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            向環保邁進!水污染監測離不開傳感器 文章鏈接:化工機械設備網

            現在,如果你要監測水源中的有毒細菌,你必須把水樣放到實驗室觀察數天。與此同時,你無法知道水源是否安全可用。傳感器可以立即檢測到水中的細菌。傳感器使用了一種阻抗流細胞計數的技術。
             
              近期,中科院精密測量院杜耘課題組面源污染研究團隊聯合中國農科院農業資源與農業區劃研究所、北京航空航天大學科研人員,在徑流總氮(TN)實時在線監測技術方面取得重要進展。
             
              面源污染是指降雨條件下污染物隨徑流匯入受納水體引起富營養化等水污染的現象。氮磷是水體富營養化的關鍵指標。降雨條件下,面源污染徑流水量水質短期內呈分鐘尺度變化,現有技術難以捕獲徑流氮磷的濃度峰值和變化過程。智能水站運維復雜、成本高,且TN檢測采用化學法,監測頻次偏低;水環境遙感技術受時空及光譜分辨率、云雨天況等因素影響,監測精度不確定性大,制約了其在降雨條件下小微水體環境監測中的應用。
             
              針對上述問題,研究團隊重點面向面源污染徑流水體,基于指標之間的生物、物理和化學關聯,解析傳感器可測的水量水質常規指標(如電導率、氧化還原電位、pH、溫度、氨氮、硝氮等)與TN濃度之間的定量關系;通過判定系數(R2)、準確度(Acc)、平均相對誤差(MRE)以及對缺失數據的容忍度等多項指標進行算法優選,確定決策樹為TN反演最佳算法;在此基礎上開發了基于多源傳感器及智能算法的TN高頻監測技術。結果表明:新方法可實現徑流TN分鐘級(<5min)監測;在田間出口、溝渠等相似背景環境下,反演精度高(r2>0.9,Acc>85%);結合均值填補算法,實現部分變量缺失條件下(缺失變量數n≤2、缺失值比例P≤75%)的TN反演,彌補了野外傳感器損壞所導致的數據異常等問題,提高技術適應性。
             
              傳感器一般由敏感元件、轉換元件、變換電路、輔助電源四部分構成。其中,敏感元件直接接收測量,用于輸出被測量有關的物理量信號,敏感元件主要包括熱敏、光敏、濕敏、氣敏、力敏、聲敏、磁敏、色敏、味敏、放射性敏感等十大類;轉換元件用于將敏感元件輸出的物理量信號轉換為電信號;
             
              變換電路用于將轉換元件輸出電信號進行放大、調制等處理;輔助電源用于為系統(主要是敏感元件和轉換元件)提供能量。
             
              科研人員介紹,TN實時高頻監測技術將傳感器“快速檢測”和智能算法“數據處理”的優勢相結合,數據獲取穩定、監測頻率高、精度高,不受云雨、夜間天況限制,且適用于溝塘等小微水體,可為面源污染的應急預警和精準溯源提供重要的技術支持。
             
              這個技術,有望應用于水污染的環境監測,同時也可以應用日常的水質監測。目前,市場上出現了很多空氣檢測的產品,相對于空氣,水對人類來講也是十分重要的。所以,利用傳感器和物聯網技術,監測水質,有著重要的環保意義。
             
              資料來源:儀多多儀器網、中國科學報

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