飲用水中溴酸鹽檢測裝置設計與研究.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,但是在消毒過程中臭氧會將水中的溴化物氧化生成溴酸鹽;而國際癌癥研究中心(IARC)將溴酸鹽認定為2B級潛在致癌物,即具有較高的致癌可能性。此外,我國的《飲用天然礦泉水》的國家標準(GB8537-2008)中規(guī)定飲用水中溴酸鹽的濃度不得大于10μg/L。通常的溴酸鹽檢測方法——離子色譜法,需要專業(yè)人員使用昂貴的設備通過復雜的工序才能

2、完成,因此研制一套操作簡單、可以實現(xiàn)快速、實時的溴酸鹽檢測裝置具有重大的社會意義。
　　為了解決以上問題,項目組設計了一套飲用水中溴酸鹽濃度檢測裝置。在該裝置中使用了項目組已完成設計的溴酸鹽濃度傳感器;同時根據(jù)這個傳感器的信號輸出特點設計了一套高速模數(shù)采集模塊以與其配套的FPGA數(shù)據(jù)采集平臺,設計的采集系統(tǒng)可以實現(xiàn)對傳感器輸出信號的高速采集,對采集信息提取和分析,以實現(xiàn)溴酸鹽濃度的檢測。為了測試本裝置有效性,使用該裝置對五種不同濃

3、度的溴酸鉀溶液樣品進行了檢測。根據(jù)實驗得回的數(shù)據(jù),證明溴酸鹽濃度檢測裝置能夠有效識別各個樣本,并具有良好的檢測精度,可靠性和穩(wěn)定性。論文主要工作概括如下:
　　1、根據(jù)課題組已完成設計的溴酸鹽濃度檢測傳感器輸出信號特點,對高速信號采集系統(tǒng)設計中所使用到器件進行對比選型,從而確定采集系統(tǒng)設計方案;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),用以實現(xiàn)對傳感器信號的采集和處理。
　　

4、2、完成高速模數(shù)采集模塊的設計;包括輸入信號抗混疊濾波器設計、仿真和測試,與ADC相配套的時鐘驅(qū)動電路以及為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電壓的穩(wěn)壓電源電路設計。
　　3、在現(xiàn)有的FPGA平臺上完成用于ADC輸出信號接收的接口配置。ADC輸出的信號是按照DDR LVDS傳輸協(xié)議傳輸?shù)?同時接收到的數(shù)據(jù)將存儲在異步FIFO中;之后通過仿真以及實際模擬通訊測試來檢驗該接收系統(tǒng)工作的有效性。
　　4、對FPGA采集回來的數(shù)據(jù)信號進行快速傅里葉變換(

5、FFT),將采集回來的信號由時域轉(zhuǎn)換到復頻域,根據(jù)其幅頻特性來實現(xiàn)溴酸鹽濃度檢測信息的提取,以便下一步實現(xiàn)對溴酸鹽濃度的信號特征進行分類和識別。
　　5、裝置整體測試。硬件調(diào)試正常之后,根據(jù)傳感器信號特點選擇了合適的信號分析方案,并進行裝置穩(wěn)定性和可靠性測試;在調(diào)試正常后使用溴酸鹽濃度檢測裝置對五種不同濃度的溴酸鉀溶液樣品進行檢測,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行曲線擬合尋找溴酸鹽度和傳感器輸出信號之間的關系,并針對實驗結(jié)果進行了分析和討論。