本發(fā)明涉及水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及一種用于水質(zhì)監(jiān)測的信號放大電路系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科技的飛速發(fā)展，我國人口的不斷增加，城市數(shù)量與規(guī)模的迅速增加與擴張，城市生活污水問題日益嚴重。這種狀況制約了農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及人們的日常生活。水質(zhì)監(jiān)測作為一種行業(yè)也迅速崛起?，F(xiàn)今在進行水質(zhì)監(jiān)測時通常配備有水質(zhì)監(jiān)測終端，水質(zhì)監(jiān)測終端通過水質(zhì)傳感器對現(xiàn)場待測水體的水質(zhì)數(shù)據(jù)進行采樣，然后對水質(zhì)數(shù)據(jù)進行分析處理?，F(xiàn)有水質(zhì)監(jiān)測終端水質(zhì)傳感器探測到的信號輸出時較微弱，不便于水質(zhì)監(jiān)測終端做出相應(yīng)的判斷，大大影響到水質(zhì)監(jiān)測的準確性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題，并提供至少后面將說明的優(yōu)點。

本發(fā)明還有一個目的是提供一種能對水質(zhì)傳感器探測到的信號進行可調(diào)范圍的放大，水質(zhì)傳感器的微弱信號放大可靠，抗干擾能力強，提高水質(zhì)監(jiān)測終端數(shù)據(jù)準確性的用于水質(zhì)監(jiān)測的信號放大電路系統(tǒng)。

為了實現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點，提供了一種用于水質(zhì)監(jiān)測的信號放大電路系統(tǒng)，其中，水質(zhì)傳感器信號輸出端與水質(zhì)監(jiān)測終端連接，其特征在于，包括：

前級放大電路，其與所述水質(zhì)傳感器信號輸出端連接，用于放大所述水質(zhì)傳感器探測到的信號并輸出，所述前級放大電路包括同相比例運算放大器；

后級放大電路，其與所述前級放大電路連接，用于放大經(jīng)所述前級放大電路放大的信號，所述后級放大電路包括反相比例運算放大器和第二電位器，所述第二電位器串聯(lián)于所述反相比例運算放大器的反相輸入端和所述反相比例運算放大器的輸出端之間，以調(diào)節(jié)所述后級放大電路對信號的放大倍數(shù)。

優(yōu)選的是，所述同相比例運算放大器的同相輸入端依次串聯(lián)第三電阻和第二電阻接地，所述第三電阻與所述第二電阻相連的一端連接于所述水質(zhì)傳感器信號輸出端；

所述同相比例運算放大器的輸出端依次串聯(lián)第四電阻和第一電阻接地，所述第四電阻與所述第一電阻相連的一端連接于所述同相比例運算放大器的反相輸入端。

優(yōu)選的是，

所述反相比例運算放大器的同相輸入端通過第八電阻接地；

所述反相比例運算放大器的輸出端通過所述第二電位器和第七電阻連接于所述同相比例運算放大器的輸出端，所述第二電位器與所述第七電阻相連的一端連接于所述反相比例運算放大器的反相輸入端。

優(yōu)選的是，還包括至少一個第九電阻，其串聯(lián)于所述反相比例運算放大器的反相輸入端、所述第二電位器、以及所述反相比例運算放大器的輸出端的串聯(lián)電路上。

優(yōu)選的是，所述同相比例運算放大器和所述反相比例運算放大器均與VCC連接，所述VCC設(shè)有電源濾波電路。

優(yōu)選的是，所述電源濾波電路包括第一濾波電路和第二濾波電路；

所述第一濾波電路具體為：第一電容與第三電容并聯(lián)，所述第一電容與所述第三電容相連的一端連接于所述VCC的正極輸出管腳，另一端接地；

所述第二濾波電路具體為：第二電容與第四電容并聯(lián)，所述第二電容與所述第四電容相連的一端連接于所述VCC的負極輸出管腳，另一端接地。

優(yōu)選的是，所述第三電容和所述第四電容為極性電容。

優(yōu)選的是，所述前級放大電路還包括第一電壓調(diào)零電路，具體為：

所述同相比例運算放大器第一調(diào)零端依次通過第五電阻、第一電位器和第六電阻與所述同相比例運算放大器第二調(diào)零端連接，所述第五電阻的電阻值等于所述第六電阻的電阻值。

優(yōu)選的是，所述后級放大電路包括第二電壓調(diào)零電路，具體為：

所述反相比例運算放大器第三調(diào)零端依次通過第十電阻、第三電位器和第十二電阻與所述反相比例運算放大器第四調(diào)零端連接，所述第十電阻的電阻值等于所述第十二電阻的電阻值。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：

第一、水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域，監(jiān)測項目常規(guī)的包括有溶解氧、pH、ORP、電導(dǎo)率、鹽度、總?cè)芙夤腆w、電阻、溫度、深度、濁度、葉綠素a、藍綠藻、硝酸根離子、氯離子、環(huán)境光和總?cè)芙鈿怏w等，采用水質(zhì)傳感器探測上述項目信號時，輸出的信號均較弱，在進行信號放大處理時，需要的放大倍數(shù)較大，易出現(xiàn)信號漂移和失真現(xiàn)象，如果采用單級放大，信號漂移會很大，使最終得到的信號不準，本發(fā)明采用將信號進行前級和后級共兩級放大的方法，可以使信號的放大倍數(shù)為兩級放大倍數(shù)相乘的結(jié)果，比如如果需要將信號放大100倍，那么可以將前級放大電路放大倍數(shù)和后級放大電路放大倍數(shù)均設(shè)為10倍，即可將信號放大至100倍，可以減小信號漂移，得到較準確的放大信號，一般不采用三級以上的直流放大，因為即使有調(diào)零，漂移也會太大。

第二、同相比例運算放大器是微弱信號放大的良好選擇，當(dāng)輸入電阻越時大，信號提供的電流就越小，可以放大更微弱的信號，由于水質(zhì)傳感器探測的水質(zhì)信號均較微弱，因此采用同相比例運算放大器進行前級放大；

第三、當(dāng)水質(zhì)傳感器輸出的信號經(jīng)前級放大電路放大后，可以采用反相比例運算放大器進行后級放大，反相比例運算放大器的抗干擾能力強，只存在差模信號，而無共模信號干擾，大大提高了信號放大的準確率；

第四、由于水質(zhì)傳感器探測的水質(zhì)信號種類繁多，固定的一種放大倍數(shù)無法滿足所有水質(zhì)信號的放大需求，因此在反相比例運算放大器上設(shè)有第二電位器，調(diào)節(jié)第二電位器，即可調(diào)整反相比例運算放大器的等效電阻值，從而調(diào)整反相比例運算放大器的放大倍數(shù)，再與前級放大電路結(jié)合，可以調(diào)整水質(zhì)信號的放大倍數(shù)，以適應(yīng)不同水質(zhì)信號放大倍數(shù)的需求；

第五、為了進一步的減少共模信號或差模信號的干擾，在同相比例運算放大器和反相比例運算放大器上均設(shè)有調(diào)零電路，對信號進行調(diào)零處理，以消除共模信號和差模信號的干擾，進一步提高水質(zhì)信號放大的準確性。

本發(fā)明的其它優(yōu)點、目標和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本發(fā)明的研究和實踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的電路連接示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。

如圖1所示，本發(fā)明提供一種用于水質(zhì)監(jiān)測的信號放大電路系統(tǒng)，包括：

前級放大電路，其與所述水質(zhì)傳感器1信號輸出端連接，用于放大所述水質(zhì)傳感器1探測到的信號并輸出，所述前級放大電路包括同相比例運算放大器2；

后級放大電路，其與所述前級放大電路連接，用于放大經(jīng)所述前級放大電路放大的信號，所述后級放大電路包括反相比例運算放大器3和第二電位器RP2，所述第二電位器RP2串聯(lián)于所述反相比例運算放大器3的反相輸入端和所述反相比例運算放大器3的輸出端之間，以調(diào)節(jié)所述后級放大電路對信號的放大倍數(shù)。

在上述技術(shù)方案中，現(xiàn)有技術(shù)中，是采用水質(zhì)傳感器1進行信號采集，并直接傳輸至水質(zhì)監(jiān)測終端4進行分析判斷，從而得到所測水質(zhì)的具體情況，比如水質(zhì)的溶解氧、pH、ORP、電導(dǎo)率、鹽度、總?cè)芙夤腆w、電阻、溫度、深度、濁度、葉綠素a、藍綠藻、硝酸根離子、氯離子、環(huán)境光和總?cè)芙鈿怏w等項目的情況，由于信號種類繁多，信號強度不一，通常從水質(zhì)監(jiān)測終端4得到的某些數(shù)據(jù)會不準確；

因此在水質(zhì)傳感器1與水質(zhì)監(jiān)測終端4之間設(shè)置兩級放大電路，先將水質(zhì)傳感器1的信號輸出端與前級放大電路連接，使水質(zhì)傳感器1探測到的水質(zhì)信號，比如pH信號、比如溫度信號，進行第一次放大，放大倍數(shù)均大于1，得到放大的pH信號或溫度信號，再將前級放大電路的輸出端連接到后級放大電路的輸入端，使經(jīng)前級放大電路放大后的信號，比如上述放大后的pH值信號或溫度信號，可以輸入至后級放大電路進行第二次放大，因為是在第一次放大的基礎(chǔ)上的再次放大，因此放大倍數(shù)為兩級放大電路各自放大倍數(shù)相乘的結(jié)果，如此可以利用兩個小放大倍數(shù)的放大電路得到遠大于單個放大電路的放大倍數(shù)；

后級放大電路中，第二電位器RP2串聯(lián)于反相比例運算放大器3的反相輸入端和反相比例運算放大器3的輸出端之間，使得第二電位器RP2的阻值成為整個反相比例運算放大器3的等效阻值的計算公式的元素之一，對等效阻值有較大貢獻，因此調(diào)節(jié)第二電位器RP2，即可調(diào)整反相比例運算放大器3的等效電阻值，從而調(diào)整反相比例運算放大器3的放大倍數(shù)，也就可以調(diào)整整個后級放大電路的放大倍數(shù)，由于后級放大電路放大的信號，比如pH信號或溫度信號均是經(jīng)前級放大電路放大后的信號，因此只需要微調(diào)，即可得使整個放大電路對信號的放大倍數(shù)進行較大范圍的調(diào)整，可以適應(yīng)多種水質(zhì)信號對放大倍數(shù)的需求。

在另一種技術(shù)方案中，所述同相比例運算放大器2的同相輸入端依次串聯(lián)第三電阻R3和第二電阻R2接地，所述第三電阻R3與所述第二電阻R2相連的一端連接于所述水質(zhì)傳感器1信號輸出端；

所述同相比例運算放大器2的輸出端依次串聯(lián)第四電阻R4和第一電阻R1接地，所述第四電阻R4與所述第一電阻R1相連的一端連接于所述同相比例運算放大器2的反相輸入端。

在上述技術(shù)方案中，運算放大器是具有很高放大倍數(shù)的電路單元，在實際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊，它是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器，大部分的運算放大器是以單芯片的形式存在，芯片內(nèi)部的電路通常都是直接耦合的，它能夠自動調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點，但是，如果某個輸入引腳被直接接到了電源或者地，它的自動調(diào)節(jié)功能就不正常了，因為芯片內(nèi)部的晶體管無法抬高地線的電壓，也無法拉低電源的電壓，這就導(dǎo)致芯片不能滿足虛短或虛斷的條件，如果沒有實現(xiàn)虛短或虛斷，那么運算放大器對信號的放大倍數(shù)無法確定，因此采用在同相比例運算放大器2的兩個輸入端分別通過一確定電阻值的電阻接地，可以精準的確定對信號的放大倍數(shù)的設(shè)計，尤其是對于水質(zhì)傳感器1控測的水質(zhì)信號，由于較變化無常，強度不一，需要經(jīng)過發(fā)明人多次測算，重復(fù)認證，精心設(shè)計方可確定。

在另一種技術(shù)方案中，所述反相比例運算放大器3的同相輸入端通過第八電阻R8接地；

所述反相比例運算放大器3的輸出端通過所述第二電位器RP2和第七電阻R7連接于所述同相比例運算放大器2的輸出端，所述第二電位器RP2與所述第七電阻R7相連的一端連接于所述反相比例運算放大器3的反相輸入端。反相比例運算放大器3的輸入端通過第八電阻R8接地，與上一技術(shù)方案原理類似，在此不再贅述，反相比例運算放大器3的輸出端通過第二電位器RP2和第七電阻R7連接于所述同相比例運算放大器2的輸出端，使信號從反相比例運算放大器3的反相輸入端輸入，得到放大，放大倍數(shù)是由第二電位器RP2與第七電阻R7的電阻值比值決定，當(dāng)調(diào)節(jié)第二電位器RP2時，即可調(diào)整反相比例運算放大器3對信號的放大倍數(shù)。

在另一種技術(shù)方案中，還包括至少一個第九電阻R9，其串聯(lián)于所述反相比例運算放大器3的反相輸入端、所述第二電位器RP2、以及所述反相比例運算放大器3的輸出端的串聯(lián)電路上。第二電位器RP2串聯(lián)于所述反相比例運算放大器3的反相輸入端和所述反相比例運算放大器3的輸出端之間，構(gòu)成了反相比例運算放大器3的反饋電路，在第二電位器RP2上串聯(lián)一第九電阻R9，可以防止第二電位器RP2調(diào)節(jié)至電阻為零時，反饋電路上的電阻值不為零，如果反饋電路上的電阻值太小，不能滿足高輸入阻抗的需求，由于水質(zhì)傳感器1控測的信號，多種多樣，為了適應(yīng)水質(zhì)信號的不同需求，需要串聯(lián)一固定電阻，使反相比例運算放大器3的調(diào)整是在一固定電阻值的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的，保證了信號輸出的穩(wěn)定性，在此處也可以串聯(lián)多個電阻，阻值相等或不等均可，阻值不等時，例如圖1示出的串聯(lián)的第九電阻R9與第十一電阻R11。

在另一種技術(shù)方案中，所述同相比例運算放大器2和所述反相比例運算放大器3均與VCC連接，所述VCC設(shè)有電源濾波電路。在電子電路中，VCC是電路的供電電壓，VCC通常是整流后的直流電壓，電路的輸出電壓不是純粹的直流，為獲得比較理想的直流電壓，需要利用具有儲能作用的電抗性元件比如電容、比如電感組成的濾波電路來濾除整流電路輸出電壓中的脈動成分以獲得直流電壓，以避免VCC中交流信號對水質(zhì)信號的影響。

在另一種技術(shù)方案中，所述電源濾波電路包括第一濾波電路和第二濾波電路；

所述第一濾波電路具體為：第一電容C1與第三電容C3并聯(lián)，所述第一電容C1與所述第三電容C3相連的一端連接于所述VCC的正極輸出管腳+VCC，另一端接地；

所述第二濾波電路具體為：第二電容C2與第四電容C4并聯(lián)，所述第二電容C2與所述第四電容C4相連的一端連接于所述VCC的負極輸出管腳-VCC，另一端接地。本發(fā)明采用電容組成的濾波電路來濾除整流電路輸出電壓中的脈動成分以獲得直流電壓，并聯(lián)的電容器在輸入電壓升高時，給電容器充電，可把部分能量存儲在電容器中，而當(dāng)輸入電壓降低時，電容兩端電壓以指數(shù)規(guī)律放電，就可以把存儲的能量釋放出來，經(jīng)過濾波電路的負載放電，網(wǎng)域上得到的輸出電壓就比較平滑，起到了平波作用。

在另一種技術(shù)方案中，所述第三電容C3和所述第四電容C4為極性電容。極性電容容量大，且耐高壓，可以節(jié)約空間，如果采用無極性電容的話，那么放大電路的電源部分需要占用很大的空間，比如，如果在電視機里電源部分用金屬氧化膜電容器做濾波的話，而且要達到濾波要求的電容器容量和耐高壓，機殼內(nèi)恐怕也就只能裝個電源了，金屬氧化膜電容器即為無極性電容。

在另一種技術(shù)方案中，所述前級放大電路還包括第一電壓調(diào)零電路，具體為：

所述同相比例運算放大器2第一調(diào)零端依次通過第五電阻R5、第一電位器RP1和第六電阻R6與所述同相比例運算放大器2第二調(diào)零端連接，所述第五電阻R5的電阻值等于所述第六電阻R6的電阻值。由于運算放大器不可能是真正的理想運算放大器，因此信號輸入為零時，其輸出不可能也為零，因此需要進行電壓調(diào)零，在運算放大器上另外接入電壓調(diào)零電路，使得當(dāng)運算放大器的輸入為零時，輸出也為零，當(dāng)有信號輸入運算放大器時，輸出是從零開始變化，以減小差模信號或共模信號的干擾，提高信號經(jīng)放大后的準確性；調(diào)零電路最好對稱設(shè)置，使第一電位器RP1設(shè)于電路中央，并盡量靠近運算放大器調(diào)零端，這樣可使引線盡量縮短，第五電阻R5和第六電阻R6電阻值相等，使得調(diào)整第一電位器RP1時，是在其兩邊均有電阻的基礎(chǔ)上調(diào)整的，減小波動，水質(zhì)信號本身微弱，如此可以最大范圍的減少其它外界因素干擾，進一步保證水質(zhì)信號經(jīng)放大后的準確性。

在另一種技術(shù)方案中，所述后級放大電路包括第二電壓調(diào)零電路，具體為：

所述反相比例運算放大器3第三調(diào)零端依次通過第十電阻R10、第三電位器RP3和第十二電阻R12與所述反相比例運算放大器3第四調(diào)零端連接，所述第十電阻R10的電阻值等于所述第十二電阻R12的電阻值。在反相比例運算放大器3中接入電壓調(diào)零電路，與上一技術(shù)方案原理類似，在此不再贅述。

盡管本發(fā)明的實施方案已公開如上，但其并不僅僅限于說明書和實施方式中所列運用，它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域，對于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實現(xiàn)另外的修改，因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細節(jié)和這里示出與描述的圖例。