CN1880953A - 基于电阻率差值的分层液体界面检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基于电阻率差值的多种液体分界面检测方法及装置。装置由两根探针电极和检测电路组成，检测电路主要由正弦波发生电路、检波电路、微分电路、放大电路、全波整流电路、电压比较电路、稳压电路、单稳态电路、边沿触发电路组成。检测方法是两根探针电极以一定的速度插入液体中，将正弦交流信号通过电极加在液体和一固定电阻值的电阻上，使液体阻抗和固定电阻值的电阻分压，提取固定电阻值电阻的分压信号，经过一系列处理后，最终当电极在不同液体层面中时会输出高低变化的电平信号，并且当电极通过分界面时输出电平信号发生翻转，每一个翻转点对应一个分界面。本发明所提出的方法及装置可以达到廉价、小型化、制造简单、定位准确等目的。

Description

基于电阻率差值的分层液体界面检测方法及装置

                            技术领域

本发明涉及一种液位测量技术，具体涉及一种多种分层液体的界面测量技术。

                            背景技术

自动检测技术是以物理学、电子学、自动控制、电子计算机、测量技术等原理为基础的一门综合性技技术。自动检测技术在液面检测方面的运用主要有两个方面：液-气界面检测和液-液界面检测。

传统的液位测量方法主要有差压式液位测量方法、浮体式液位测量方法等，但一般来说都是体积庞大，结构复杂，测量速度和精度较低。电容传感器的方法灵敏性好、抗腐蚀、动态响应好等，但其制造工艺要求较高，一般需要温度补偿，不适用粘附液体的测量，并且很难实现真正的小型化。声波液位检测法属于无接触式测量，可应用于高腐蚀性、高粘性、有毒的液体测量，但是要求测量对象能充分反射声波且要均匀，并且不适用于小距离的单一液体的液位测量和多种分层液体的界面测量。最新技术光纤液位测量法显示出较好的应用前景，但是其造价高，并且技术上还不够成熟。由上分析可见，用于检测液体分界面的方法虽然很多，但并不是在所有场所都适用，不同的应用环境会有其局限性。往往在制造工艺、造价、测量精确度、小型化等方面很难达到兼顾的理想效果。例如在做血样分析时，为了实现自动抽取血样，需要判定试管中经离心分层后的血清和红细胞分界面。由于试管口颈较小，测量设备必须小型化，并且要求操作简单，造价低，以上所提方法均不能很好的满足这几点要求。

                                  发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于电阻率差值的分层液体界面检测方法及装置，提高测量速度和精度，并真正实现装置小型化。

本发明的技术方案如下：

本发明的主要原理是根据分层液体电阻率不同，通过电极将分界面两侧液体电阻率的变化信号提取出来，经过一系列处理，最终当电极在不同液体层面中时会输出高低变化的电平信号，并且当电极通过分界面时采得电平信号发生翻转，每一个输出电平翻转点对应一个分界面。

本发明首先提出一种基于电阻率差值的分层液体界面检测方法，包括以下过程：

首先，借助于两根具有一定间距的探针电极将不同液体电阻率差值转换为电阻差，通过与恒定阻值电阻分压，提取恒定阻值电阻的分压信号，该信号为以正弦波作为载波信号的调幅信号；

经过检波电路，取出调幅信号的包络信号；

然后，通过微分电路，获得探针电极经过分界面时的正(或负)脉冲信号；

将脉冲信号放大，再全波整流后，将正负脉冲全部转化为正脉冲信号；

然后和基准电压比较，使之转化为5V的短时脉冲信号；

再用单稳态电路将脉冲信号变为有一恒定宽度的负脉冲信号，用非门倒相为正脉冲信号；

最后经过D触发器构成的上升沿触发电路，使探针电极通过分界面时输出信号发生电平翻转，当探针从空气中插入导电液体中时每经过一个分界面，输出电平信号就会发生一次翻转，从而测得液体分界面的位置。

同时，本发明还提出了实现上述方法的基于电阻率差值的多种液体分界面检测装置，该装置由两根具有一定间距的探针电极和检测电路组成，两探针电极通过两条普通导线连接到检测电路的电路板上，检测电路主要由正弦波发生电路、检波电路、微分电路、放大电路、全波整流电路、电压比较电路、稳压电路、单稳态电路和边沿触发电路依次连接而成。

本发明的优点是：

1、由于提取信号的是两根很细的探针电极，能真正实现小型化，并且制作简单，造价低。

2、采用了独特的检测电路，提高了测量速度和精度高。在检测电路中运用了边沿触发电路，以输出电平的高低翻转来区分液体界面，速度快，精度高；同时运用由运算放大器方构成的正弦波发生电路来产生正弦波信号，经衰减后经两电极加到被测液体和固定电阻上，然后提取固定电阻上分得的电压信号，避免了电极接触液体时被极化，起到保护电极的作用；另外还运用了单稳态电路，对干扰起到抑制作用，提高检测精度。

本发明提出的基于电阻率差值的分层液体界面检测方法及装置可适用于导电率不同的多种分层液体的界面检测和单一导电液体的液位检测，特别适用于红细胞提取时血清界面以及血清和红细胞分界面的定位检测。

                             附图说明

图1是检测方法的检测过程框图；

图2是检测装置的检测电路框图；

图3是其中检测电路的电路原理图；

图4是检测装置的探针电极结构图；

                             具体实施方式

下面结合附图详细对本发明涉及的方法及其装置加以说明。

参见图1，本发明提出的基于电阻率差值的多种液体分界面检测方法是借助于两根具有一定间距的探针电极将不同液体电阻率差值转换为电阻差，通过与恒定阻值电阻分压，提取恒定阻值电阻的分压信号，该信号是以高频正弦波作为载波信号的调幅信号。用检波电路取出调幅信号的包络信号，通过微分电路，这样当探针电极在同一种液体中移动时，信号基本为0电平，当探针电极经过分界面时，会得到突变的正(或负)脉冲信号，全波整流后，将正负脉冲全部转化为正脉冲，然后经电压比较电路和基准电压比较，使之转化为5V的短时脉冲信号，555构成的单稳态电路使脉冲信号变为有一恒定宽度的负脉冲信号，经过非门倒相，最后经过D触发器构成的上升沿触发器，将会在不同液体中得到高低不同的电压信号，探针电极通过分界面时输出信号会发生电平翻转。这样，当探针从空气中插入导电液体中时每经过一个分界面，输出电平信号就会发生一次翻转，可以用于探测分界面位置。

本发明提出的基于电阻率差值的多种液体分界面检测装置由探针电极和检测电路组成，在检测装置的前端为两根探针电极，检测电路主要包括正弦波发生电路、检波电路、微分电路、放大电路、全波整流电路、电压比较电路、稳压电路、单稳态电路、边沿触发电路等几部分，它们依次电连接而组成，电路框图参见图2。

图3是检测电路原理图，用于将液体电阻率的差别转化为高低电平变化输出。正弦波发生电路是用运算放大器U1A(TL084)加上电容C1、C2和电阻R1、R2、R3、R4产生50KHz的正弦波，正弦交流信号可以防止电极接触液体时被极化，起到保护电极的作用。正弦波信号经运算放大器U1A(TL084)的1脚输出，进入后面的反相比例放大电路，反相比例放大电路是由运算放大器U1B(TL084)和电阻R5、R6、R7组成。反相比例放大电路将正弦波信号幅度衰减为原来的1/3，这样使加在后面电极上的电压不致过高。衰减后的正弦波信号从运算放大器U1B(TL084)的7脚输出，经两根探针电极加在导电液体和固定阻值的电阻R8上。取出固定电阻R8上分得的电压信号，经过起防干扰和隔离的作用高通电路(由C3、R9组成)和电压跟随器U1C(TL084)后由U1C的8脚输出。经检波二极管D1、电阻R10、R11、电容C4构成的检波电路，由运算放大器U1D(TL084)的12脚输入电压跟随器，经运算放大器U1D(TL084)的14脚输出到电容C5电阻R12构成的微分电路，这样探针经过界面时即可得到脉冲信号。该信号含有正负脉冲，幅度不够高，经过由运算放大器U2A(TL084)和电阻R13、R14、R15构成的同相比例放大电路，使脉冲信号的幅度达到饱和。由运算放大器U2A(TL084)的1脚输出的脉冲信号经过由运算放大器U2B、U2C(TL084)、二极管D2、电阻R16、R17、R18、R19构成的全波整流电路，使正负脉冲全部转换为正脉冲。经运算放大器U2B(TL084)的7脚输出的正脉冲信号由运算放大器U2D(TL084)的12脚进入电压平比较器，与10V参考电压比较，10V电压是由电阻R20和R21从12V电源分压得来。经运算放大器U2D(TL084)的14脚输出低电平为-12V，高电平为+12V的正脉冲信号。在+5V稳压二极管D3的作用下，转化为低电平为0V，高电平为+5V的正脉冲信号。信号非门U3A(74ls04)的1脚进入，2脚流出，变为负脉冲信号。再由触发器U4(NE555)的2脚流入由触发器U4(NE555)和电容C6、C7、电阻R23构成的下降沿单稳态触发器，使脉冲具有一定的宽度。此时的脉冲信号变为有恒定宽度的正脉冲信号，从触发器U4(NE555)的3脚输出，进入D触发器U5A(74ls74)的3脚。此处D触发器U5A(74ls74)构成了上升沿触发器，每接收到一个正脉冲，其5脚输出的电平就会发生翻转。这样，当探针从空气中插入导电液体中时每经过一个分界面，输出的电平信号就会发生一次翻转，可以用于探测分界面位置。整个电路是在直流±12V和+5V电压下工作，其中TL084芯片(包括U1A、U1B、U1C、U1D、U2A、U2B、U2C、U2D)是采用±12V供电，芯片74LS74(U3A)、NE555(U4)、74LS04(U5A)采用+5V供电。

图4是探针电极的结构图。包括两个电极A和B，是由两根导电金属丝制造，外面覆有一层绝缘防护膜1，金属丝顶端裸露出一小段。两电极没有极性区分，具有一定间距，裸露部分等长，下端平齐。两电极通过两条普通导线2连接到检测电路的电路板上。在检测不同的液体分界面时电极可用不同的导电材料制作。

Claims (3)

1、基于电阻率差值的多种液体分界面检测方法，其特征在于：

首先，借助于两根具有一定间距的探针电极将不同液体电阻率差值转换为电阻差，通过与恒定阻值电阻分压，提取恒定阻值电阻的分压信号，该信号为以正弦波作为载波信号的调幅信号；

经过检波电路，取出调幅信号的包络信号；

然后，通过微分电路，获得探针电极经过分界面时的正或负脉冲信号；

将脉冲信号放大，再全波整流后，将正负脉冲全部转化为一定幅值的正脉冲信号；

然后和基准电压比较，使之转化为5V的短时脉冲信号；

再将脉冲信号变为有一恒定宽度的负脉冲信号，用非门倒相为正脉冲信号；

最后经过D触发器构成的上升沿触发电路，使探针电极通过分界面时输出信号发生电平翻转，当探针从空气中插入导电液体中时每经过一个分界面，输出电平信号就会发生一次翻转，从而测得液体分界面的位置。

2、实现权利要求1所述方法的检测装置，其特征在于：它由两根具有一定间距的探针电极和检测电路组成，两探针电极通过两条普通导线连接到检测电路的电路板上；检测电路由正弦波发生电路、检波电路、微分电路、放大电路、全波整流电路、电压比较电路、稳压电路、单稳态电路和边沿触发电路依次电连接而成。

3、根据权利要求2所述的检测装置。其特征在于：探针电极是由两根导电金属丝制造，外面覆有一层绝缘防护膜，金属丝顶端裸露出一小段，两电极没有极性区分，具有一定间距，裸露部分等长，下端平齐。

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