[发明专利]水流含气量测量传感器及水流含气量的检测处理方法

说明书

技术领域

本发明属于含气量测量技术领域，具体涉及一种水流含气量测量传感器及水流含气量的检测处理方法。

背景技术

目前，常用的水流含气量测量方法主要有取样法和电阻法，取样法是测量水流含气量的基本手段，可作为标定其他测量仪器的方法；取样法的不足之处在于所需的设备比较笨重，使用灵活性差，不宜作为通常的、快速测量方法。电阻法测量水流含气量的测量原理是：基于水和空气的导电率不同，水流含气量的改变使置入流场的两电极间的电阻值也将相应地发生变化，这样，便可通过与不含气的清水电阻值的比较来测量水流含气量；电阻法具有原理清晰、操作简单、测量迅速等优点。

喷水推进器是水上机动平台的一种动力装置，喷水含气量是喷水推进器工作性能的一个重要指标。在工作时，喷水推进器喷水流速非常大、振动也很强烈，受这些条件的限制，对喷水推进器的含气量目前还没有有效的方法来测量。利用电阻法进行喷水推进器高速水流含气量测量的传感器，由于信号检测处理方法的限制，存在测量电极容易极化、钙化、测量精度不高等不足，不能很好地满足对喷水推进器高速水流含气量的测量，以上问题在水质比较硬的地区尤为明显。

发明内容

本发明的一个目的是针对电阻法水流含气量测量传感器存在的以上问题，提供一种至少可防止测量电极出现表面极化和钙化现象的水流含气量测量传感器。

本发明采用的技术方案为：一种水流含气量测量传感器，包括：

测量电桥，所述测量电桥包括电阻值为R_s的电桥电阻和用于置入流场中执行检测的测量电极，所述测量电极和电桥电阻构成的串联电路的两端为测量电桥的输入端，测量电极的两端为测量电桥的输出端，用于输出极板电压；

音频激励源，所述音频激励源的输出端与测量电桥的输入端对应电连接，以为测量电桥提供正负等幅的音频交流信号；

信号检测单元，所述信号检测单元包括激励源有效值转换电路和电极有效值转换电路，其中，激励源有效值转换电路用于获取音频交流信号的有效值E_v，电极有效值转换电路用于获取极板电压的有效值E_i；

数据采集处理单元，所述数据采集处理单元用于接收所述音频交流信号的有效值和极板电压的有效值，并根据公式1计算测量电极间的电阻值R_i，根据公式2计算置于被测液体中的测量电极间的水流含气量C；

公式1：其中，i＝p对应测量电极置于所述被测液体中的各检测量，i＝0对应测量电极置于不含气的所述被测液体中的检测量；

公式2：其中，水流含气量C为体积浓度。

其中，所述水流含气量测量传感器还包括电压电流转换单元，所述电压电流转换单元包括转换系数相同的激励源转换电路和电极转换电路，所述激励源转换电路用于将音频交流信号的有效值E_v转换为激励源标准电流信号I_v，电极转换电路用于将极板电压的有效值E_i转换为极板标准电流信号I_i；

所述水流含气量测量传感器还包括隔离输出单元，所述隔离输出单元包括激励源电流信号隔离模块和电极电流信号隔离模块，所述激励源和电极电流信号隔离模块分别用于将激励源和极板标准电流信号传输至数据采集处理单元，数据采集处理单元根据公式3计算测量电极间的电阻值R_i，并根据公式2计算测量电极间的水流含气量C；

公式3：Ri=Ii×RsIv-Ii.]]>

其中，所述音频交流信号的幅值为±12V～±18V，频率为1500Hz～3000Hz。

其中，所述音频激励源包括波形发生器和运放，波形发生器用于生成正弦交流音频信号，所述运放对正弦交流音频信号进行幅度和功率放大后输出所述正负等幅的音频交流信号。