李瑞帥

1前言

溴酸鹽是在各個(gè)飲用水生產(chǎn)廠家大量使用臭氧進(jìn)行殺菌的過程中，不可避免產(chǎn)生的一種副產(chǎn)物。國際癌癥研究中心（IARC）經(jīng)過權(quán)威實(shí)驗(yàn)認(rèn)證表明溴酸鉀對(duì)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有致癌作用，溴酸鹽被國際癌癥研究機(jī)構(gòu)定為2b級(jí)潛在致癌物。本文設(shè)計(jì)了一種基于微波探測(cè)法的非接觸式飲用水溴酸鹽定量檢測(cè)裝置。

2檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由四部分組成。第一部分為傳感器檢測(cè)模塊，實(shí)現(xiàn)將被檢測(cè)物質(zhì)濃度的變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，其中用于盛裝被檢測(cè)溶液的試管外徑為12mm，內(nèi)徑為10mm，高70mm;第二部分為用于采集傳感器輸出高速信號(hào)的A/D模塊;第三部分為基于FPGA的數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)，該部分用于檢測(cè)傳感器輸出信號(hào)的頻率，并且對(duì)A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊所采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理;第四部分為FPGA與計(jì)算機(jī)之間的通信接口，實(shí)現(xiàn)FPGA將采集到的數(shù)據(jù)上傳到微機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

上電后，用滴管將配置好的溴酸鉀溶液滴入試管，直到滴滿為止;ADC采樣電路將傳感器輸出模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并在FPGA的控制下將采樣信號(hào)寫入到FPGA內(nèi)部的FIFO;方波整形電路將傳感器輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化為等周期的方波信號(hào)，便于信號(hào)處理單元對(duì)傳感器輸出信號(hào)頻率進(jìn)行測(cè)試;信號(hào)處理單元測(cè)試整形后的傳感器輸出信號(hào)頻率，并讀取FIFO中的數(shù)據(jù)進(jìn)行算法處理。最后將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)通過FPGA與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信接口上傳到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再對(duì)這些數(shù)據(jù)做進(jìn)一步的分析處理，并顯示最終處理結(jié)果。

ADC采樣電路主要包括：AD6645采樣時(shí)鐘電路、模擬輸入端單端轉(zhuǎn)差分電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)緩沖電路幾個(gè)部分。從系統(tǒng)可升級(jí)性角度考慮，選用含有480個(gè)用戶可配置IO的Virtex-5 SXT系列的XC5VSX50T作為采樣控制核心。

3系統(tǒng)測(cè)試

分別對(duì)濃度為8μg/L、10μg/L、50μg/L、100μg/L 的溴酸鉀溶液進(jìn)行測(cè)試，在對(duì)每一種樣品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，記錄上位機(jī)界面所顯示的相應(yīng)頻率值。

隨著被檢測(cè)溴酸鹽濃度的增大，傳感器的輸出頻率值單調(diào)遞減，并且表現(xiàn)出了較好的重復(fù)性。檢測(cè)系統(tǒng)能夠很好的區(qū)分四種不同濃度的溴酸鉀溶液樣品。

火箭軍士官學(xué)校