过程工业中存在大量参数需要测量,但是往往很多信号比较微弱,难以用传统测量方法直接获得,这就需要研究微弱信号检测技术。因为很多参数的测量可以通过检测相应的电容或电导值来间接实现,所以研究微弱电容/电导检测技术在过程工业中的应用具有重要意义。 本文对微弱信号检测技术进行了研究,并尝试将微弱电容/电导检测技术应用于过程工业中。主要工作如下: 1.基于电荷转移法的测量原理,研制了一套微弱电容测量系统。该系统能有效抑制杂散电容对测量结果的影响,而且电路实现方式简单。开关控制信号由专门的电路产生;时序控制完全通过硬件电路实现,不需要软件参与;测量电路可直接输出与电容值相对应的电压值;而且通过跳线可实现选频,以满足不同应用场合对于测量频率的要求。本文将电容测量技术应用于雷公藤多苷柱层析工段,对溶液的电容值和雷公藤内酯醇及雷公藤内酯二醇含量之间的关系进行了分析,采用电容测量结果来指示溶液中雷公藤内酯醇及雷公藤内酯二醇的含量,实现了雷公藤多苷柱层析工段的在线监控。设计的电容在线检测系统能够准确地指导前段的结束,有效地控制雷公藤内酯醇在多苷中的含量,并使得中段可以提前4-6小时开始,从而把雷公藤多苷的收率从原来的27.5‰提高到约28.5‰。 2.研究了基于双极性脉冲电流激励原理的微弱电导测量技术。该方法由于激励源正负周期电平幅值相等,极性相反,避免了采用直流激励时易产生的电极极化现象。又由于在激励的任一半个周期内,电极可以看作受到直流信号的激励,检测电极上直接输出直流信号,省去了传统交流激励方式中复杂费时的信号处理环节,可以满足某些对于实时性要求较高的应用场合。该测量技术采用四电极测量方式,既可以测量溶液的单点电导率,又可以通过改进传感器,实现溶液多点电导率的测量。本文将该测量技术应用于16电极的电阻层析成像系统,在不同电极对上依次施加双极性脉冲电流,然后测量其它电极对上的电压信号,采用合适的图像重建算法获得了反映被测介质分布的截面图像。实验表明,基于该原理的ERT技术是可行有效的。在115.2Kbps的波特率下,系统实时成像的速度大约为每秒20幅;若不进行实时成像,数据采集速度大约为每秒80幅。同时电荷释放电路的引入提高了系统的稳定性和分辨率。