便携式重金属离子快速检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及环境监测与电子传感技术交叉学科领域，具体为一种便携式重金属离 子快速检测装置。
【背景技术】
[0002] 随着工业、农业、交通运输业的快速发展，人类对重金属开采、冶炼、加工及商业制 造活动日益增多，使得重金属离子，如铅、隶、簡、铭进入水、±壤等人类赖W生存的环境，严 重危害了人类及各类生物的生存。重金属离子的分布广泛性及不可降解性，使其人体吸收 后易在体内蓄积，即使浓度在10^6量级，对人体的危害也十分明显。目前，重金属中毒是发 展中国家的重要公共健康问题之一，尤其对儿童，重金属中毒会影响他们的一生。近年来， 我国重金属中毒事件频频发生，该为我们敲响了警钟。所W痕量重金属离子的速测技术是 环境监测、食品和生物医学工程检测相关领域的重要研究方向，对环境监测、食品安全及可 持续发展具有深远的意义。
[0003] 目前常用的重金属离子检测技术有原子吸收光谱法、电化学阳极溶出法、电感禪 合等离子体发射光谱法、电感禪合等离子体质谱法等，该些方法虽然检测精度和稳定性都 较好，但是存在依赖于大型仪器设备、样品处理复杂且时间长等问题，无法满足现场快速检 测的需求。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于针对现有技术中存在的不足，提供一种便携式重金属离子快速 检测装置，是一种基于磁弹性传感器的重金属离子检测方案。
[0005] 本发明是通过如下技术方案实现的： 一种便携式重金属离子快速检测装置，包括磁弹性检测试纸、微控制器和线圈支架；微 控制器连接有数字信号发生器、第一有效值-直流转换器、第二有效值-直流转换器、电源 电路、直流偏置电路、按键、藍牙模块和液晶屏幕；磁弹性检测试纸包括一个长条状的绝缘 材料薄片（绝缘材料薄片作为支架，用于固定检测巧片和参考巧片，W及提供提拿磁弹性 检测试纸的空间)，绝缘材料薄片上沿其长度方向开设有两个安置通孔，其中一个安置通孔 内固定有检测巧片、另一个安置通孔内固定有参考巧片，检测巧片和参考巧片的尺寸及质 量大小完全相同（检测巧片和参考巧片的尺寸大小完全相同，因此二者的初始共振频率相 同)，检测巧片由表面修饰可吸附重金属离子敏感层的磁致伸缩材料制作而成，参考巧片由 表面修饰不可吸附重金属离子敏感层的磁致伸缩材料制作而成(具体的修饰方法根据不同 的敏感层各不相同，该是本领域技术人员所熟悉的，并且能够实现的）；线圈支架包括前支 架和后支架，磁弹性检测试纸夹置于前支架和后支架之间，线圈支架整体外部的两端分别 缠绕有一组直流偏置线圈，两组直流偏置线圈之间缠绕有两组交流激励线圈且磁弹性检测 试纸上的检测巧片和参考巧片分别位于两组交流激励线圈覆盖范围内，同时两组交流激励 线圈也位于两组直流偏置线圈覆盖范围内；两组直流偏置线圈的一端分别都与直流偏置电 路连接、另一端分别都与地连接，其中一组交流激励线圈的一端同时与数字信号发生器的 输出端W及第一有效值-直流转换器的输入端连接、另一端与地连接，其中另一组交流激 励线圈的一端同时与数字信号发生器的另一输出端W及第二有效值-直流转换器的输入 端连接、另一端与地连接，第一有效值-直流转换器和第二有效值-直流转换器的输出端分 别与微控制器的两路A/D转换端口连接。
[0006] 本发明的原理在于；磁弹性检测试纸上的检测巧片和参考巧片主要由磁致伸缩材 料构成，该种磁致伸缩材料在交流磁场的作用下能伸缩振动。当交流磁场的频率与磁致伸 缩材料的共振频率相同时，磁致伸缩材料发生共振。磁致伸缩材料的表面可W被敏感层所 修饰制成检测巧片，能够特异性吸附重金属离子。当重金属离子被吸附于磁致伸缩材料表 面上，磁致伸缩材料的自身负荷发生改变，其共振频率发生偏移。根据下述公式：
【主权项】
1. 一种便携式重金属离子快速检测装置，其特征在于：包括微控制器（1)、磁弹性检测 试纸（2)和线圈支架（3);微控制器（1)连接有数字信号发生器（4)、第一有效值-直流转 换器（12)、第二有效值-直流转换器（13)、电源电路（5)、按键（6)、液晶屏幕（7)、蓝牙模块 (8)和直流偏置电路（9);磁弹性检测试纸（2)包括一个长条状的绝缘材料薄片（2-1)，绝缘 材料薄片（2-1)上沿其长度方向开设有两个安置通孔（2-2 )，其中一个安置通孔（2-2 )内固 定有检测芯片（2-3)、另一个安置通孔（2-2)内固定有参考芯片（2-4)，检测芯片（2-3)和参 考芯片（2-4)的尺寸大小完全相同，检测芯片（2-3)由表面修饰可吸附重金属离子敏感层 的磁致伸缩材料制作而成，参考芯片（2-4)由表面修饰不可吸附重金属离子敏感层的磁致 伸缩材料制作而成；线圈支架（3)包括前支架（3-1)和后支架（3-2)，磁弹性检测试纸（2)夹 置于前支架（3-1)和后支架（3-2 )之间，线圈支架（3 )整体外部的两端分别缠绕有一组直流 偏置线圈（10)，两组直流偏置线圈（10)之间缠绕有两组交流激励线圈（11)且磁弹性检测 试纸（2 )上的检测芯片（2-3 )和参考芯片（2-4 )分别位于两组交流激励线圈（11)覆盖范围 内；两组直流偏置线圈（10)的一端分别都与直流偏置电路（9)连接、另一端分别都与地连 接，其中一组交流激励线圈（11)的一端同时与数字信号发生器（4)的输出端以及第一有效 值-直流转换器（12)的输入端连接、另一端与地连接，其中另一组交流激励线圈（11)的一 端同时与数字信号发生器（4)的另一输出端以及第二有效值-直流转换器（13)的输入端连 接、另一端与地连接。
2. 根据权利要求1所述的便携式重金属离子快速检测装置，其特征在于：磁弹性检测 试纸（2)上的检测芯片（2-3)和参考芯片（2-4)分别固定于两个安置通孔（2-2)内的具体 固定方法为：检测芯片（2-3)和参考芯片（2-4)的两端各延设有一个连接耳（2-5)，两端的 连接耳（2-5)固定在磁弹性检测试纸（2)上安置通孔（2-2)的孔边。
【专利摘要】本发明为一种便携式重金属离子快速检测装置，包括磁弹性检测试纸、微控制器和线圈支架；微控制器连接有数字信号发生器、两个有效值-直流转换器、电源电路、直流偏置电路、按键、蓝牙模块和液晶屏幕；磁弹性检测试纸上设有检测芯片和参考芯片且夹固在线圈支架内，线圈支架上设有两组直流偏置线圈和两组交流激励线圈，检测芯片和参考芯片分别位于两组交流激励线圈覆盖范围内。本发明解决了传统重金属离子检测方法的诸多问题，可对工业废水中的重金属离子进行快速检测。本发明装置体积小，便于携带，操作快速简单，方便安全，检测正确性高，检测时间短，不需要专业培训，造价低廉，特别是磁弹性检测试纸价格低廉，可实现现场实时检测。
【IPC分类】G01N27-72
【公开号】CN104597116
【申请号】CN201510078812
【发明人】桑胜波, 高爽, 张文栋, 菅傲群, 邓黎明, 段克松, 李朋伟, 胡杰, 李刚, 段倩倩, 冀健龙
【申请人】太原理工大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年2月13日