[发明专利]一种双电极法实现水中碳酸氢根和碳酸根快速检测仪器及其方法

说明书

一种双电极法实现水中碳酸氢根和碳酸根快速检测仪器及其方法，用于实现地下水、地表水和海水中碳酸氢根和碳酸根离子的快速检测，包括内置智能温度补偿和定量计算软件算法的微处理器、pH电极、二氧化碳电极、信号调理单元、温度采集单元、人机交互单元和负载电源管理单元；负载电源管理单元负责将电池电压转换负载电路工作电压；pH电极和二氧化碳电极与信号调理单元的输入连接；信号调理单元输出与微处理器采集引脚连接；温度采集单元与微处理器采集引脚连接；人机交互单元与微处理器I/O口连接，并控制完成微处理器单元参数设置和结果的显示。其可实现低功耗运行，无需动力源支持，并解决了水中碳酸氢根和碳酸根离子无法在野外现场快速检测的难题。

技术领域

本发明属自动化测试领域，尤其涉及一种对被测溶液碳酸氢根和碳酸根实现现场快速检测的仪器和方法。

背景技术

碳酸氢根和碳酸根离子是水文地质调查和环境监测的重要参数，对于分析地层水演化特征具有重要的作用。同时碳酸氢根和碳酸根离子在全球碳循环领域是重要的指示性参数，能够标识二氧化碳在地层水和地表水中的迁移特征和规律，识别二氧化碳的逃逸和泄露状况。

目前，碳酸氢根和碳酸根离子的测量主要依靠实验室完成，无法实现在野外现场的快速检测。被测水样获取过程存在二次污染的风险，很大程度上弱化被测信息的真实性，同时从取样到完成实验室的测量一般需要较长的时间，碳酸氢根和碳酸根离子含量已发生变化，测量结果已不能代表水样的实际值。当前急需一种能够在野外现场实现快速检测的水中碳酸氢根和碳酸根离子快速检测仪器及方法。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种双电极法实现水中碳酸氢根和碳酸根快速检测仪器，其采用双电极的方式，应用pH电极和二氧化碳电极、微处理器单元、负载电源管理单元、信号调理单元和带温度智能补偿的定量计算算法，实现了地下水、地表水和海水中碳酸氢根和碳酸根离子的野外现场快速检测。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一微处理器单元，其内置模/数转换器，且还内置有智能温度补偿的定量计算与碳酸氢根和碳酸根离子定量计算的软件算法程序；

一pH电极单元，含有内置参比电极的pH电极，该pH电极输出与被测溶液氢离子活度的对数呈线性关系的电位信号；

—二氧化碳电极单元，含有内置参比电极和填充液的二氧化碳电极，该电极输出与被测溶液游离二氧化碳浓度的对数呈线性关系的电位信号；

一信号调理单元，用于将pH电极或二氧化碳电极的输出信号调理到微处理器单元内置模/数转换器许可的范围；该信号调理单元为两路，分别供pH电极单元和二氧化碳单元使用；

一温度采集单元，其由热敏电阻传感器、恒流源电路和低通滤波电路组成；所述热敏电阻传感器经恒流源电路驱动后输出信号与低通滤波电路连接；

一人机交互单元，包括键盘和液晶显示模块；所述键盘与微处理器单元I/O连接，用于对本双电极法实现水中碳酸氢根和碳酸根快速检测仪器进行控制和设置；所述液晶显示模块与所述微处理器单元I/O连接，用于显示提示信息和检测结果；

一负载电源管理单元，包括一个电池、一路可将电池电压转换为供电路工作电压额的低压差线性稳压器(LDO)和三路负载开关；其中，所述低压差线性稳压器(LDO)向所述微处理器单元供电，所述三路负载开关均由微处理器单元I/O口控制关闭或打开以为所述信号调理单元、温度采集单元和人机交互单元提供工作电压；

所述的信号调理单元的信号输出端接微处理器单元的信号采集输入端；所述温度采集单元中的输出端与微处理器单元的信号采集输入端连接。