得益于環境政策的推動，環境監測要素從大氣擴展到水質，各種水質監測指標也在不斷增加，水質監測儀器設備也將朝著多樣化的方向發展。電化學技術可以直接或間接用于檢測影響水質的幾個重要參數，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量參數有關。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探針，包括pH值、氧化還原電位(ORP)和電導池。

 

ADI水質傳感器板

 

電化學技術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移來表征還原-氧化反應的行為。電化學技術可以直接或間接用于檢測影響水質的幾個重要參數，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量參數有關。所以當我們利用智能傳感器檢測水質時，基于電化學的傳感器是一個很好的選擇。

 

水質測量方法有很多種，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，而且相當經濟。利用電化學傳感器可以測量的常見參數如pH、ORP、電導率、ISC和溶解氧。當把它們變成智能傳感器時，可以實現更多更好的連續實時檢測。檢測所得的數據越好、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所示的常見參數，因此擁有成本較低，價值更高。

 

 

如何滿足連續水質檢測應用？這套解決方案可以有

 

在連續水質監測應用中，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位波形發生器和一個16位ADC，以及靈活的開關矩陣和數字功能（如同步濾波器和DFT加速器），利用該產品和高性能CMOS運算放大器LTC6078，ADI構建了一個演示平臺，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行高精度診斷測試，如循環伏安法和電化學阻抗譜以及有關傳感器和系統狀況的更多信息。

 

 

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，并且可在傳感器外殼內部實現，而功能和性能堪比臺式儀器。ADuCM355的高集成度可減少器件數量，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）是此設計的關鍵因素，其中pH探針的阻抗可能有數千兆歐(GΩ)。LTC6078的低1/f噪聲系數(1μVp-p)是低速測量系統實現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，并具有關斷功能。

 

ADuCM355和LTC6078構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

 

水資源管理不僅僅是水質的監測，還涉及更多的環節，包括水源監測、科學用水管理，等等。如何以低實現成本、低維護成本來完成監測管理成為實施方案時的主要挑戰。利用新科技方案提高水資源使用效率，加強水質量環保監測已經成為當前水資源管理的一種新趨勢。ADI公司提供的創新解決方案，不僅可靠性很高功耗還很低，為水質檢測設備廠商提供高性價比的解決方案。

 

 

推薦閱讀：