全自动高精度氟离子快速检测仪.pdf

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1、全自动高精度氟离子快速检测仪赵学亮,等全自动高精度氟离子快速检测仪FullyAutomatedHighPrecisionRapidDetectorforFluoridelon1231赵学亮姜秉梁张姗李康1(中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定071051;23保定电力职业技术学院,河北保定071051;保定天泰电力设备有限公司,河北保定071051)摘要:针对水工环和水资源调查野外氟离子快速检测的需求,利用氟离子选择性电极,基于最小二乘法(LSM),研制了氟离子快速检测仪。详细阐述了仪器的硬件和软件设计、曲线拟合方法等。测

2、试结果表明,仪器检测相对误差≤5%,具备低功耗、高集成度、高精度等优点,特别适合于野外现场水中氟离子的快速检测,具有广阔的应用前景。关键词:氟离子选择性电极最小二乘法(LSM)MSC2110Y5全自动中图分类号:X853文献标志码:AAbstract:InaccordancewiththerequirementsofrapidFluorideiondetectioninwildfieldforinvestigationofhydraulicengineeringandenvironmentalgeology,therapidfluor

3、ideiondetectorisdevelopedbyadoptingFl-ionselectiveelectrodeandbasedontheleastsquaremethod(LSM).Thedesignofhardwareandsoftwareoftheinstrumentandthecurvefittingmethodaredescribedindetail.Thetestresultsshowthattherelativeerroris≤5%,andtheinstrumentfeatureslowpowerconsumpti

4、on,highintegration,andhighaccuracy,itisparticularlysuitableforrapiddetectionofFl-ioninwaterinfieldsitesurvey.Keywords:FluorideionSelectiveelectrodeLeastsquaremethod(LSM)MSC1210Y5Fullyautomated0引言1硬件电路设计氟(F)广泛存在于自然水体中,是人体必需的微仪器采用MSC1210Y5作为核心处理器。按照量元素之一,其含量与人体健康息息相关,是水体常

5、规系统功能划分,仪器分为处理器单元、信号调理单[1]元、温度采集单元、人机交互单元、磁力搅拌单元必测项目之一。当前,在国土资源部和环境保护部[4]的水文地质调查和水环境质量调查中,对氟离子的检等。①处理器单元主要负责信号采集和数据处测一般采用分光光度法、离子色谱法等。这些仪器操理;②信号调理单元主要负责高保真获取电极信号,作比较繁琐,功率较高,且往往采用实验室离线检测的并将电极感应信号调理成可供采集电路采集的信方式,难以满足野外现场快速检测的需要[2]。号;③温度采集单元完成数字式温度传感器离子选择性电极法由于具备灵敏度高、分析速度D

6、S18B20的信号采集;④人机交互单元负责参数的快、仪器结构简单等优点,已成为氟离子检测十分重要设置和结果的实时显示;⑤磁力搅拌单元负责检测[3,5]过程中被测液体的匀速搅拌。的方法。目前已有基于电极法的水质快速检测仪1.1处理器单元器。该仪器需要搭配磁力搅拌器使用,采用两点式线MSC1210Y5是TI公司推出的用于混合信号处理性方程的判定方法,操作不便,检测精度较低,这一定的低功耗、高集成度处理器芯片,指令功能和标准与程度上限制了仪器的推广应用。针对上述问题,本文8051完全兼容。内部集成8路24位高精度A/D转换巧妙地将磁力搅拌器

7、集成到检测仪器中,并采用最小器、多功能数字I/O口、可编程增益放大器和Flash存二乘法(leastsquaremethod,LSM)拟合出高度逼近的储器等丰富高性能外设,大大简化了仪器电路设计,极检测曲线方程,从而实现了氟离子的高精度测量。大提高了仪器可靠性。本文采用处理器内置A/D转换器完成氟离子电极国家自然科学基金资助项目(编号:41303089、40972159)。信号的高精度采集。A/D转换器相关寄存器设置如下。修改稿收到日期:2014-01-06。设置ADCON0.4选择内部参考电压源为1.25V;滤波器第一作者赵学亮(1

8、982-),男,2008年毕业于河北农业大学智能化检型号选择为sinc3;ACLK为1,ADCON2和ADCON3寄测与自动控制专业,获硕士学位,工程师;主要从事水质检测技术方法和数据处理算法的研究。存器中的抽样值设置为

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