【導讀】“水是生命之源”，這一點人人皆知。然而，實際情況則很微妙，因為僅僅有水是不夠的，我們需要的是安全的水。聯(lián)合國兒童基金會和世界衛(wèi)生組織在2019年6月聯(lián)合發(fā)布的一份新報告顯示：全世界約有22億人沒有安全管理的飲用水服務。如何確保“安全的水”，是解決這一問題的關(guān)鍵。
得益于環(huán)境政策的推動，環(huán)境監(jiān)測要素從大氣擴展到水質(zhì)，各種水質(zhì)監(jiān)測指標也在不斷增加，水質(zhì)監(jiān)測儀器設備也將朝著多樣化的方向發(fā)展。電化學技術(shù)可以直接或間接用于檢測影響水質(zhì)的幾個重要參數(shù)，包括化學指標、生物和細菌指標，甚至一些低含量污染物，如重金屬。許多此類指示性測量與確定被測分析物的重要質(zhì)量參數(shù)有關(guān)。ADI公司提供的模塊化檢測平臺，可用來設計靈活的電化學水質(zhì)測量解決方案。其高集成度使得電化測量平臺可應用于各種水質(zhì)探針，包括pH值、氧化還原電位(ORP)和電導池。
ADI水質(zhì)傳感器板
電化學技術(shù)憑什么在眾多檢測方法中脫穎而出？
許多重要的液體分析（如pH值）依賴于電化學，電化學是化學的一個分支，通過測量電子從一種反應物到另一種反應物的轉(zhuǎn)移來表征還原-氧化反應的行為。電化學技術(shù)可以直接或間接用于檢測影響水質(zhì)的幾個重要參數(shù)，包括化學指標、生物和細菌指標，甚至一些低含量污染物，如重金屬。許多此類指示性測量與確定被測分析物的重要質(zhì)量參數(shù)有關(guān)。所以當我們利用智能傳感器檢測水質(zhì)時，基于電化學的傳感器是一個很好的選擇。
水質(zhì)測量方法有很多種，例如光學、生物學和實驗室方法。電化學脫穎而出的原因之一是能提供水質(zhì)和液體分析應用中最常用指標的測量，其功耗很低、分辨率很高，而且相當經(jīng)濟。利用電化學傳感器可以測量的常見參數(shù)如pH、ORP、電導率、ISC和溶解氧。當把它們變成智能傳感器時，可以實現(xiàn)更多更好的連續(xù)實時檢測。檢測所得的數(shù)據(jù)越好、速度越快，就越有價值。另一個因素是許多基于光學的測量需要試劑，而試劑需要成本，但電化學傳感器不需要試劑便可測量下圖右側(cè)所示的常見參數(shù)，因此擁有成本較低，價值更高。
如何滿足連續(xù)水質(zhì)檢測應用？這套解決方案可以有
在連續(xù)水質(zhì)監(jiān)測應用中，需要小型的低功耗和平臺化測量解決方案。ADI基于超低功耗微控制器ADuCM355和低輸入偏置電流放大器LTC6078的解決方案能夠進行常見傳感器測量和診斷測試。ADuCM355基于cortexM3微處理器，具有先進的集成模擬前端，針對電化學和阻抗測量而設計。ADuCM355具有2個完成的恒電位儀通道，帶有12位波形發(fā)生器和一個16位ADC，以及靈活的開關(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運算放大器LTC6078，ADI構(gòu)建了一個演示平臺，以展示如何通將通用傳感器接口用于電化學水質(zhì)分析傳感器，除了能測量ph值、ORP和電導率等，這個低功耗、小尺寸平臺還可以執(zhí)行高精度診斷測試，如循環(huán)伏安法和電化學阻抗譜以及有關(guān)傳感器和系統(tǒng)狀況的更多信息。
電化學模擬前端：ADuCM355為電化學測量提供一種平臺解決方案，其中集成了所有必要的測量功能以及一個低功耗微處理器(MCU)。除了主要測量和電化學功能外，還可以利用任意測量功能進行定制和靈活的測量。因此，它是一款完整的測量平臺，尺寸很小，功耗極低，溶液可重復使用以檢測多個參數(shù)，并且可在傳感器外殼內(nèi)部實現(xiàn)，而功能和性能堪比臺式儀器。ADuCM355的高集成度可減少器件數(shù)量，提高可靠性，并提供比分立實施解決方案更一致的性能。
微功耗精密放大器：LTC6078能夠為pH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）是此設計的關(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)是低速測量系統(tǒng)實現(xiàn)高測量精度的另一個重要特性。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)建的模塊化檢測平臺支持pH值和阻抗兩種測量模式及溫度補償，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率傳感器、電化學阻抗譜掃描或任何其他基于電阻或電流的測量。
總結(jié)
水資源管理不僅僅是水質(zhì)的監(jiān)測，還涉及更多的環(huán)節(jié)，包括水源監(jiān)測、科學用水管理，等等。如何以低實現(xiàn)成本、低維護成本來完成監(jiān)測管理成為實施方案時的主要挑戰(zhàn)。利用新科技方案提高水資源使用效率，加強水質(zhì)量環(huán)保監(jiān)測已經(jīng)成為當前水資源管理的一種新趨勢。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)檢測設備廠商提供高性價比的解決方案。
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