【導(dǎo)讀】“水是生命之源”，這一點(diǎn)人人皆知。然而，實(shí)際情況則很微妙，因?yàn)閮H僅有水是不夠的，我們需要的是安全的水。聯(lián)合國(guó)兒童基金會(huì)和世界衛(wèi)生組織在2019年6月聯(lián)合發(fā)布的一份新報(bào)告顯示：全世界約有22億人沒(méi)有安全管理的飲用水服務(wù)。如何確保“安全的水”，是解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵。
得益于環(huán)境政策的推動(dòng)，環(huán)境監(jiān)測(cè)要素從大氣擴(kuò)展到水質(zhì)，各種水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)也在不斷增加，水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備也將朝著多樣化的方向發(fā)展。電化學(xué)技術(shù)可以直接或間接用于檢測(cè)影響水質(zhì)的幾個(gè)重要參數(shù)，包括化學(xué)指標(biāo)、生物和細(xì)菌指標(biāo)，甚至一些低含量污染物，如重金屬。許多此類(lèi)指示性測(cè)量與確定被測(cè)分析物的重要質(zhì)量參數(shù)有關(guān)。ADI公司提供的模塊化檢測(cè)平臺(tái)，可用來(lái)設(shè)計(jì)靈活的電化學(xué)水質(zhì)測(cè)量解決方案。其高集成度使得電化測(cè)量平臺(tái)可應(yīng)用于各種水質(zhì)探針，包括pH值、氧化還原電位(ORP)和電導(dǎo)池。
ADI水質(zhì)傳感器板
電化學(xué)技術(shù)憑什么在眾多檢測(cè)方法中脫穎而出？
許多重要的液體分析（如pH值）依賴(lài)于電化學(xué)，電化學(xué)是化學(xué)的一個(gè)分支，通過(guò)測(cè)量電子從一種反應(yīng)物到另一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)移來(lái)表征還原-氧化反應(yīng)的行為。電化學(xué)技術(shù)可以直接或間接用于檢測(cè)影響水質(zhì)的幾個(gè)重要參數(shù)，包括化學(xué)指標(biāo)、生物和細(xì)菌指標(biāo)，甚至一些低含量污染物，如重金屬。許多此類(lèi)指示性測(cè)量與確定被測(cè)分析物的重要質(zhì)量參數(shù)有關(guān)。所以當(dāng)我們利用智能傳感器檢測(cè)水質(zhì)時(shí)，基于電化學(xué)的傳感器是一個(gè)很好的選擇。
水質(zhì)測(cè)量方法有很多種，例如光學(xué)、生物學(xué)和實(shí)驗(yàn)室方法。電化學(xué)脫穎而出的原因之一是能提供水質(zhì)和液體分析應(yīng)用中最常用指標(biāo)的測(cè)量，其功耗很低、分辨率很高，而且相當(dāng)經(jīng)濟(jì)。利用電化學(xué)傳感器可以測(cè)量的常見(jiàn)參數(shù)如pH、ORP、電導(dǎo)率、ISC和溶解氧。當(dāng)把它們變成智能傳感器時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)更多更好的連續(xù)實(shí)時(shí)檢測(cè)。檢測(cè)所得的數(shù)據(jù)越好、速度越快，就越有價(jià)值。另一個(gè)因素是許多基于光學(xué)的測(cè)量需要試劑，而試劑需要成本，但電化學(xué)傳感器不需要試劑便可測(cè)量下圖右側(cè)所示的常見(jiàn)參數(shù)，因此擁有成本較低，價(jià)值更高。
如何滿(mǎn)足連續(xù)水質(zhì)檢測(cè)應(yīng)用？這套解決方案可以有
在連續(xù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)應(yīng)用中，需要小型的低功耗和平臺(tái)化測(cè)量解決方案。ADI基于超低功耗微控制器ADuCM355和低輸入偏置電流放大器LTC6078的解決方案能夠進(jìn)行常見(jiàn)傳感器測(cè)量和診斷測(cè)試。ADuCM355基于cortexM3微處理器，具有先進(jìn)的集成模擬前端，針對(duì)電化學(xué)和阻抗測(cè)量而設(shè)計(jì)。ADuCM355具有2個(gè)完成的恒電位儀通道，帶有12位波形發(fā)生器和一個(gè)16位ADC，以及靈活的開(kāi)關(guān)矩陣和數(shù)字功能（如同步濾波器和DFT加速器），利用該產(chǎn)品和高性能CMOS運(yùn)算放大器LTC6078，ADI構(gòu)建了一個(gè)演示平臺(tái)，以展示如何通將通用傳感器接口用于電化學(xué)水質(zhì)分析傳感器，除了能測(cè)量ph值、ORP和電導(dǎo)率等，這個(gè)低功耗、小尺寸平臺(tái)還可以執(zhí)行高精度診斷測(cè)試，如循環(huán)伏安法和電化學(xué)阻抗譜以及有關(guān)傳感器和系統(tǒng)狀況的更多信息。
電化學(xué)模擬前端：ADuCM355為電化學(xué)測(cè)量提供一種平臺(tái)解決方案，其中集成了所有必要的測(cè)量功能以及一個(gè)低功耗微處理器(MCU)。除了主要測(cè)量和電化學(xué)功能外，還可以利用任意測(cè)量功能進(jìn)行定制和靈活的測(cè)量。因此，它是一款完整的測(cè)量平臺(tái)，尺寸很小，功耗極低，溶液可重復(fù)使用以檢測(cè)多個(gè)參數(shù)，并且可在傳感器外殼內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，而功能和性能堪比臺(tái)式儀器。ADuCM355的高集成度可減少器件數(shù)量，提高可靠性，并提供比分立實(shí)施解決方案更一致的性能。
微功耗精密放大器：LTC6078能夠?yàn)閜H探針等高阻抗傳感器提供精密緩沖。其精密性能和低偏置電流（輸入偏置電流最大值為1pA）是此設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，其中pH探針的阻抗可能有數(shù)千兆歐(GΩ)。LTC6078的低1/f噪聲系數(shù)(1μVp-p)是低速測(cè)量系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高測(cè)量精度的另一個(gè)重要特性。LTC6078在低電源電壓下保持精密性能，具有高輸入阻抗和寬增益帶寬，以超低功耗(54μA)工作，并具有關(guān)斷功能。
ADuCM355和LTC6078構(gòu)建的模塊化檢測(cè)平臺(tái)支持pH值和阻抗兩種測(cè)量模式及溫度補(bǔ)償，pH模式適用于任何電壓輸出傳感器，包括pH、ORP或其他電位傳感器，如離子選擇性電極；阻抗模式適用于電導(dǎo)率傳感器、電化學(xué)阻抗譜掃描或任何其他基于電阻或電流的測(cè)量。
總結(jié)
水資源管理不僅僅是水質(zhì)的監(jiān)測(cè)，還涉及更多的環(huán)節(jié)，包括水源監(jiān)測(cè)、科學(xué)用水管理，等等。如何以低實(shí)現(xiàn)成本、低維護(hù)成本來(lái)完成監(jiān)測(cè)管理成為實(shí)施方案時(shí)的主要挑戰(zhàn)。利用新科技方案提高水資源使用效率，加強(qiáng)水質(zhì)量環(huán)保監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為當(dāng)前水資源管理的一種新趨勢(shì)。ADI公司提供的創(chuàng)新解決方案，不僅可靠性很高功耗還很低，為水質(zhì)檢測(cè)設(shè)備廠商提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。
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