位模拟/数字转换，接受来自电压、电流的模拟量反馈信息，经可编程控增益放大器适当的放大后，将其模拟量转换成数字量传送给主控板2中微处理器作为寻优处理的参考值。双向可控硅组14用于电压粗调，控制三路交流电压，经二极管全波整流、滤波后构成分档变压源15；可分别得到5V、7.5V及10V三档；变频信号发生部分16a和推挽输出部分17a构成扩展的第二路输出信号；变频信号发生部分16b和推挽输出部分17b构成扩展的第N路输出信号，分别插接在扩展总线槽19上，其为多路信号复合用插槽，可提供多路信号源地址和编程写入数据；本装置能根据需要扩展至11路：即同时可使多达11路不同频率的信号合成进行控制。扩展总线槽19也可以插一些用于常规测量如测量温度、压力、流量等物理量的板卡或将一些测量仪器如电导率测量仪的输出信号采集回来，配合本装置的检测与控制。由于温度、压力、流量等物理量的检测与信号调理及电导率测量仪的输出信号采集为公知的技术，在此不再赘述。12V电压源18及5V电压源20为本装置供电的稳压电源。

图2a为主控板2中键盘与显示接口芯片等部分，图2a中21为键盘与显示控制芯片ZLG7290BS，它具有如下特点：串行接口，无需外围元件可直接驱动LED显示，64键键盘控制器内含去抖动电路，芯片价格比较便宜等优点。本装置中用于控制4×4的模块键盘及六位LED显示用来作为上电、报警等指示用；图2a中22为SP3232EC芯片，是RS232收发器一种，用于与上位机或其他外部设备通讯用；图2a中23为RTL8019芯片，可通过编程实现TCP/IP通讯协议，与其他设备或上位机实现远程网络化通讯；图2a中24为带有电磁隔离的网络通讯接口。

图2b为主控板2中微处理器等部分，图2b中25a、25b分别为微处理芯片提供3.3V和1.8V稳压电源；图2b中26为SP708SN芯片，用于系统复位；图2b中27为ARM7TDMI-S微控制器(LPC2210)16/32位144脚，兼容ARM、Thumb指令，片内具有16K字节静态RAM及128/256KB片内Flash程序存储器，通过外部存储器接口可将存储器配置成4组，每组的容量高达16Mb数据，宽度为8/16/32位；图2b中28为电路图中扩展的高速CMOS静态RAM：IS61LV25616AL，其容量为256K×16位作为随机存取数据及运行寻优程序用。图2b中29为电路图中扩展的1M16位的CMOS多功能FlashMPF器件：SST39VF160作为外部扩展的程序存储器。

图3为频率发生器及反馈部分A/D转换器、可编程放大器等芯片具体电路图；其中芯片31为A/D转换器件AD7862：具有四输入通道，同时采样并转换的12位高速模拟/数字转换器，4ms转换时间及12位精度即1/4096误差，能够满足装置的需求。本装置输出电压及输出电流的反馈量占用AD7862转换器件31的两路输入通道，另两路输入通道之一供本装置被控对象5中检测部分反馈信号使用，一路输入通道备用。图3中芯片32为LTC6915：可编程放大器，通过编程改变其放大倍数使其输出接近A/D转换器输入的满量程，以期获得较高的转换精度；图3中芯片电路33为变频信号发生器AD9850，利用ARM7微处理器27对其编程控制，实现频率发生器的功能。AD9850最高工作时钟可达125MHz，32位频率控制字保证在125MHz的工作时钟下，输出频率的分辨率可达0.0291Hz。频率转换速率极快，可达2.3×10⁷次/秒，因此，AD9850芯片可在很短的时间内，产生覆盖0.0291Hz到62.5MHz的区间，并以0.0291Hz步进的正弦波信号和标准的方波信号，满足了本装置功能的需求。如果未来需要更高的输出频率，可选择AD9851、AD9852等芯片，可实现100MHz或更高。图3中芯片34为74LS138译码器，用于生成选通信号完成微处理器对其外围芯片及外部设备选通或编程控制。图3中芯片35为74HC245锁存器，用于锁存微处理器对变频信号发生器AD9850编程写入的数字量，以实现频率发生器发出所需频率的功能。

图4为数字控制电源及功率放大部分具体电路图；图4中电路41a为功率放大前置芯片EXB841，信号经Q1晶体管放大输入，主要用作信号电平与功率驱动电压之间的耦合，其内部利用快速光电耦合隔离电压的光电隔离器，隔离电压可达2500VAC，因而，可以使得信号电平与功率驱动电压之间通过光电信号安全可靠的联接在一起。EXB841芯片工作电源为独立的电源20V，内部含有-5V的稳压电路，为IGBT的基极提供+15V的正向驱动电压，关断时输出反向偏置电压-5V，维持IGBT可靠截止。内带过流保护电路，高密度安装的SIL封装；器件41b为GT15Q101功率放大器，选定200V、5A的IGBT；图4中器件41c为TLP521，作为负载电流检测并反馈用的光电隔离器。图4中电路41a、41b、41c用于调节输出信号的幅值；图4中42为20V稳压电源模块；图4中芯片43a为双向可控硅BT136，芯片44a为光控双向可控硅MOC3081用于驱动双向可控硅BT136，芯片45a为74LS04反向器，芯片43a、44a、45a共同构成第一路光控开关电路；芯片43b、44b、45b共同构成第二路光控开关电路；芯片43c、44c、45c共同构成第三路光控开关电路；芯片43d、44d、45d共同构成一路备用光控开关电路。图4中器件46a、46b、46c为74LS04反向器用于驱动变频信号并选择适当的极性；图4中器件47a、47b为C2060晶体管放大器，器件48a、48b、48c、48d共同构成一路达林顿推挽输出电路，48e、48f、48g、48h共同构成另一路达林顿推挽输出电路，两路合成输出本装置变频、变幅信号。

图5为整体结构示意图，图5中51为本装置发射电磁波的线圈，缠绕在被处理水流54经过的管道53上；图5中52为本装置接收电磁波的检测线圈，同样缠绕在管道53上，线圈轴线与水流方向相同。当然，也可以根据需要使发射线圈、检测线圈轴线与水流方向垂直或构成其他角度。当本装置作为变频、变压信号源55与工作线圈51相联接，并使其发射电磁波施加在被处理水流54上时，整个被处理水流包括水中污垢作为传输电磁波的介质。当其污垢的种类、密度不同时对电磁波的影响不同，因而检测线圈收到的电磁波幅值的大小也不尽相同，经检测信号处理电路56精密整流、放大、滤波后接回本装置。

图6为检测部分信号处理的具体电路图，图中61、62均为OP37运算放大器，其高精度、高带宽构成了精密全波整流器，将检测线圈接收到的高频交变电流信号整成直流，接至LTC6915可编程放大器63的输入端。图6中采用的可编程放大器63与图3中采用的可编程放大器32型号相同均为LTC6915，ARM7微处理器27通过编程控制改变其放大倍数，放大、滤波后的信号接至图3中A/D转换器31的输入端。当可编程放大器63的输出信号接近A/D转换器31输入的满量程时，可望获得较高的转换精度。

从上述说明可以看到：本发明所述的智能化水处理装置，通过微处理器(微型计算机)的智能控制：不断改变输出电磁波的频率、幅值与组合，并把现场实时检测的处理效果反馈给微处理器，通过软件处理进行自动寻优，以确定最佳的处理方案—即最优频率、幅值与组合的电磁波，在较宽的范围内：对杀菌灭藻、防垢、除垢等不同功能，对不同环境，不同水质、不同温度等情况进行处理，得以提高水处理的效果和效率，并实现实时检测、显示、记录等功能。可见，本发明比现有水处理装置具有着显著的进步。

Claims

1.一种智能化水处理装置，它包括：微处理器(微型计算机)、多个频率发生器、功率放大器、数字控制可变电源模块、电流检测反馈环节、键盘与显示模块等单元；其特征在于：该装置能够发出单一可变频率信号或多个可变频率信号组合，并可改变其输出信号的幅值；在水处理的过程中，通过传感器如电流传感器检测单一不同频率信号、多个频率信号组合、不同幅值信号输出时的电流并反馈给微处理器；通过自动寻优锁定在某一确定的频率或频率组合及相应幅值的输出波形上。

2.根据权利要求1所述的智能化水处理装置，其特征在于：采用ARM7微处理器、AD9850频率发生器及自制数控电源模块，其输出波形的幅值变化可根据需要进行设定；本装置最低以0.1V步长增加或减少，从0V至额定电压；其输出波形的频率变化亦可根据需要进行设定，本装置最低以0.0291HZ步长增加或减少，从0HZ一直增长到AD9850频率发生器额定输出最高频率63.9MHZ。

3.根据权利要求1及权利要求2所述的智能化水处理装置，其特征在于：可扩展多个AD9850频率发生器芯片，本装置最多可扩展11个，并根据需要构成单一或多种频率组合信号源。

4.根据权利要求1及权利要求2所述的智能化水处理装置，其特征在于：具有的自动寻优水处理功能同样可用于在线实时检测水质；在一定范围内对各种不同的水质进行鉴别、比较和判断，并且显示和记录。