水产养殖水质监测设备能够精准、高效地实现多参数监测,得益于其内部集成的多种高精度传感器以及精密的信号处理系统,它们相互协作,如同精密的 “数据采集工厂",为水产养殖提供可靠的水质数据。
在溶解氧参数监测方面,设备采用的荧光寿命法溶解氧传感器堪称 “氧气探测专家"。这种传感器的核心部件是涂覆有特殊荧光物质的传感膜,该荧光物质在受到特定波长(如蓝光)的光照射后,电子会被激发到高能态,当电子从高能态跃迁回基态时,便会发出荧光。而水中的溶解氧具有特殊的性质,它能够与处于激发态的荧光物质发生碰撞,使荧光物质的能量以非辐射的形式散失,从而导致荧光强度减弱,荧光寿命缩短。传感器内部集成了高精度的光源发射模块和荧光信号检测模块,光源发射模块持续稳定地发出特定波长的光,照射到传感膜上,荧光信号检测模块则实时捕捉荧光物质发出的荧光,并精确测量其寿命。通过建立荧光寿命与溶解氧浓度之间的数学模型,经过复杂的算法运算,便能将检测到的荧光寿命数据转化为准确的溶解氧含量数值。与传统的膜电极法相比,荧光寿命法不受水流速度的影响,无需预热,响应速度更快,能够在瞬间对水体中溶解氧的微小变化做出反应,尤其适用于水产养殖中对溶解氧实时、精准监测的需求。

pH 值的监测依赖于电化学(盐桥)原理的 pH 传感器。该传感器主要由玻璃电极和参比电极组成,玻璃电极的头部是一个对氢离子具有选择性透过能力的玻璃膜球泡,当传感器浸入水体后,水体中的氢离子会与玻璃膜表面水化层中的氢离子进行交换,从而在玻璃膜两侧形成电位差。参比电极则提供一个稳定的电位基准,其内部通常装有饱和氯-化-钾溶液,并通过盐桥与被测水体相连,盐桥的作用是保持两侧溶液的电中性,确保电位测量的准确性。玻璃电极与参比电极之间形成的电位差与水体中氢离子浓度(即 pH 值)符合能斯特方程,通过测量这个电位差,并结合温度补偿(因为 pH 值的测量会受到温度影响),经过信号放大、模数转换等一系列处理后,最终在设备的显示屏上呈现出精确的 pH 数值。这种传感器具有测量范围广、精度高的特点,能够适应从酸性到碱性的各种水体环境监测。
温度传感器采用高精度数字传感器,其核心是基于半导体材料或金属材料的温度敏感元件。以半导体材料的温度传感器为例,它利用半导体的电阻值随温度变化的特性来实现温度测量。半导体材料的电阻值与温度之间存在着较为精确的函数关系,通常表现为电阻值随温度升高而降低(负温度系数热敏电阻)或升高(正温度系数热敏电阻) 。传感器内部的电路设计能够将这种电阻值的变化转化为电压或电流的变化,然后通过高精度的模数转换器将模拟信号转换为数字信号。为了进一步提高测量精度,设备还会采用线性化处理算法,对温度敏感元件的非线性特性进行修正,并结合多点校准技术,在不同温度点对传感器进行校准,确保在 -10℃到 50℃的操作温度范围内,测量精度达到 ±0.3℃,能够准确捕捉水产养殖水体中细微的温度变化。

除了上述三种关键参数的监测传感器外,设备中的电导率传感器基于接触式电极法,通过测量两个电极之间溶液的电阻来计算电导率,其电极通常采用镀铂黑处理,以减少电极极化现象,提高测量准确性;浊度传感器利用散射光法,当光线穿过含有悬浮颗粒的水样时,悬浮颗粒会使光线发生散射,通过检测特定角度的散射光强度来确定水样的浊度;氨氮传感器采用离子选择电极法,其敏感膜对氨离子具有选择性响应,通过测量膜两侧的电位差来确定氨氮浓度。这些传感器采集到的原始信号,会传输至设备内部的中央处理单元,经过滤波、放大、校准、补偿等一系列复杂的数据处理流程,最终转化为直观、准确的水质参数数据,呈现在 4.3 寸触摸屏上,同时通过 RS485 接口等通讯模块实现数据的存储、传输和共享,为水产养殖的科学管理提供坚实的数据基础。
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