CN105652096A - 电导率的测试装置和用电设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电导率的测试装置和一种用电设备，电导率的测试装置，包括：方波发生源，用于产生方波信号；第一滤波电路，用于对方波信号进行滤波处理，得到不包含直流成分的正弦信号作为测试电压；测试电极单元，包括并联连接的至少三组测试电极，连接至第一滤波电路，用于将测试电压施加在待测试介质上；电流检测电路，用于检测流过测试电极单元的电流信号，并转化为电压信号；开关电路，控制至少三组测试电极中每组测试电极的工作状态；信号处理电路，根据电流检测电路输出的电压信号确定待测试介质的电导率。本发明的技术方案可以在避免测试电极被极化的前提下，准确地对待测试介质的电导率进行测试，并且能够满足不同测试场景的需要。

Description

电导率的测试装置和用电设备

技术领域

本发明涉及电导率测试技术领域，具体而言，涉及一种电导率测试装置和一种用电设备。

背景技术

电导率作为物质的重要特性之一，并且以其检测原理简单、检测装置成本低而被广泛用于物质分类技术、材料分析技术、环境保护技术以及工业生产控制技术中。

相关技术中，对于电导率的检测通常是采用伏安特性曲线进行分析，具体地，对测试电极施加电压信号作为激励信号，读取流经测试电极的电流信号，根据上述的电压信号和电流信号确定待测物的电导率。但是，若采用的直流电压信号作为直流激励信号，会导致测试电极的极化；若直接采用交流电压信号作为交流激励信号，则对交流激励信号的幅值和频率的稳定性要求较高，而且会由于交流激励信号中包含有直流成分造成测试电极的极化，同时交流激励信号的测试结果并不能很好地兼容于数字电路，因此不能为用户提供直观的电导率测试结果。

同时，在某些场景下，如在电导率成像领域需要对介质多点处的电导率进行测试，若仅采用一组或两组测试电极，则需要不时变更测试电极的测试位置，导致测试不方便、用户操作繁琐；而且需要对测试电极进行清洗，否则会造成测试结果不准确。可见，采用一组或两组测试电极显然不能满足测试场景的需要。

因此，如何能够在避免测试电极被极化的前提下，准确地对物质的电导率进行测试，并且能够满足不同测试场景的需要成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出了一种能够在避免测试电极被极化的前提下，准确地对待测试介质的电导率进行测试，并且能够满足不同测试场景需要的电导率的测试装置。

本发明的另一个目的在于提出了一种用电设备。

为实现上述目的，根据本发明的一个实施例，提出了一种电导率的测试装置，包括：方波发生源，用于产生方波信号；第一滤波电路，连接至所述方波发生源，用于对所述方波发生源产生的所述方波信号进行滤波处理，得到不包含直流成分的正弦信号，以将所述正弦信号作为测试电压；测试电极单元，包括并联连接的至少三组测试电极，所述测试电极单元连接至所述第一滤波电路，用于将所述测试电压施加在待测试介质上；电流检测电路，用于检测流过所述测试电极单元的电流信号，并将检测到的电流信号转化为相应的电压信号；开关电路，连接在所述测试电极单元和所述电流检测电路之间，用于控制所述至少三组测试电极中每组测试电极的工作状态；信号处理电路，连接至所述电流检测电路，用于根据所述电流检测电路输出的电压信号确定所述待测试介质的电导率。

根据本发明的实施例的电导率的测试装置，通过将第一滤波电路连接至方波发生源，以对所述方波信号进行滤波处理，最终获得不含直流成分的正弦信号，可以避免相关技术中采用直流激励信号，或直接采用未经处理的包含有直流成分的交流激励信号而造成电极的极化效应；同时，由于是通过对方波信号进行滤波处理后得到的正弦信号，因此可以保证施加在电极上的交流激励具有稳定的幅值和频率，进而可以确保电导率测试结果的准确度。

另外，通过设置开关电路以控制每组测试电极的工作状态，增强了电导率的测试装置的测试多样性，即可以通过开关电路的简单切换，实现由不同的测试电极对待测试介质进行测试，满足了不同测试场景的需要，如对于电导率成像领域，实现了通过至少三组电极对待测试介质的不同点的电导率进行测试。优选地，至少三组测试电极中在同一时刻可以仅有一组测试电极工作，以避免至少三组测试电极测试的信号之间产生干扰。

此外，本发明提出的电导率的测试装置的成本较低，便于实现电导率的测试装置的批量生产和应用，如应用在净水机中实现对净水机水质的检测，或用于对电解质、肉制品、粮食水分、土壤水分等的测量。

另外，根据本发明的上述实施例的电导率的测试装置，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述信号处理电路，包括：峰值检测电路，连接至所述电流检测电路，用于检测经过所述电流检测电路输出的所述电压信号的峰值；模数转换器，连接至所述峰值检测电路，用于对所述峰值检测电路检测到的峰值进行模数转换处理，以得到数字信号；微处理器，连接至所述模数转换器，用于根据所述数字信号确定所述待测试介质的电导率。

根据本发明的实施例的电导率的测试装置，通过在信号处理电路中依次设置峰值检测电路、数模转换器以及微处理器，将测试得到的电导率兼容于数字读出电路和数字处理电路中，具体地，通过将模拟信号量化为数字信号，减小了微处理器对电导率的运算时间和内存占用率，同时可以使用户更加直观地查看测试的电导率，提升了用户体验。

根据本发明的一个实施例，所述信号处理电路，还包括：第二滤波电路，所述峰值检测电路通过所述第二滤波电路连接至所述电流检测电路，所述第二滤波电路用于对所述电流检测电路输出的所述电压信号进行滤波和降噪处理。

根据本发明的实施例的电导率的测试装置，通过在电流检测电路与峰值检测电路之间设置第二滤波电路，以对电流检测电路输出的电压信号进行滤波处理，降低了测试信号的噪声和波动情况，进而可以保证测试结果的准确度。

根据本发明的一个实施例，所述信号处理电路，还包括：第三滤波电路，所述模数转换器通过所述第三滤波电路连接至所述峰值检测电路，所述第三滤波电路用于对所述峰值检测电路输出的电压峰值信号进行滤波和降噪处理。

根据本发明的实施例的电导率的测试装置，通过在峰值检测电路与模数转换器之间设置第三滤波电路，以对峰值检测电路输出的电压信号进行滤波处理，进一步地降低了测试信号的噪声和波动情况，进而也可以保证测试结果的准确度。

根据本发明的一个实施例，所述微处理器包括所述方波发生源。

根据本发明的实施例的电导率的测试装置，通过将方波发生源设置于所述微处理器中，可以通过微处理器对方波发生源进行参数设定和修改，如微处理器为单片机，可以由单片机输出方波信号。另外，采用方波发生源降低了电导率的测试装置的整体成本，具体地，方波信号最容易获得正弦信号的信号之一，因此，不必采用高昂地设备来获取无直流成分的正弦波信号。

根据本发明的一个实施例，所述微处理器还用于：对所述方波发生源产生所述方波信号的方式进行控制。其中，微处理器可以控制方波发生源持续产生方波信号，以实现对待测试介质的持续测试，如对净水机水路的电导率进行持续测试；当然，微处理器也可以控制方波发生源在某一时刻产生方波信号，以实现对待测试介质的间断测试，即在需要测试时才进行测试，如对土壤水分、肉制品的测试等。

根据本发明的一个实施例，所述微处理器包括：判断电路，用于判断确定的所述待测试介质的电导率是否处于预设的电导率范围内；提示电路，连接至所述判断电路，用于在所述判断电路判定所述待测试介质的电导率不处于所述预设的电导率范围内时，发出提示信号。

根据本发明的实施例的电导率的测试装置，通过在微处理器中设置判断电路和提示电路，可以实现在确定电导率后，根据电导率和预设电导率范围的比较，来确定电导率所对应的物质状态，并且通过将判定结果提示给用户，使用户更加直观地获取物质状态，提升了用户体验。

根据本发明的一个实施例，所述开关电路包括：至少三个开关，每个所述开关与一组所述测试电极串联，每个所述开关用于控制一组所述测试电极的工作状态。

根据本发明的实施例的电导率的测试装置，通过设置至少三个开关分别控制一组测试电极的工作状态，可以在同一时间内，选择任一组测试电极进行测试，方便实现对至少三组测试电极的控制。

根据本发明的一个实施例，所述微处理器还连接至所述开关电路，用于控制每个所述开关闭合或断开，以对所述每组测试电极的工作状态进行控制。

根据本发明的实施例的电导率的测试装置，通过微处理器控制每个开关的闭合状态，实现了方便控制测试电极的工作状态的效果。

根据本发明的一个实施例，所述微处理器包括：判断电路，用于判断确定的所述待测试介质的电导率是否处于预设的电导率范围内；提示电路，连接至所述判断电路，用于在所述判断电路判定所述待测试介质的电导率不处于所述预设的电导率范围内时，发出提示信号。

根据本发明的实施例的电导率的测试装置，通过在微处理器中设置判断电路和提示电路，可以实现在确定电导率后，根据电导率和预设电导率范围的比较，来确定电导率所对应的物质状态，并且通过将判定结果提示给用户，使用户更加直观地获取物质状态，提升了用户体验。

根据本发明的一个实施例，所述第一滤波电路包括：由带通滤波器和π型滤波器组合而成的滤波电路。

根据本发明的实施例的电导率的测试装置，通过带通滤波器和π型滤波器组合而成的滤波电路作为第一滤波电路，有效地获得了不含直流成分的正弦信号，进而避免了直流信号造成的电极极化效应；并且能够确保得到正弦信号具有稳定的幅值和频率，进而可以确保电导率测试结果的准确度。

根据本发明的一个实施例，所述正弦信号为具有单一波形的正弦信号，或由多个波形的正弦信号叠加组成的正弦信号。具体地，施加在电极上的激励信号可以是单一的正弦信号，也可以是多正弦信号同时进行激励，以实现多频率处的电阻抗信息的获取。

根据本发明的另一个方面的实施例，还提出了一种用于用电设备，包括：如上述任一项技术方案所述的电导率的测试装置。用电设备可以是净水机等。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1示出了根据本发明的实施例的电导率的测试装置的结构示意图；

图2示出了根据本发明的实施例的电导率的测试装置中的第一滤波电路的结构示意图；

图3示出了根据本发明的实施例的电导率的测试装置中的电流采样电路的结构示意图；

图4示出了根据本发明的实施例的电导率的测试装置的峰值检测电路的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

图1示出了根据本发明的实施例的电导率的测试装置的结构示意图。

如图1所示，根据本发明的实施例的电导率的测试装置，包括：方波发生源102，用于产生方波信号；第一滤波电路104，连接至所述方波发生源102，用于对所述方波发生源102产生的所述方波信号进行滤波处理，得到不包含直流成分的正弦信号，以将所述正弦信号作为测试电压；测试电极单元106，包括并联连接的至少三组测试电极，所述测试电极单元106连接至所述第一滤波电路104，用于将所述测试电压施加在待测试介质116上；电流检测电路108，用于检测流过所述测试电极单元106的电流信号，并将检测到的电流信号转化为相应的电压信号；开关电路114，连接在所述测试电极单元106和所述电流检测电路108之间，用于控制所述两组测试电极中每组测试电极的工作状态；信号处理电路112，连接至所述电流检测电路108，用于根据所述电流检测电路108输出的电压信号确定所述待测试介质116的电导率。

通过将第一滤波电路104连接至方波发生源102，以对方波发生源102产生的方波信号进行滤波处理，最终获得不含直流成分的正弦信号，可以避免相关技术中采用直流激励信号，或直接采用未经处理的包含有直流成分的交流激励信号而造成电极的极化效应；同时，由于是通过对方波信号进行滤波处理后得到的正弦信号，因此可以保证施加在测试电极上的交流激励具有稳定的幅值和频率，进而可以确保电导率测试结果的准确度。

另外，通过设置开关电路114以控制每组测试电极的工作状态，增强了电导率的测试装置的测试多样性，即可以通过开关电路114的简单切换，实现由不同的测试电极对待测试介质进行测试，满足了不同测试场景的需要，如对于电导率成像领域，实现了通过至少三组电极对待测试介质的不同点的电导率进行测试。优选地，至少三组测试电极中在同一时刻可以仅有一组测试电极工作，以避免至少三组测试电极测试的信号之间产生干扰。

此外，本发明提出的电导率的测试装置的成本较低，便于实现电导率的测试装置的批量生产和应用，如应用在水质(饮用水等)、重金属污染、皮肤(人体皮肤水分、脂肪、皮肤病)、电解质(酸或碱)、生物组织(疾病，如乳腺癌、前列腺癌等)、肉制品(牛肉、猪肉、驴肉、狗肉、鸡肉、鸭肉等肉制品变质检测)、粮食(大米、小麦等谷物)水分、土壤水分、液态介质液位、温度测量、酒精度、油包水、水包油、电磁无损检测等电导率的测量中。

其中，方波发生源102可以产生固定频率、低电平为零的方波信号，当然，方波发生源102产生的方波信号的低电平也可以大于0或小于0。第一滤波电路104可以将方波信号中除基础谐波之外的所有谐波成分滤除，以将基础谐波作为激励信号，当然，也可以将其他谐波成分作为激励信号。

另外，根据本发明的上述实施例的电导率的测试装置，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述信号处理电路112，包括：峰值检测电路1122，连接至所述电流检测电路108，用于检测所述电流检测电路108输出的所述电压信号的峰值；模数转换器1124，连接至所述峰值检测电路1122，用于对所述峰值检测电路1122检测到的峰值进行模数转换处理，以得到数字信号；微处理器1126，连接至所述模数转换器1124，用于根据所述数字信号确定所述待测试介质116的电导率。

通过在信号处理电路112中依次设置峰值检测电路1122、模数转换器1124以及微处理器1126，可以使得测试得到的电导率值兼容于数字电路。具体地，通过将模拟信号量化为数字信号，可以使用户更加直观地查看测试的电导率，提升了用户体验。

根据本发明的一个实施例，所述信号处理电路112，还包括：第二滤波电路(图中未示出)，所述峰值检测电路1122通过所述第二滤波电路连接至所述电流检测电路108，所述第二滤波电路用于对所述电流检测电路108输出的所述电压信号进行滤波和降噪处理。

通过在电流检测电路108与峰值检测电路1122之间设置第二滤波电路，以对电流检测电路108输出的电压信号进行滤波处理，降低了测试信号的噪声和波动情况，进而可以保证测试结果的准确度。

根据本发明的一个实施例，所述信号处理电路112，还包括：第三滤波电路(图中未示出)，所述模数转换器1124通过所述第三滤波电路连接至所述峰值检测电路1122，所述第三滤波电路用于对所述峰值检测电路1122输出的电压峰值信号进行滤波和降噪处理。

通过在峰值检测电路1122与模数转换器1124之间设置第三滤波电路，以对峰值检测电路1122输出的电压信号进行滤波处理，进一步地降低了测试信号的噪声和波动情况，进而也可以保证测试结果的准确度。

根据本发明的一个实施例，所述微处理器1126包括所述方波发生源102。

通过将方波发生源102设置于所述微处理器1126中，可以通过微处理器1126对方波发生源102进行参数设定和修改，如微处理器1126为单片机，可以由单片机输出方波信号。另外，采用方波发生源102降低了电导率的测试装置的整体成本，具体地，方波信号最容易获得正弦信号的信号之一，因此，不必采用高昂地设备来获取无直流成分的正弦波信号。

根据本发明的一个实施例，所述微处理器1126还用于：对所述方波发生源102产生所述方波信号的方式进行控制。其中，微处理器1126可以控制方波发生源102持续产生方波信号，以实现对待测试介质的持续测试，如对净水机水路的电导率进行持续测试；当然，微处理器1126也可以控制方波发生源102在某一时刻产生方波信号，以实现对待测试介质的间断测试，即在需要测试时才进行测试，如对土壤水分、肉制品的测试等。

根据本发明的一个实施例，所述微处理器1126包括：判断电路(图中未示出)，用于判断确定的所述待测试介质的电导率是否处于预设的电导率范围内；提示电路(图中未示出)，连接至所述判断电路，用于在所述判断电路判定所述待测试介质的电导率不处于所述预设的电导率范围内时，发出提示信号。

通过在微处理器1126中设置判断电路和提示电路，可以实现在确定电导率后，根据电导率和预设电导率范围的比较，来确定电导率所对应的物质状态，并且通过将判定结果提示给用户，使用户更加直观地获取物质状态，提升了用户体验。

根据本发明的一个实施例，所述开关电路114包括：至少三个开关120，每个所述开关120与一组所述测试电极串联，每个所述开关120用于控制一组所述测试电极的工作状态。

通过设置至少三个开关120分别控制一组测试电极的工作状态，可以在同一时间内，选择任一组测试电极进行测试，方便实现对至少三组测试电极的控制。

根据本发明的一个实施例，所述微处理器1126还连接至所述开关电路114，用于控制每个所述开关120闭合或断开，以对所述每组测试电极的工作状态进行控制。

通过微处理器1126控制每个开关120的闭合状态，实现了方便控制测试电极的工作状态的效果。其中，开关电路114可以是模拟开关电路。

根据本发明的一个实施例，所述第一滤波电路104包括：由带通滤波器和π型滤波器组合而成的滤波电路。

通过带通滤波器和π型滤波器组合而成的滤波电路作为第一滤波电路104，有效地获得了不含直流成分的正弦信号，进而避免了直流信号造成的电极极化效应；并且能够确保得到正弦信号具有稳定的幅值和频率，进而可以确保电导率测试结果的准确度。

根据本发明的一个实施例，所述正弦信号为具有单一波形的正弦信号，或由多个波形的正弦信号叠加组成的正弦信号。具体地，施加在测试电极上的激励信号可以是单一的正弦信号，也可以是多正弦信号同时进行激励，以实现多频率处的电阻抗信息的获取。

其中，第一滤波电路104的电路结构可以如图2所示，第一滤波电路104的输入端1042连接至方波发生源102的输出端，第一滤波电路输出端1044连接至测试电极单元106。

电流检测电路108的电路结构可以如图3所示，电流检测电路108的输入端1082对流过测试电极单元106的电流进行采样，电流检测电路108的输出端1084连接至峰值检测电路1122的输入端。

峰值检测电路1122的电路结构可以如图4所示，峰值检测电路1122的输入端112A连接至电流检测电路108的输出端1084，峰值检测电路1122的输出端112B连接至模数转换器1124的输入端。

以上结合附图详细说明了本发明的技术方案，本发明提出了一种新的电导率的测试装置，可以在避免测试电极被极化的前提下，准确地对待测试介质的电导率进行测试，并且能够满足不同测试场景的需要。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电导率的测试装置，其特征在于，包括：

方波发生源，用于产生方波信号；

第一滤波电路，连接至所述方波发生源，用于对所述方波发生源产生的所述方波信号进行滤波处理，得到不包含直流成分的正弦信号，以将所述正弦信号作为测试电压；

测试电极单元，包括并联连接的至少三组测试电极，所述测试电极单元连接至所述第一滤波电路，用于将所述测试电压施加在待测试介质上；

电流检测电路，用于检测流过所述测试电极单元的电流信号，并将检测到的电流信号转化为相应的电压信号；

开关电路，连接在所述测试电极单元和所述电流检测电路之间，用于控制所述至少三组测试电极中每组测试电极的工作状态；

信号处理电路，连接至所述电流检测电路，用于根据所述电流检测电路输出的电压信号确定所述待测试介质的电导率。

2.根据权利要求1所述的电导率的测试装置，其特征在于，所述信号处理电路，包括：

峰值检测电路，连接至所述电流检测电路，用于检测所述电流检测电路输出的所述电压信号的峰值；

模数转换器，连接至所述峰值检测电路，用于对所述峰值检测电路检测到的峰值进行模数转换处理，以得到数字信号；

微处理器，连接至所述模数转换器，用于根据所述数字信号确定所述待测试介质的电导率。

3.根据权利要求2所述的电导率的测试装置，其特征在于，所述信号处理电路，还包括：

第二滤波电路，所述峰值检测电路通过所述第二滤波电路连接至所述电流检测电路，所述第二滤波电路用于对所述电流检测电路输出的所述电压信号进行滤波和降噪处理。

4.根据权利要求2所述的电导率的测试装置，其特征在于，所述信号处理电路，还包括：

第三滤波电路，所述模数转换器通过所述第三滤波电路连接至所述峰值检测电路，所述第三滤波电路用于对所述峰值检测电路输出的电压峰值信号进行滤波和降噪处理。

5.根据权利要求2所述的电导率的测试装置，其特征在于，所述微处理器包括所述方波发生源，所述微处理器还用于：对所述方波发生源产生所述方波信号的方式进行控制。

6.根据权利要求2所述的电导率的测试装置，其特征在于，所述开关电路包括：

至少三个开关，每个所述开关与一组所述测试电极串联，每个所述开关用于控制一组所述测试电极的工作状态。

7.根据权利要求6所述的电导率的测试装置，其特征在于，所述微处理器还连接至所述开关电路，用于控制每个所述开关闭合或断开，以对所述每组测试电极的工作状态进行控制。

8.根据权利要求1所述的电导率的测试装置，其特征在于，所述第一滤波电路包括：由带通滤波器和π型滤波器组合而成的滤波电路。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的电导率的测试装置，其特征在于，所述正弦信号为具有单一波形的正弦信号，或由多个波形的正弦信号叠加组成的正弦信号。

10.一种用电设备，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述的电导率的测试装置。