基于物联网人工湿地微污染水质检测传感器及检测装置
阅读说明：本技术 基于物联网人工湿地微污染水质检测传感器及检测装置 (Artificial wetland micro-polluted water quality detection sensor and detection device based on Internet of things ) 是由 李翠丹 李静 邱永福 于 2021-01-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于物联网人工湿地微污染水质检测传感器及检测装置,该传感器依次电连接的感应电路、检波电路、震荡电路及发射电路。通过采用对称匹配电路结构感应电路感应人工湿地微污染水质的信号波形,保障了检波性能的准确性；检波电路对从感应电路获取的信号波形中的凹槽进行检波,获得检波信号作为复调信号；谐振回路在有源晶体管器件的驱动之下,将微弱的晶振复调制信号激励放大发射至自由空间进行无线传输。本发明变容二极管一方面作为检波电路的检波电容,另一方面作为震荡电路中的压控可变电容,节省成本、设备空间,解决了无法长期在污染区进行现场检测难题,保障工作人员的人身安全,提高工作效率,预防与减少事故发生。(The invention discloses a constructed wetland micro-polluted water quality detection sensor and a detection device based on the Internet of things. The signal waveform of the micro-polluted water of the constructed wetland is induced by adopting the induction circuit with the symmetrical matching circuit structure, so that the accuracy of the detection performance is guaranteed; the detection circuit detects the groove in the signal waveform obtained from the induction circuit to obtain a detection signal as a polyphonic signal; the resonant circuit is driven by the active transistor device to excite, amplify and transmit a weak crystal oscillator complex modulation signal to a free space for wireless transmission. The variable capacitance diode is used as the detection capacitor of the detection circuit on one hand and as the voltage-controlled variable capacitor in the oscillation circuit on the other hand, so that the cost and the equipment space are saved, the problem that the field detection cannot be carried out in a polluted area for a long time is solved, the personal safety of workers is guaranteed, the working efficiency is improved, and the accidents are prevented and reduced.)
技术领域
本发明涉及环境检测技术领域，尤其涉及一种基于物联网人工湿地微污染水质检测传感器及检测装置。
背景技术
传感器就是把自然界中的各种物理量、化学量、生物量转化为可测量的电信号的装置与元件,可见传感器的众多和纷杂。传感器的定义决定了它本身的复杂性和众多品种。物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是“Internet of things(IoT)”。顾名思义，物联网就是把所有物品通过射频识别等信息传感设备，例如射频识别RFID、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，形成人与物、物与物相联，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一个巨大网络。
物联网传感器早已渗透到诸如工业生产、智能家居、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。在基础学科研究中，物联网传感器具有突出的地位，例如，在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到cm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的发展，往往是一些边缘学科开发的先驱。
物联网传感器属于物联网的神经末梢，成为人类全面感知自然的最核心元件，各类传感器的大规模部署和应用是构成物联网不可或缺的基本条件。对应不同的应用我们提供不同的传感器，覆盖范围遍及环境保护、智能交通、政府工作、公共安全、平安家居、智能消防、工业监测、老人护理、个人健康等多个领域。
随着社会的不断发展，生活水平的不断提高，人们对饮用水的卫生要求越来也高。目前我国生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)已经将砷含量0.05mg/L改为0.0lmg/L。尽管标准提高，但我国仍是世界上砷污染最严重的国家之一,群体性砷中毒以及砷污染事件时有发生。如何修复砷污染水体或土壤已经成为我国面临的难题。
利用化学发光法检测砷浓度是一种利用砷产生化学发光信号的新型检测方法，具有较高的灵敏度和极高的选择性，但该方法仍停留在实验室阶段，然而近年砷污染事件频发，却无法长期在污染区进行现场检测。因此，迫切需要一种基于物联网的人工湿地微污染水质检测传感器及检测装置，能够有效地对现有技术进行改进，以克服其不足。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出一种基于物联网人工湿地微污染水质检测传感器及检测装置，解决了现有技术中存在的无法长期在污染区进行现场检测，保障工作人员的人身安全，提高工作效率，预防与减少事故发生，其具体方案如下：
第一方面，本发明提出一种基于物联网人工湿地微污染水质检测传感器，所述采集器包括：
感应电路，用于通过LC感应共振电路的获取感应信号；
检波电路，用于对从所述感应电路获取的感应信号进行整流检波获取复调信号；所述检波电路包括四个晶体管与一个变容二极管，其中：
第一晶体管(Q1)的栅极、漏极分别与所述感应电路LC电路的两端电连接，第二晶体管(Q2)的栅极、漏极分别与所述感应电路LC电路的两端电连接，所述第一晶体管(Q1)的源极、所述第二晶体管(Q2)的源极同时接地；
第三晶体管(Q3)的栅极、漏极同时连接至所述第一晶体管(Q1)的漏极，第三晶体管(Q3)的栅极、漏极同时连接至所述第二晶体管(Q2)的漏极，所述第三晶体管(Q3)的源极、所述第四晶体管(Q4)的源极同时连接至第一变容二极管(D1)的阴极；
震荡电路，用于对所述复调信号进行再调制为激励信号；
发射电路，用于将所述激励信号放大发射至自由空间进行传输。
优选地，所述感应电路包括第一电感(L1)与第一电容(C1)，所述第一电感(L1)与所述第一电容(C1)之间进行并联电连接。
优选地，所述震荡电路包括与所述第一变容二极管(D1)共同构成压控震荡器的第一晶振(X1)与第二电感(L2)；
正向的所述第一变容二极管(D1)、所述第二电感(L2)与所述第一晶振(X1)依次形成闭合环路电连接。
优选地，所述发射电路包括第二电容(C2)、第三电容(C3)、第三电感(L3)与第五晶体管(Q5)；
所述第二电容(C2)与所述第三电感(L3)并联后和所述第二电容(C2)串联连接成容抗谐振回路，所述容抗谐振回路跨接在所述第五晶体管(Q5)集电极、发射极之间；
所述第五晶体管(Q5)基极、发射极分别与所述震荡电路第一晶振(X1)两端进行并联连接。
优选地，所述晶体管采用场效应管、双极晶体管中的一种或多种。
优选地，所述第一晶体管(Q1)、第二晶体管(Q2)、第三晶体管(Q3)、第四晶体管(Q4)均为NMOS管，第五晶体管(Q5)为双极晶体管。
优选地，所述检波电路的第一晶体管(Q1)与第二晶体管(Q2)是两个结构对称、面积相等的NMOS管，第三晶体管(Q3)与第四晶体管(Q4)是两个结构对称、面积相等的NMOS管。
第二方面，本发明提出一种基于物联网人工湿地微污染水质检测装置，所述检测装置包括第一方面所述基于物联网人工湿地微污染水质检测传感器。
本发明的有益效果：本发明的基于物联网人工湿地微污染水质检测传感器及检测装置，通过采用对称匹配电路结构感应电路感应人工湿地微污染水质的信号波形，保障了检波性能的准确性；然后检波电路对从感应电路获取的信号波形中的凹槽进行检波，获得检波信号作为复调信号；由电容、电感组成的谐振回路在有源晶体管器件的驱动之下，将微弱的晶振复调制信号激励放大发射至自由空间进行无线传输。进一步，本实施例中的变容二极管一方面作为检波电路的检波电容，另一方面作为震荡电路中的压控可变电容，节省成本、设备空间；采用晶振压控调制，极大地提高了频率的准确性。以上措施解决了现有技术中存在的无法长期在污染区进行现场检测，保障工作人员的人身安全，提高工作效率，预防与减少事故发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明基于物联网人工湿地微污染水质检测传感器一实施例结构示意图。
图2是本发明基于物联网人工湿地微污染水质检测传感器一实施例电路示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明技术方案作进一步详细的说明，这是本发明的较佳实施例。应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
本发明一实施例提出一种基于物联网人工湿地微污染水质检测传感器，如图1、2所示，所述采集器具体可以包括如下模块：依次电连接的感应电路、检波电路、震荡电路及发射电路；该传感器的总体工作思路是：传感器需要感应人工湿地微污染水质的信号波形，然后检波电路对信号波形中的凹槽进行检波，获得检波信号。
本实施例的感应电路的具体电路包括第一电感(L1)与第一电容(C1)，第一电感(L1)与第一电容(C1)之间进行并联电连接。本实施例中的感应电路用于通过LC感应共振电路的获取感应信号。具体地是，本实施例传感器需要通过感应电路感应人工湿地微污染水质的信号波形，然后检波电路对从感应电路获取的信号波形中的凹槽进行检波，获得检波信号作为复调信号。其中，该检波电路包括四个晶体管与一个变容二极管，具体的电路连接关系是第一晶体管(Q1)的栅极、漏极分别与感应电路LC电路的两端电连接，第二晶体管(Q2)的栅极、漏极分别与感应电路LC电路的两端电连接，第一晶体管(Q1)的源极、第二晶体管(Q2)的源极同时接地；第三晶体管(Q3)的栅极、漏极同时连接至第一晶体管(Q1)的漏极，第三晶体管(Q3)的栅极、漏极同时连接至第二晶体管(Q2)的漏极，第三晶体管(Q3)的源极、第四晶体管(Q4)的源极同时连接至第一变容二极管(D1)的阴极。
值得指出的是，本实施例中检波电路的第一晶体管(Q1)与第二晶体管(Q2)是两个结构对称、面积相等的NMOS管，第三晶体管(Q3)与第四晶体管(Q4)是两个结构对称、面积相等的NMOS管。这样，由于采用对称匹配电路结构，可保障了检波性能的准确性。
本实施例中的震荡电路用于对复调信号进行再调制为激励信号；该震荡电路包括与第一变容二极管(D1)共同构成压控震荡器的第一晶振(X1)与第二电感(L2)；正向的第一变容二极管(D1)、第二电感(L2)与第一晶振(X1)依次形成闭合环路电连接。
值得注意的是，本实施例中的变容二极管(D1)一方面作为检波电路的检波电容，另一方面作为震荡电路中的压控可变电容，受第三晶体管(Q3)与第四晶体管(Q4)的共同源极输出信号控制进行再调制。
本实施例中的发射电路具体可以包括第二电容(C2)、第三电容(C3)、第三电感(L3)与第五晶体管(Q5)；第二电容(C2)与第三电感(L3)并联后和第二电容(C2)串联连接成容抗谐振回路，容抗谐振回路跨接在第五晶体管(Q5)集电极、发射极之间；第五晶体管(Q5)基极、发射极分别与震荡电路第一晶振(X1)两端进行并联连接。这样，由第二电容(C2)、第三电容(C3)、第三电感(L3)组成的谐振回路在第五晶体管(Q5)的有源器件驱动之下，将微弱的晶振复调制信号激励放大发射至自由空间进行无线传输。
需要说明的是，本实施例中的晶体管可为采用场效应管、双极晶体管中的一种或多种。较佳地，本实施例中的第一晶体管(Q1)、第二晶体管(Q2)、第三晶体管(Q3)、第四晶体管(Q4)均为NMOS管，第五晶体管(Q5)为双极晶体管。但需要说明的是，本实施例中的晶体管也可以是耗尽型N沟道MOS晶体管的栅极与源极连接的结构，虽未作图示，不过当然也可以是将耗尽型P沟道MOS晶体管的栅极与源极连接的结构。
综上所述，本发明的基于物联网人工湿地微污染水质检测传感器，通过采用对称匹配电路结构感应电路感应人工湿地微污染水质的信号波形，保障了检波性能的准确性；然后检波电路对从感应电路获取的信号波形中的凹槽进行检波，获得检波信号作为复调信号；由电容、电感组成的谐振回路在有源晶体管器件的驱动之下，将微弱的晶振复调制信号激励放大发射至自由空间进行无线传输。进一步，本实施例中的变容二极管一方面作为检波电路的检波电容，另一方面作为震荡电路中的压控可变电容，节省成本、设备空间；采用晶振压控调制，极大地提高了频率的准确性。以上措施解决了现有技术中存在的无法长期在污染区进行现场检测，保障工作人员的人身安全，提高工作效率，预防与减少事故发生。
实施例二
本发明一实施例提出一种基于物联网人工湿地微污染水质检测装置，所述检测装置包括上述基于物联网人工湿地微污染水质检测传感器。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。并且，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
还需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种土壤参数计