專利名稱：一種微機(jī)電系統(tǒng)電導(dǎo)率傳感器的接口電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種微機(jī)電系統(tǒng)電導(dǎo)率傳感器的接口電路。
背景技術(shù)：
電導(dǎo)率傳感器是在實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)生產(chǎn)和探測(cè)領(lǐng)域里被用來測(cè)量超純水、純水、飲用水、污水、海水等各種溶液的電導(dǎo)性或水標(biāo)本整體離子的濃度的傳感器。微機(jī)電系統(tǒng)電導(dǎo)率傳感器是采用微納加工技術(shù)制備的微型四電極型電導(dǎo)率傳感器。其測(cè)量方法是往兩個(gè)輸入電極施加電流，測(cè)量?jī)蓚€(gè)輸出電極的電壓差，根據(jù)施加電流值和測(cè)量電壓值即可推算對(duì)應(yīng)的電導(dǎo)率的值。直流驅(qū)動(dòng)電流會(huì)使電極產(chǎn)生電解，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)損壞電極和引進(jìn)測(cè)量誤差，因此需要采用交流驅(qū)動(dòng)電流；由于電極尺寸為微米級(jí)別，信號(hào)的細(xì)微變化即可引起巨大測(cè)量誤差，因此需要精密的接口電路；液體電導(dǎo)率會(huì)隨著液體溫度的變化而變化，因此需要進(jìn)行溫度補(bǔ)償。目前的微機(jī)電系統(tǒng)電導(dǎo)率傳感器的接口電路，基本上都是采用交流電流作為輸入驅(qū)動(dòng)信號(hào)，交流電壓作為輸出信號(hào)。在獲取計(jì)算值方面，大致分為兩種方法。一種方法是對(duì)輸出電壓進(jìn)行三參數(shù)正弦擬合，從而得到正弦電壓輸出的幅度、相位和直流偏移。根據(jù)輸入電流的幅度和輸出電壓的幅度即可計(jì)算出電導(dǎo)率的值。該方法的缺陷在于，正弦信號(hào)的處理算法較為復(fù)雜，需要在電路中增加數(shù)字信號(hào)處理模塊，提高了系統(tǒng)的復(fù)雜度。另一種方法是采用峰值檢測(cè)器獲取輸入電流和輸出電壓的峰值，根據(jù)兩者峰值計(jì)算電導(dǎo)率的值。該方法的缺陷在于抗干擾能力不強(qiáng)，干擾信號(hào)很有可能被峰值檢測(cè)器獲取而作為計(jì)算值，從而影響電導(dǎo)率的準(zhǔn)確性。因此，現(xiàn)有技術(shù)中用于微機(jī)電系統(tǒng)電導(dǎo)率傳感器的接口電路有待改進(jìn)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，針對(duì)上述問題，提供一種微機(jī)電系統(tǒng)電導(dǎo)率傳感器的接口電路，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，并提高測(cè)量的準(zhǔn)確度。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:—種微機(jī)電系統(tǒng)電導(dǎo)率傳感器的接口電路，包括電流模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、直流轉(zhuǎn)換模塊、溫度補(bǔ)償模塊和數(shù)據(jù)采集模塊；電流模塊與電導(dǎo)率傳感器的輸入端連接；信號(hào)調(diào)理模塊與電導(dǎo)率傳感器的輸出端連接；直流轉(zhuǎn)換模塊與信號(hào)調(diào)理模塊連接；溫度補(bǔ)償模塊與電導(dǎo)率傳感器的被測(cè)液體連接；數(shù)據(jù)采集模塊與直流轉(zhuǎn)換模塊和溫度補(bǔ)償模塊連接；數(shù)據(jù)采集模塊還與電流模塊連接。所述電流模塊包括相互連接的電流源芯片和開關(guān)芯片。所述電流源芯片為L(zhǎng)T3092芯片，所述開關(guān)芯片為ADG884BRMZ芯片。[0016]所述信號(hào)調(diào)理模塊包括相互連接的低通濾波器和儀器放大器。所述直流轉(zhuǎn)換模塊包括一均方根-直流轉(zhuǎn)換電路。所述均方根-直流轉(zhuǎn)換電路包括AD637JRZ芯片。所述溫度補(bǔ)償模塊包括依次串聯(lián)的一分壓電阻和一鉬熱電阻，所述鉬熱電阻還與溫度補(bǔ)償模塊的輸出端連接。所述數(shù)據(jù)采集模塊包括相互連接的采集轉(zhuǎn)換單元和數(shù)據(jù)收發(fā)單元。所述采集轉(zhuǎn)換單元包括ADy C841芯片和連接于AD μ C841芯片外部的外圍電路。所述數(shù)據(jù)收發(fā)單元包括ΜΑΧ3232芯片和連接于ΜΑΧ3232芯片外部的外圍電路。本實(shí)用新型提供的微機(jī)電系統(tǒng)電導(dǎo)率傳感器的接口電路，為電導(dǎo)率傳感器提供交流驅(qū)動(dòng)電流，并使用均方根-直流轉(zhuǎn)換電路將交流電壓輸出轉(zhuǎn)換為直流電壓輸出，根據(jù)輸入的交流電流和輸出的直流電壓計(jì)算電導(dǎo)率值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的微機(jī)電系統(tǒng)電導(dǎo)率傳感器的接口電路更加便于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理；既不需要進(jìn)行正弦擬合運(yùn)算，又能全面真實(shí)反映電導(dǎo)率傳感器輸出電壓的值，極大地降低了算法的復(fù)雜度，精簡(jiǎn)了接口電路的構(gòu)成，在降低系統(tǒng)的復(fù)雜度的同時(shí)，大大提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的接口電路的功能模塊示意圖。圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例的接口電路的電流模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例的接口電路的信號(hào)調(diào)理模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例的接口電路的直流轉(zhuǎn)換模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例的接口電路的溫度補(bǔ)償模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。圖6為本實(shí)用新型實(shí)施例的接口電路的數(shù)據(jù)采集模塊的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種微機(jī)電系統(tǒng)電導(dǎo)率傳感器的接口電路包括電流模塊1、信號(hào)調(diào)理模塊2、直流轉(zhuǎn)換模塊3、溫度補(bǔ)償模塊4和數(shù)據(jù)采集模塊5。電流模塊I與電導(dǎo)率傳感器的輸入端連接，用于為電導(dǎo)率傳感器提供電流驅(qū)動(dòng)信號(hào);信號(hào)調(diào)理模塊2與電導(dǎo)率傳感器的輸出端連接，用于對(duì)電導(dǎo)率傳感器的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波和放大處理；直流轉(zhuǎn)換模塊3與信號(hào)調(diào)理模塊2連接，用于將信號(hào)調(diào)理模塊2處理后輸出的交流信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)；溫度補(bǔ)償模塊4與電導(dǎo)率傳感器的被測(cè)液體連接，用于將被測(cè)液體的溫度變化轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)變化的電信號(hào)；數(shù)據(jù)采集模塊5與直流轉(zhuǎn)換模塊3和溫度補(bǔ)償模塊4連接，用于收集直流轉(zhuǎn)換模塊3和溫度補(bǔ)償模塊4輸出的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)采集模塊5還與電流模塊I連接，用于向電流模塊I提供時(shí)鐘信號(hào)。具體地，電流模塊I的第一輸出端11和第二輸出端12分別連接到電導(dǎo)率傳感器的兩個(gè)輸入電極，電流模塊I產(chǎn)生幅值為0.5mA的交流方波電流，作為電流驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加在電導(dǎo)率傳感器的兩個(gè)輸入電極。數(shù)據(jù)采集模塊5產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)，從時(shí)鐘信號(hào)輸出端53發(fā)送到電流模塊I的時(shí)鐘信號(hào)接收端13，用于控制交流方波電流的頻率。信號(hào)調(diào)理模塊2的第一輸入端21和第二輸入端22分別連接于電導(dǎo)率傳感器的兩個(gè)輸出電極,信號(hào)調(diào)理模塊2將電導(dǎo)率傳感器輸出的差分電壓信號(hào)進(jìn)行濾波和放大后，從交流輸出端23輸出到直流轉(zhuǎn)換模塊3的交流輸入端31。直流轉(zhuǎn)換模塊3將交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)，從直流輸出端32輸出到數(shù)據(jù)米集模塊5的第一米集輸入端51。同時(shí),溫度補(bǔ)償模塊4將被測(cè)液體的溫度變化轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)變化的電信號(hào)后，從溫度信號(hào)輸出端41發(fā)送至數(shù)據(jù)采集模塊5的第二采集輸入端52。數(shù)據(jù)采集模塊5把從直流轉(zhuǎn)換模塊3和溫度補(bǔ)償模塊4收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將結(jié)果通過采集輸出端總線54上傳到外部連接的上位機(jī)。如圖2所示，本實(shí)用新型實(shí)施例中的電流模塊I由凌力爾特公司生產(chǎn)的LT3092電流源芯片和亞德諾半導(dǎo)體技術(shù)公司生產(chǎn)的ADG884BRMZ開關(guān)芯片組成，兩塊芯片相互連接，可產(chǎn)生±0.5mA的交流方波電流。LT3092芯片是一款兩端電流源，只需兩個(gè)電阻器就可以設(shè)定0.5mA至200mA的輸出電流。ADG884BRMZ芯片是一款低壓COMS器件，包括兩個(gè)獨(dú)立的單刀雙擲開關(guān)，該器件具有小于0.4Ω的超低導(dǎo)通電阻。具體地，5V的驅(qū)動(dòng)電壓Vdd分別連接到LT3092芯片的IN引腳和ADG884BRMZ芯片的VDD引腳。LT3092芯片的SET引腳經(jīng)過第一電阻R17連接到ADG884BRMZ芯片的SlA弓丨腳和S2B引腳，OUT引腳經(jīng)過第二電阻R16連接到ADG884BRMZ芯片的SlA引腳和S2B引腳；LT3092芯片的TAB引腳與OUT引腳連接。ADG884BRMZ芯片的SlB引腳、S2A引腳和GND引腳接地；ADG884BRMZ芯片的INl引腳和IN2引腳相連接，作為電流模塊I的時(shí)鐘信號(hào)接收端13。在同一時(shí)鐘信號(hào)的控制下，ADG884BRMZ芯片的Dl引腳和D2引腳分別作為電流模塊I的第一輸出端11和第二輸出端12,向電導(dǎo)率傳感器輸出交流方波電流。電流模塊I的輸出電流幅值是由第一電阻R17和第二電阻R16的阻值共同決定的。本實(shí)用新型實(shí)施例 中，選取第一電阻R17的阻值為20kQ，第二電阻R16的阻值為400 Ω。則所述電流模塊I的輸出電流幅值:
權(quán)利要求1.一種微機(jī)電系統(tǒng)電導(dǎo)率傳感器的接口電路，其特征在于，包括電流模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、直流轉(zhuǎn)換模塊、溫度補(bǔ)償模塊和數(shù)據(jù)采集模塊； 電流模塊與電導(dǎo)率傳感器的輸入端連接； 信號(hào)調(diào)理模塊與電導(dǎo)率傳感器的輸出端連接； 直流轉(zhuǎn)換模塊與信號(hào)調(diào)理模塊連接； 溫度補(bǔ)償模塊與電導(dǎo)率傳感器的被測(cè)液體連接； 數(shù)據(jù)采集模塊與直流轉(zhuǎn)換模塊和溫度補(bǔ)償模塊連接； 數(shù)據(jù)采集模塊還與電流模塊連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口電路，其特征在于，所述電流模塊包括相互連接的電流源芯片和開關(guān)芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的接口電路，其特征在于，所述電流源芯片為L(zhǎng)T3092芯片，所述開關(guān)芯片為ADG884BRMZ芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口電路，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)理模塊包括相互連接的低通濾波器和儀器放大器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口電路，其特征在于，所述直流轉(zhuǎn)換模塊包括一均方根-直流轉(zhuǎn)換電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的接口電路，其特征在于，所述均方根-直流轉(zhuǎn)換電路包括AD637JRZ 芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口電路，其特征在于，所述溫度補(bǔ)償模塊包括依次串聯(lián)的一分壓電阻和一鉬熱電阻，所述鉬熱電阻還與溫度補(bǔ)償模塊的輸出端連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口電路，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括相互連接的采集轉(zhuǎn)換單元和數(shù)據(jù)收發(fā)單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接口電路，其特征在于，所述采集轉(zhuǎn)換單元包括ADμ C841芯片和連接于AD μ C841芯片外部的外圍電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的接口電路，其特征在于，所述數(shù)據(jù)收發(fā)單元包括ΜΑΧ3232芯片和連接于ΜΑΧ3232芯片外部的外圍電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種微機(jī)電系統(tǒng)電導(dǎo)率傳感器的接口電路，包括電流模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、直流轉(zhuǎn)換模塊、溫度補(bǔ)償模塊和數(shù)據(jù)采集模塊；電流模塊與電導(dǎo)率傳感器的輸入端連接，信號(hào)調(diào)理模塊與電導(dǎo)率傳感器的輸出端連接，直流轉(zhuǎn)換模塊與信號(hào)調(diào)理模塊連接，溫度補(bǔ)償模塊與電導(dǎo)率傳感器的被測(cè)液體連接，數(shù)據(jù)采集模塊與直流轉(zhuǎn)換模塊和溫度補(bǔ)償模塊連接，數(shù)據(jù)采集模塊還與電流模塊連接。本實(shí)用新型提供的微機(jī)電系統(tǒng)電導(dǎo)率傳感器的接口電路更加便于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理；既不需要進(jìn)行正弦擬合運(yùn)算，又能全面真實(shí)反映電導(dǎo)率傳感器輸出電壓的值，極大地降低了算法的復(fù)雜度，精簡(jiǎn)了接口電路的構(gòu)成，在降低系統(tǒng)的復(fù)雜度的同時(shí)，大大提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度。
文檔編號(hào)H03K19/0175GK202998053SQ20122069428
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月14日
發(fā)明者唐觀榮, 陳秋蘭, 杜如虛, 邸思, 金建, 陳賢帥 申請(qǐng)人:廣州中國(guó)科學(xué)院先進(jìn)技術(shù)研究所