CN111279187A - 浓度测量仪器 - Google Patents

浓度测量仪器 Download PDF

Info

Publication number
CN111279187A
CN111279187A CN201880071786.2A CN201880071786A CN111279187A CN 111279187 A CN111279187 A CN 111279187A CN 201880071786 A CN201880071786 A CN 201880071786A CN 111279187 A CN111279187 A CN 111279187A
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit
frequency
piezoelectric vibrator
drive
resonance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201880071786.2A
Other languages
English (en)
Inventor
田中豪
郑希元
长谷川和男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiseisha
Tyco Electronics Japan GK
Original Assignee
Taiseisha
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiseisha filed Critical Taiseisha
Publication of CN111279187A publication Critical patent/CN111279187A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/02—Analysing fluids
    • G01N29/036—Analysing fluids by measuring frequency or resonance of acoustic waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/24—Probes
    • G01N29/2437—Piezoelectric probes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/32—Arrangements for suppressing undesired influences, e.g. temperature or pressure variations, compensating for signal noise
    • G01N29/326—Arrangements for suppressing undesired influences, e.g. temperature or pressure variations, compensating for signal noise compensating for temperature variations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/36—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/36—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/42—Detecting the response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by frequency filtering or by tuning to resonant frequency
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/44—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
    • G01N29/4409—Processing the detected response signal, e.g. electronic circuits specially adapted therefor by comparison
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/01—Indexing codes associated with the measuring variable
    • G01N2291/014—Resonance or resonant frequency
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/022—Liquids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/02809—Concentration of a compound, e.g. measured by a surface mass change
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/10—Number of transducers
    • G01N2291/102—Number of transducers one emitter, one receiver
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

提供一种浓度测量仪器，其采用腔体共振方法、能够被缩小尺寸并且容易地测量溶液浓度。浓度测量仪器（100A）被提供有压电振动器（11）、温度传感器（18）、相位比较电路（44）、频率检测电路（微型计算机20）、包括驱动电路和相位比较电路的PLL电路以及浓度检测电路（微型计算机20）。温度传感器（18）测量腔体共振器（10）的腔体中的溶液的温度。相位比较电路（44）执行驱动信号与检测信号之间的相位比较。频率检测电路（微型计算机20）监测来自相位比较电路（44）的相位比较结果，同时扫描频率以检测要测量的共振模式的共振频率。PLL电路使驱动信号的频率跟随所检测的共振频率。浓度检测电路（微型计算机20）基于共振频率和温度测量结果来检测溶液浓度。

Description

浓度测量仪器
技术领域
本发明涉及用于测量溶液中的溶质的浓度的浓度测量仪器。
背景技术
按照常规，已知尿素SCR（选择性催化减少）系统作为用于汽车的废气净化系统。该尿素SCR系统是用于通过向废气中喷洒含有尿素作为溶质的水溶液来减少柴油发动机的废气中的氮氧化物NOx的系统。采用该尿素SCR系统的汽车安装有含有尿素水溶液的箱。如果该箱中水溶液中尿素的浓度太低，则NOx的去除率减小，而如果浓度太高，则来源于尿素的氨被直接排放。因此，在汽车运行时要求不断监测并且严格管理该箱中的水溶液中尿素的浓度。
按照常规，采用声速测量方法作为该尿素SCR系统中的水溶液中尿素的浓度的测量方法（参见PTL 1）。该声速测量方法是利用超声波的速度随水溶液中溶质（尿素）的浓度而变化的事实的测量方法。在该声速测量方法中，压电振动器和反射器被这样定位以便彼此面对，具有介于其间的水溶液。然后，驱动压电振动器来将超声脉冲传送到水溶液中，并且测量直到所传送的超声脉冲从反射器反射回来的延迟时间。通过使用水溶液的温度来校正所测量的延迟时间，能够检测尿素的浓度。
然而，在该声速测量方法的情况下，存在以下问题：
1. 因为必须确保延迟时间测量的分辨率，所以压电振动器与反射器之间的距离无法缩短，并且因此难以缩小尿素SCR系统的尺寸。
2. 超声波在水溶液中行进期间的衰减率取决于频率而变化。因此，如果传送其中具有多个频率的超声波混合在一起的超声脉冲，则超声脉冲波形被扰乱，这导致延迟时间的测量误差增加。为了防止这种情况，要求这样的复杂电路以便生成和传送正弦波脉冲，这可以导致成本增加。
3. 要求用于分离所传送的超声波和所接收的超声波的切换电路。因此，响应性可能降低。
本文中，为了解决该声速测量方法的问题，关注于腔体共振（cavity resonance）方法，它是针对腔体中含有的溶液中的介质的浓度测量方法（参见Non-PTL1和2）。该腔体共振方法是利用共振频率随溶质的浓度变化的事实的测量方法。在该腔体共振方法中，超声波作为连续波被传送到含有溶液的腔体中。然后，捕捉通过作为连续波的该超声波而在腔体中发生的多个共振模式中的一个共振模式，并且检测这一个共振模式的共振频率。因为该共振频率随溶质的浓度而变化，因此可通过使用溶液的温度来校正所检测的共振频率从而检测溶质的浓度。
对于该腔体共振方法的研究在其原理方面已经进展。然而，直至现在，腔体共振方法已经停滞于在实验室或类似的地方中通过连接大型测量仪器以便成功捕捉共振点处的分钟变化来执行测量实验的水平。即，该腔体共振方法是未被采用作为用于容易地测量溶液中溶质的浓度的测量方法的测量方法。也就是说，该腔体共振方法是未在这样的小尺寸中体现以便可供汽车中安装的尿素SCR系统采用并且此外未作为自动和连续测量方法而被采用的测量方法。
引文列表
专利文献
PTL 1：JP2012-47593A
非专利文献
Non-PTL 1：Konno, T. “Kantanna chōonpakansyoukei no Shisaku (Prototype ofSimple Ultrasonic Interferometer)”, Fukushima Daigaku Rika Houkoku (ScienceReports of Fukushima University), No. 5, pp.1-5
Non-PLT 2：Wada, Y., Shinbo, T. and Oda, M. “Chōonpakanshoukei ni yoruekitai no onsokusokutei jou no ni, san no mondai (Couple of Problems in SonicSpeed Measurement of Liquid by Ultrasonic Interferometer)”, OYO BUTSURI, vol.18, Nos. 10-12, pp. 351-352。
发明内容
技术问题
鉴于这些情况，本发明的目标是提供采用腔体共振方法、能够被缩小尺寸并且能够容易地测量溶液的浓度的浓度测量仪器。
问题的解决方案
实现以上目标的本发明的浓度测量仪器被提供有
压电振动器，所述压电振动器用于将超声波传送到腔体中含有的溶液中并且还检测经反射的超声波，
温度传感器，所述温度传感器用于测量腔体中的溶液的温度，
驱动电路，所述驱动电路用于生成用于驱动压电振动器的驱动信号以通过驱动信号驱动压电振动器，使得压电振动器传送超声波；
相位比较电路，所述相位比较电路用于执行驱动信号与通过检测压电振动器处的经反射的超声波而获得的检测信号之间的相位比较，
频率检测电路，所述频率检测电路用于使驱动电路生成具有按顺序不同的频率的驱动信号，并且还监测压电振动器正在被驱动信号驱动时来自相位比较电路的相位比较结果来检测要测量的共振模式的共振频率；
PLL电路，所述PLL电路包括驱动电路和相位比较电路，用于使驱动信号的频率跟随在频率检测电路处检测的共振频率；以及
浓度检测电路，所述浓度检测电路用于在正在操作PLL电路时的驱动信号的频率以及由温度检测器进行的温度测量的结果的基础上检测溶液中溶质的浓度。
根据本发明的浓度测量仪器，采用电路配置，其中在上面的频率检测电路处检测要测量的共振模式的共振频率，并且之后在上面的PLL电路处使驱动信号跟随所检测的共振频率。由此，配置能够被缩小尺寸并且能够容易地测量溶液中溶质的浓度的浓度测量仪器。
在该上下文中，在本发明的浓度测量仪器中，频率检测电路可以是第一频率检测电路，所述第一频率检测电路用于通过检测第一共振模式的共振频率来检测要测量的共振模式的共振频率。
即使在要测量的溶质的浓度未知时，在其中第一共振模式的共振频率区别于其他模式的共振频率而被唯一地确定的情况下，也能够采用该第一频率检测电路。该第一共振模式可以是与要测量的共振模式不同的共振模式。要求该第一共振模式是具有区别于其他模式的共振频率而唯一确定的共振频率的共振模式。另一方面，优选的是，要测量的共振模式具有随溶质的浓度而变化很大的共振频率。共振频率随溶质的浓度变化很大的事实意味着，即使在溶质的浓度未知时，如果检测到一个共振频率，则所检测的共振频率属于哪个共振模式可能不被唯一地确定。因此，通常，该第一频率检测电路优选地在其中第一共振模式和要测量的共振模式不同的情况下被采用。
备选地，在本发明的浓度测量仪器中，频率检测电路可以是第二频率检测电路，所述第二频率检测电路用于检测第二共振模式的共振频率并且还检测与第二共振模式不同的第三共振模式的共振频率以在第二共振模式的共振频率和第三共振模式的共振频率中的至少一个以及第二共振模式的共振频率与第三共振模式的共振频率之间的差频的基础上检测要测量的共振模式的共振频率。
在其中提供该第二频率检测电路的情况下，如果要测量的溶质的浓度未知，即使在可能存在对应于一个共振频率的多个共振模式时，也能够检测这一个共振频率属于哪个共振模式，并且另外能够从差频检测浓度。然而，与上面的第一频率检测电路相比，该第二频率检测电路要求复杂的处理。即，在其中采用该第二频率检测电路的情况下，要求用于检测多个共振模式的共振频率并且计算这些共振频率之间的差频的处理。应注意可将第二共振模式或第三共振模式设置为要测量的共振模式。然而，可以将与第二共振模式和第三共振模式两者都不同的共振模式设置为要测量的共振模式。
另外，在本发明的浓度测量仪器中，优选的是，驱动电路是包括用于消除压电振动器的并联电容分量的电容器的电路。
从等效电路的角度来看，可将压电振动器视为串联-并联共振电路。此外，为了测量充满溶液的腔体中的共振，有必要精确消除导致压电振动器的并联共振的并联电容分量。另外，要求将避免压电振动器自身的串联共振的频带中的、取决于充满腔体的溶液的串联共振之中的一个共振模式作为要测量的共振模式。
通过消除压电振动器的并联电容分量，腔体共振的共振频率的相位可变化很大，使得可执行由相位比较器进行的高度精确的相位比较。
具体地，驱动电路可以是被提供有连接到压电振动器的第一电极的电容器、用于生成构成驱动信号且具有相互反转的相位的第一驱动信号和第二驱动信号、经由电容器通过第一驱动信号驱动第一电极并且通过第二驱动信号驱动压电振动器的第二电极的电路。
在该情况下，优选的是，驱动电路被提供有幅度调整电路，所述幅度调整电路用于调整第一驱动信号或第二驱动信号的幅度。
如果配置了这样的用于生成具有相互反转的相位的第一驱动信号和第二驱动信号来驱动压电振动器的电路，则能够以高精确度消除压电振动器的并联电容分量。
备选地，驱动电路可以是被提供有以下各项的电路：电容器，所述电容器连接到压电振动器的第一电极；衰减器，所述衰减器用于使驱动信号衰减；以及计算逻辑单元，所述计算逻辑单元用于计算第一电极的信号与被衰减器衰减后的驱动信号之间的差。
在该情况下，优选的是，驱动电路被提供有增益调整电路，所述增益调整电路用于调整来自衰减器的驱动信号的衰减增益。
同样通过这样的配置成计算该差的驱动电路，能够以高精确度消除压电振动器的并联电容分量。
优选的是，驱动电路是被提供有以下各项的第一驱动电路：
反相电路，所述反相电路用于反转振荡信号的相位，
幅度调整电路，所述幅度调整电路用于调整振荡信号的幅度，
电容器，所述电容器连接到压电振动器的第一电极，
第一驱动放大器，所述第一驱动放大器用于使从幅度调整电路输出的幅度调整之后的振荡信号被输入并且经由电容器驱动压电振动器，以及
第二驱动放大器，所述第二驱动放大器连接到压电振动器的第二电极，用于通过具有被反相电路反转的相位的振荡信号来驱动压电振动器。
根据上面的第一驱动电路，可精确地消除压电振动器的并联电容分量。为了避免压电振动器自身的串联共振，采用与压电振动器自身的串联共振的共振频率不同的共振频率的共振模式作为要测量的共振模式。
在该上下文中，优选的是，当提供有上面的第一驱动电路时，本发明的浓度测量仪器被提供有第一初始调整电路，所述第一初始调整电路用于当腔体为空时根据指令监测压电振动器的第一电极的检测信号并且控制幅度调整电路使得检测信号被最小化。
尽管执行调整的人可连接测量仪器并且手动执行初始调整，但在其中提供上面的第一驱动电路的情况下，如果进一步提供上面的第一初始调整电路，则仅仅有必要给出用来执行初始调整的指令，使得可根据指令自动执行初始调整。
备选地，在本发明的浓度测量仪器中，另一个优选实施例是使得驱动电路是被提供有以下各项的第二驱动电路：
第三驱动放大器，所述第三驱动放大器用于使振荡信号被输入，连接到压电振动器的第一电极，并且驱动压电振动器，
反相电路，所述反相电路连接到压电振动器的第二电极并且具有布置在反馈环路中的电容器，用于反转在第二电极处检测到的检测信号的相位并且输出具有反转的相位的检测信号，
增益调整电路，所述增益调整电路用于调整从第三驱动放大器输出的驱动信号的增益，以及
加法电路，所述加法电路用于将具有反转的相位并且从反相电路输出的检测信号和具有在增益调整电路处调整的增益的驱动信号相加。
同样在其中提供该第二驱动电路的情况下，可精确消除压电振动器的并联电容分量。
在该上下文中，优选的是，当提供有上面的第二驱动电路时，本发明的浓度测量仪器被提供有第二初始调整电路，所述第二初始调整电路用于当腔体为空时根据指令监测加法电路的输出信号并且控制增益调整电路使得输出信号被最小化。
尽管执行调整的人可连接测量仪器并且手动执行初始调整，但在其中提供上面的第二驱动电路的情况下，如果进一步提供上面的第二初始调整电路，则仅仅有必要给出用来执行初始调整的指令，使得可根据指令自动执行初始调整。
发明的有益效果
根据上文描述的本发明，实现采用腔体共振方法、能够被缩小尺寸并且能够容易地测量溶液中溶质的浓度的浓度测量仪器。
附图说明
图1是示出腔体共振器的示例的示意横截面图；
图2（A）和2（B）是示出当图1中示出的腔体共振器的腔体为空（空气）时压电振动器的频率特性的图；
图3（A）和3（B）是示出当图1中示出的腔体共振器的腔体充满氯化钠溶液时的频率特性的图；
图4（A）和4（B）是图3中示出的频率区域D的放大图；
图5是示出氯化钠溶液的浓度与频域区域D中的多个共振模式的相应共振频率之间的关系的图；
图6是作为第一示例的浓度测量仪器的电路框图；
图7是图示压电振动器的并联电容分量消除的原理的图；
图8（A）至8（C）是示出一个腔体共振点处的阻抗和相位的变化的图；
图9是作为第二示例的浓度测量仪器的电路框图；
图10是作为第三示例的浓度测量仪器的电路框图；以及
图11（A）和11（B）是图示图10中示出的浓度测量仪器中的压电振动器的并联电容分量消除的原理的图。
具体实施方式
在下文，描述本发明的实施例。
图1是示出腔体共振器的示例的示意横截面图。
该腔体共振器10被提供有压电振动器11。该压电振动器11固定到不锈钢板12，其具有树脂带13作为介于其间的衬垫构件。另外，该压电振动器11面对腔体15，其具有介于其间的用于阻抗匹配的树脂带14。该腔体15的宽度是5mm。压电振动器11面对跨5mm宽腔体15的另一个不锈钢板16。另外，压电振动器11被橡胶构件17（诸如弹性体）环绕。
当该腔体共振器10被用作用于上文描述的尿素SCR系统中的尿素水溶液的尿素浓度传感器时，该腔体共振器10的5mm宽的腔体15充满尿素水溶液。在该情况下，不锈钢板16可用含有尿素水溶液的箱的壁面代替不锈钢板16。此外，使除不锈钢板16外的该腔体共振器10的元件成为整体，并且固定在箱内从壁面跨5mm空隙的位置处。
然而，本文中，为了实验方便，使用氯化钠溶液而不是尿素水溶液。
图2（A）和2（B）是示出当图1中示出的腔体共振器的腔体为空（空气）时压电振动器的频率特性的图。在图2（A）和2（B）中，水平轴代表频率（Hz），并且垂直轴代表阻抗（A）和相位（B）。阻抗是通过将压电振动器两端之间的势差除以压电振动器中流过的电流而获得的值。另外，相位是压电振动器中流过的电流相对于施加于其的电压的相位。
如在图2（A）和2（B）中示出的，即使当图1中示出的腔体共振器10的腔体15为空时，也发生由于压电振动器11自身引起的共振。
图3（A）和3（B）是示出当图1中示出的腔体共振器的腔体充满氯化钠溶液时的频率特性的图。同样在图3（A）和3（B）中，如同图2（A）和2（B）的情况，水平轴代表频率（Hz），并且垂直轴代表阻抗（A）和相位（B）。
如可从与图2的比较中看出的，许多小的共振点在频率区域D中出现。这些共振点是由于腔体充满氯化钠溶液的事实而引起的腔体共振的共振点。
图4（A）和4（B）是图3（A）和3（B）中示出的频率区域D的放大图。然而，在这里，线性标度而不是对数标度用于水平轴（频率轴）。
如在图4（A）和4（B）中示出的，腔体共振的多个共振点在频率区域D中出现。这些多个共振点在线性标度上以大致规则的间隔布置。然而，在比该频率区域D更接近高频的部分中，共振点与压电振动器自身的共振点（参见图2（A）和2（B））重叠且变得复杂，并且因此失去了间隔规则性。
图5是示出氯化钠溶液的浓度与频率区域D中的多个共振模式的相应共振频率之间的关系的图。水平轴代表按重量百分比计算的氯化钠浓度，并且垂直轴代表频率（MHz）。图5示出氯化钠水溶液的温度是26℃并且氯化钠浓度范围为从0%（淡水）到24.4%（饱和氯化钠溶液）时的数据。应注意图5中的虚线是与水平轴平行绘制的用于参考的线。
例如，在共振模式具有由图5中的曲线图“a”所指示的低共振频率的情况下，相对于氯化钠浓度变化的共振频率变化是小的。这意味着浓度的测量精度是低的。然而，在共振模式具有低共振频率的情况下，即使在浓度未知时，如果检测到共振频率，则共振频率属于哪个共振模式被唯一确定。
另一方面，例如，在共振模式具有由图5中的曲线图b所指示的高共振频率的情况下，相对于浓度变化的共振频率变化是大的。这意味着浓度的测量精度是高的。然而，在高共振频率的情况下，当忽略浓度时，存在具有相同共振频率的多个共振模式。因此，即使在检测到共振频率时，如果浓度未知，则无法唯一确定共振模式。为了唯一确定共振模式，例如，检测相邻两个共振模式的相应共振频率，并且计算这两个共振频率之间的差。如可从图5中看出的，相邻两个共振模式的共振频率随溶质（氯化钠）的浓度增加而变得更宽。因此，从两个共振频率之间的差值，求出溶质的浓度。如果求出溶质的浓度，则通过检测共振频率可唯一确定共振模式。
图6是作为第一示例的浓度测量仪器的电路框图。
该浓度测量仪器100A被提供有微型计算机20，以用于执行与主机装置（未示出）的通信。该微型计算机20被提供有作为微型计算机的通用组件。本文中，描述了该微型计算机20中的作为该浓度检测仪器100A的功能部分。该微型计算机20被提供有转换数据映射21，以用于从以下面描述的方式检测的共振频率以及溶液的温度获知溶质的浓度。
另外，该微型计算机20被提供有A/D转换器22、23和D/A转换器24。后面描述的用于PLL电路稳定的滤波器45的输出以及低通滤波器47的输出被输入到A/D转换器22中，并且因此被取入到微型计算机20。另外，来自用于测量腔体共振器10中的溶液的温度的温度传感器18的温度检测信号经由前置放大器19被输入到A/D转换器23中，并且因此被取入到微型计算机20。另外，从D/A转换器24输出用于指示幅度调整电路33执行幅度调整的控制信号。
此外，该微型计算机20被提供有存储器电路25。该存储器电路25作为示例存储用于检测由图5中的曲线图“a”、b所指示的两个共振模式的相应共振频率的信息。具体地，该存储器电路25存储关于以下内容的信息：由曲线图“a”所指示的共振模式中的共振频率处于哪个频率范围。另外，该存储器电路25存储关于以下内容的信息：当检测到由曲线图“a”所指示的共振模式中的共振频率时，相对于由曲线图“a”所指示的共振模式中的共振频率，曲线图b的共振模式中的共振频率处于哪个频率范围。当检测到由曲线图“a”所指示的共振模式中的共振频率时，从所检测的共振频率求出溶质的浓度。因此，存储器电路25存储关于以下内容的信息：相对于该浓度，曲线图b的共振模式的共振频率处于哪个频率范围。
另外，浓度测量仪器100A被提供有频率上下限设置电路31、电压控制振荡电路32、幅度调整电路33、反相电路34、两个驱动放大器35、36和用于电容消除的电容器37。
在频率上下限设置电路31中设置频率上限值和下限值。来自后面描述的相位比较器44的相位比较结果经由滤波器45被输入到该频率上下限设置电路31中。然后，从该频率上下限设置电路31，输出对应于所设置的上限值与下限值之间的频率的电压值的电压信号。应注意在该频率上下限设置电路31中，相同的频率可设置为频率的上限值和下限值。在该情况下，从该频率上下限设置电路31，输出对应于作为上限值和下限值设置的一个频率的电压值。
另外，电压控制振荡电路32是用于输出对应于从频率上下限设置电路31输出的电压信号的电压值的频率的振荡信号的电路。从该电压控制振荡电路32输出的振荡信号被输入到幅度调整电路33和反相电路34两者中。幅度调整电路33是用于根据从微型计算机20输出的控制信号来调整输入的振荡信号的幅度的电路。后面描述该幅度调整的含义。另外，反相电路34是用于使输入的振荡信号的相位反转的电路。
用于电容消除的电容器37的一端连接到压电振动器11的第一电极111。然后具有在幅度调整电路33处调整的幅度的振荡信号经过驱动放大器35以作为第一驱动信号经由用于电容消除的电容器37来驱动压电振动器11的第一电极111。另外，具有在反相电路34处反转的相位的振荡信号经过驱动放大器36以作为第二驱动信号来驱动压电振动器11的第二电极112。
应注意，在图6中，为了便于说明，在远离腔体共振器10的位置描绘压电振动器11。然而，该压电振动器11实际上被这样定位以便面对充满溶液的腔体15，如上面参考图1描述的。
现在，暂停图6的浓度测量仪器100A的描述，并且描述图6中的浓度测量仪器100A中的压电振动器11的并联电容分量消除的原理。
图7是图示压电振动器的并联电容分量消除的原理的图。
压电振动器可表示为图7中示出的串联-并联共振电路E。如图4中示出的，以规则间隔布置的多个腔体共振中的每个腔体共振表示为线圈L、电容C和电阻R的串联共振。为了检测由该腔体共振的一个共振模式引起的变化，必须以高精确度消除该串联-并联共振电路E中的并联电容分量C0。
原则上，具有与压电振动器的并联电容分量C0相同的电容的电容器C1被连接，并且被具有相互反转的相位但具有相同幅度的两个信号源Vin1、-Vin2驱动，并且然后消除并联电容分量C0，并且可取得串联共振的信号分量。然而，难以准备具有与并联电容分量C0相同的电容的电容器作为电容器C1，并且因此准备具有近似电容的电容器C1。在该情况下，可通过调整一个信号源的幅度来抵消电容差而消除压电振动器的并联电容分量C0。
再次参考图6继续描述。
在图6中示出的浓度测量仪器100A中，在参考图7描述的原理的基础上，在幅度调整电路33处生成等同于图7中的Vin1的信号，并且在反相电路34处还生成等同于图7中的-Vin2的信号。用于电容消除的电容器37等同于图7中的电容器C1。用于电容消除的电容器37是具有近似于压电振动器11的并联电容分量（图7中的并联电容分量C0）的电容的电容器。然而，因为用于电容消除的电容器37的电容不是与并联电容分量的相同的电容，因此由幅度调整电路33调整幅度以便消除由于电容差引起的误差。在后面描述使用该幅度调整电路33的幅度调整方法。
从驱动放大器35输出的第一驱动信号被输入到比较器41中以转换成二值化信号，并且被输入到相位比较器44中。另外，压电振动器11的第一电极111处的检测信号在前置放大器42处被放大、被输入到比较器43中以转换成二值化信号，并且被输入到相位比较器44中。
图8（A）至8（C）是示出一个腔体共振点处的阻抗和相位的变化的图。应注意图8（A）至8（C）中示出的该腔体共振点是图4中的0.9MHz附近的共振点。
如同图4（A）的情况，图8（A）表示腔体共振点处通过将压电振动器11的第一电极111与第二电极112之间的电压除以其中流过的电流而获得的阻抗。
后面描述图8（B）。
如同图4（B）的情况，图8（C）表示在腔体共振点处当压电振动器11的第一电极111与第二电极112之间的电压波形被设置为参考时在其中流过的电流的波形的相位。
图8（B）表示当从图6（C）中示出的驱动放大器35输出的第一驱动信号被设置为参考时压电振动器11的第一电极111处的检测信号的相位。在该共振点，该检测信号的相位从180°到0°变化很大。
再次参考图6继续描述。
相位比较器44起到捕捉共振点处如图8（B）中示出的这样的相位变化的作用。该相位比较器44的输出经由滤波器45被输入到频率上下限设置电路31和微型计算机20中。
即使在一个共振模式中，共振频率随着溶液的浓度和/或温度变化而变化。随着共振频率变化，频率上下限设置电路31的输入和输出电压值跟随共振频率的变化而变化，并且由此在电压控制振荡电路32处生成的振荡信号的频率变化。以该方式，在图6中示出的浓度测量仪器100A中，配置PLL（锁相环）电路。
另外，前置放大器42的输出被输入到全波整流电路46中以经历全波整流，并且经由低通滤波器47被输入到微型计算机20中。
图6中示出的浓度测量仪器100A被提供有上面描述的电路配置。
接着，描述图6中的浓度测量仪器100A的操作。
首先执行初始调整。当腔体共振器10的腔体15（参见图1）为空（空气）时（诸如在该浓度测量仪器100A的装运之前或在其维护期间），执行该初始调整。
使用意图在实际操作期间使用的频率附近的频率来执行该初始调整。然后，执行幅度调整电路33对振荡信号的幅度调整使得从低通滤波器47输入到微型计算机20中的信号无限接近零。
通过该幅度调整，即使在用于电容消除的电容器37的电容与压电振动器11的并联电容分量略微不同时，也以高精确度消除压电振动器11的并联电容分量。
当完成该初始调整时，初始调整后的操作中由幅度调整电路33进行的幅度调整被维持在与初始调整时的幅度调整相同的条件中。
在腔体共振器10的腔体15充满溶液之后的实际操作中，当图6中的浓度测量仪器100A通电时，首先，在频率上下限设置电路31处设置用于搜索图5中示出的曲线图“a”的共振模式的共振频率的频率。在该上下文中，同一个频率被设置为频率的上限值和下限值。然后，在该时间来自相位比较器44的输出信号经由滤波器45被微型计算机20监测。当在频率上下限设置电路31处设置的频率在存储器电路25中存储的曲线图“a”的共振模式的共振频率附近的频带内逐渐变化时，重复此操作。于是，检测曲线图“a”的共振模式中的当前共振频率。然后，从所检测的该共振频率，求出溶液的浓度。然而，如上文描述的，在曲线图“a”中，频率关于浓度变化的变化宽度是小的，使得精确浓度仍然是未知的。
在该上下文中，因为求出了临时浓度，接着，在频率上下限设置电路31处设置该临时浓度处的包括曲线图b的共振模式的共振频率的频率上限和下限值。然后，频率上下限设置电路31又作为PLL电路而被操作来捕捉曲线图b的共振模式的共振频率。在共振频率随浓度或温度的变化而变化之后，该PLL电路继续捕捉曲线图b的共振模式的共振频率。微型计算机20不断监测来自滤波器45的输出来检测曲线图b的共振模式的当前共振频率。在微型计算机20中，从所检测的共振频率和溶液的温度通过参考转换数据映射21来找到溶液的浓度，并且将该溶液的浓度传送给主机装置。
在图6中示出的浓度测量仪器100A中，因此不断监测溶液的浓度。
在上文，已经描述了在使PLL电路跟随图5中示出的曲线图b的共振模式的共振频率之前首先检测由曲线图“a”指示的共振模式的共振频率的示例。由曲线图“a”指示的共振模式的共振频率不与相邻共振模式的共振频率重叠。因此，一旦检测到共振频率，就发现所检测的共振频率是曲线图“a”的共振模式的共振模式的共振频率。另一方面，由图5中的曲线图b指示的共振模式是当忽略浓度时可以具有与相邻共振模式相同的共振频率的共振模式。还可通过使用可以具有与相邻共振模式相同的共振频率的这样的共振模式来找到浓度。
在该情况下，通过使用与上面的曲线图“a”的共振模式的共振频率的检测相同的技术，检测例如以曲线图b的共振模式为目标的共振模式（其根据浓度可以是与曲线图b的共振模式相邻的共振模式）的共振频率。然后，此外，检测与该共振模式相邻的共振模式的共振频率。然后，计算这两个共振频率之间的差。如上面描述的，该差值随着浓度增加而变得更大，使得从该差值求出浓度。如果求出浓度，则也求出所检测的两个共振频率中的每个共振频率属于哪个共振模式。以该方式，找到用于跟随曲线图b的共振模式的共振频率的、要在频率上下限设置电路31处设置的频率上限值和下限值。之后，频率上下限设置电路31作为PLL电路以与上面描述的相同的方式来被操作以跟随曲线图b的共振模式的共振频率，并且能够不断监测溶液的浓度。
图9是作为第二示例的浓度测量仪器的电路框图。为了描述图9中示出的第二示例的该浓度测量仪器100B，描述与图6中示出的作为第一示例的浓度测量仪器100A的差异。
在图6中示出的浓度测量仪器100A的情况下，从驱动放大器35输出的第一驱动信号被输入到比较器41中。相比之下，在图9中示出的浓度测量仪器100B的情况下，从驱动放大器36输出的第二驱动信号被输入到比较器41中。从两个驱动放大器35、36输出的第一驱动信号和第二驱动信号是具有相互反转的相位的驱动信号。与图6中的浓度测量仪器100A相比，图9中的浓度测量仪器100B在输入到相位比较器44中的两个二值化信号之间具有反转相位关系。然而，图9中的浓度测量仪器100B也以与图6中示出的浓度测量仪器100A完全相同的方式操作。
图10是作为第三示例的浓度测量仪器的电路框图。为了描述第三示例的该浓度测量仪器100C，与图9中示出的第二示例的情况一样，描述与图6中示出的作为第一示例的浓度测量仪器100A的差异。
在图10中示出的浓度测量仪器100C的情况下，压电振动器11的第一电极111连接到运算放大器51的负输入端子。此外，用于电容消除的电容器37连接在该运算放大器51的负输入端子与输出端子之间。具有高电阻的电阻器52也连接在负输入端子与输出端子之间。该运算放大器51的正输入端子接地。
另外，从电压控制振荡电路32输出的振荡信号被直接输入到驱动放大器35中，并且从该驱动放大器35作为驱动信号而被输出。该驱动信号被输入到压电振动器11的第二电极112中，并且压电振动器11被该驱动信号驱动。另外，从驱动放大器35输出的驱动信号也被输入到比较器41中。
运算放大器51的输出端子经由电阻器53连接到另一个运算放大器55的负输入端子。另外，衰减器54也连接到该负输入端子。在该衰减器54中，从驱动放大器35输出的驱动信号的增益被衰减到近似一半。该衰减的增益被微型计算机20控制。该运算放大器55的正输入端子接地。另外，电阻器56连接在该运算放大器55的负输入端子与输出端子之间。
与压电振动器11连接的运算放大器51的负输入端子连接到与用于电容消除的电容器37连接的压电振动器11的第一端子111。因此，在另一运算放大器55中，在压电振动器11处检测到的并联电容分量消除之前的信号的反转信号和在衰减器54处衰减到近似一半的驱动信号相加并且进一步被反转。即，从运算放大器55输出通过从在压电振动器11处检测到的并联电容分量消除之前的信号减去驱动信号的近似一半而获得的检测信号。从运算放大器55输出的该检测信号经由前置放大器42被输入到比较器43中。
图11（A）和11（B）是图示图10中示出的浓度测量仪器中的压电振动器的并联电容分量消除的原理的图。
与图7的情况一样，在图11中压电振动器11同样表示为串联-并联共振电路E。图4中示出的以规则间隔布置的多个腔体共振中的每个腔体共振表示为线圈L、电容C和电阻R的串联共振。为了检测该腔体共振的一个共振模式的变化，必须以高精确度消除该串联-并联共振电路E中的并联电容分量C0。
在该上下文中，如在图11（A）中示出的，意图通过桥接电路消除压电振动器的并联电容分量C0。在图11（A）中示出的桥接电路中，如果压电振动器的并联电容分量C0和三个电容器C1、C2、C3的相应电容C1、C2、C3满足C0=C1=C2=C3，则压电振动器的并联电容分量C0通过从点a处的信号减去点b处的信号而被消除，使得能够只观察到串联共振。
在该上下文中，因为C2=C3，点b处的信号恒定地是驱动源的信号Vin的一半。
因此，仅仅有必要去除电容器C2、C3，并且如在图11（B）中示出的，将驱动源的信号Vin衰减到一半并且从点a处的信号减去相同值。然而，难以准备具有与压电振动器的并联电容分量C0相同的电容的电容器作为电容器C1，并且因此准备具有近似电容的电容器C1。在该情况下，可通过将驱动源的信号Vin的衰减率从一半进行略微调整来抵消电容差从而消除压电振动器的并联电容分量C0。
在图10中示出的浓度测量仪器100C中，该原理用于以高精确度消除压电振动器11的并联电容分量。
在图10中示出的浓度测量仪器100C中，首先，当腔体共振器10的腔体15（参见图1）为空（空气）时，执行初始调整。当腔体共振器10的腔体15（参见图1）为空（空气）时（诸如在该浓度测量仪器100A的装运之前或在其维护期间），执行该初始调整。
使用意图在实际操作时使用的频率附近的频率来执行该初始调整。然后，执行衰减器54对驱动信号的衰减增益调整使得从低通滤波器47输入到微型计算机20中的信号无限接近零。通过该增益调整，即使在用于电容消除的电容器37的电容与压电振动器11的并联电容分量略微不同时，也以高精确度消除压电振动器11的并联电容分量。一旦完成该初始调整，则在初始调整之后的操作中的衰减器54对驱动信号的衰减增益调整被维持在与该初始调整时的衰减增益调整相同的条件。
图10中示出的该浓度测量仪器100C的初始调整之后的操作与图6中示出的浓度测量仪器100A的初始调整之后的操作相同，并且因此本文中省略了复制的描述。
以此方式，根据上文描述的浓度测量仪器100A、100B、100C中的每个，通过这样的小电路来以高精确度并且连续地监测溶液的浓度。
参考标记列表
10…腔体共振器
11…压电振动器
12、16…不锈钢板
13、14…树脂带
15…腔体
17…橡胶构件
18…温度传感器
19…前置放大器
20…微型计算机
21…转换数据映射
22、23 A/D转换器
24…D/A转换器24
25…存储器电路
31…频率上下限设置电路
32…电压控制振荡电路
33…幅度调整电路
34…反相电路
35、36…驱动放大器
37…用于电容消除的电容器
41、43…比较器
42…前置放大器
44…相位比较器
45…滤波器
46…全波整流电路
47…低通滤波器
51、55…运算放大器
52、53、56…电阻器
54…衰减器
111…第一电极
112…第二电极。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种浓度测量仪器，包括：
压电振动器，所述压电振动器用于将超声波传送到腔体中含有的溶液中并且还检测经反射的所述超声波，
温度传感器，所述温度传感器用于测量所述腔体中的所述溶液的温度，
驱动电路，所述驱动电路用于生成用于驱动所述压电振动器的驱动信号以通过所述驱动信号驱动所述压电振动器，使得所述压电振动器传送所述超声波；
相位比较电路，所述相位比较电路用于执行所述驱动信号与通过检测所述压电振动器处的经反射的所述超声波而获得的检测信号之间的相位比较，
频率检测电路，所述频率检测电路用于使所述驱动电路生成具有按顺序不同的频率的驱动信号，并且还监测在所述压电振动器正在被所述驱动信号驱动时来自所述相位比较电路的相位比较结果来检测要测量的共振模式的共振频率；
PLL电路，所述PLL电路包括所述驱动电路和所述相位比较电路，用于使所述驱动信号的所述频率跟随在所述频率检测电路处检测的所述共振频率；以及
浓度检测电路，所述浓度检测电路用于在正在操作所述PLL电路时的所述驱动信号的所述频率以及由所述温度检测器进行的温度测量的结果的基础上检测所述溶液中溶质的浓度；
其中所述驱动电路是包括用于消除所述压电振动器的并联电容分量的连接到所述压电振动器的第一电极的电容器并且用于生成构成所述驱动信号且具有相互反转的相位的第一驱动信号和第二驱动信号、经由所述电容器通过所述第一驱动信号驱动所述第一电极并且还通过所述第二驱动信号驱动所述压电振动器的第二电极的电路。
2.根据权利要求1所述的浓度测量仪器，其中所述频率检测电路是用于通过检测第一共振模式的共振频率来检测要测量的所述共振模式的所述共振频率的电路。
3.根据权利要求1所述的浓度测量仪器，其中所述频率检测电路是用于检测第二共振模式的共振频率并且还检测与所述第二共振模式不同的第三共振模式的共振频率以在所述第二共振模式的所述共振频率和所述第三共振模式的所述共振频率中的至少一个以及所述第二共振模式的所述共振频率与所述第三共振模式的所述共振频率之间的差频的基础上检测要测量的所述共振模式的所述共振频率的电路。
4.根据权利要求1所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路包括幅度调整电路，所述幅度调整电路用于调整所述第一驱动信号或所述第二驱动信号的幅度。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路是包括以下各项的电路：电容器，所述电容器连接到所述压电振动器的第一电极；衰减器，所述衰减器用于使所述驱动信号衰减；以及计算单元，所述计算单元用于计算所述第一电极的信号与被所述衰减器衰减后的所述驱动信号之间的差。
6.根据权利要求5所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路包括增益调整电路，所述增益调整电路用于调整来自所述衰减器的所述驱动信号的衰减增益。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路包括：
反相电路，所述反相电路用于反转振荡信号的相位，
幅度调整电路，所述幅度调整电路用于调整所述振荡信号的幅度，
电容器，所述电容器连接到所述压电振动器的第一电极，
第一驱动放大器，所述第一驱动放大器用于使从所述幅度调整电路输出的幅度调整之后的所述振荡信号被输入并且经由所述电容器驱动所述压电振动器，以及
第二驱动放大器，所述第二驱动放大器连接到所述压电振动器的第二电极，用于通过具有被所述反相电路反转的所述相位的所述振荡信号来驱动所述压电振动器。
8.根据权利要求7所述的浓度测量仪器，包括第一初始调整电路，所述第一初始调整电路用于当所述腔体为空时根据指令监测所述压电振动器的所述第一电极的检测信号并且控制所述第一调整电路使得所述检测信号被最小化。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路包括：
第三驱动放大器，所述第三驱动放大器用于使振荡信号被输入，连接到所述压电振动器的第一电极并且驱动所述压电振动器，
反相电路，所述反相电路连接到所述压电振动器的第二电极并且具有布置在反馈环路中的电容器，用于反转在所述第二电极处检测到的检测信号的相位并且输出具有反转的所述相位的所述检测信号，
增益调整电路，所述增益调整电路用于调整从所述第三驱动放大器输出的驱动信号的增益，以及
加法电路，所述加法电路用于将具有反转的所述相位并且从所述反相电路输出的所述检测信号和具有在所述增益调整电路处调整的所述增益的所述驱动信号相加。
10.根据权利要求5所述的浓度测量仪器，包括第二初始调整电路，所述第二初始调整电路用于当所述腔体为空时根据指令监测所述加法电路的输出信号，并且控制所述第一调整电路使得所述输出信号被最小化。

Claims (12)

1.一种浓度测量仪器，包括：
压电振动器，所述压电振动器用于将超声波传送到腔体中含有的溶液中并且还检测经反射的所述超声波，
温度传感器，所述温度传感器用于测量所述腔体中的所述溶液的温度，
驱动电路，所述驱动电路用于生成用于驱动所述压电振动器的驱动信号以通过所述驱动信号驱动所述压电振动器，使得所述压电振动器传送所述超声波；
相位比较电路，所述相位比较电路用于执行所述驱动信号与通过检测所述压电振动器处的经反射的所述超声波而获得的检测信号之间的相位比较，
频率检测电路，所述频率检测电路用于使所述驱动电路生成具有按顺序不同的频率的驱动信号，并且还监测在所述压电振动器正在被所述驱动信号驱动时来自所述相位比较电路的相位比较结果来检测要测量的共振模式的共振频率；
PLL电路，所述PLL电路包括所述驱动电路和所述相位比较电路，用于使所述驱动信号的所述频率跟随在所述频率检测电路处检测的所述共振频率；以及
浓度检测电路，所述浓度检测电路用于在正在操作所述PLL电路时的所述驱动信号的所述频率以及由所述温度检测器进行的温度测量的结果的基础上检测所述溶液中溶质的浓度。
2.根据权利要求1所述的浓度测量仪器，其中所述频率检测电路是用于通过检测第一共振模式的共振频率来检测要测量的所述共振模式的所述共振频率的电路。
3.根据权利要求1所述的浓度测量仪器，其中所述频率检测电路是用于检测第二共振模式的共振频率并且还检测与所述第二共振模式不同的第三共振模式的共振频率以在所述第二共振模式的所述共振频率和所述第三共振模式的所述共振频率中的至少一个以及所述第二共振模式的所述共振频率与所述第三共振模式的所述共振频率之间的差频的基础上检测要测量的所述共振模式的所述共振频率的电路。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路是包括用于消除所述压电振动器的并联电容分量的电容器的电路。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路是包括连接到所述压电振动器的第一电极的电容器、用于生成构成所述驱动信号且具有相互反转的相位的第一驱动信号和第二驱动信号、经由所述电容器通过所述第一驱动信号驱动所述第一电极并且还通过所述第二驱动信号驱动所述压电振动器的第二电极的电路。
6.根据权利要求5所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路包括幅度调整电路，所述幅度调整电路用于调整所述第一驱动信号或所述第二驱动信号的幅度。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路是包括以下各项的电路：电容器，所述电容器连接到所述压电振动器的第一电极；衰减器，所述衰减器用于使所述驱动信号衰减；以及计算单元，所述计算单元用于计算所述第一电极的信号与被所述衰减器衰减后的所述驱动信号之间的差。
8.根据权利要求7所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路包括增益调整电路，所述增益调整电路用于调整来自所述衰减器的所述驱动信号的衰减增益。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路包括：
反相电路，所述反相电路用于反转振荡信号的相位，
幅度调整电路，所述幅度调整电路用于调整所述振荡信号的幅度，
电容器，所述电容器连接到所述压电振动器的第一电极，
第一驱动放大器，所述第一驱动放大器用于使从所述幅度调整电路输出的幅度调整之后的所述振荡信号被输入并且经由所述电容器驱动所述压电振动器，以及
第二驱动放大器，所述第二驱动放大器连接到所述压电振动器的第二电极，用于通过具有被所述反相电路反转的所述相位的所述振荡信号来驱动所述压电振动器。
10.根据权利要求9所述的浓度测量仪器，包括第一初始调整电路，所述第一初始调整电路用于当所述腔体为空时根据指令监测所述压电振动器的所述第一电极的检测信号并且控制所述第一调整电路使得所述检测信号被最小化。
11.根据权利要求1至3中的任一项所述的浓度测量仪器，其中所述驱动电路包括：
第三驱动放大器，所述第三驱动放大器用于使振荡信号被输入，连接到所述压电振动器的第一电极并且驱动所述压电振动器，
反相电路，所述反相电路连接到所述压电振动器的第二电极并且具有布置在反馈环路中的电容器，用于反转在所述第二电极处检测到的检测信号的相位并且输出具有反转的所述相位的所述检测信号，
增益调整电路，所述增益调整电路用于调整从所述第三驱动放大器输出的驱动信号的增益，以及
加法电路，所述加法电路用于将具有反转的所述相位并且从所述反相电路输出的所述检测信号和具有在所述增益调整电路处调整的所述增益的所述驱动信号相加。
12.根据权利要求7所述的浓度测量仪器，包括第二初始调整电路，所述第二初始调整电路用于当所述腔体为空时根据指令监测所述加法电路的输出信号，并且控制所述第一调整电路使得所述输出信号被最小化。
CN201880071786.2A 2017-09-07 2018-09-06 浓度测量仪器 Pending CN111279187A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-171876 2017-09-07
JP2017171876A JP6916070B2 (ja) 2017-09-07 2017-09-07 濃度測定器
PCT/IB2018/056810 WO2019049063A1 (en) 2017-09-07 2018-09-06 CONCENTRATION MEASURING INSTRUMENT

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111279187A true CN111279187A (zh) 2020-06-12

Family

ID=63686028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880071786.2A Pending CN111279187A (zh) 2017-09-07 2018-09-06 浓度测量仪器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11536695B2 (zh)
JP (1) JP6916070B2 (zh)
KR (1) KR102330058B1 (zh)
CN (1) CN111279187A (zh)
DE (1) DE112018004944B4 (zh)
WO (1) WO2019049063A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113804754A (zh) * 2021-09-18 2021-12-17 南京信息工程大学 一种可溶有机物水溶液检测装置及检测方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113358708A (zh) * 2021-06-07 2021-09-07 苏州大学 一种溶液浓度的非接触式测量装置及测量方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63144233A (ja) * 1986-12-08 1988-06-16 Fuji Electric Co Ltd 振動式トランスジユ−サ
US5524477A (en) * 1993-11-29 1996-06-11 Leybold Inficon Inc. Quantitative determination of air present in refrigerant sample by measurement of pressure coefficient of resonance frequency
RU2115112C1 (ru) * 1995-12-19 1998-07-10 Тамбовский государственный технический университет Свч-способ определения концентрации электролита и устройство для его реализации
US5886262A (en) * 1994-03-25 1999-03-23 The Regents Of The University Of California Apparatus and method for comparing corresponding acoustic resonances in liquids
CN101050702A (zh) * 2007-04-20 2007-10-10 中国科学院声学研究所 一种过流式共振声谱多相流动态检测的测量装置及方法
CN102288277A (zh) * 2011-05-17 2011-12-21 中国科学院声学研究所 一种钻井泥浆声速测量装置及其测量方法
CN105181794A (zh) * 2014-06-17 2015-12-23 恩智浦有限公司 组合传感器
TWM538154U (zh) * 2016-11-25 2017-03-11 財團法人金屬工業研究發展中心 生物檢測裝置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS531596A (en) * 1976-06-28 1978-01-09 Tokyo Keiki Kk Oil concentration measuring method and oil densitometer
US4117731A (en) * 1977-12-08 1978-10-03 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Pseudo continuous wave instrument
JPS5877656A (ja) * 1981-11-04 1983-05-11 Fuji Kogyo Kk 超音波濃度測定装置
JP3201145B2 (ja) * 1994-05-19 2001-08-20 スズキ株式会社 超音波濃度計等のセンサ
JP3486469B2 (ja) * 1994-10-26 2004-01-13 オリンパス株式会社 圧電振動子の駆動装置
JPH11118774A (ja) * 1997-10-14 1999-04-30 Toyota Motor Corp オイル劣化センサ
JP2000084484A (ja) * 1998-09-16 2000-03-28 Sumitomo Bakelite Co Ltd 超音波振動子の駆動装置
JP2007010543A (ja) * 2005-07-01 2007-01-18 Nihon Techno-Plus Co Ltd 酸化膜厚さ測定方法および装置
KR20080097011A (ko) * 2007-04-30 2008-11-04 주식회사 지원하이텍 식품 염도 측정 장치
JP5183699B2 (ja) 2010-08-26 2013-04-17 株式会社ソニック 濃度計

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63144233A (ja) * 1986-12-08 1988-06-16 Fuji Electric Co Ltd 振動式トランスジユ−サ
US5524477A (en) * 1993-11-29 1996-06-11 Leybold Inficon Inc. Quantitative determination of air present in refrigerant sample by measurement of pressure coefficient of resonance frequency
US5886262A (en) * 1994-03-25 1999-03-23 The Regents Of The University Of California Apparatus and method for comparing corresponding acoustic resonances in liquids
RU2115112C1 (ru) * 1995-12-19 1998-07-10 Тамбовский государственный технический университет Свч-способ определения концентрации электролита и устройство для его реализации
CN101050702A (zh) * 2007-04-20 2007-10-10 中国科学院声学研究所 一种过流式共振声谱多相流动态检测的测量装置及方法
CN102288277A (zh) * 2011-05-17 2011-12-21 中国科学院声学研究所 一种钻井泥浆声速测量装置及其测量方法
CN105181794A (zh) * 2014-06-17 2015-12-23 恩智浦有限公司 组合传感器
TWM538154U (zh) * 2016-11-25 2017-03-11 財團法人金屬工業研究發展中心 生物檢測裝置

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ANDRZEJ BARWICZ ET.AL: ""Callibration of an Electronic Measuring System for Ultrasonic Analysis of Solutions"", 《IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT 》 *
ANDRZEJ BARWICZ ET.AL: ""Electron Measuring System for Ultrasonic Analysis of Solutions"", 《IEEE TRANSACTIONS ON INSTRIMENTATION AND MEASUREMENT》 *
李惠玲等: "基于光声效应的液位自动测量装置设计", 《实验室研究与探索》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113804754A (zh) * 2021-09-18 2021-12-17 南京信息工程大学 一种可溶有机物水溶液检测装置及检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019045444A (ja) 2019-03-22
US20200209194A1 (en) 2020-07-02
JP6916070B2 (ja) 2021-08-11
WO2019049063A1 (en) 2019-03-14
DE112018004944T5 (de) 2020-07-09
DE112018004944B4 (de) 2023-09-28
US11536695B2 (en) 2022-12-27
KR102330058B1 (ko) 2021-11-22
KR20200049840A (ko) 2020-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5587146B2 (ja) アプリケーションに関連した改良された検出装置および方法
US11772129B2 (en) Ultrasonic apparatus
US11536695B2 (en) Concentration measuring instrument
US20110261652A1 (en) Self-tuning acoustic measurement system
US4758803A (en) Marginal oscillator for acoustic monitoring of curing of plastics
US10564016B2 (en) Ultrasonic transducers using adaptive multi-frequency hopping and coding
JPH0516529B2 (zh)
US8436512B2 (en) Method of rapidly interrogating elastic wave sensors
JPH02504310A (ja) 懸濁液の固相のパラメータをモニタする方法及びその装置
US20140196519A1 (en) Method for measuring amount of particulate matter accumulated in an exhaust gas purification filter
RU2691291C1 (ru) Способ измерения резонансной частоты
CN216310039U (zh) 一种低流速高精度多普勒声学双向流速仪
CN103674486A (zh) 一种激光陀螺谐振腔激光模式频率间隔的测量方法
SU652446A1 (ru) Звуковой уровнемер
SU1137306A1 (ru) Ультразвуковой фазовый цифровой расходомер
RU80011U1 (ru) Акустический газоанализатор
RU2205421C1 (ru) Акустический эхолокатор
SU1404924A1 (ru) Устройство дл измерени скорости распространени и коэффициента поглощени ультразвука
SU723431A1 (ru) Способ контрол физических параметров жидкости
SU757922A1 (ru) Устройство для измерения плотности жидких сред
SU969932A1 (ru) Способ оценки технического состо ни форсунки дизел и устройство дл его осуществлени
SU824059A1 (ru) Ультразвуковое устройство дл измерени МАССОВОгО РАСХОдА жидКОСТи
SU1511666A1 (ru) Способ измерени удельного акустического сопротивлени среды
SU964525A2 (ru) Ультразвуковое измерительное устройство
SU1097902A1 (ru) Устройство дл виброиспытаний

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
AD01 Patent right deemed abandoned

Effective date of abandoning: 20231017

AD01 Patent right deemed abandoned