活细胞浓度是与生物活体细胞的生长、代谢、生产力相关的重要生理参数,想要观察记录生物活体的生长过程就必须更加细致地深入了解活细胞在生长周期中的参数变化,诸如数量、体积、浓度、电导率等。活细胞浓度和电导率测量系统可以帮助研究人员测量活细胞溶液的电导率,估计溶液中的活细胞浓度,观察记录活细胞的繁殖过程,对食品医药、微生物、发酵工程等领域研究应用具有重要意义。本文首先介绍了课题的研究背景,概述了课题的研究意义,介绍了国内外活细胞浓度和电导率测量的发展历程。在此基础上建立了活细胞极化的物理和数学模型,通过分析现有测量方式的优缺点,确定了本系统采用的测量结构。系统总体测量方案主要包括系统硬件设计、控制逻辑设计和上位机软件设计,硬件设计部分主要包括激励信号源的硬件组成、信号调理电路设计和采集传输电路设计,控制逻辑设计部分主要包括激励信号源工作模式配置、采集传输逻辑设计,重点研究了以下三项关键技术,分别为激励信号源中可变分压设计和阻值划分方法,激励信号源扫频、定频工作模式的实现方法,调理电路中差分接收、同步解调、低通滤波、低频增益可调放大等四级调理电路的实现方法。在此基础上,通过搭建系统测试环境来验证测量方案中的三项关键技术以及系统整体功能是否能够实现。测试表明,激励信号源的单一定频模式和扫频模式两种信号输出方式可以在100kHz~20MHz频率范围内稳定输出;通过Multisim仿真和实测结果表明四级调理电路可实现相应功能。通过对测量值与介电常数、活细胞浓度以及电导率之间关系的分析,系统的介电常数测量范围可以达到400pF/cm,电导率测量范围可以达到40mS/cm。测试结果表明,测量系统各模块均能稳定运行,满足设计要求。