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水质硝酸盐浓度在线检测的电极式传感器研究

作　者: 葛坤峰
导　师: 刘晔; 王玉皞; 王晖
学　校: 南昌大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 电极式传感器离子浓度检测矩形线圈叉指阵列电极
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 41次
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内容摘要

在水资源严重短缺的今天,人们对饮用水的安全十分关心,水污染这一严重威胁水质的现象引起了人们的密切关注。然而,近年来,随着工农业的迅速发展,废水的大量排放,全球的江河湖泊等水体的水质急剧恶化。目前应对水污染的主要方法之一就是有针对性的进行水质检测。许多国家都投入大量的资金和技术研究水体监测系统和检测方法。长期以来,水质检测的主要目标集中在对水体富营养化和藻类繁殖现象的检测和预警上,另外还有针对水体的物理指标和化学指标的单一检测。近年来水质污染的深层次问题逐渐显露,如无机有毒物质和金属离子等污染物被水生生物富集后,经过生物链而进入人体,对人类的健康造成威胁。然而目前没有针对水体中离子浓度进行检测的方法,因此,本课题研究了一种由平面矩形线圈和叉指阵列电极组成的,能够检测水体中离子浓度的电极式传感器,为进一步研究水质监测系统中的传感器模块奠定了基础,本文从以下几个方面进行研究。首先,分析用于水体中污染物浓度监测的传感器的国内外研究状况,描述水生态感知系统的传感器节点的组成、组网接口、能量装置等部分,为传感器的组网应用提供了理论基础。其次,利用仿真软件COMSOL MULTIPHYSICS3.5A建立传感器模型,对传感器进行仿真,并改变传感器的关键参数,观察、分析参数地变化对传感器阻抗所带来的影响,确定最佳的传感器模型。最后,利用示波器和信号发生器等设备搭建的实验平台对研制的传感器进行实测,计算传感器的阻抗和阻抗灵敏度,观察阻抗在整个频率段的变化趋势,并找出最佳的频率段,计算出传感器阻抗灵敏度与硝酸盐溶液离子浓度之间的线性方程。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第1章绪论  8-15
  1.1 中国水资源现状  9
  1.2 水污染种类及其危害  9-13
    1.2.1 化学性污染  10-11
    1.2.2 物理污染  11
    1.2.3 生物性污染  11-12
    1.2.4 水污染的危害  12-13
  1.3 课题的来源及研究意义  13
  1.4 论文的内容以及章节安排  13-15
第2章基于WSN的水生态感知系统设计方案  15-28
  2.1 水质监测的国内外现状  15-17
    2.1.1 国内现状  16-17
    2.1.2 国外现状  17
  2.2 基于WSN的水质检测系统的组成及结构  17-19
  2.3 基于WSN的水质检测系统的主要性能指标  19-21
    2.3.1 测量指标类型及精确度  19
    2.3.2 检测密度和频度  19-20
    2.3.3 WSN生存周期  20-21
  2.4 传感器节点  21-22
    2.4.1 传感器节点的组成  21-22
    2.4.2 无线传输模块  22
  2.5 传感器通用接口标准  22-24
  2.6 能量供给装置  24-25
  2.7 传感器在水质检测中的应用  25-27
  2.8 本章总结  27-28
第3章平面电极传感器的建模与仿真分析  28-44
  3.1 平面电磁传感器设计的建模与仿真理论  28-33
    3.1.1 阻抗在电磁场中的应用  28-29
    3.1.2 交流阻抗  29-30
    3.1.3 电磁场的边界条件  30-31
    3.1.4 传感器仿真的边界条件与控制方程  31-33
  3.2 基于平面矩形线圈和叉指式阵列电极的传感器模型  33-35
    3.2.1 传感器等效电路模型  33-35
    3.2.2 传感器的设计原理  35
  3.3 传感器的建模及参数优化  35-39
    3.3.1 并联传感器的结构  36-38
    3.3.2 串联传感器的结构  38-39
  3.4 传感器的模拟验证  39-41
    3.4.1 仿真软件  39-40
    3.4.2 模拟仿真的目的  40-41
  3.5 传感器的模拟步骤  41-42
  3.6 传感器的模拟结果与分析  42-43
  3.7 传感器关键参数以及对传感器阻抗的影响  43
  3.8 本章小结  43-44
第4章实验验证  44-53
  4.1 实验目的  44
  4.2 实验设备  44-45
  4.3 实验步骤  45-46
  4.4 实验结果  46-48
  4.5 传感器阻抗灵敏度与硝酸盐溶液的线性关系  48-51
  4.6 本章小结  51-53
第5章总结与展望  53-55
  5.1 总结  53
  5.2 展望  53-55
致谢  55-56
参考文献  56-59
附录  59-68
  附录A 传感器SCS3在硝酸氨溶液中的测试数据  59-64
  附录B 传感器SCS3在硝酸盐混合溶液中的测试结果  64-68

水质硝酸盐浓度在线检测的电极式传感器研究

内容摘要

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