飲用水中溴酸鹽檢測(cè)裝置設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、水是人類生命必不可缺的物質(zhì),飲用水的質(zhì)量關(guān)系到大眾的身體健康。目前使用的飲用水臭氧消毒法具有高效低毒的特點(diǎn),但是在消毒過(guò)程中臭氧會(huì)將水中的溴化物氧化生成溴酸鹽;而國(guó)際癌癥研究中心(IARC)將溴酸鹽認(rèn)定為2B級(jí)潛在致癌物,即具有較高的致癌可能性。此外,我國(guó)的《飲用天然礦泉水》的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB8537-2008)中規(guī)定飲用水中溴酸鹽的濃度不得大于10μg/L。通常的溴酸鹽檢測(cè)方法——離子色譜法,需要專業(yè)人員使用昂貴的設(shè)備通過(guò)復(fù)雜的工序才能

2、完成,因此研制一套操作簡(jiǎn)單、可以實(shí)現(xiàn)快速、實(shí)時(shí)的溴酸鹽檢測(cè)裝置具有重大的社會(huì)意義。
　　為了解決以上問(wèn)題,項(xiàng)目組設(shè)計(jì)了一套飲用水中溴酸鹽濃度檢測(cè)裝置。在該裝置中使用了項(xiàng)目組已完成設(shè)計(jì)的溴酸鹽濃度傳感器;同時(shí)根據(jù)這個(gè)傳感器的信號(hào)輸出特點(diǎn)設(shè)計(jì)了一套高速模數(shù)采集模塊以與其配套的FPGA數(shù)據(jù)采集平臺(tái),設(shè)計(jì)的采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器輸出信號(hào)的高速采集,對(duì)采集信息提取和分析,以實(shí)現(xiàn)溴酸鹽濃度的檢測(cè)。為了測(cè)試本裝置有效性,使用該裝置對(duì)五種不同濃

3、度的溴酸鉀溶液樣品進(jìn)行了檢測(cè)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)得回的數(shù)據(jù),證明溴酸鹽濃度檢測(cè)裝置能夠有效識(shí)別各個(gè)樣本,并具有良好的檢測(cè)精度,可靠性和穩(wěn)定性。論文主要工作概括如下:
　　1、根據(jù)課題組已完成設(shè)計(jì)的溴酸鹽濃度檢測(cè)傳感器輸出信號(hào)特點(diǎn),對(duì)高速信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所使用到器件進(jìn)行對(duì)比選型,從而確定采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案;即采用14bit、250Mbps采樣速率的ADC以及與其配套的外圍器件組成高速模數(shù)采樣系統(tǒng),用以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器信號(hào)的采集和處理。
　　

4、2、完成高速模數(shù)采集模塊的設(shè)計(jì);包括輸入信號(hào)抗混疊濾波器設(shè)計(jì)、仿真和測(cè)試,與ADC相配套的時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路以及為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓的穩(wěn)壓電源電路設(shè)計(jì)。
　　3、在現(xiàn)有的FPGA平臺(tái)上完成用于ADC輸出信號(hào)接收的接口配置。ADC輸出的信號(hào)是按照DDR LVDS傳輸協(xié)議傳輸?shù)?同時(shí)接收到的數(shù)據(jù)將存儲(chǔ)在異步FIFO中;之后通過(guò)仿真以及實(shí)際模擬通訊測(cè)試來(lái)檢驗(yàn)該接收系統(tǒng)工作的有效性。
　　4、對(duì)FPGA采集回來(lái)的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換(

5、FFT),將采集回來(lái)的信號(hào)由時(shí)域轉(zhuǎn)換到復(fù)頻域,根據(jù)其幅頻特性來(lái)實(shí)現(xiàn)溴酸鹽濃度檢測(cè)信息的提取,以便下一步實(shí)現(xiàn)對(duì)溴酸鹽濃度的信號(hào)特征進(jìn)行分類和識(shí)別。
　　5、裝置整體測(cè)試。硬件調(diào)試正常之后,根據(jù)傳感器信號(hào)特點(diǎn)選擇了合適的信號(hào)分析方案,并進(jìn)行裝置穩(wěn)定性和可靠性測(cè)試;在調(diào)試正常后使用溴酸鹽濃度檢測(cè)裝置對(duì)五種不同濃度的溴酸鉀溶液樣品進(jìn)行檢測(cè),根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合尋找溴酸鹽度和傳感器輸出信號(hào)之間的關(guān)系,并針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析和討論。