CN213779951U - 一种tds检测电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种TDS检测电路及装置，属于TDS检测电路技术领域，检测电路包括控制单元、激励信号转换电路单元；激励信号转换电路单元包括电容器和减法运算电路模块，用于将控制单元输出的直流激励信号转换为交流激励信号；控制单元、电容器、减法运算电路模块顺次连接，减法运算电路模块输出端与TDS传感器连接。本实用新型控制单元输出的直流激励信号经电容器隔直通交、减法运算电路模块将信号向下平移，进而得到交流激励信号，通过交流激励信号激励TDS传感器的检测电极，进而保护TDS传感器的检测电极不被污染，避免了TDS传感器的检测电极“结垢”问题，实现TDS长期连续检测的同时提高了检测精度。

Description

一种TDS检测电路及装置

技术领域

本实用新型涉及TDS检测电路技术领域，尤其涉及一种TDS检测电路及装置。

背景技术

目前常见的TDS检测电路原理大多采用直流信号驱动TDS传感器的检测电极，利用函数关系将检测电压转化为被测水体TDS值，该检测手段存在以下问题：

1、直流信号驱动，容易造成检测电极“结垢”。这种测量方式在测量较大TDS值水体时，检测电极会吸附水中杂质各类离子，如水锈、泥沙、钙离子、镁离子等，日积月累后电极上会附着一层水垢。这种现象被称为“结垢”，这会造成检测电极与被测水体无法正常接触，导致此时测量TDS值比理论TDS值小。

2、检测驱动信号强度大。为了保证检测分辨率与准确度，现有的电路会加大检测驱动信号强度，驱动信号变强后，电场也会加强，强电场会吸引水中的各种带电离子，并将这些离子束缚在电场中，随着检测时间加长，离子浓度会持续增长。该现象会造成被测区域水体局部TDS值偏大，导致检测值不能真实反应整体被测水体TDS值。

3、测量值与实际TDS值是非线性关系。目前的检测电路采用分压方式检测水体电压，通过被测电压来计算TDS值。由于被测电压与被测TDS是倒数关系，在水体TDS值很大或很小时，检测精度极度容易受到到干扰，造成成检测不准。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有TDS检测电路的监测电极容易“结垢”、检测精准度不高的问题，提供一种TDS检测电路及装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种TDS检测电路，所述检测电路包括控制单元、激励信号转换电路单元；所述激励信号转换电路单元包括电容器和减法运算电路模块，用于将控制单元输出的直流激励信号转换为交流激励信号；所述控制单元、电容器、减法运算电路模块顺次连接，减法运算电路模块输出端与TDS传感器连接。

作为一选项，所述减法运算电路模块包括第一运算放大器，第一运算放大器反向输入端连接有第十一电阻，第十一电阻经第九电阻、第十电阻连接至第一运算放大器输出端，第十电阻另一端与TDS传感器连接。

作为一选项，所述TDS传感器输出端连接有加法运算电路单元。

作为一选项，所述加法运算电路单元包括第二运算放大器，第二运算放大器反向输入端经第五电阻连接至TDS传感器，第二运算放大器反向输入端经第五电阻、第三电阻连接至第二运算放大器输出端。

作为一选项，所述加法运算电路单元输出端连接有同步整流电路单元，同步整流电路单元输出端与控制单元连接。

作为一选项，所述直流激励信号具体为直流方波激励信号；同步整流电路单元包括第三运算放大器，第三运算放大器反向输入端连接有第二电阻，第三运算放大器输出端经RC并联电路、第七电阻、第二接地电容器后接地，控制单元连接至第七电阻、第二接地电容器之间；所述RC电路包括并联连接的第一电阻、第一电容器和第三电容器。

作为一选项，所述检测电路还包括信号调理电路单元，包括第四运算放大器；所述第二运算放大器输出端依次经第三电阻、第十七电阻、第十五电阻连接至第四运算放大器输出端，且第四运算放大器反向输入端连接至第十七电阻、第十五电阻之间，第四运算放大器的同向输入端接虚短/虚断电压。

作为一选项，所述检测电路还包括信号选择电路单元，信号选择电路单元输入端与加法运算电路单元输出端、信号调理电路单元输出端连接，信号选择电路单元输出端与同步整流电路单元连接。

作为一选项，所述检测电路还包括温度检测单元，温度检测单元输出端与控制单元连接。

需要进一步说明的是，上述检测电路各选项对应的技术特征可以相互组合或替换构成新的技术方案。

本实用新型还包括一种装置，所述装置包括如上所述任一选项检测电路，以及TDS传感器，所述TDS传感器的检测电极与减法运算电路模块输出端连接。

与现有技术相比，本实用新型有益效果是：

（1）本实用新型激励信号转换电路单元包括电容器和减法运算电路模块，控制单元输出的直流激励信号经电容器隔直通交、减法运算电路模块将信号向下平移，进而得到交流激励信号，通过交流激励信号激励TDS传感器的检测电极，进而保护TDS传感器的检测电极不被污染，避免了TDS传感器的检测电极“结垢”问题，实现TDS长期连续检测的同时提高了检测精度。

（2）本实用新型通过加法运算电路单元实现交流反馈信号的反向放大处理，则无需输入大驱动信号进行TDS检测，TDS检测过程中形成的电场为弱电场，不会对水中离子造成区域性聚集，检测精度高。

（3）本实用新型直流激励信号具体为直流方波激励信号，直流方波激励信号电压幅值固定，即采用恒压驱动，通过激励信号转换电路单元将直流方波激励信号转换为交流激励信号，解决了现有技术中检测电极结垢问题以及由于离子束缚在电场中造成的TDS检测值偏大的问题，将搭载了被测水体的TDS值信息的电流信号通过一个固定阻值即第七电阻两端电压进行线性表征，TDS检测值与实际TDS值呈线性关系，检测方便，检测精度更高。

（4）本实用新型温度检测单元用于实时采集温度值并传输至控制单元，控制单元根据实时温度值修正TDS检测值，能够抑制不同温度对TDS值的影响，保证了检测精度。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明，此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本实用新型实施例1的控制单元示意图；

图2为本实用新型实施例1激励信号转换单元示意图；

图3为本实用新型实施例1加法运算电路单元示意图；

图4为本实用新型实施例1同步整流电路单元示意图；

图5为本实用新型实施例2信号调理电路单元示意图；

图6为本实用新型实施例2信号选择电路单元示意图；

图7为本实用新型实施例2波形仿真图示意图；

图8为本实用新型实施例3电路总图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，属于“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系为基于附图所述的方向或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，属于“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，属于“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

实施例1中，一种TDS检测电路，检测电路包括控制单元、激励信号转换电路单元；激励信号转换电路单元包括电容器和减法运算电路模块，用于将控制单元输出的直流激励信号转换为交流激励信号；控制单元、电容器、减法运算电路模块顺次连接，减法运算电路模块输出端与TDS传感器连接。其中，TDS即水中溶解性总固体，TDS值越高，表示水中含有的溶解物越多；直流激励信号具体为弱驱动检测信号，可以为方波信号、三角波信号等，本实施例具体为1kHz直流方波信号TDSNCCLK，电压为3.3V；TDS传感器具体为用于检测水中TDS值的检测装置，包括各类TDS传感器。本实用新型激励信号转换电路单元包括电容器和减法运算电路模块，控制单元输出的直流激励信号经电容器隔直通交、减法运算电路模块将信号向下平移，进而得到交流激励信号，通过交流激励信号激励TDS传感器的检测电极，进而保护TDS传感器的检测电极不被污染，避免了TDS传感器的检测电极“结垢”问题，实现TDS长期连续检测的同时提高了检测精度。

进一步地，控制单元包括不限于单片机、上位机、PLC控制器等，作为一具体实施例，本实用新型的控制单元为单片机，单片机经I/O端实现数据输入输出属于本领域技术人员的公知常识，如图1所示，单片机引脚31（PA6）输出的直流激励信号至激励信号转换单元。

进一步地，如图2所示，减法运算电路模块包括第一运算放大器，第一运算放大器反向输入端连接有第十一电阻R11，第十一电阻R11经第九电阻R9、第十电阻R10连接至第一运算放大器输出端，第十电阻R10另一端与TDS传感器连接，第一运算放大器的同向输入端接虚短/虚断电压。具体地，第一运算放大器输出信号经第十电阻R10引出至TDS探头接口（引脚2），加载至TDS传感器的检测电极，被测水体受交流激励信号激励作用，交流激励信号通过被测水体到达另一端检测电极，该另一端检测电极与加法运算电路单元连接。其中，第六电容器用于隔直通交；虚短/虚断电压具体为指运算放大器处于虚短状态以及虚断状态时的电压，当运算放大器处于虚短状态时，同向输入端电压等于反向输入端电压，此时同向输入端输入与反向输入端相等的电压；当运算放大器处于虚断状态时，同向输入端的电流近似为零，运算放大器同向输入端视为“开路”。需要进一步说明的是，运算放大器同向输入端接虚短/虚断电压属于本领域技术人员的公知常识，并不在本实用新型的保护范围之内。

进一步地，TDS传感器输出端连接有加法运算电路单元。本实用新型通过加法运算电路单元实现交流反馈信号的放大处理，则无需输入大驱动信号进行TDS检测，TDS检测过程中形成的电场为弱电场，不会对水中离子造成区域性聚集，检测精度高。

进一步地，如图3所示，加法运算电路单元包括第二运算放大器，第二运算放大器反向输入端经第五电阻R5连接至TDS传感器的检测电极，第二运算放大器反向输入端经第五电阻R5、第三电阻R3连接至第二运算放大器输出端，第二运算放大器的同向输入端接虚短/虚断电压。

进一步地，加法运算电路单元输出端连接有同步整流电路单元，同步整流电路单元输出端与控制单元连接，用于进行整流处理。更进一步地，如图4所示，同步整流电路单元包括第三运算放大器，第三运算放大器反向输入端连接有第二电阻R2，第三运算放大器输出端经RC并联电路、第七电阻R7、第二接地电容器C2后接地，控制单元连接至第七电阻R7、第二接地电容器C2之间，采集用于线性表征TDS值的第七电阻R7上的电压；RC电路包括并联连接的第一电阻R1、第一电容器C1和第三电容器C3；进一步地，第三运算放大器的同向输入端接虚短/虚断电压；第三运算放大器输出端经第一电阻R1、第八电阻R8连接至电源电压TDSVCC，第八电阻R8与RC电路串联连接。

本实用新型直流激励信号具体为直流方波激励信号，直流方波激励信号电压幅值固定，即采用恒压驱动，通过激励信号转换电路单元将直流方波激励信号转换为交流激励信号，解决了现有技术中检测电极结垢问题以及由于离子束缚在电场中造成的TDS检测值偏大的问题，将搭载了被测水体的TDS值信息的电流信号通过一个固定阻值即第七电阻两端电压进行线性表征，TDS检测值与实际TDS值呈线性关系，检测方便，检测精度更高。

实施例2

如图5所示，本实施例与实施例1具有相同的发明构思，在实施例1的基础上，检测电路还包括信号调理电路单元，用于对加法运算电路单元输出的直流反馈信号进行反向处理，包括第四运算放大器；第二运算放大器输出端依次经第三电阻R3、第十七电阻R17、第十五电阻R15连接至第四运算放大器输出端，且第四运算放大器反向输入端连接至第十七电R17、第十五电阻R15之间，第四运算放大器的同向输入端接虚短/虚断电压。

进一步地，检测电路还包括信号选择电路单元，信号选择电路单元输入端与加法运算电路单元输出端、信号调理电路单元输出端连接，信号选择电路单元输出端与同步整流电路单元连接。具体地，信号选择电路具体二选一数据选择器，如图6所示，包括两个输入端（引脚1、引脚3），通过控制数据选择器的使能端（ENB，引脚6）的高低电平控制输出端（引脚4）输出信号具体为引脚1输入的信号还是引脚3输出的信号。作为一具体实施，第二运算放大器输出端输出信号TNCO0输入至数据选择器引脚3，第四运算放大器输出端输出信号TNCO1输入至数据选择器引脚1，数据选择器使能信号（引脚6输入的直流方波信号）由控制单元提供，当使能信号为逻辑高电平时，引脚1输入信号（TNCO1）作为数据选择器输出，引脚3输入信号（TNCO0）不输出；反之，则引脚1输入信号不输出，引脚3输入信号作为数据选择器输出，数据选择器输出端连接至第三运算放大器反向输入端。

为更好理解本实用新型检测电路，通过示波器获取各单元电路的输入或输出波形如图7所示，以此说明各单元电路的性能，其中波形1为单片机输出的1KHz直流激励信号TDSNCCLK（波形1a）经第六电容C6隔离、减法运算电路模块处理后的交流激励信号（波形1b）；波形2a、2b分别为加法运算电路输入、输出端的波形，将TDS传感器输出的交流反馈信号向上平移一半，实现了交流信号与直流信号的转换；波形3a为信号调理电路单元输出端的波形，用于实现对加法运算电路输出端的直流信号进行反向放大；波形4b为信号选择电路单元输出端的波形。需要说明的是，图7中波形3b、4b对应通道未使用，则波形3b、4b为直线。

实施例3

如图8所示，本实施例与实施例2具有相同的发明构思，在实施例2的基础上，检测电路还包括温度检测单元，温度检测单元输出端与控制单元连接。温度检测单元用于实时采集温度值（水体温度）并传输至控制单元，控制单元根据实时温度值修正TDS检测值，能够抑制不同温度对TDS值的影响，保证了检测精度。需要说明的是，温度检测单元为温度传感器，作为一具体实施例，可采用温度传感器PT100，温度传感器PT100的数据传输引脚与单片机的I/O端（PA7，引脚32）连接，温度传感器PT100的探头经第十四电阻R14连接至单片机的I/O端。更进一步地，控制单元的具体数据修正过程属于现有算法，如可采用专利号为“CN208547599U”实用新型专利中引用的算法，该算法并不在本实用新型请求保护的范围之内，在此不再赘述。

实施例4

本实施例与上述实施例均具有相同的发明构思，在上述实施例的基础上提供了一种装置，装置包括如上述任意一实施例中所述的检测电路，以及TDS传感器，TDS传感器的检测电极与减法运算电路模块输出端连接，由于单片机输出的直流激励信号经电容器C6、减法运算电路模块后得到的是交流激励信号，即此时加载在TDS传感器检测电极的为交流激励信号，且由于水的导电性，此时实际上TDS的两个检测电极都是加载的交流激励信号，进而保护TDS传感器的检测电极不被污染，避免了TDS传感器的检测电极“结垢”问题，实现TDS长期连续检测的同时提高了检测精度。

以上具体实施方式是对本实用新型的详细说明，不能认定本实用新型的具体实施方式只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演和替代，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种TDS检测电路，其特征在于：所述检测电路包括控制单元、激励信号转换电路单元；所述激励信号转换电路单元包括电容器和减法运算电路模块，用于将控制单元输出的直流激励信号转换为交流激励信号；

所述控制单元、电容器、减法运算电路模块顺次连接，减法运算电路模块输出端与TDS传感器连接。

2.根据权利要求1所述的一种TDS检测电路，其特征在于：所述减法运算电路模块包括第一运算放大器，第一运算放大器反向输入端连接有第十一电阻，第十一电阻经第九电阻、第十电阻连接至第一运算放大器输出端，第十电阻另一端与TDS传感器连接。

3.根据权利要求1所述的一种TDS检测电路，其特征在于：所述TDS传感器输出端连接有加法运算电路单元。

4.根据权利要求3所述的一种TDS检测电路，其特征在于：所述加法运算电路单元包括第二运算放大器，第二运算放大器反向输入端经第五电阻连接至TDS传感器，第二运算放大器反向输入端经第五电阻、第三电阻连接至第二运算放大器输出端。

5.根据权利要求4所述的一种TDS检测电路，其特征在于：所述加法运算电路单元输出端连接有同步整流电路单元，同步整流电路单元输出端与控制单元连接。

6.根据权利要求5所述的一种TDS检测电路，其特征在于：所述直流激励信号具体为直流方波激励信号；同步整流电路单元包括第三运算放大器，第三运算放大器反向输入端连接有第二电阻，第三运算放大器输出端经RC并联电路、第七电阻、第二接地电容器后接地，控制单元连接至第七电阻、第二接地电容器之间；所述RC并联电路包括并联连接的第一电阻、第一电容器和第三电容器。

7.根据权利要求5所述的一种TDS检测电路，其特征在于：所述检测电路还包括信号调理电路单元，包括第四运算放大器；

所述第二运算放大器输出端依次经第三电阻、第十七电阻、第十五电阻连接至第四运算放大器输出端，且第四运算放大器反向输入端连接至第十七电阻、第十五电阻之间，第四运算放大器的同向输入端接虚短/虚断电压。

8.根据权利要求7所述的一种TDS检测电路，其特征在于：所述检测电路还包括信号选择电路单元，信号选择电路单元输入端与加法运算电路单元输出端、信号调理电路单元输出端连接，信号选择电路单元输出端与同步整流电路单元连接。

9.根据权利要求1所述的一种TDS检测电路，其特征在于：所述检测电路还包括温度检测单元，温度检测单元输出端与控制单元连接。

10.一种装置，其特征在于，所述装置包括如权利要求1-9中任意一项所述检测电路，以及TDS传感器，所述TDS传感器的检测电极与减法运算电路模块输出端连接。

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