基于光寻址电位传感器的水环境重金属无线检测仪器设计

针对水环境重金属检测问题,设计了一种新型的基于光寻址电位传感器(LAPS)的重金属检测仪器。相对于原子荧光光度法等其他方法,该仪器操作简便,无需繁杂的前处理过程,具有自动量程功能以及独立的水路系统。仪器通过ARM开发板与上位机无线通讯,检测过程自动化进行。经验证,仪器可以对水环境酸碱度以及重金属Pb2+浓度进行快速、自动化检测。其中pH的检测范围为5~9,灵敏度为37.321 mV/pH,平均误差为4.4%,满足水环境酸碱度的实测需求。重金属Pb2+的检测范围为10-7~10-1mol/L,灵敏度为26.43 mV/pPb2+,平均重复率为86.7%,并进行了Zn2+,Cu2+及pH对Pb2+检测的干扰测量。     

基于光电复合传感器的重金属监测系统嵌入式软件设计?

针对水环境重金属监测仪器,设计了一种智能化嵌入式软件。该仪器采用光电复合传感器芯片,包括微阵列电化学传感器和光电位寻址传感器。仪器设计了可靠稳定的通信机制与上位机进行人机交互,仪器具有智能化自检功能,能够及时反馈传感器的故障信息。在检测过程中具有自动量程功能,能够最大发挥硬件优势,同时具有误差补偿和电路异常的检测机制。仪器具有高稳定性、自动化检测的特点,并完成了在野外无人值守条件下的检测任务。     

基于光电复合传感器的重金属原位监测系统嵌入式软件设计

针对水环境重金属监测仪器,设计了一种智能化嵌入式软件。该仪器采用光电复合传感器芯片,包括微阵列电化学传感器和光电位寻址传感器。仪器设计了可靠稳定的通信机制与上位机进行人机交互,仪器具有智能化自检功能,能够及时反馈传感器的故障信息。在检测过程中具有自动量程功能,能够最大发挥硬件优势,同时具有误差补偿和电路异常的检测机制。仪器具有高稳定性、自动化检测的特点,并完成了在野外无人值守的条件下的检测任务。     

电极法智能氨氮测量仪器设计

应用氨气敏电极、高输入阻抗运放放大器和微处理器,设计基于电化学方法的智能氨氮测量仪器,内容包括氨气敏电极的测量原理、传感器信号处理电路设计、标定的实现和浓度计算方法、斜率等浮点类型参数的保存和读取、自动温度补偿算法,以及微处理器、ADC电路和显示部件的设计要点等.和相关文献讨论的氨氮测量方法比较,仪器自动化程度高,具有无需调零、标定简便、显示直观和自动温度补偿等优点,测量结果直接以mg/L为单位显示.仪器操作简便,只需加入NaOH碱化试液,分析速度快,可用于海水、地表水、工业废水中的氨氮的直接测量和土壤的氨氮的间接测量.测量范围(0～1 400)mg/t,,精确标定后,测量误差小于±2%.讨论的设计方法不仅适用于便携式和在线式电化学仪器的开发和设计,对于智能仪表的不开壳调试、自动校准、以及各种传感器信号处理同样具有参考意义.     

基于光纤光谱仪的六价Cr在线监测仪设计

设计了一种基于光纤光谱仪六价Cr水质在线监测仪,详细阐述了监测仪光学检测模块、顺序注射模块与电气控制模块的硬件构成.实现了测量范围0~1 mg/L的在线监测仪,并根据环境行业标准对监测仪进行了性能实验.结果表明:在线监测仪线性度可达0.3%,重复性可达1%,示值误差小于3%,具有测量精度高、稳定性好的显著优点,完全满足六价Cr在线监测仪的相关要求.     

基于微电极阵列和无线传感器网络的水环境重金属检测系统研究

为对区域水环境中重金属进行有效检测,提出了一种基于微电极阵列和无线传感器网络的重金属现场检测技术。为此,提出了一种带状微电极阵列芯片,用于锌、铅、铜等三种重金属离子的测量;基于带状微电极阵列芯片,开发了自动化的水环境重金属现场检测仪器;多台仪器通过802.11 b/g无线协议组成无线传感器网络,对区域水环境中的重金属含量进行检测。在实验室通过重金属标准溶液对仪器性能进行验证,表明仪器具有较好的精确度;在自然水域进行了传输距离、无线组网测试;完成了自然水域样品重金属浓度检测,并同原子吸收法进行了对比验证。     

尿沉渣分析系统的设计与实现

本系统结合传统的显微镜检查方法,采用计算机及其专用系统软件,通过特别设计的A/D控制电路、动力学系统、机械结构和计数测量装置,实现被检测样品的自动进样、自动稀释、自动染色、自动排样、自动清洗和自动输出检测数据报告,使尿沉渣的识别直接在显示屏幕上实现,达到仪器操作使用全过程的数字化与自动化的项目设计要求,其检测结果准确且具有可比性。     

面向物联网监测节点的集成式微流控传感芯片

水环境中的重金属污染具有很高的毒性和不可降解性,对公众健康和生态环境构成了巨大威胁.但大多数现有的检测方法需要大型仪器和人工处理,即便是在线监测系统,也由于其尺寸大、价格高而难以大规模应用.本文基于MEMS加工工艺,设计并制造了一种体积小、自动化的重金属离子检测芯片.通过lift-off工艺,将三电极电化学传感器集成至数字微流控芯片上.实验结果表明,该芯片可以实现样品的自动输运和铅离子的电化学传感检测.将来,通过进一步减小控制系统的尺寸和适当的封装,可以将其制成一个微型传感节点,为物联网的分布式监视提供潜在的解决方案.     

表面等离子共振生物传感器检测磺胺类药物残留

利用表面等离子共振光学生物免疫传感器,在金膜芯片表面固定抗原技术,实现了磺胺二甲嘧啶药物的定量检测.介绍了抗原分子膜的生长方法,当配置样品中磺胺二甲嘧啶浓度分别为0,1.2,2.4,8,11.5 mg/L,与工作浓度的抗体混合,测量了传感的信号强度值,得到抑制标准曲线.在无抗牛奶中添加系列质量浓度的磺胺二甲嘧啶样品,利用免疫竞争抑制原理构建标准曲线,检测的浓度线性范围为3～48 mg/L,对浓度为40mg/L的样品,检测的相对标准偏差小于10％,回收率为99％.检测结果表明:基于表面等离子共振的光学生物免疫传感器在磺胺二甲嘧啶药物残留方面具有很好的应用前景.     

液态电极发射光谱技术在金属离子检测中应用的研究

研究了采用液态电极等离子体光谱技术来实现金属离子检测的新方法。所建立的测试系统由如下部分组成:被测溶液构成的液态电极、固态对电极、高压发生装置和便携式光谱仪等。液态电极的优点是可以在常温常压下产生放电,并且也不需要复杂的液态样品进样系统,在现场检测等方面具有较大的应用前景。文中研究了放电的各种参数,如放电电压、放电电流、溶液pH值等对元素的光谱发射效率的影响。采用该测试系统,对Na 的检测限为0.1mg/L,而对Li ,K ,Mg2 ,Ca2 等离子的检测限为1mg/L。     

油田油水界面位置的实时检测与控制

本文开发并设计了一套污水除油过程中油水界面位置的实时检测与自动控制系统。设计中应用成熟的压差传感理论与模糊控制理论，使系统具有较好的稳定性和可靠性。实验证明，一些炼油装置污水处理过程在本系统的控制下能够满足排出污水油的浓度低于150mg/L的指标要求并能获得纯度较高的分离油。并且当来水压力有较大波动或污水处理罐参数有较大变化时，采用该系统对油水界面位置进行控制，其油水界面的波动完全能保持在允许的范围之内，这样就可以满足污水处理罐正常工作的要求。     

便携式叶绿素采集仪研发

为了实现田间作物叶片叶绿素含量的快速、无损检测,基于AT89S52单片机开发了一款便携式叶绿素采集处理终端。系统根据光电无损检测叶绿素的原理进行设计,通过比对940 nm和650 nm两束不同频率的光透过叶片的强度变化来定量描述叶片叶绿素的相对含量,实现对叶片叶绿素浓度的快速、实时、无损检测。仪器主要由光发射装置、光强度检测装置、微处理器模块、A/D模块、RS232通信模块等组成。实验结果表明仪器测量值与其他方法测量结果具有一致性,适合在我国进行推广。     

水体有机物在线荧光监测仪的研制

为保障水质安全,实现水体中有机污染物的在线监测,基于荧光检测原理,设计了一种水体有机物在线荧光监测仪.监测仪包括荧光检测装置、流路及采样模块、电源模块、工控机及触摸屏、数据库及分析软件、数据传输模块;详细介绍了荧光检测装置的组成结构;给出了监测仪的光学参数、电气参数和结构参数,并对其性能进行了测评;监测仪光谱检测范围为300～750 nm,检测时间小于10s;采用色氨酸水溶液作为样品进行实验测试,监测仪线性度判定系数R2为0.95,荧光强度检测结果的相对标准偏差(RSD)为2.68％;监测仪远程数据传输可靠稳定,维护周期为每月一次;该监测仪可以对水体有机污染物进行实时监测,能够及时获取水质信息,检测速度快,无需检测试剂,有效避免化学试剂对环境可能造成的二次污染.     

基于改进CenterNet的竹条表面缺陷检测方法

在竹条表面缺陷检测中,竹条表面缺陷形状各异,成像环境脏乱,现有基于卷积神经网络（CNN）的目标检测模型面对这样特定的数据时并不能很好地发挥神经网络的优势;而且竹条来源复杂且有其他条件限制,因此没办法采集所有类型的数据,导致竹条表面缺陷数据量少到CNN不能充分学习。针对这些问题,提出一种专门针对竹条表面缺陷的检测网络。该网络的基础框架为CenterNet,而且为提高CenterNet在较少的竹条表面缺陷数据中的检测性能,设计了一种基于从零开始训练的辅助检测模块：在网络开始训练时,冻结采用预训练模型的CenterNet部分,并针对竹条的缺陷特点从零开始训练辅助检测模块;待辅助检测模块损失趋于稳定时,通过一种注意力机制的连接方式将该模块与采用预训练的主干部分进行融合。将所提检测网络与CenterNet以及目前常用于工业检测的YOLO v3在相同训练测试集上进行训练和测试。实验结果表明,所提检测网络的平均精度均值（mAP）在竹条表面缺陷检测数据集上比YOLO v3和CenterNet的mAP分别提高了16.45和9.96个百分点。所提方法能够针对形状各异的竹条表面缺陷进行有效检测,且没有增加过多的时耗,在实际工业运用中具有很好的效果。     

污水重金属监测与移动预警系统

针对企业污水排放重金属监测分布范围广、环境恶劣的特点,设计了基于无线传感网络、J 2 M E技术的污水重金属监测与移动预警系统。在污染水区部署传感器节点,通过ZigBee无线传感网络传输采集数据,经GPRS网络到达智能手机;同时数据经由无线基站和Internet传送至监测中心,手机客户端既可从GPRS网络获取超限报警数据,也可从监测中心获取重金属污染动态分析数据,实现了实时监测和移动预警。     

A novel electronic tongue combined MLAPS with stripping voltammetry for environmental detection

A kind of integrated electronic tongue device has been developed, which includes a multiple light-addressable potentiometric sensor (MLAPS) and two groups of electrochemical electrodes. MLAPS is based on chalcogenide thin film for the simultaneous detection of Fe(III) and Cr(VI) ions while two groups of electrochemical electrodes, respectively, detect other heavy metals using stripping voltammetry (SV) including anodic and cathode stripping voltammetry. The methods are more convenient for the simultaneous detection of heavy metal in wastewater or seawater and can improve the detection speed and measurement accuracy to many heavy metals. Accordingly a kind of potable electronic tongue instrument to work on-line is also developed.