【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及传感器，具体而言，涉及一种电导率传感器灵敏度提升电路及参数设计方法。
技术介绍
1、电导率传感器作为高压直流输电系统中换流阀冷却系统的五大关键传感器之一，承担着对冷却水电导率的精准监测任务。其核心功能在于检测冷却水中的离子浓度，确保该浓度不超过设定标准，以防止因离子过量导致水垢的生成。水垢的形成会严重影响换流阀的散热效率，从而对整个系统的运行稳定性造成潜在威胁。目前，在高压直流阀冷却系统中，电极式电导率传感器仍是主要应用形式。
2、电极式电导率传感器通过在两个电极之间施加电压，并测量通过的电流来计算冷却水的电导率。由于电流的大小直接与水中离子的浓度成正比，因此测量电极必须与冷却水直接接触。然而，这种直接接触的方式不可避免地导致电极在长期使用中逐渐受到腐蚀，进而影响传感器的测量精度，并缩短其使用寿命。尤其在高腐蚀性或高温环境下，电极的劣化速度加快，导致传感器的维护成本增加，且可能无法持续提供精确的电导率测量数据。
3、为解决电极式传感器的局限性，感应式电导率传感器成为一种替代方案。感应式电导率传感器基于电磁感应原理工作，通过在电感线圈中产生的交变磁场，测量感应电压的变化以确定冷却水的电导率。感应电压与冷却水的电导率呈线性关系，因此无需与冷却水直接接触。该类传感器的探头通常由耐腐蚀材料密封，这不仅有效防止了电极腐蚀问题，还显著提升了传感器的耐用性和长期稳定性。
4、然而，感应式电导率传感器的输出信号较电极式传感器弱得多，这主要是因为电磁感应信号在传输过程中容易受到衰减和噪声干扰。因此
5、基于此，本专利技术提出了一种基于宽频阻抗匹配网络的电导率传感器灵敏度提升电路及参数设计方法。通过对感应式电导率传感器进行宽频段的阻抗匹配，能够在不同频率下显著增强感应信号的强度。此方法不仅改善了传感器的灵敏度，还提高了其对各种环境条件的适应能力这一创新设计在不增加制造成本的情况下，显著扩展了感应式电导率传感器的应用范围，尤其适用于对高精度和高可靠性要求较高的工业环境和科学研究领域。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供了一种电导率传感器灵敏度提升电路及参数设计方法，用以解决现有技术中存在的上述问题。
2、本专利技术实施例提供了一种电导率传感器灵敏度提升电路的参数设计方法，所述方法包括：
3、步骤s1：根据感式电导率传感器的结构参数，构建出传感器的等效电路，计算传感器的等效阻抗；其中，传感器的等效电路参数计算公式为：
4、
5、zs＝rm+jωlm (4)
6、
7、其中，l为感式电导率传感器线圈的电感，r为等线圈电阻，m12为初级线圈与水之间的互感，m34为水与次级线圈之间的互感，μ0为真空磁导率，μr为传感器磁环的磁导率，n为磁心线圈匝数，h为磁心厚度，r1为磁心内径，r2为磁心外径，ρ为线圈的电阻率，l为线圈长度，s为线圈的截面积；l1为初级线圈的电感，l2和l3为水的等效电感，l4为次级线圈的电感；zs为等效阻抗，rm为电路等效电阻，lm为电路等效电感，rs为水的等效电阻；ω为角频率；
8、步骤s2：根据传感器的等效阻抗以及补偿的频率范围，计算出宽频阻抗匹配网络中的补偿电容，补偿电容值包括串联匹配电容cs和并联匹配电容cp；宽频阻抗匹配网络的补偿电容计算公式为：
9、ω＝2πf (7)
10、
11、其中，cs为串联匹配电容，cp为并联匹配电容，f为宽频补偿值；f在f1和f2之间，f1为宽频补偿范围的下限，f2为宽频补偿范围的上限；
12、步骤s3：使用感式电导率传感器的灵敏度和线性度作为评价指标，根据评价指标综合评价加入阻抗匹配网络进行宽频补偿之后的感式电导率传感器的输出性能；其中，定义传感器的灵敏度和线性度的计算方法为：
13、
14、其中，sens为传感器的灵敏度，line为传感器的线性度，cond1为电导率传感器测量范围的下限，cond2为传感器测量范围的上限，uout(cond2)是输入为cond2的传感器的输出响应函数，uout(cond1)是输入为cond1的传感器的输出响应函数；δymax为传感器校准曲线与拟合直线间的最大偏差，y为传感器满量程输出；sens和line是关于电导率传感器工作频率的函数；
15、步骤s4：综合考虑传感器的线性度和灵敏度，对两个指标进行权值加权，获得整体性能最优的性能评价函数；性能评价函数为：
16、
17、其中，为整体评估指标，α1为电导率传感器灵敏度的权值，α2为电导率传感器线性度的权值；将传感器输出的线性度和灵敏度进行归一化处理，和分别为归一化处理之后的灵敏度和线性度；
18、步骤s5：将整体性能评价函数的权值和传感器工作频率通过粒子群算法进行优化。粒子群算法优化整体性能评价函数的权值和工作频率为：
19、
20、其中，为粒子群第t+1时刻的速度；为粒子群第t时刻的速度；wpso为非负数的惯性因子；为调整局部最优值的参数；为[0,1]范围内的随机数；为粒子群第t时刻的局部最优位置；为粒子群第t时刻的位置；为调整全局最优值的参数；为[0,1]范围内的随机数；为粒子群第t时刻的全局最优位置；为第t+1时刻的位置。
21、可选的，所述方法还包括：
22、若整体性能评价函数没有获得最优值，则重复步骤s5；若整体性能评价函数获得最优值，则得到传感器在综合考虑传感器灵敏度提升和线性度损失情况下最优工作频率。
23、本专利技术实施例还提供了一种电导率传感器灵敏度提升电路的参数设计方法，所述方法包括：
24、确定传感器的关键结构参数，包括线圈绕组数、磁心尺寸；
25、构建电容补偿模块，对传感器的电导率特性进行频率补偿，并推导出传感器的灵敏度和线性度指标；
26、生成灵敏度和线性度的权值综合评价指标，作为评估传感器整体性能的依据；
27、应用粒子群优化算法对该评价指标进行优化求解，以找到性能最优的参数组合；
28、通过判断是否达到最优状态，最终确定传感器的最佳灵敏度、线性度及工作频率。
29、本专利技术实施例还提供了一种电导率传感器灵敏度提升电路，应用于上述的电导率传感器灵敏度提升电路的参数设计方法；所述电导率传感器灵敏度提升电路包括初级线圈绕组的电阻、次级线圈的电阻、冷却水的等效电阻、初级线圈的自感、次级线圈的自感；其中，
30、将冷却水等效为一匝线圈绕在磁心上，即与初级磁心上的电感l2和次级磁心上的电感l3等效；初级线圈与冷却水、冷却水与次级线圈之间存在互感m12、m34。
31、可选的，所述基于宽频阻抗匹配的电导率本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电导率传感器灵敏度提升电路的参数设计方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的电导率传感器灵敏度提升电路的参数设计方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.一种电导率传感器灵敏度提升电路的参数设计方法，其特征在于，所述方法包括：
4.一种电导率传感器灵敏度提升电路，其特征在于，应用于权利要求1的所述的电导率传感器灵敏度提升电路的参数设计方法；所述电导率传感器灵敏度提升电路包括初级线圈绕组的电阻、次级线圈的电阻、冷却水的等效电阻、初级线圈的自感、次级线圈的自感；其中，
5.根据权利要求4所述的电导率传感器灵敏度提升电路，其特征在于，所述电导率传感器灵敏度提升电路还包括阻抗匹配网络；
【技术特征摘要】
1.一种电导率传感器灵敏度提升电路的参数设计方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的电导率传感器灵敏度提升电路的参数设计方法，其特征在于，所述方法还包括：
3.一种电导率传感器灵敏度提升电路的参数设计方法，其特征在于，所述方法包括：
4.一种电导率传感器灵敏度提升电路，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：李阳，薛佳琦，徐宏争，李有有，禹晋云，余荣兴，王电处，赵银山，李子由，刘志强，郭纯海，高雨杰，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司超高压输电公司大理局，
类型：发明
国别省市：
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