传感器在水质检测中的应用综述.pdf

第 期(总第 期)年 月山西电子技术综 述收稿日期:修回日期:基金项目:大连民族大学 年“太阳鸟”学生科研立项项目支持()年度辽宁省普通高等教育本科教学改革研究一般项目:民族院校电子信息类一流专业实践教学的改革与实践(批文:辽教办 号)国家级一流本科专业建设点 大连民族大学电子信息工程专业(批文:教高厅函 号)作者简介:毛小英()女四川凉山人本科在读主要研究方向:物联网技术通信作者:刘忠富()男山西大同人副教授硕士主要研究方向:物联网技术文章编号:()传感器在水质检测中的应用综述毛小英 王 欢 刘忠富(大连民族大学信息与通信工程学院辽宁 大连)摘 要:近年我国对水环境保护的治理体系一直在不断完善水质检测是能够保证用水安全和水污染治理的重要环节水质检测的参数是衡量判断水质的重要指标 本文综述了传感器在水质检测方面的应用其中包括化学、物理、生物水质检测传感器关键词:水质检测 传感器溶解氧传感器浊度传感器电导率传感器酶传感器 微生物传感器中图分类号:.文献标识码:():.:引言随着现代工业的不断发展进步和我们日常生活中对于用水的需求量不断增加水污染问题变得严重 由于水与我们日常生活和生产活动是离不开的生活用水的优劣质量决定了我们的身体健康水环境的保护更是与我们人类的生存息息相关所以水的质量也就越来越受人们的重视 水质检测传感器要检测的水质参数是 值、溶解氧、浊度、电导率、微生物 因此传感器在水质检测方面的应用研究有着很重要的现实意义本文就传感器在水质检测方面的应用做了简要的综述 水质检测中传感器的功能及基本原理通常在水质检测系统中会运用到很多传感器对水质参数检测和采集其中有基于光电力的物理类水质检测传感器测量水溶液的浊度和电导率基于一些化学反应的化学类水质检测传感器测量水溶液 值和溶解氧含量基于微生物、酶类的生物类水质检测传感器然后根据要测量的参数选择传感器检测 基本原理和功能是检测的信号通过信号调理电路进行信号反馈再对反馈的信息进行去噪、放大和可视化处理完成水质参数的检测最后通过检测的实际数据和标准的指标比对来判断水质是否合格 传感器是水质检测系统中十分重要的组 年第 期毛小英等:传感器在水质检测中的应用综述成部分它是监测并保护水环境的重要装置 下面将分别对化学、物理和生物水质检测传感器进行综合阐述图 原理框图.化学类水质检测传感器.传感器 值是用来描述水溶液中氢离子的浓度 传感器是用来衡量水溶液酸碱程度的主要工作原理是由测量电极和玻璃电极两部分组成的原电池系统它们所组成的原电池要在玻璃膜和被测量的水溶液中氢离子进行离子交换从而检测溶液中的氢离子浓度然后通过电极之间的电位差体现进而得到被测量溶液 值图 传感器原理框图它的特点是寿命长而且在有毒离子水溶液中功能实现良好抗化学腐蚀能力强但它也存在测量反映时间较长的缺点 它适用于水质检测、城市污水的处理监测、温室大棚 值监测、农业灌溉、印染造纸等领域.溶解氧传感器溶解氧指的是在空气中分子态氧气溶解在水中的浓度水体环境恶化会导致水体中繁殖很多恶化水体环境的厌氧微生物所以溶解氧的实时监测方便人们及时做出治理方案 溶解氧传感器的基本原理是电化学法要施加极化电压在两极板之间使溶解氧透过高分子膜之后在阴极发生还原反应产生与试样溶液中氧浓度成正比的电流 只要测得电流值大小便可得到待测试样中溶解氧的浓度它的优点是可以检测出溶解氧含量制作过程简单、适用范围广和响应时间短 其主要应用于河流、海洋中氧含量的测量日常饮用水中氧含量的测量鱼塘中生态生长条件氧含量的测量及调节.物理类水质检测传感器.浊度传感器浊度检测属于光学现象由水中的悬浮颗粒通过漫反射入射光引起可以具体地反映出水体的卫生指标和洁净程度 基本原理是由浊度与散射光之间符合多段线性关系故浊度传感器所采用的信号源一般是 方向散射光 此外它需要进行多点标定温度和光源强度的变化都会对测量结果准确性产生一定影响故我们需要进行多次实验探究和理论分析进行推算从而验证透射光与散射光的比值是否和浊度之间存在线性关系它的优点是可靠性和准确性好维护便捷 主要应用于洗衣机等产品水污浊程度的测量通过测量水的污浊程度来判断所洗物品洁净程度从而确定最佳的洗涤时间图 浊度传感器原理框图.电导率水质检测传感器电导率是水体导电能力的体现可以分为电极型和电感型两类电导率传感器后者测量范围虽大但在一些低浓度测量过程中精度较低而不利于采用前者具有体积小测量准集成方便的优点 工作原理是电导率的电极是由两个相互平行的电极板组成测量过程中在极板之间加直流电压测量极板之间的电流方可计算出溶液电导率它的优点是不易被污染耐高温高压精确度高耐腐蚀性强 具体应用在实验室、工业生产和探测领域用来测量饮用水或污水等各种溶液的电导性 随着电导率测量技术不断发展它已经逐渐发展成多电极、微电极的可以看出多电极和微电极微型化结构已经成为它发展的主要方向未来还可能实现电导率传感器与单片机、微型系统等技术的结合实现电导率自动化精密测量.生物类水质检测传感器.酶传感器酶是一种生物类催化剂它在特定的环境下会发生特殊反应靠自身键连到特定的基质上 目前在国内外发展研究和应用中酶传感器是出现较多的一类生物传感器它的工作原理涉及到还原或氧化反应而这些还原与氧化反应可以使用电化学方法来测定通过测量的电流信号与被测物活度或浓度的关系来测定酶活性它的优点是它具备比较高的选择性因为它具有专属的反应性能够直接在水体情况复杂要检测试样的过程中进行选择测定它还可以实时检测水体中有机磷化物和磷农药的含量故它在水质检测方面是一个比较具有认可度的重要参考依据它的优点还有操作简单且灵敏度高 其缺点为稳定性较低 它在食品检验、生物工程技术生产农药产品质量检测、生物技术中生物大分子之间相互作用的监测以及生物战剂侦检等领域发挥巨大作用.微生物传感器 就是指生化需氧量是水质检测中最常用、最重要的参考指标之一 工作原理是将微生物菌体固定在膜当中与二氧化碳电极和氧电极一起构成了传感器相当于转换器将膜内发生的变化转换成了电信号 它主要是用来测定水体中微生物数量和类别其次就是用来测定水体中化学物质是否有混浊试样 的测量方法主要采用的是标准稀释测定法将样品放在()的条件下培养测量出培养前后的溶解氧差值即可图 微生物传感器原理框图它的优点是精确度高专一性强操作简便价格便宜以及在复杂体系中可进行快速在线连线监测 它的缺点是测量时间过长 它可以进行水质实时在线监测和提高水质污染的监测水平和废水处理过程的控制水平 它的出现为水质监测的连续化和自动化提供了可能相信在未来微生物传感器能够在地表水、生活污水以及部分工业废水的检测等更多的领域发挥出更强大的作用 结论目前水环境质量的状况监测已经离不开各个功能的传感器虽然水质检测传感器已经发展了很多年在水质检测领域已经起到不可或缺的作用但仍存在部分成本较高、测量结果不准确、灵敏度有限等情况还是有着很大的发展空间的所以现在对水质检测传感器的研究、发展方向和侧重点应该放在降低成本、快速检测、提高灵敏度、可靠性和智能化等方面并期望达到与其他技术联用的目的 可见在水质检测方面传感器仍具有很重大的研究意义和发展前景相信在未来传感器领域和水质检测行业会做出新的创新研究越来越好参考文献 .:():.唐自霖易艺付金松等.多传感器融合的水质检测分流控制系统设计.电子设计工程():.叱婵娟陈忠孝秦刚等.多传感器智能水质监测系统的设计.研究与开发():.王键.溶解氧传感器设计及测量系统.南京:南京信息工程大学.李文张志永吕赫等.一种高精度电导率水质检测传感器的设计.河南科技大学学报(自然科学版)():.刘祎.深海感应式电导率传感器的性能建模分析.舰船科学技术():.黄楠.生物传感器在水质监测上的应用进展.当代化工研究.():.:.:.陈长茵.微生物传感器快速测定水中 的分析研究.环境与可持续发展.():.山 西 电 子 技 术 年第 期