一种新型高抗干扰长距离PH测量系统

技术领域

本发明涉及PH测量的技术领域，特别涉及一种新型高抗干扰长距离PH测量系统。

背景技术

近年来，随着水质检测技术不断提高，人们对PH电极的检测和传输提出更高的要求。目前市面上传统PH电极由于采用的是玻璃球泡内阻极大，因此即使采用同轴电缆引线过长导致抗干扰能力差。长距离测量一般采用数字电极485通讯。但数字电极的电路板将占用pH电极的内部空间，所以pH电极的内参比填充液量减少，最终电极的寿命将大为下降。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种新型高抗干扰长距离PH测量系统，通过特殊的屏蔽技术及后端的采集电路大大增加了普通玻璃球泡电极的引线长度。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种新型高抗干扰长距离PH测量系统，包括：

复合PH电极球泡、与复合PH电极球泡连接的第一引线与Ag/AgCl参比电极、与Ag/AgCl参比电极连接的第二引线、套接于第二引线外侧的屏蔽层及第二参比电极，所述第二参比电极的引线连接有外层屏蔽层；

共模抑制屏蔽驱动电路、阻抗转换电路及调制解调电路；

第一引线与第二引线连接于共模抑制屏蔽驱动电路与阻抗转换电路，外层屏蔽层连接于调制解调电路。

优选的，第一引线连接有第一高阻输入运算放大器，第一高阻输入运算放大器串联有第三电阻，第三电阻串联有第六电阻，第六电阻并联有第一电容与差分放大器。

优选的，第一高阻输入运算放大器与第三电阻之间并联有第一电阻，第一电阻串联有第二电阻，第一电阻与第二电阻之间并联有屏蔽驱动器，屏蔽驱动器的输出端连接有屏蔽层。

优选的，第二电阻并联有第四电阻，第四电阻串联有第二高阻输入运算放大器，第二高阻输入运算放大器的正相输入端连接有第二引线，第四电阻串联有第五电阻，第五电阻接有地线。

优选的，第四电阻与第五电阻之间并联有差分放大器，差分放大器串联有解调器，解调器的输出端可接有电压采集电路。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：

(1)本发明的新型高抗干扰长距离PH测量系统的光纤芯采用柔性的透明芯和染色芯，突破了传统光纤芯的玻璃纤维的材料的限制，抗拉、抗折，还可以实现弯曲角度和位置的测量。

(2)本发明的染色芯空腔中涂刷的吸收性彩色染料，不仅经济实惠，而且作用原理简单易懂，作用效果也较好。

(3)本发明的新型高抗干扰长距离PH测量系统的所有组成元件制作成本较低，结构简单，并且可以实现传统光纤传感器相似的功能，可在某些条件下高精度、长距离地测量应变、温度和压力等物理参数。

附图说明

图1为根据本发明的新型高抗干扰长距离PH测量系统的三维结构示意图；

图2为根据本发明的新型高抗干扰长距离PH测量系统的三维爆炸结构示意图；

图3为根据本发明的新型高抗干扰长距离PH测量系统的制作流程框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

参照图1-3，一种新型高抗干扰长距离PH测量系统，包括：复合PH电极球泡1、与复合PH电极球泡1连接的第一引线11与Ag/AgCl参比电极2、与Ag/AgCl参比电极2连接的第二引线21、套接于第二引线21外侧的屏蔽层3及第二参比电极4，所述第二参比电极4的引线连接有外层屏蔽层5；共模抑制屏蔽驱动电路、阻抗转换电路及调制解调电路；第一引线11与第二引线21连接于共模抑制屏蔽驱动电路与阻抗转换电路，外层屏蔽层5连接于调制解调电路。

进一步的，第一引线11连接有第一高阻输入运算放大器N1，第一高阻输入运算放大器N1串联有第三电阻R3，第三电阻R3串联有第六电阻R6，第六电阻R6并联有第一电容C1与差分放大器N3，第一高阻输入运算放大器N1与第三电阻R3之间并联有第一电阻R1，第一电阻R1串联有第二电阻R2，第一电阻R1与第二电阻R2之间并联有屏蔽驱动器N4，屏蔽驱动器N4的输出端连接有屏蔽层3，第二电阻R2并联有第四电阻R4，第四电阻R4串联有第二高阻输入运算放大器N2，第二高阻输入运算放大器N2的正相输入端连接有第二引线21，第四电阻R4串联有第五电阻R5，第五电阻R5接有地线，由于PH电极内阻极高且信号较为微弱，当玻璃球泡引线不做处理时，外界的很小扰动都将极大的影响电极信号。因此，需要在球泡引线外套聚四氟乙烯套管，防止外部漏电流干扰。引线较长时，引线等效电路如附图2所示。其中Rs1、Rs2为引线内阻，通常将屏蔽层接地，这时第二电容C1、第三电容C2为引线与屏蔽层的等效电容。当Rs1C1≠Rs2C2时，在共模信号Uic的作用下将在Rs1和Rs2产生压差，对下一级电路产生差模输入，降低了共模抑制能力。随着引线距离的加长要精确地保持Rs1C1＝Rs2C2是很困难的。因此本发明将第一高阻输入运算放大器N1、第二高阻输入运算放大器N2的两个输出端，通过第一电阻R1、第二电阻R2连接，第一电阻R1、第二电阻R2的中间连接点将的输出一差分电压Uid，此差分电压Uid输出至精密电压跟随器，精密电压跟随器的输出连接内层屏蔽层，此称为屏蔽驱动器N4。由于第一高阻输入运算放大器N1、第二高阻输入运算放大器N2也构成电压跟随器，由于R1＝R2，所以Uid＝Uic，引线与屏蔽层之间的共模电压为0。选择高精度低温飘的第一电阻R1、第二电阻R2将极大的提高共模抑制能力。

进一步的，第四电阻R4与第五电阻R5之间并联有差分放大器N3，差分放大器N3串联有解调器N6，解调器N6的输出端可接有电压采集电路。

由于玻璃球泡PH电极及Ag/AgCl参地电极均接在了高输入阻抗运算放大器上，此时它们均处于浮空状态需要引入第二个参比电极为其提供参考电位。本发明使用铂金片C2作为第二参比电极4。第二参比电极4的引线接至外层屏蔽层5，可为pH电极第一引线11和参比电极第二引线21再加入一个层屏蔽，提高抗干扰能力。第二参比电极C2可接一固定直流电位，由于玻璃电极的内阻很大，直流信号易受外界干扰，因此本发明使用调制解调制方式在第二参比电极4上使用PWM宽脉调制。调制信号为占空比50％的正负交变方波信号。经PWM调后复合PH电极球泡1和Ag/AgCl参比电极2的信号也为正负交变的方波信号。通过高阻运放输出至差分放大器N3，差分放大器N3将输出一个带直流偏量的方波信号，该信号经解调器后输出一直流电平即为复合PH电极球泡1和第一参比电极2的电位差，不同浓度的PH溶液该直流电位不同，经高精度电压采集器采集后便可进行相关计算。

本发明采用雷磁991型在线复合pH电极，按照本发明的方式接线，并连接至本发明的检测电路和调制解调电路。测试所用接线长度30米，电极放置在池塘增氧泵附近，实测未开启泵时pH值为7.89，开启泵时pH值有±0.02个pH波动。甩动引线，电极示值未发生明显波动。经后续数据处理后，电极示值稳定。证明本发明在长距离抗干扰上的效果尤为显著。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的，对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。