CN102838214B - 一种线圈缠绕式电子感应水处理电路及其水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线圈缠绕式电子感应水处理电路及其水处理方法，属于电子感应水处理领域。它包括依次连接的信号处理器、高频信号发生电路、驱动信号放大电路、高频双极性脉冲产生电路及电流检测单元；所述的电流检测单元的输出端与信号处理器的输入端连接。本发明的线圈缠绕式电子感应水处理电路及其水处理方法，它可以适应于不同的水质环境，有效地防垢、除垢、杀菌灭藻及延长供水设备的使用寿命。

Description

一种线圈缠绕式电子感应水处理电路及其水处理方法

技术领域

本发明属于电子感应水处理领域，更具体地说，涉及一种集防垢、除垢、防腐、杀菌及水质净化等多功能于一体的线圈缠绕式电子感应水处理器及其水处理方法。

背景技术

管道经污水长时间地侵蚀，会使内壁结垢从而腐蚀管道内壁甚至滋生微生物，影响水系统的正常运行和人体健康。

长期以来，人们对水垢的组成、预防以及水的软化进行了大量的研究，找到了不同的防垢、除垢方法，归纳起来主要有化学方法和物理方法两大类。化学方法包括碱沉淀法、投加阻垢剂法和离子交换法等。物理方法包括水电解法、磁化法、超声波法和无线电频率照射法。这些方法都可以有效防垢阻垢，目前用得较多的是投加阻垢剂法。但此法会增加运行成本，其次由于处理水样的复杂性，阻垢剂的类别和比例需要随水样而改变，而且对水质会造成二次污染。其中，物理方法中的磁化法因其投资小、操作简单、无毒无污染，集防垢、除垢、杀菌、缓蚀等多种功能于一身，是一种极具发展前景的防垢除垢技术（《磁化水处理技术的研究现状及防垢机理》长江大学化学与环境工程学院，许国凤、舒昌福，内蒙古石油化工2008年9期）。

在现有技术中，普通的电磁感应水处理器在水中只能产生一个频率、强度都按一定规律变化的感应电磁场，对于水质的适应力差，对水质持续变化的水体处理效果不佳（《磁化水处理在工业循环水领域的研究进展》，河北省能源研究所，河北省工业节水工程技术研究中心，阎美芳、刘振法，2008年11月），处理效果不稳定，除垢效率低。

发明内容

1.要解决的技术问题

本发明克服了以往的电磁感应除垢设备的输出频率单一，不能对水质持续变化的水体进行处理，除污效率不高的缺点，提供了一种线圈缠绕式电子感应水处理电路及其水处理方法，它可以适应于不同的水质环境，有效地防垢、除垢、杀菌灭藻及延长供水设备的使用寿命。

2.技术方案

发明原理：在水循环系统中，外加一个频率和强度都按一定规律变化的电磁场，利用电磁场改变管道水体中各种离子和分子的运动状况。由于不同地区甚至不同用户段水质的差异，因此根据管道内循环水的水质，高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L实时地输出最优频率的高频大功率正弦波，使得处于该电磁场中的水中成垢离子结合成大量的文石晶核，从而达到除垢目的。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

本发明的一种线圈缠绕式电子感应水处理电路，它包括依次连接的信号处理器、高频信号发生电路、驱动信号放大电路、高频双极性脉冲产生电路及电流检测单元；所述的电流检测单元的输出端与信号处理器的输入端连接；

所述的高频信号发生电路为信号源产生电路，它产生驱动信号，并将此驱动信号传送至驱动信号放大电路；

所述的驱动信号放大电路将来自高频信号发生电路的驱动信号放大，并传输至所述的高频双极性脉冲产生电路场效应管MOSFET的开关栅极，控制开关的开启与关断；

所述的高频双极性脉冲产生电路为全桥逆变电路，包括电磁水能量转换器，所述的电磁水能量转换器为绕制在待除垢管道上的两组绕制方向相同的绕线，该两组绕线在功效方面作为电磁能量转换器，电路上即为高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L；所述的高频双极性脉冲产生电路还包括4个场效应管MOSFET和1个谐振电容C，所述的4个场效应管MOSFET构成桥式结构，所述高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L和所述的谐振电容C串联在桥臂内，4个场效应管MOSFET的控制信号由所述的驱动信号放大电路产生。

该电流检测单元包括电流互感器、电流信号放大与处理电路,所述的电流互感器输入端与电磁水能量转换器连接，电流互感器输出端连接到所述的电流信号放大与处理电路中，所述的电流信号放大与处理电路的另一端连接到所述的信号处理器，所述的电流检测单元将所述高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L上的电流信号输入所述的信号处理器中；

所述的信号处理器对来自电流检测单元的电流进行处理产生控制信号,并输入高频信号发生电路。

优选地，所述的信号处理器上还连接有显示器，用以显示信号，用以显示电压、电流和谐振频率信号状态参量。

所述的线圈缠绕式电子感应水处理电路的水处理方法，其步骤为：

（1）高频信号发生电路的信号经驱动信号放大电路放大后输入至高频双极性脉冲产生电路场效应管MOSFET的开关栅极，控制高频双极性脉冲产生电路输出同频率的双极性方波；

（2）电流检测单元的电流互感器检测高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L的电流，将检测到的电流信号输入到所述的信号处理器，信号处理器对信号进行自动频率追踪处理，控制高频信号发生电路产生高频驱动信号并通过所述的显示器显示当前频率；所述自动频率追踪处理过程如下：

当水质发生变化，所述高频双极性脉冲产生电路的电感量发生变化，从而谐振回路的谐振频率发生变化，谐振电感L上的电流发生相应的改变，通过电流检测单元检测电流是否达到最大值来判定高频双极性脉冲产生电路中的LC电路是否产生谐振，通过信号处理器对所述谐振电感L的电流进行分析，实时产生最优频率的高频驱动信号，具体分析过程如下：假设所述的信号处理器预设系统的输出信号频率为f₀，信号处理器存储当前谐振电感L的电流信号i₀，增大或减小信号处理器的输出信号频率至F=f₀±f₁，f₁为信号处理器的输出信号频率的变化量，电流检测单元检测此时谐振电感L的电流大小i₁，若电流i₁>i₀，则继续增大或减小信号处理器的输出信号频率F；若电流i₁<i₀，则继续减小或增大信号处理器的输出信号频率F，直至达到动态平衡。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

（1）本发明的电路通过信号处理器对所述谐振电感L的电流进行分析，能够根据待除垢管道中的循环水水质特点，实时地输出最优频率的时钟信号,该时钟信号经过电压和电流放大驱动全桥逆变电路(即高频双极性脉冲产生电路)输出同频率的双极性脉冲，该双极性脉冲串接高频双极性脉冲产生电路的谐振电容C和谐振电感L构成的LC谐振电路（其中谐振电感L缠绕于供水管道上），供水管道与水质构成谐振电感L的磁介质，双极性脉冲通过LC谐振电路在频率合适时在谐振电感L中产生高频正弦或余弦谐振电磁场，实时地产生最优频率的高频驱动信号，即使得电磁场强度最大的谐振电磁场，此时，在该电磁场的作用下，水中的成垢离子结合成大量的文石晶核，当水中矿物质含量超过水的饱和溶解度时，成垢离子就会析出并优先生长在这些晶核上形成文石晶体，与此同时，管道壁上析出水垢的趋势被转化成悬浮在水中的大量文石晶核上析出形成文石晶体。该文石晶体的粘附性很弱，呈松软絮状，悬浮在水中，很容易被水流冲走，达到了对供水管道进行防垢、除垢的目的；

（2）本发明的电路在使用时安装方便，仅需将高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L线圈缠绕在供水管道外壁即可，无需割开管道或在设备上打孔，无需定期擦洗电极，除垢效果好；

（3）本发明的电磁水处理电路，结构简单且无需对管道进行复杂的操作，同时除污效率高，经过试验，除污率能够达到75%以上。

附图说明

图1为本发明的电磁感应除垢技术原理图；

图2为本发明的电路结构框图；

图3为本发明的高频双极性脉冲产生电路（全桥逆变电路）及LC串联谐振电路图；

图4为本发明的信号处理器的控制过程流程图。

图中：1-供水管道。

具体实施方式

下面结合具体的实施例和附图，对本发明作进一步描述。

实施例1

结合图2，本实施例的线圈缠绕式电子感应水处理电路，包括依次连接的型号为DSP2812的信号处理器、高频信号发生电路、驱动信号放大电路、高频双极性脉冲产生电路及电流检测单元，电流检测单元的输出端与信号处理器的输入端连接。

该高频信号发生电路为信号源产生电路，它产生驱动信号，并将此驱动信号传送至驱动信号放大电路。该驱动信号放大电路，主要器件选用TLP250，它将来自高频信号发生电路的驱动信号放大，并传输至高频双极性脉冲产生电路场效应管MOSFET的开关栅极。

高频双极性脉冲产生电路包括电磁水能量转换器，结合图1，该电磁水能量转换器为绕制在供水管道1上且绕制方向相同的两组绕线，该两组绕线即为高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L。高频双极性脉冲产生电路还包括4个场效应管MOSFET和1个谐振电容C，这4个场效应管MOSFET构成桥式结构，场效应管MOSFET采用IRF830，该高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L和谐振电容C串联在桥臂内，4个场效应管MOSFET的控制信号由驱动信号放大电路产生。

结合图1、图3，该电流检测单元包括电流互感器、电流信号放大与处理电路，电流互感器的输入端与电磁水能量转换器连接，电流互感器输出端连接到所述的电流信号放大与处理电路中，所述的电流信号放大与处理电路的另一端连接到所述的信号处理器，电流检测单元将所述高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L上的电流信号输入信号处理器中。信号处理器上还连接有液晶显示器，用以显示电压、电流、谐振频率状态参量）。该信号处理器对来自电流检测单元的电流进行处理产生控制信号，并输入至高频信号发生电路。

本实施例的线圈缠绕式电子感应水处理电路的水处理方法，其步骤为：

（1）高频信号发生电路的信号经驱动信号放大电路放大后输入至高频双极性脉冲产生电路场效应管MOSFET的开关栅极，控制高频双极性脉冲产生电路输出同频率的双极性方波；

（2）电流检测单元的电流互感器检测高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L的电流，将检测到的电流信号输入到所述的信号处理器，信号处理器对信号进行自动频率追踪处理，控制高频信号发生电路产生高频驱动信号并通过所述的显示器显示当前频率；结合图4所示，所述自动频率追踪处理过程如下：

当水质发生变化，所述高频双极性脉冲产生电路的电感量发生变化，从而谐振回路的谐振频率发生变化，谐振电感L上的电流发生相应的改变，通过电流检测单元检测电流是否达到最大值来判定高频双极性脉冲产生电路中的LC电路是否产生谐振，通过信号处理器对所述谐振电感L的电流进行分析，实时产生最优频率的高频驱动信号，具体分析过程如下：假设所述的信号处理器预设系统的输出信号频率为f₀，信号处理器存储当前谐振电感L的电流信号i₀，增大或减小信号处理器的输出信号频率至F=f₀±f₁，f₁为信号处理器的输出信号频率的变化量，电流检测单元检测此时谐振电感L的电流大小i₁，若电流i₁>i₀，则继续增大或减小信号处理器的输出信号频率F；若电流i₁<i₀，则继续减小或增大信号处理器的输出信号频率F，直至达到动态平衡。

此时，该谐振电感L的电磁场强度达到最大，使水中可以成垢离子结合成大量的文石晶核，当水中矿物质含量超过水质的饱和溶解度时，成垢离子就会析出并优先生长在这些晶核上进而形成新的文石晶体。与此同时，管壁上析出水垢的趋势则变为在水中悬浮的大量文石晶核上不断析出形成文石晶体。由于文石晶体的粘附性很弱，呈松软絮状，悬浮在水中，很容易被水流冲走，从而达到了对供水管道1防垢、除垢的目的。

如图2所示，高频信号发生电路和信号处理器是本发明的电路系统的核心，根据电流检测单元检测的高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L上的电流，信号处理器判断该电流是否为最大值来确定输出最优频率的驱动信号。

最优频率的驱动信号经过驱动放大驱动全桥逆变电路，产生高频双极性方波并通过由串联谐振电容C和电磁水能量转换器的线圈构成的串联LC谐振电路作用到供水管道1内的循环水体上，实现对循环水的处理。

Claims (3)

1.一种线圈缠绕式电子感应水处理电路，其特征在于，它包括依次连接的信号处理器、高频信号发生电路、驱动信号放大电路、高频双极性脉冲产生电路及电流检测单元；所述的电流检测单元的输出端与信号处理器的输入端连接；

所述的高频信号发生电路为信号源产生电路，它产生驱动信号，并将此驱动信号传送至驱动信号放大电路；

所述的驱动信号放大电路将来自高频信号发生电路的驱动信号放大，并传输至所述的高频双极性脉冲产生电路场效应管MOSFET的开关栅极，控制开关的开启与关断；

所述的高频双极性脉冲产生电路为全桥逆变电路，包括电磁水能量转换器，所述的电磁水能量转换器为绕制在待除垢供水管道上的两组绕制方向相同的绕线，该两组绕线即为高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L；所述的高频双极性脉冲产生电路还包括4个场效应管MOSFET和1个谐振电容C，所述的4个场效应管MOSFET构成桥式结构，所述高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L和所述的谐振电容C串联在桥臂内，4个场效应管MOSFET的控制信号由所述的驱动信号放大电路产生；

所述的电流检测单元包括电流互感器、电流信号放大与处理电路,所述的电流互感器输入端与电磁水能量转换器连接，电流互感器输出端连接到所述的电流信号放大与处理电路中，所述的电流信号放大与处理电路的另一端连接到所述的信号处理器，所述的电流检测单元将所述高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L上的电流信号输入所述的信号处理器中；

所述的信号处理器对来自电流检测单元的电流进行处理产生控制信号,并输入高频信号发生电路。

2.根据权利要求1所述的一种线圈缠绕式电子感应水处理电路，其特征在于，所述的信号处理器上还连接有显示器，用以显示信号，用以显示电压、电流和谐振频率信号状态参量。

3.一种权利要求2所述的线圈缠绕式电子感应水处理电路的水处理方法，其步骤为：

（1）高频信号发生电路的信号经驱动信号放大电路放大后输入至高频双极性脉冲产生电路场效应管MOSFET的开关栅极，控制高频双极性脉冲产生电路输出同频率的双极性方波；

（2）电流检测单元的电流互感器检测高频双极性脉冲产生电路的谐振电感L的电流，将检测到的电流信号输入到所述的信号处理器，信号处理器对信号进行自动频率追踪处理，控制高频信号发生电路产生高频驱动信号并通过所述的显示器显示当前频率；所述自动频率追踪处理过程如下：

当水质发生变化，所述高频双极性脉冲产生电路的电感量发生变化，从而谐振回路的谐振频率发生变化，谐振电感L上的电流发生相应的改变，通过电流检测单元检测电流是否达到最大值来判定高频双极性脉冲产生电路中的LC电路是否产生谐振，通过信号处理器对所述谐振电感L的电流进行分析，实时产生最优频率的高频驱动信号，具体分析过程如下：假设所述的信号处理器预设系统的输出信号频率为f₀，信号处理器存储当前谐振电感L的电流信号i₀，增大或减小信号处理器的输出信号频率至F=f₀±f₁，f₁为信号处理器的输出信号频率的变化量，电流检测单元检测此时谐振电感L的电流大小i₁，若电流i₁>i₀，则继续增大或减小信号处理器的输出信号频率F；若电流i₁<i₀，则继续减小或增大信号处理器的输出信号频率F，直至达到动态平衡。

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