飲用水中溴酸鹽濃度檢測系統設計

李瑞帥

1前言

溴酸鹽是在各個飲用水生產廠家大量使用臭氧進行殺菌的過程中，不可避免產生的一種副產物。國際癌癥研究中心（IARC）經過權威實驗認證表明溴酸鉀對實驗動物有致癌作用，溴酸鹽被國際癌癥研究機構定為2b級潛在致癌物。本文設計了一種基于微波探測法的非接觸式飲用水溴酸鹽定量檢測裝置。

2檢測系統設計

本系統主要由四部分組成。第一部分為傳感器檢測模塊，實現將被檢測物質濃度的變化轉換為電信號輸出，其中用于盛裝被檢測溶液的試管外徑為12mm，內徑為10mm，高70mm;第二部分為用于采集傳感器輸出高速信號的A/D模塊;第三部分為基于FPGA的數字信號處理系統，該部分用于檢測傳感器輸出信號的頻率，并且對A/D模數轉換模塊所采集到的數據進行預處理;第四部分為FPGA與計算機之間的通信接口，實現FPGA將采集到的數據上傳到微機進行進一步的處理。

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轉化為數字信號，并在FPGA的控制下將采樣信號寫入到FPGA內部的FIFO;方波整形電路將傳感器輸出信號轉化為等周期的方波信號，便于信號處理單元對傳感器輸出信號頻率進行測試;信號處理單元測試整形后的傳感器輸出信號頻率，并讀取FIFO中的數據進行算法處理。最后將預處理后的數據通過FPGA與計算機之間的數據通信接口上傳到計算機，計算機再對這些數據做進一步的分析處理，并顯示最終處理結果。

ADC采樣電路主要包括：AD6645采樣時鐘電路、模擬輸入端單端轉差分電路和模數轉換輸出數據緩沖電路幾個部分。從系統可升級性角度考慮，選用含有480個用戶可配置IO的Virtex-5 SXT系列的XC5VSX50T作為采樣控制核心。

3系統測試

分別對濃度為8μg/L、10μg/L、50μg/L、100μg/L 的溴酸鉀溶液進行測試，在對每一種樣品進行檢測時，記錄上位機界面所顯示的相應頻率值。

隨著被檢測溴酸鹽濃度的增大，傳感器的輸出頻率值單調遞減，并且表現出了較好的重復性。檢測系統能夠很好的區分四種不同濃度的溴酸鉀溶液樣品。

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