基于水环境检测的电化学微型传感器连续检测系统设计

摘 要：文章根据目前用于水环境检测用的电化学微传感器容易钝化的特点设计了一种连续监测系统，该系统通过将多个传感器依次推入检测位置进行检测，从而避免了传统单个传感器由于钝化而导致使用时间短，需要人工频繁更换的缺点。

关键词：电化学微传感器；连续检测；水环境

引言

电化学传感器在环境检测方面具有十分重要的潜力，能够用于锌、镉、铅和铜等重金属离子的检测[1]，同时也能够用于有机物如除草剂阿特拉津等的检测，电化学采用的原理为在微型金属基底上通过电化学方法聚合上能对被检测物敏感的材料。

目前微型电化学传感器具有灵敏度高、制作成本低等特点，因此得到研究人员越来越重视，但是由于在实际水环境中电化学传感器敏感膜由于钝化的原因导致其连续使用时间比较短，不适合现场使用。文章设计一种电化学微型传感器连续检测系统，增加电化学传感器的检测时间。

1 连续检测系统设计

1.1 系统总体方案

系统由5部分组成，其系统结构如图1所示。其中驱动电路的作用是驱动推动机构和锁紧机构工作，单片机系统的作用是对数据进行计算同时控制系统工作，信号处理电路的作用是进行信号的处理和转换，无线数据发射模块主要将传感器采集到的数据进行远距离传输。

图1 系统组成结构框图

1.2 机械结构设计

系统的机械结构主要由以下几部分组成：

存储仓：用于存储传感器；回收仓，用于回收传感器；推动机构：用于推动传感器由储存仓移动到工作位置以及由工作位置移动到回收仓，其主要由电磁阀构成；引液器：将被测溶液滴加到传感器上，引液器包括外壳、引液软管和流量调节旋钮，引液软管和流量调节旋钮位于外壳内，流量调节旋钮安装于引液软管上；锁紧机构：用于固定处于检测位置的电化学传感器，锁紧机构包括由铁芯和线圈组成的电磁铁、衔铁和弹簧，衔铁的一端设有触头，弹簧的一端与衔铁连接，另一端与箱体的底部连接。如图2所示。

1.3 系统工作原理

系统工作时，推动机构将位于储存仓底部的第一个传感器推入检测位置（传感器的工位），锁紧机构随即将传感器固定，这时将被检测液体通过引液器施加到传感器的敏感表面，检测与信号处理单元接收来自传感器的信号并对其处理，当信号处理单元检测到处于检测位置的传感器被钝化时，则松开锁紧装置，并通过推送机构自动将储存仓内第二个未使用的传感器推送至检测位置并锁紧，同时将已钝化的电化学传感器推至回收口而落入回收仓内。如此即可持续、不间断进行检测，同时系统将传感器的检测数据进行处理和储存，并通过无线网络进行远距离传输。

1.4 控制电路设计

控制电路主要用于控制电磁铁和推动机构电磁阀的动作、传感器的传送与回收、传感器信号的采集等。推动机构的驱动电路主要以L9352B专用驱动芯片为核心进行设计[2]，该芯片能够检测电磁铁的工作状态，采用PWM控制方式控制电磁铁的开断，从而实现电磁铁的衔铁移动以及电磁阀的开断。其电路结构如图3所示。

图3 控制电路结构示意图

2 结束语

该系统主要用于，其性能特点如下：

（1）具有节能作用，节约人力和物力成本，提高效率。

（2）能够克服传统的传感器使用时间短的特点。

（3）能够进行无线传输，实现24小时不间断测试。

解决了电化学传感器不能用于现场长时间实时在线检测的问题，实现了无人值守、自动化操作，降低了工作成本。

参考文献

[1]赵会欣，李毅，蔡巍.水环境痕量重金属检测的电化学传感器的研究[J].仪表技术与传感器，2009（Z1）：158-161.

[2]房川军，贾峰，朱文灏.一种控制与保护开关电器电磁铁的控制电路研制[J].低压电器，2011（4）：22-24.