基于水環(huán)境檢測(cè)的電化學(xué)微型傳感器連續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：文章根據(jù)目前用于水環(huán)境檢測(cè)用的電化學(xué)微傳感器容易鈍化的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一種連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過將多個(gè)傳感器依次推入檢測(cè)位置進(jìn)行檢測(cè)，從而避免了傳統(tǒng)單個(gè)傳感器由于鈍化而導(dǎo)致使用時(shí)間短，需要人工頻繁更換的缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：電化學(xué)微傳感器；連續(xù)檢測(cè)；水環(huán)境

引言

電化學(xué)傳感器在環(huán)境檢測(cè)方面具有十分重要的潛力，能夠用于鋅、鎘、鉛和銅等重金屬離子的檢測(cè)[1]，同時(shí)也能夠用于有機(jī)物如除草劑阿特拉津等的檢測(cè)，電化學(xué)采用的原理為在微型金屬基底上通過電化學(xué)方法聚合上能對(duì)被檢測(cè)物敏感的材料。

目前微型電化學(xué)傳感器具有靈敏度高、制作成本低等特點(diǎn)，因此得到研究人員越來越重視，但是由于在實(shí)際水環(huán)境中電化學(xué)傳感器敏感膜由于鈍化的原因?qū)е缕溥B續(xù)使用時(shí)間比較短，不適合現(xiàn)場(chǎng)使用。文章設(shè)計(jì)一種電化學(xué)微型傳感器連續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)，增加電化學(xué)傳感器的檢測(cè)時(shí)間。

1 連續(xù)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體方案

系統(tǒng)由5部分組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中驅(qū)動(dòng)電路的作用是驅(qū)動(dòng)推動(dòng)機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)工作，單片機(jī)系統(tǒng)的作用是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算同時(shí)控制系統(tǒng)工作，信號(hào)處理電路的作用是進(jìn)行信號(hào)的處理和轉(zhuǎn)換，無線數(shù)據(jù)發(fā)射模塊主要將傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。

圖1 系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)框圖

1.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要由以下幾部分組成：

存儲(chǔ)倉(cāng)：用于存儲(chǔ)傳感器；回收倉(cāng)，用于回收傳感器；推動(dòng)機(jī)構(gòu)：用于推動(dòng)傳感器由儲(chǔ)存?zhèn)}移動(dòng)到工作位置以及由工作位置移動(dòng)到回收倉(cāng)，其主要由電磁閥構(gòu)成；引液器：將被測(cè)溶液滴加到傳感器上，引液器包括外殼、引液軟管和流量調(diào)節(jié)旋鈕，引液軟管和流量調(diào)節(jié)旋鈕位于外殼內(nèi)，流量調(diào)節(jié)旋鈕安裝于引液軟管上；鎖緊機(jī)構(gòu)：用于固定處于檢測(cè)位置的電化學(xué)傳感器，鎖緊機(jī)構(gòu)包括由鐵芯和線圈組成的電磁鐵、銜鐵和彈簧，銜鐵的一端設(shè)有觸頭，彈簧的一端與銜鐵連接，另一端與箱體的底部連接。如圖2所示。

1.3 系統(tǒng)工作原理

系統(tǒng)工作時(shí)，推動(dòng)機(jī)構(gòu)將位于儲(chǔ)存?zhèn)}底部的第一個(gè)傳感器推入檢測(cè)位置（傳感器的工位），鎖緊機(jī)構(gòu)隨即將傳感器固定，這時(shí)將被檢測(cè)液體通過引液器施加到傳感器的敏感表面，檢測(cè)與信號(hào)處理單元接收來自傳感器的信號(hào)并對(duì)其處理，當(dāng)信號(hào)處理單元檢測(cè)到處于檢測(cè)位置的傳感器被鈍化時(shí)，則松開鎖緊裝置，并通過推送機(jī)構(gòu)自動(dòng)將儲(chǔ)存?zhèn)}內(nèi)第二個(gè)未使用的傳感器推送至檢測(cè)位置并鎖緊，同時(shí)將已鈍化的電化學(xué)傳感器推至回收口而落入回收倉(cāng)內(nèi)。如此即可持續(xù)、不間斷進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)系統(tǒng)將傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和儲(chǔ)存，并通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。

1.4 控制電路設(shè)計(jì)

控制電路主要用于控制電磁鐵和推動(dòng)機(jī)構(gòu)電磁閥的動(dòng)作、傳感器的傳送與回收、傳感器信號(hào)的采集等。推動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電路主要以L9352B專用驅(qū)動(dòng)芯片為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)[2]，該芯片能夠檢測(cè)電磁鐵的工作狀態(tài)，采用PWM控制方式控制電磁鐵的開斷，從而實(shí)現(xiàn)電磁鐵的銜鐵移動(dòng)以及電磁閥的開斷。其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 控制電路結(jié)構(gòu)示意圖

2 結(jié)束語

該系統(tǒng)主要用于，其性能特點(diǎn)如下：

（1）具有節(jié)能作用，節(jié)約人力和物力成本，提高效率。

（2）能夠克服傳統(tǒng)的傳感器使用時(shí)間短的特點(diǎn)。

（3）能夠進(jìn)行無線傳輸，實(shí)現(xiàn)24小時(shí)不間斷測(cè)試。

解決了電化學(xué)傳感器不能用于現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)在線檢測(cè)的問題，實(shí)現(xiàn)了無人值守、自動(dòng)化操作，降低了工作成本。

參考文獻(xiàn)

[1]趙會(huì)欣，李毅，蔡巍.水環(huán)境痕量重金屬檢測(cè)的電化學(xué)傳感器的研究[J].儀表技術(shù)與傳感器，2009（Z1）：158-161.

[2]房川軍，賈峰，朱文灝.一種控制與保護(hù)開關(guān)電器電磁鐵的控制電路研制[J].低壓電器，2011（4）：22-24.