七电极电导率传感器测量电路设计与实现

选取亚德诺半导体公司的一款差分驱动器，用于输入范围最大为±10 V的16～18位ADC.它采用易于使用的单端至差分配置，无需外部元件就能驱动ADC，同时提供驱动最高18位分辨率ADC所需的低失真和高信噪比（SNR）等重要特性，广泛用于驱动包括工业仪器仪表等各种应用中的ADC.该差分驱动器在精度和驱动能力上能满足本电路的需要。

本电路设计的核心思想之一就是高速采样去还原信号本身的特点，避免因不必要的模拟信号的调理引入误差，所以A/D的选择对于电路的整体性能起着重要的作用。

图6是A/D采集电路的示意图，其中并行通信端口负责向微处理器传输数据，VIN+、VIN-是模拟信号输入端口，VREF是5 V基准。

该A/D不仅能满足电路对于精度和速度的要求，并且能够产生5 V基准提供给D/A，实现驱动和采集使用相同的基准，即使基准因温漂等产生了微小的变化，也不会对采样结果产生影响，避免了因基准不稳定造成的误差。

3测量数据分析及标定

在数据处理方面，首先对单个周期内的波形进行Ⅳ次采样，之后用得到的A/D值计算出每个驱动周期内的平均A/D值；在采集M个周期后，对M个平均后的A/D值做FFT，求出直流分量即为拟合用A/D值。用FFT可以较好地滤除噪音对采样结果的影响。在本次标定过程中，每个周期内有128个采样点，对32个周期的平均A/D值进行FFT变换。

在标定过程中，首先用采集到的拟合A/D值和对应的电导率值，利用最小二乘法进行拟合，得到求电导率的公式，最后进行测量和复检。拟合公式如下

C=a0+a1×D+a2×D2+a3×D3 （1）

其中，c为电导率；D是A/D值；a0、a1、a2、a3是拟合系数。

在标定的过程中，采用海鸟公司的温盐深仪（CTD）作为对比，直接对电导率进行读取，相对于传统测盐度温度进行电导率测量，这样更方便快捷，多用于对实验阶段仪器的标定，得到行业内的认同。文中分别对35℃，25℃，15℃，5℃的海水电导率进行测量。实验结果见表1～表2所示。

通过标定和复检可以发现，在25℃，15℃，5℃，0℃的4点效果较好，最大误差在0.005 mS.cm-1以下，但在高温35℃点误差较大，拟合误差达到了0.018 mS.cm-1，原因可能是在高温点某些模拟器件进入了非线性区，或者是由于传感器本身的物理特性在高温点存在一些不足。

4结束语

设计了一款七电极电导率传感器测量电路，并进行了标定和复检验证了电路的稳定性和高精度。在设计过程中，主要利用了减少模拟电路、直接对原始信号采样进行处理的思想，使电路本身更加稳定和可靠，避免因为一些不必要的处理引入新的噪声，从而提高了系统的测量精度。