專利名稱：一種線圈纏繞式電子感應水處理電路及其水處理方法
技術領域：
本發明屬于電子感應水處理領域，更具體地說，涉及ー種集防垢、除垢、防腐、殺菌及水質凈化等多功能于一體的線圈纏繞式電子感應水處理器及其水處理方法。
背景技術：
管道經污水長時間地侵蝕，會使內壁結垢從而腐蝕管道內壁甚至滋生微生物，影響水系統的正常運行和人體健康。長期以來，人們對水垢的組成、預防以及水的軟化進行了大量的研究，找到了不同的防垢、除垢方法，歸納起來主要有化學方法和物理方法兩大類。化學方法包括堿沉淀法、投加阻垢劑法和離子交換法等。物理方法包括水電解法、磁化法、超聲波法和無線電頻率照 射法。這些方法都可以有效防垢阻垢，目前用得較多的是投加阻垢劑法。但此法會增加運行成本，其次由于處理水樣的復雜性，阻垢劑的類別和比例需要隨水樣而改變，而且對水質會造成二次污染。其中，物理方法中的磁化法因其投資小、操作簡單、無毒無污染，集防垢、除垢、殺菌、緩蝕等多種功能于一身，是ー種極具發展前景的防垢除垢技術(《磁化水處理技術的研究現狀及防垢機理》長江大學化學與環境工程學院，許國鳳、舒昌福，內蒙古石油化エ2008年9期)。在現有技術中，普通的電磁感應水處理器在水中只能產生ー個頻率、強度都按ー定規律變化的感應電磁場，對于水質的適應カ差，對水質持續變化的水體處理效果不佳(《磁化水處理在エ業循環水領域的研究進展》，河北省能源研究所，河北省エ業節水工程技術研究中心，閻美芳、劉振法，2008年11月)，處理效果不穩定，除垢效率低。
發明內容
要解決的技術問題
本發明克服了以往的電磁感應除垢設備的輸出頻率単一，不能對水質持續變化的水體進行處理，除污效率不高的缺點，提供了一種線圈纏繞式電子感應水處理電路及其水處理方法，它可以適應于不同的水質環境，有效地防垢、除垢、殺菌滅藻及延長供水設備的使用壽命。技術方案
發明原理在水循環系統中，夕卜加ー個頻率和強度都按一定規律變化的電磁場，利用電磁場改變管道水體中各種離子和分子的運動狀況。由于不同地區甚至不同用戶段水質的差異，因此根據管道內循環水的水質，高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L實時地輸出最優頻率的高頻大功率正弦波，使得處于該電磁場中的水中成垢離子結合成大量的文石晶核，從而達到除垢目的。本發明的目的通過以下技術方案實現。本發明的一種線圈纏繞式電子感應水處理電路，它包括依次連接的信號處理器、高頻信號發生電路、驅動信號放大電路、高頻雙極性脈沖產生電路及電流檢測單元；所述的電流檢測單元的輸出端與信號處理器的輸入端連接；
所述的高頻信號發生電路為信號源產生電路，它產生驅動信號，并將此驅動信號傳送至驅動信號放大電路；
所述的驅動信號放大電路將來自高頻信號發生電路的驅動信號放大，并傳輸至所述的高頻雙極性脈沖產生電路MOSFET的開關柵極，控制開關的開啟與關斷；
所述的高頻雙極性脈沖產生電路為全橋逆變電路，包括電磁水能量轉換器，所述的電磁水能量轉換器為繞制在待除垢管道上的兩組繞制方向相同的繞線，該兩組繞線在功效方面作為電磁能量轉換器，電路上即為高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L ;所述的高頻雙極性脈沖產生電路還包括4個場效應管MOSFET和I個諧振電容C，所述的4個場效應管MOSFET構成橋式結構，所述高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L和所述的諧振電容C串聯在橋臂內，4個場效應管MOSFET的控制信號由所述的驅動信號放大電路產生。該電流檢測單元包括電流互感器、電流信號放大與處理電路，所述的電流互感器 輸入端與電磁水能量轉換器連接，電流互感器輸出端與所述的電流信號放大與處理電路連接，所述的電流信號放大與處理電路與所述的信號處理器連接，所述的電流檢測單元將所述高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L上的電流信號輸入所述的信號處理器中；
所述的信號處理器對來自電流檢測單元的電流進行處理產生控制信號，并輸入高頻信號發生電路。優選地，所述的信號處理器上還連接有顯示器，用以顯示信號狀態參量(電壓、電流、諧振頻率等狀態參量)。所述的線圈纏繞式電子感應水處理電路的水處理方法，其步驟為
(1)高頻信號發生電路的信號經驅動信號放大電路放大后輸入至高頻雙極性脈沖產生電路MOSFET的開關柵極，控制高頻雙極性脈沖產生電路輸出同頻率的雙極性方波；
(2)電流檢測單元的電流互感器檢測高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L的電流，將檢測到的電流信號輸入到所述的信號處理器，信號處理器對信號進行自動頻率追蹤處理，控制高頻信號發生電路產生高頻驅動信號并通過所述的顯示器顯示當前頻率；所述自動頻率追蹤處理過程如下
當水質發生變化,所述高頻雙極性脈沖產生電路的電感量發生變化,從而諧振回路本征頻率發生變化，諧振電感L上的電流發生相應的改變，通過電流檢測單元檢測電流是否達到最大值來判定高頻雙極性脈沖產生電路中的LC電路是否產生諧振，通過信號處理器對所述諧振電感L的電流進行分析，實時產生最優頻率的高頻驅動信號，具體分析過程如下假設所述的信號處理器預設系統的輸出信號頻率為4，信號處理器存儲當前諧振電感L的電流信號Itl，増大(或減小)信號處理器的輸出信號頻率至F=f0 HJ1為信號處理器的輸出信號頻率的變化量，電流檢測單元檢測此時諧振電感L的電流大小I1，若電流Qitl，則繼續增大(或減小)信號處理器的輸出信號頻率F ;若電流，則繼續減小(或増大)信號處理器的輸出信號頻率F，直至達到動態平衡。.有益效果
相比于現有技術，本發明的優點在于
(I)本發明的電路通過信號處理器對所述諧振電感L的電流進行分析，能夠根據待除垢管道中的循環水水質特點，實時地輸出最優頻率的時鐘信號，該時鐘信號經過電壓和電流放大驅動全橋逆變電路(即高頻雙極性脈沖產生電路)輸出同頻率的雙極性脈沖，該雙極性脈沖串接高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電容C和諧振電感L構成的LC諧振電路(其中諧振電感L纏繞于供水管道上)，供水管道與水質構成諧振電感L的磁介質，雙極性脈沖通過LC諧振電路在頻率合適時在諧振電感L中產生高頻正弦或余弦諧振電磁場，實時地產生最優頻率的高頻驅動信號，即使得電磁場強度最大的諧振電磁場，此時，在該電磁場的作用下，水中的成垢離子結合成大量的文石晶核，當水中礦物質含量超過水的飽和溶解度吋，成垢離子就會析出并優先生長在這些晶核上形成文石晶體，與此同時，管道壁上析出水垢的趨勢被轉化成懸浮在水中的大量文石晶核上析出形成文石晶體。該文石晶體的粘附性很弱，呈松軟絮狀，懸浮在水中，很容易被水流沖走，達到了對供水管道進行防垢、除垢的目的；
(2)本發明的電路在使用時安裝方便，僅需將高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L線圈纏繞在供水管道外壁即可，無需割開管道或在設備上打孔，無需定期擦洗電極，除垢效 果好；
(3)本發明的電磁水處理電路，結構簡單且無需對管道進行復雜的操作，同時除污效率高，經過試驗，除污率能夠達到75%以上。
圖I為本發明的電磁感應除垢技術原理 圖2為本發明的電路結構框 圖3為本發明的高頻雙極性脈沖產生電路(全橋逆變電路)及LC串聯諧振電路 圖4為本發明的信號處理器的控制過程流程圖。圖中1-供水管道。
具體實施例方式下面結合具體的實施例和附圖，對本發明作進ー步描述。實施例I
結合圖2，本實施例的線圈纏繞式電子感應水處理電路，包括依次連接的型號為DSP2812的信號處理器、高頻信號發生電路、驅動信號放大電路、高頻雙極性脈沖產生電路及電流檢測單元，電流檢測單元的輸出端與信號處理器的輸入端連接。該高頻信號發生電路為信號源產生電路，它產生驅動信號，并將此驅動信號傳送至驅動信號放大電路。該驅動信號放大電路，主要器件選用TLP250，它將來自高頻信號發生電路的驅動信號放大，并傳輸至高頻雙極性脈沖產生電路MOSFET的開關柵扱。高頻雙極性脈沖產生電路包括電磁水能量轉換器，結合圖I，該電磁水能量轉換器為繞制在供水管道I上且繞制方向相同的兩組繞線，該兩組繞線即為高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L。高頻雙極性脈沖產生電路還包括4個場效應管MOSFET和I個諧振電容C，這4個場效應管MOSFET構成橋式結構，場效應管MOSFET采用IRF830，該高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L和諧振電容C串聯在橋臂內，4個場效應管MOSFET的控制信號由驅動信號放大電路產生。結合圖I、圖3，該電流檢測單元包括電流互感器、電流信號放大與處理電路，電流互感器的輸入端與電磁水能量轉換器連接，電流互感器輸出端與電流信號放大與處理電路連接，電流檢測單元將所述高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L上的電流信號輸入信號處理器中。信號處理器上還連接有液晶顯示器，用以顯示信號狀態參量(電壓、電流、諧振頻率等狀態參量)。該信號處理器對來自電流檢測單元的電流進行處理產生控制信號，并輸入至高頻信號發生電路。本實施例的線圈纏繞式電子感應水處理電路的水處理方法，其步驟為
(1)高頻信號發生電路的信號經驅動信號放大電路放大后輸入至高頻雙極性脈沖產生電路MOSFET的開關柵極，控制高頻雙極性脈沖產生電路輸出同頻率的雙極性方波；
(2)電流檢測單元的電流互感器檢測高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L的電流，將檢測到的電流信號輸入到所述的信號處理器，信號處理器對信號進行自動頻率追蹤處理，控制高頻信號發生電路產生高頻驅動信號并通過所述的顯示器顯示當前頻率；結合圖
4所示,所述自動頻率追蹤處理過程如下
當水質發生變化,所述高頻雙極性脈沖產生電路的電感量發生變化,從而諧振回路本征頻率發生變化，諧振電感L上的電流發生相應的改變，通過電流檢測單元檢測電流是否達到最大值來判定高頻雙極性脈沖產生電路中的LC電路是否產生諧振，通過信號處理器對所述諧振電感L的電流進行分析，實時產生最優頻率的高頻驅動信號，具體分析過程如下假設所述的信號處理器預設系統的輸出信號頻率為4，信號處理器存儲當前諧振電感L的電流信號Itl，増大(或減小)信號處理器的輸出信號頻率至F=f0 HJ1為信號處理器的輸出信號頻率的變化量，電流檢測單元檢測此時諧振電感L的電流大小I1，若電流Qitl，則繼續增大(或減小)信號處理器的輸出信號頻率F ;若電流，則繼續減小(或増大)信號處理器的輸出信號頻率F，直至達到動態平衡。此時，該諧振電感L的電磁場強度達到最大，使水中可以成垢離子結合成大量的文石晶核，當水中礦物質含量超過水質的飽和溶解度時，成垢離子就會析出并優先生長在這些晶核上進而形成新的文石晶體。與此同時，管壁上析出水垢的趨勢則變為在水中懸浮的大量文石晶核上不斷析出形成文石晶體。由于文石晶體的粘附性很弱，呈松軟絮狀，懸浮在水中，很容易被水流沖走，從而達到了對供水管道I防垢、除垢的目的。如圖2所示，高頻信號發生電路和信號處理器是本發明的電路系統的核心，根據電流檢測單元檢測的高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L上的電流，信號處理器判斷該電流是否為最大值來確定輸出最優頻率的驅動信號。最優頻率的驅動信號經過驅動放大驅動全橋逆變電路，產生高頻雙極性方波并通過由串聯諧振電容C和電磁水能量轉換器的線圈構成的串聯LC諧振電路作用到供水管道I內的循環水體上，實現對循環水的處理。
權利要求
1.一種線圈纏繞式電子感應水處理電路，其特征在于，它包括依次連接的信號處理器、高頻信號發生電路、驅動信號放大電路、高頻雙極性脈沖產生電路及電流檢測單元；所述的電流檢測單元的輸出端與信號處理器的輸入端連接； 所述的高頻信號發生電路為信號源產生電路，它產生驅動信號，并將此驅動信號傳送至驅動信號放大電路； 所述的驅動信號放大電路將來自高頻信號發生電路的驅動信號放大，并傳輸至所述的高頻雙極性脈沖產生電路MOSFET的開關柵極，控制開關的開啟與關斷； 所述的高頻雙極性脈沖產生電路為全橋逆變電路，包括電磁水能量轉換器，所述的電磁水能量轉換器為繞制在待除垢供水管道上的兩組繞制方向相同的繞線，該兩組繞線即為高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L ;所述的高頻雙極性脈沖產生電路還包括4個場效應管MOSFET和I個諧振電容C，所述的4個場效應管MOSFET構成橋式結構，所述高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L和所述的諧振電容C串聯在橋臂內，4個場效應管MOSFET的控制信號由所述的驅動信號放大電路產生； 所述的電流檢測單元包括電流互感器、電流信號放大與處理電路，所述的電流互感器輸入端與電磁水能量轉換器連接，電流互感器輸出端與所述的電流信號放大與處理電路連接，所述的電流信號放大與處理電路與所述的信號處理器連接，所述的電流檢測單元將所述高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L上的電流信號輸入所述的信號處理器中； 所述的信號處理器對來自電流檢測單元的電流進行處理產生控制信號，并輸入高頻信號發生電路。
2.根據權利要求I所述的一種線圈纏繞式電子感應水處理電路，其特征在于，所述的信號處理器上還連接有顯示器，用以顯示信號狀態參量。
3.一種權利要求2所述的線圈纏繞式電子感應水處理電路的水處理方法，其步驟為 (1)高頻信號發生電路的信號經驅動信號放大電路放大后輸入至高頻雙極性脈沖產生電路MOSFET的開關柵極，控制高頻雙極性脈沖產生電路輸出同頻率的雙極性方波； (2)電流檢測單元的電流互感器檢測高頻雙極性脈沖產生電路的諧振電感L的電流，將檢測到的電流信號輸入到所述的信號處理器，信號處理器對信號進行自動頻率追蹤處理，控制高頻信號發生電路產生高頻驅動信號并通過所述的顯示器顯示當前頻率；所述自動頻率追蹤處理過程如下 當水質發生變化,所述高頻雙極性脈沖產生電路的電感量發生變化,從而諧振回路本征頻率發生變化，諧振電感L上的電流發生相應的改變，通過電流檢測單元檢測電流是否達到最大值來判定高頻雙極性脈沖產生電路中的LC電路是否產生諧振，通過信號處理器對所述諧振電感L的電流進行分析，實時產生最優頻率的高頻驅動信號，具體分析過程如下假設所述的信號處理器預設系統的輸出信號頻率為4，信號處理器存儲當前諧振電感L的電流信號Itl，增大(或減小)信號處理器的輸出信號頻率至F=f0 Hd1為信號處理器的輸出信號頻率的變化量，電流檢測單元檢測此時諧振電感L的電流大小I1，若電流Qitl，則繼續增大(或減小)信號處理器的輸出信號頻率F ;若電流，則繼續減小(或增大)信號處理器的輸出信號頻率F，直至達到動態平衡。
全文摘要
本發明公開了一種線圈纏繞式電子感應水處理電路及其水處理方法，屬于電子感應水處理領域。它包括依次連接的信號處理器、高頻信號發生電路、驅動信號放大電路、高頻雙極性脈沖產生電路及電流檢測單元；所述的電流檢測單元的輸出端與信號處理器的輸入端連接。本發明的線圈纏繞式電子感應水處理電路及其水處理方法，它可以適應于不同的水質環境，有效地防垢、除垢、殺菌滅藻及延長供水設備的使用壽命。
文檔編號H03K17/687GK102838214SQ201210353820
公開日2012年12月26日 申請日期2012年9月21日 優先權日2012年9月21日
發明者馮德仁, 程亮, 徐笑娟, 焦紅靈, 丁鑫龍, 潘軍軍 申請人:安徽工業大學