CN108286934B - 一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置，由电导传感器部分，电导传感器切换电路，信号处理电路组成；电导传感器部分主要由电极、接线端子、柔性电路板、导线组成，实现在不破坏壁面的情况下获取并传输液膜厚度信号的功能；传感器切换电路部分可分为传感器切换信号发生电路与传感器切换开关电路两部分，主要由施密特触发器、JK触发器、译码器、虚拟开关、滤波电路、放大电路、加法电路、接线端子组成，实现对电导传感器的切换功能；信号处理电路由整流电路、滤波电路组成，实现对电导传感器输出信号的预处理并传输给信号接收装置的功能。本发明在不对壁面进行改造的基础上解决了现有测量系统不能实现液膜厚度的多点连续测量的问题。

Description

一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置

技术领域

本发明涉及一种液膜厚度测量装置，尤其涉及一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置，可应用于核能、化工等领域的液膜厚度监测工作。

背景技术

反应堆安全壳是阻止放射性物质泄漏到环境中的最后一道屏障。在发生堆芯熔毁事故时，安全壳内温度及压力逐渐上升，最终可能会破坏安全壳的完整性，造成放射性物质的外泄。为了防止此类事故的发生，AP1000反应堆采用降膜冷却的方式来控制安全壳内的压力，即通过钢制安全壳外表面薄液膜的蒸发换热作用对安全壳进行降温，从而使安全壳内部蒸汽冷凝，降低安全壳内压力，使安全壳免于遭受破坏。在降膜冷却过程中钢制安全壳外壁面上附着的液膜分布面积、位置以及液膜的波动特性都是影响非能动安全壳冷却系统运行性能的主要因素，此环境下的液膜具有覆盖范围广、波动形态不稳定、所附着的壁面有一定曲率且导电的特点。因此对安全壳壁面上液膜覆盖范围、厚度分布及其波动情况进行实时测量是安全壳降膜冷却性能研究中所需要的重要技术。

目前测量液膜厚度的方法主要有光学法和电导法。光学法应用电磁波穿过液膜时强度的衰减特性测量液膜厚度，能够提供较高的时间分辨率和空间分辨率，但由于其测量精度对液膜表面和壁面曲率以及各测量设备间的相对位置有很大依赖性，因此不适合测量非平直壁面上液膜的厚度。而电导法则利用电极间液体电阻大小与液膜厚度间的关系对液膜厚度进行测量。由于电信号的传输不受空间尺寸、壁面曲率以及设备相对位置的影响，所以电导法测量液膜是最常用、便捷的测量方法之一。

由于电导法测量液膜厚度具有独特优势，因此目前已有一些公开的专利中提到了使用电导法测量液膜厚度的方案，如中国专利申请文本《一种界面波动含气液膜厚度实时测量装置及测量方法》(公开日2012年9月19日，公开号CN102175130 B，申请日2011年3月3日)公开了一种测量圆管内液膜厚度的电导测量系统，其基本原理是电导探针在液膜附近移动时输出电压信号与液膜厚度存在比例关系。也就是说，当电导探针在液膜附近移动时，液膜与探针的接触与分离会使系统输出一组高低电压序列。结合高低电压序列的变化和电导探针的法向位置可以推断出液膜的厚度。此测量系统工作时需要根据液膜的大致厚度调试探针在液膜法向的位置，在液膜流动形态多变的环境中需要人为不断调试探针位置以适应液膜厚度的大幅变化。如果用此方法对安全壳表面大面积覆盖的液膜进行测量，需要安装多套探针，并且需要多人操作，存在多个位置处的测量数据难以同步的问题。中国专利申请文本《一种采用电导探针测量液膜厚度随时间变化的实验装置及测量方法》(公开日2016年4月6日，公开号CN105466326 A，申请日2015年12月16日)公开了一种可直接测量液膜厚度的电导测量装置，此专利采用C51芯片上各管脚与水接触时导通与否判断液膜的位置，从而将液膜厚度离散化，避免了人为调整探针位置的复杂操作，具有不需标定、不受液膜电导率影响的优点。但此专利所采用的芯片具有固定的管脚数，所以不能实现液膜的高精度和大范围测量，并且每个管脚上安装的探针未做除尖端外的绝缘处理，因此当探针与液膜接触时测量点的液面径向位置都不同，这就限制了液膜厚度测量的精确度。另外，若要对多个位置处的液膜厚度进行测量则需布置多套所述装置，而多套装置测量信号的同步问题给多点测量带来困难。中国专利申请文本《实时测量多相管流中相含率和相界面的电导探针测量系统》(公开日2008年11月19日，公开号CN100434906 C，申请日2006年3月27日)也公开了一种实时测量、显示液膜厚度的测量装置，其特点是采用单片机将电导探针获取的电压信号经单片机里预设的标定函数转化为表示液膜厚度的数字信号传入计算机，从而省去了计算机上对探针信号处理的步骤。此专利的实施需要在测量管段或壁面布置双平行探针或环形探针，这两种探针的安装会对壁面造成破坏从而影响液膜的正常流动，且这两种探针对于小直径管道内液膜厚度的测量具有优势。而对于大型安全壳外壁面的液膜厚度测量而言，无疑给探针的安装布置带来很大的困难。如果采用多套此种类型的探针进行壁面液膜覆盖率的多点实时测量，更是难上加难。另外，专利中所述的电路是针对单个探针的信号处理而设计的。若采用多套装置测量多个位置的液膜厚度，该电路无法同时处理多个探针的信号，因此需要为每个探针配置信号处理电路，这样处于通电状态的电导探针之间会发生信号串扰，并且无法满足各点探针测量信号采集的同步性，从而使测量精度受到影响。

综上所述，目前这些电导液膜厚度测量装置都具有一定的局限性，不能实时测量多个位置处的液膜厚度，难以实现对大型带曲率安全壳外壁面上液膜分布及波动特性的精确测量。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置，种在不破坏壁面情况下对液膜厚度多点实时测量的电导测量装置，在不对壁面进行改造的基础上解决了现有测量系统不能实现液膜厚度的多点连续测量的问题。

本发明的目的是这样实现的：包括信号发生器1、传感器切换电路2、电导传感器3、信号处理电路4和信号接收装置5，信号发生器1为电路提供载波信号，驱动电导传感器3两电极间产生电流信号，将液膜厚度信息转化为电流大小；信号处理电路4将传感器输出的交流电流信号进行处理后输出为直流电压信号，实现液膜厚度信息到电压大小的转化并将信号输入信号接收装置5；传感器切换电路2对多个传感器进行高频率切换，保证任意时刻只有一个传感器工作，防止传感器间出现信号串扰，传感器高频率的切换又保持了各个位置处液膜厚度测量的同时性；测量装置工作时信号发生器1产生交流电压信号并将其加载到电导传感器3上并使其输出代表液膜厚度的交流电流信号，传感器切换电路2控制电导传感器3切换使其输出各个位置的液膜厚度信号，传感器3输出的交流电流信号经信号处理电路4处理后转化为方便读取的直流电压信号并被信号接收装置5接收与储存。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述电导传感器3为柔性电路板，包括基板3.1、两个薄片电极3.2、3.3与接线端子3.4，两个薄片电极3.2、3.3间以基板3.1作为绝缘区，使无液膜覆盖时传感器处于关闭状态，当传感器被液膜覆盖时由于水的导电性，两个薄片电极3.2、3.3处于接通状态，两个薄片电极上加载的由信号发生器产生的载波电压信号结合不同厚度液膜自身的电阻产生不同大小的电流信号，电流信号经导线传输至接线端子3.4，然后传输至信号处理电路。

2.传感器切换电路2的切换信号发生模块包括两个施密特触发器U22，U23、三个JK触发器U5A，U5B，U15A、3-8译码器U7，3-8译码器U7的左侧1、2、3号管脚接收一组3位二进制信号，3-8译码器U7的右侧7、9、10、11、12、13、14、15号管脚输出一组8位二进制数，3-8译码器U7输出的8位二进制信号传输两个虚拟开关S1，S2控制其断开与闭合；三个JK触发器U5A，U5B，U15A组成计数器，且三个JK触发器U5A，U5B，U15A右侧的15、11、15管脚与3-8译码器U7的1、2、3号管脚相连；计数器中的JK触发器U5A1号管脚接收方波脉冲，计数器右侧3个输出管脚输出3位二进制信号，且每接收一个方波脉冲计数器输出的信号值就在原有值上增加1，直至输出值为111后再返回000，两个施密特触发器U22，U23组成振荡器产生一定频率的方波脉冲，脉冲由施密特触发器U23的管脚OUT通过导线传输至JK触发器U5A的1号管脚，使得计数器每隔一段固定的时间输出的3位二进制信号就增加1，进而使3-8译码器U7输出的8位二进制信号规律变化一次，使得电导传感器发生一次切换，实现按照预先设定的频率对多个位置处的液膜厚度实时测量的功能；

传感器切换电路2的切换信号发生模块包括三个接线端子J1，J2，J4、两个虚拟开关S1，S2、两个稳压电源V1，V2，第一虚拟开关S1的管脚1、16、9、8和第二虚拟开关S2的管脚1、16、9与3-8译码器U7的管脚9、10、11、12、13、14、15相连实现传感器切换信号的传输，第二虚拟开关S2的管脚8和9接地，第一虚拟开关S1管脚2、14、11、6和第二虚拟开关S2的管脚2、14、11与二号接线端子J2相连，第一虚拟开关S1管脚2、15、10、7和第二虚拟开关S2管脚2、15、10与四号接线端子J4相连；测量装置运行时二号接线端子J2接通信号发生器，向电路输入正弦电压信号。两个虚拟开关接收译码器U7产生的8位二进制信号，由于译码器管脚7与第二虚拟开关S2里最下方的开关都做了接地处理，两个虚拟开关S1，S2中管脚1、16、9、8在接收到低电平0时开关闭合使电导传感器的两个薄片电极3.2、3.3被加载上载波电压信号从而输出代表液膜厚度的电流信号，接收到高电平1时开关断开使电导传感器的两个薄片电极3.2、3.3上无电压降故而传感器无电流信号输出，当两个虚拟开关S1，S2接收到的控制信号为11111110时，所有电导传感器都无电流信号输出；虚拟开关接收到除11111110外的其他控制信号时，低电平0对应的传感器输出正弦电流信号，其余传感器不输出电流信号；至此，两个虚拟开关S1，S2接收到的8位二进制信号每变化一次，处于工作状态的电导传感器就切换至相邻的下一个，其余传感器保持关闭，传感器每切换七次就出现一次所有传感器断开的状态。

3.信号处理电路4包括运算放大器U10，U9，U12，U13，U14、三号接线端子J3，每个运算放大器的反相输入端都与接线端子J4对应的接口相连。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过柔性多探针传感器结合信号切换电路的设计，实现了对多个位置处的液膜厚度进行实时测量的功能，且增加传感器不必增加信号接收设备的信号输入端口，既简化了操作，又提高了经济性；通过方波脉冲实现多探针传感器的快速切换，切换频率可达到20KHz以上，实现了多个电导传感器测量的高度同步性，确保了壁面液膜厚度的多点同步测量；采用传感器循环切换的方式，任意时刻只有一个传感器处于工作状态，避免了电导传感器间的信号串扰；每个传感器切换循环结束后将所有传感器关闭，在输出信号上设置周期标识将各个传感器切换循环分割开来，方便后续的数据处理。传感器采用极薄柔性电路板材质，可适应不同曲率的壁面，使用时贴合在壁面上不会对液膜的流动产生影响，也无需对壁面进行改造。

附图说明

图1是液膜测量装置组成示意图；

图2是电导传感器示意图；

图3是传感器切换电路开关模块示意图；

图4是传感器切换电路切换信号发生模块；

图5是译码器输入-输出信号对比表；

图6是信号处理电路示意图；

图7是测量装置输出信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明提供一种液膜厚度多点实时测量的装置，该测量装置由电导传感器部分，电导传感器切换电路，信号处理电路组成；电导传感器部分主要由电极、接线端子、柔性电路板、导线组成，实现在不破坏壁面的情况下获取并传输液膜厚度信号的功能；传感器切换电路部分可分为传感器切换信号发生电路与传感器切换开关电路两部分，主要由施密特触发器、JK触发器、译码器、虚拟开关、滤波电路、放大电路、加法电路、接线端子组成，实现对电导传感器的切换功能；信号处理电路由整流电路、滤波电路组成，实现对电导传感器输出信号的预处理并传输给信号接收装置的功能。所述的电导传感器部分由基板、电极、接线端子组成。工作时传感器两个电极间加载上正弦电压，由于电极附近液膜具有一定的电阻，所以电极两端的电压会产生电流信号，由于液膜厚度的不同，液膜所具有的电阻也会发生变化，这样就实现了液膜厚度与电信号之间的转化。为了使传感器的布置灵活，方便进行多点同时测量，将传感器电极设计为薄片式，并按照一定的排列形式布置在柔性基板上，基板上的电极数目和排布形式可以根据待测液膜的特点灵活变化。传感器采用柔性电路板与薄片电极的设计，所以传感器可通过粘贴与非平直壁面紧密配合。另外由于基板为绝缘材质，所以测量装置对于反应堆钢制安全等导电材质的壁面同样适用。两端加载有电压的电极被液膜覆盖后产生电流信号，所述的接线端子将此电流信号输送至信号处理电路做进一步处理。

所述的施密特传感器切换信号发生电路由施密特触发器、JK触发器以及译码器组成。它们以一定方式组合产生控制传感器切换的循环变化信号。传感器切换信号被加载到虚拟开关上以控制开关的开闭，每个开关上都接有一个电导传感器。处于开通状态的开关所接的传感器两电极被加载上由信号发生器输出的正弦电压并产生电流信号，而关闭状态的开关对应的传感器两电极间电压为0V。传感器切换信号使得测量时间段内任意时刻虚拟开关中都有且只有一个开关处于接通状态，故而装置所布置的若干个传感器中只有一对能够输出非零电流信号。此非零电流信号连同其余零电流信号被输送至信号处理电路进行加和、整流等处理，最终信号处理电路输出与开通状态传感器处液膜厚度相对应的电压信号。

所述的施密特触发器与电阻、电容元件组成方波脉冲发生装置，为传感器切换提供触发脉冲，触发脉冲的频率可通过改变电阻与电容的值进行调节。并且通过在两个施密特触发器之间电阻与电容组成的低通滤波电路对触发器产生的触发脉冲进行滤波处理，去除脉冲发生器启动初始阶段因未达到稳定状态而产生的高频脉冲及高频噪声。此电路模块实现将电导传感器按一定频率高速切换的功能。

所述的JK触发器组成3位二进制计数器，接收触发脉冲并将其转换为周期为8个脉冲的递增3位二进制信号，用于实现记忆任意时刻处于开启状态的传感器位置及控制下一脉冲来临时所开启的电导传感器。

所述的译码器的作用为将计数器产生的3位二进制信号转化为8位二进制数，且任意时刻只有一位二进制数为1其余都为0，此8位二进制信号每经过一个脉冲时长按图4所示规律变化一次用于控制所述的虚拟开关的开闭。

所述的虚拟开关的开闭由上游的8位二进制信号控制，将信号发生器产生的正弦电压信号加载到指定的传感器上。开通状态的开关对应的传感器有非零电流信号输出，此信号表示该传感器位置液膜的厚度，此开关的位置由所述的二进制计数器记忆；断开的开关对应的传感器处于关闭状态，传感器电极两端的电压差为0V，无电流信号输出。由于虚拟开关控制信号循环产生使得传感器组的开闭状态循环变化，为了区分两个循环产生的信号序列，虚拟开关中最后一个开关不加载载波信号，结合图4所示，所述的译码器产生的8位二进制信号的组成特点，使得虚拟开关每经过7个脉冲时长出现一次全部开关断开的情况，此时所有传感器被关闭使得所有传感器输出零电流信号，作为分割各个测量周期的标识，方便后续的信号处理。

所述的放大电路将电导传感器的一个电极电压置零，实现处于开启状态传感器两端电压差为信号发生器产生的正弦电压、处于关闭传感器的两端电压差为0V的功能，从而使得任意时刻只有一个传感器处于工作状态，避免了传感器间的信号串扰；其次对经过液膜后的电压信号进行电流-电压信号转换，并对信号进行放大处理。

所述的接线端子实现电路部分与传感器部分的连接功能，由于接线端子采用了排插的形式，所以使得传感器与电路的连接无需焊接操作，简单拔插即可，因此还便于更换其他种类的电导传感器。

所述的加法电路实现对所有电导传感器输出信号的合并功能，将处于工作状态的传感器输出的信号与关闭状态传感器输出的0V电压合并后输出，实现传感器信号的筛选。每增加一个传感器只需在加法电路输入端再增加一条支路即可，这样使得一套信号处理电路即可适配多个探针，具有探针数调整灵活的特点。

所述的整流电路将电导传感器输出的交流正弦电信号的负相电压转化为正向，从而将交流信号转化为直流信号。所述的滤波电路对整流后产生的直流信号做滤波处理，使波动的直流信号转化为稳定的直流电压信号输出至信号接收设备，并且还能过滤掉高频噪声，提高信噪比。

也即，本发明提供一种能够用于对壁面液膜厚度进行多点实时测量的电导测量装置。如图1所示装置由信号发生器1、传感器切换电路2、电导传感器3、信号处理电路4和信号接收装置5组成。信号发生器1为电路提供载波信号，驱动电导传感器3两电极间产生电流信号，将液膜厚度信息转化为电流大小；信号处理电路4将传感器输出的交流电流信号进行处理后输出为直流电压信号，实现液膜厚度信息到电压大小的转化并将信号输入信号接收装置5；传感器切换电路2对多个传感器进行高频率切换，保证任意时刻只有一个传感器工作，防止传感器间出现信号串扰，传感器高频率的切换又保持了各个位置处液膜厚度测量的同时性。

测量装置工作时图1中信号发生器1产生一定频率和振幅的交流电压信号并将其加载到电导传感器3上并使其输出代表液膜厚度的交流电流信号，传感器切换电路2控制电导传感器3以一定频率切换使其输出各个位置的液膜厚度信号，传感器3输出的交流电流信号经信号处理电路4处理后转化为方便读取的直流电压信号并被信号接收装置5接收与储存。

如图2所示，传感器材质为柔性电路板，由基板3.1、薄片电极3.2、3.3与接线端子3.4组成，传感器通过接线端子3.4与图3中的接线端子J4相连接。电极3.23.3间以基板3.1作为绝缘区，使得无液膜覆盖时传感器处于关闭状态，当传感器被液膜覆盖时由于水的导电性，电极3.2、3.3处于接通状态，两电极上加载的由信号发生器产生的载波电压信号结合不同厚度液膜自身的电阻产生不同大小的电流信号，电流信号经导线传输至接线端子3.4，然后传输至信号处理电路。装置可根据液膜的薄厚制作电极3.23.3的尺寸及形状，根据液膜的分布范围与需要测量区域几何特性制作合适的电路板形状以及设置不同数目的电极。

图3所示为传感器切换电路开关模块，主要由接线端子J1，J2，J4、虚拟开关S1，S2、稳压电源V1，V2组成。虚拟开关S1的管脚1、16、9、8和虚拟开关S2的管脚1、16、9与3-8译码器U7的管脚9、10、11、12、13、14、15相连实现传感器切换信号的传输，虚拟开关S2的管脚8和9接地，虚拟开关S1管脚2、14、11、6和虚拟开关S2的管脚2、14、11与接线端子J2相连，虚拟开关S1管脚2、15、10、7和虚拟开关S2管脚2、15、10与接线端子J4相连。测量装置运行时接线端子J2接通信号发生器，向电路输入正弦电压信号。虚拟开关S1与S2接收图4中译码器U7产生的8位二进制信号，由于译码器管脚7与虚拟开关S2里最下方的开关都做了接地处理，又因为虚拟开关S1，S2中管脚1、16、9、8在接收到低电平0时开关闭合使电导传感器两电极3.2,3.3被加载上载波电压信号从而输出代表液膜厚度的电流信号，接收到高电平1时开关断开使电导传感器两电极3.2,3.3上无电压降故而传感器无电流信号输出，所以当虚拟开关S1，S2接收到的控制信号为11111110时，所有电导传感器都无电流信号输出。虚拟开关接收到图5中除11111110外的其他控制信号时，低电平0对应的传感器输出正弦电流信号，其余传感器不输出电流信号。至此，虚拟开关S1，S2接收到的8位二进制信号按照图5所示的规律每变化一次，处于工作状态的电导传感器就切换至相邻的下一个，其余传感器保持关闭，传感器每切换七次就出现一次所有传感器断开的状态。

图4所示为传感器切换电路2的切换信号发生模块，主要由施密特触发器U22，U23、JK触发器U5A，U5B，U15A、3-8译码器U7组成。3-8译码器U7的左侧1、2、3号管脚接收一组3位二进制信号，右侧7、9、10、11、12、13、14、15号管脚输出一组8位二进制数，译码器的输入/输出信号组成如图5所示。译码器U7输出的8位二进制信号传输至图3中的虚拟开关S1，S2控制其断开与闭合。JK触发器U5A，U5B，U15A组成计数器，JK触发器U5A，U5B，U15A右侧的15、11、15管脚与3-8译码器U7的1、2、3号管脚相连。计数器中的JK触发器U5A1号管脚接收方波脉冲，计数器右侧3个输出管脚输出3位二进制信号，且每接收一个方波脉冲计数器输出的信号值就在原有值上增加1，直至输出值为111后再返回000，这样计数器每接收一个方波脉冲就引起3-8译码器U7的输出信号按照图5所示的规律变化一次，使得电导传感器发生一次切换。两个施密特触发器U22，U23组成振荡器产生一定频率的方波脉冲，脉冲由施密特触发器U23的管脚OUT通过导线传输至JK触发器U5A的1号管脚，使得计数器每隔一段固定的时间输出的3位二进制信号就增加1，进而使3-8译码器U7输出的8位二进制信号按图5所示的规律变化一次，使得电导传感器发生一次切换，实现按照预先设定的频率对多个位置处的液膜厚度实时测量的功能。

图6所示为信号处理电路，主要由运算放大器U10，U9，U12，U13，U14、接线端子J3组成。每个运算放大器的反相输入端都与接线端子J4对应的接口相连。信号处理电路中对应每个传感器都接有一个比例放大电路R25，U10，R24，比例放大电路使电导传感器其中一个电极的电压固定在0V，再结合另一个电极是否加载信号发生器产生的正弦电压使得传感器两个电极间的电压差为已知的正弦电压或0V电压。比例放大电路还可传感器两电极间电压差与液膜电阻产生的电流信号转化为电压信号便于后续处理。图6中电阻R26，R28，R33，R22，R47，R48，R49，R35，R36、运算放大器U9组成加法电路，将经过比例运算电路处理后的各个传感器输出的信号进行相加，由于在每个触发脉冲时间段内只有一个传感器处于工作状态，所以各个电导传感器传输至加法电路的信号中只有一个为非0V电压信号，这些信号相加后加法电路仅输出处于工作状态传感器的信号，这样就实现了传感器输出信号的筛选功能。图6中电阻R13，R14，R15，R16，R17，R18，R29、运算放大器U12，U13、二极管D3，D4组成全波整流电路，将加法电路输出的交流信号转化为直流信号并进行放大。图6中电阻R30，R31，R32，R34、运算放大器U14、电容C2，C4构成低通滤波电路，将全波整流电路输出的波动直流信号转化为稳定的直流信号。当示波器发出的载波信号频率较高大于1MHz时，低通滤波电路实现对载波和高频噪声去除的同时还能保留液膜厚度波动使电导传感器产生的波动信号，提升液膜厚度的测量精度和对液膜厚度波动特性测量的跟踪速度。最后液膜厚度信号经接线端子J13输入至示波器等信号接收装置。

以上所有部分结合在一起就实现了电导传感器按照预定的频率循环测量多个位置液膜厚度的功能，当传感器的切换频率足够高时传感器上多个电极对液膜厚度的测量具有很好的同时性，这样就可以认为各个测量点测得的液膜厚度是同时获得的。图7给出了传感器切换频率为20KHz时电阻呈等差数列的液膜输出的电信号，可以看到在加载7个传感器的情况下同一个传感器相邻两次测量的时间间隔小于35ms，对于液膜厚度的变化频率而言，此时间间隔非常小，因此可以保证多个测量点测量的同步性。此外由于每切换7次就出现一次全部传感器关闭的状态，所以7个传感器全部切换一次电路就输出时长为一个方波脉冲的0V电压信号周期标识，达到对测量循环进行标记的作用，实现对输出信号的分割，使液膜厚度数据便于处理，从而可以获得大空间壁面处多点位置处液膜厚度随时间的变化规律。

Claims (4)

1.一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置，其特征在于：包括信号发生器(1)、传感器切换电路(2)、电导传感器(3)、信号处理电路(4)和信号接收装置(5)，信号发生器(1)为电路提供载波信号，驱动电导传感器(3)两电极间产生电流信号，将液膜厚度信息转化为电流大小；信号处理电路(4)将传感器输出的交流电流信号进行处理后输出为直流电压信号，实现液膜厚度信息到电压大小的转化并将信号输入信号接收装置(5)；传感器切换电路(2)对多个传感器进行高频率切换，保证任意时刻只有一个传感器工作，防止传感器间出现信号串扰，传感器高频率的切换又保持了各个位置处液膜厚度测量的同时性；测量装置工作时信号发生器(1)产生交流电压信号并将其加载到电导传感器(3)上并使其输出代表液膜厚度的交流电流信号，传感器切换电路(2)控制电导传感器(3)切换使其输出各个位置的液膜厚度信号，传感器(3)输出的交流电流信号经信号处理电路(4)处理后转化为方便读取的直流电压信号并被信号接收装置(5)接收与储存，所述电导传感器(3)为柔性电路板，包括基板(3.1)、两个薄片电极(3.2、3.3)与接线端子(3.4)，两个薄片电极(3.2、3.3)间以基板(3.1)作为绝缘区，使无液膜覆盖时传感器处于关闭状态，

传感器切换电路(2)的切换信号发生模块包括两个施密特触发器(U22，U23)、三个JK触发器(U5A，U5B，U15A)、3-8译码器(U7)，3-8译码器(U7)的左侧1、2、3号管脚接收一组3位二进制信号，3-8译码器(U7)的右侧7、9、10、11、12、13、14、15号管脚输出一组8位二进制数，3-8译码器(U7)输出的8位二进制信号传输两个虚拟开关(S1，S2)控制其断开与闭合；三个JK触发器(U5A，U5B，U15A)组成计数器，且三个JK触发器(U5A，U5B，U15A)右侧的15、11、15管脚与3-8译码器(U7)的1、2、3号管脚相连；

传感器切换电路(2)的切换信号发生模块包括三个接线端子(J1，J2，J4)、两个虚拟开关(S1，S2)、两个稳压电源(V1，V2)，第一虚拟开关(S1)的管脚1、16、9、8和第二虚拟开关(S2)的管脚1、16、9与3-8译码器(U7)的管脚9、10、11、12、13、14、15相连实现传感器切换信号的传输，第二虚拟开关(S2)的管脚8和9接地，第一虚拟开关(S1)管脚2、14、11、6和第二虚拟开关(S2)的管脚2、14、11与二号接线端子(J2)相连，第一虚拟开关(S1)管脚2、15、10、7和第二虚拟开关(S2)管脚2、15、10与四号接线端子(J4)相连；测量装置运行时二号接线端子J2接通信号发生器，向电路输入正弦电压信号。

2.根据权利要求1所述的一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置，其特征在于：当传感器被液膜覆盖时由于水的导电性，两个薄片电极(3.2、3.3)处于接通状态，两个薄片电极上加载的由信号发生器产生的载波电压信号结合不同厚度液膜自身的电阻产生不同大小的电流信号，电流信号经导线传输至接线端子(3.4)，然后传输至信号处理电路。

3.根据权利要求2所述的一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置，其特征在于：计数器中的JK触发器(U5A)1号管脚接收方波脉冲，计数器右侧3个输出管脚输出3位二进制信号，且每接收一个方波脉冲计数器输出的信号值就在原有值上增加1，直至输出值为111后再返回000，两个施密特触发器(U22，U23)组成振荡器产生一定频率的方波脉冲，脉冲由施密特触发器(U23)的管脚(OUT)通过导线传输至JK触发器(U5A)的1号管脚，使得计数器每隔一段固定的时间输出的3位二进制信号就增加1，进而使3-8译码器(U7)输出的8位二进制信号规律变化一次，使得电导传感器发生一次切换，实现按照预先设定的频率对多个位置处的液膜厚度实时测量的功能；

两个虚拟开关接收译码器(U7)产生的8位二进制信号，由于译码器管脚(7)与第二虚拟开关(S2)里最下方的开关都做了接地处理，两个虚拟开关(S1，S2)中管脚1、16、9、8在接收到低电平(0)时开关闭合使电导传感器的两个薄片电极(3.2、3.3)被加载上载波电压信号从而输出代表液膜厚度的电流信号，接收到高电平(1)时开关断开使电导传感器的两个薄片电极(3.2、3.3)上无电压降故而传感器无电流信号输出，当两个虚拟开关(S1，S2)接收到的控制信号为11111110时，所有电导传感器都无电流信号输出；虚拟开关接收到除11111110外的其他控制信号时，低电平(0)对应的传感器输出正弦电流信号，其余传感器不输出电流信号；至此，两个虚拟开关(S1，S2)接收到的8位二进制信号每变化一次，处于工作状态的电导传感器就切换至相邻的下一个，其余传感器保持关闭，传感器每切换七次就出现一次所有传感器断开的状态。

4.根据权利要求3所述的一种实现壁面液膜厚度多点实时测量的装置，其特征在于：信号处理电路(4)包括运算放大器(U10，U9，U12，U13，U14)、三号接线端子(J3)，每个运算放大器的反相输入端都与接线端子(J4)对应的接口相连。

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