1.3农业水体信息传感技术

农业水体信息传感技术水体电导率传感技术23水体pH值传感技术水体氨氮传感技术45水体浊度传感技术1水体溶解氧传感技术6水体叶绿素a传感技术7农业水体信息传感基本概念小结81农业水体信息传感基本概念

水体信息传感技术是指采用物理、化学、生物等手段和技术来观察、测试养殖水体的物理、化学参数变化，对影响水产养殖的关键环境因子（参数）进行在线监测分析，为水产养殖自动化控制和决策提供可靠的数据和信息来源。水产养殖水体重要的水质参数包括：水体溶解氧、电导率、pH、氨氮、浊度和叶绿素a等。1农业水体信息传感基本概念

水质检测的意义：为探索养殖水体水质变化规律，把握养殖水体水质变化趋势，结合动物生理检测信息，为设施化畜禽养殖环境智能调控提供决策依据。

水质检测的方法

：实验室化学分析法、分光光度法（比色法）、光谱分析法、离子选择电极法、荧光熄灭法、生物传感器法和分子印迹法等。

水质传感器的发展趋势：

（1）基于光学原理的水质传感器

（2）多传感器信息融合3水体pH值传感技术水体氨氮传感技术45水体浊度传感技术6水体叶绿素a传感技术7农业水体信息传感基本概念1.2水体溶解氧传感技术21水体电导率传感技术

2水体溶解氧传感技术小结8溶解氧定义：溶解于水中分子状态的氧，用DO表示。检测方法：碘量法、电化学探头法和荧光猝灭法。

2水体溶解氧传感技术各方法特点：

（1）碘量法：纯化学方法，准确度高、重复性好，但分析程序繁琐，耗时长，无法实现现场测量。（2）电化学探头法：可在线监测，存在寿命或预热的问题。（3）荧光猝灭法：灵敏度高，免维护，稳定可靠。2.1电化学探头法——原理2水体溶解氧传感技术电化学探头原电池法极谱法阳极氧化反应：4Ag+4Clˉ→4AgCl+4eˉ阴极还原反应：O2+2H2O+4eˉ→4OHˉ全反应：4Ag+O2+2H2O+4Clˉ→4AgCl+4OHˉ阳极氧化反应：2Pb+2KOH+4OHˉ-4e→2KHPbO2+2H2O阴极还原反应：O2+2H2O+4eˉ→4OHˉ2.1电化学探头法——原理

2水体溶解氧传感技术温度电导率探头温度探头激励信号源恒流电流源溶解氧探头微控制器TEDS存储器总线接口模块电源模块智能溶解氧传感器的工作原理示意图极化电压源电导率探头放大电路峰值检波电路电流转换放大电路电源管理模块信号调理模块2.1电化学探头法——变送技术2水体溶解氧传感技术0.7V激励电压源Clark溶氧电极电流-电压转换电路零点调整电路量程调整电路微控制器溶解氧信号调理模块原理框图溶解氧传感器温度补偿流程图读取溶氧、温度A/D转换结果向测量电路供电开启A/D转换进行数字滤波溶氧零点校正根据温度电路补偿曲线初步计算溶氧含量溶氧电极效率校正数据是否达到稳定？保存测量结果结束测量开始测量NY2.1电化学探头法——传感器成品

2水体溶解氧传感技术

2水体溶解氧传感技术2.2荧光猝灭法——原理荧光激发过程荧光淬灭过程

Stern-Volmer方程：其中：F0为无氧水的荧光强度；F为待检测水样的荧光强度；KSV为Stern-Volmer方程常数；[Q]为淬灭剂即溶解氧浓度。锁相放大器2.3荧光猝灭法——变送技术交变信号相敏检波技术，能大幅度抑制无用噪声，改善检测信噪比具有极高的检测灵敏度。2水体溶解氧传感技术2.4荧光猝灭法——传感器成品2水体溶解氧传感技术2水体pH值传感技术水体氨氮传感技术45水体浊度传感技术6水体叶绿素a传感技术7农业水体信息传感基本概念水体溶解氧传感技术31水体电导率传感技术3水体电导率传感技术小结83.1检测原理

3水体电导率传感技术超声波测量法电磁式测量法测量方法电极式测量法非接触测量接触测量3.2变送技术

3水体电导率传感技术恒流源电导率电极极性转换差分放大峰值检波温度补偿电路采集设备自动补偿温度手动补偿查表补偿公式补偿恒温法3.3重要影响因素

3水体电导率传感技术3.4传感器成品

3水体电导率传感技术2水体pH值传感技术水体氨氮传感技术5水体浊度传感技术6水体叶绿素a传感技术7农业水体信息传感基本概念水体溶解氧传感技术1水体电导率传感技术4水体pH值传感技术34小结84.1检测原理4水体pH值传感技术基于能斯特（Nernst）方程，工作电极与参比电极构成原电池，根据两电极间的电势就可以知道被测溶液的pH值。4.2变送技术4水体pH值传感技术阻抗匹配低通滤波调零电路量程调整标准输出电极探头214.3传感器成品

4水体pH值传感技术2水体pH值传感技术水体氨氮传感技术水体浊度传感技术6水体叶绿素a传感技术7农业水体信息传感基本概念水体溶解氧传感技术1水体电导率传感技术5水体氨氮传感技术345小结85.1检测方法5水体氨氮传感技术水体氨氮含量包含铵根离子和游离的氨分子。蒸馏滴定法分光光度法测量方法电极法铵离子电极氨气敏电极光纤荧光法光谱分析法电导电极根据能斯特方程，利用电化学原理，通过测样品的电位值来直接测得溶液中的铵离子浓度。5.2检测原理

5水体氨氮传感技术以pH玻璃电极为指示电极，Ag/AgCl电极为参比电极。优点：操作简单，无须对样品进行预处理255.3变送技术5水体氨氮传感技术此方法因为以pH玻璃电极为指示电极，所以其变送电路与pH传感器完全相同。但由变送电路输出的电压信号x是与氨氮浓度的对数ln[NH3]成良好的线性关系。阻抗匹配低通滤波调零电路量程调整标准输出电极探头5.4传感器成品5水体氨氮传感技术2水体pH值传感技术水体氨氮传感技术水体浊度传感技术水体叶绿素a传感技术7农业水体信息传感基本概念水体溶解氧传感技术1水体电导率传感技术

6水体浊度传感技术3456小结86.1检测原理

6水体浊度传感技术散射光检测法：平行光在透明液体中传播，在遇到悬浮颗粒时改变方向，形成散射。颗粒愈多（浊度愈高）光的散射就愈严重。I0

为入射光的强度N为单位容积的微粒数V为微粒的体积λ为入射光的波长K为系数6.2变送技术6水体浊度传感技术光学部分包括：LED、透镜和光敏管电路部分包括：恒流源、信号调理模块、微处理器、TEDS存储器、总线接口模块和电源模块。6.3传感器成品6水体浊度传感技术2水体pH值传感技术水体氨氮传感技术水体浊度传感技术水体叶绿素a传感技术农业水体信息传感基本概念水体溶解氧传感技术1水体电导率传感技术7水体叶绿素a传感技术34567小结87.1检测原理

7水体叶绿素传感技术荧光分析法：

用430nm波长的光照射水中浮游植物，浮游植物中的叶绿素将产生波长约为677nm的荧光，测定这种荧光的强度，通过其与叶绿素a浓度的对应关系可以得出水中叶绿素a的含量。7.2变送技术7水体叶绿素传感技术蓝光LEDs叶绿素a水体平凸透镜可见红外干涉滤光片光电转换（I/V)信号调理电路微控制器LED驱动蓝光荧光工作流程框图7.3传感器成品

7水体叶绿素传感技术2水体pH值传感技术水体氨氮传感技术水体浊度传感技术水体叶绿素a传感技术农业水体信息传感基本概念水体溶解氧传感技术1水体电导率传感技术

8小结3456小结788小结养殖水体水质检测方法呈现出计算机技术、光学技术、生物技术和无线通讯技术的多技术融合趋势。

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