農(nóng)藥殘留光電快速檢測(cè)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、目 錄 摘要1 關(guān)鍵詞1 1 前言1 2 緒論2 2.1 研究目的及意義2 2.2 研究?jī)?nèi)容3 2.3 技術(shù)路線3 2.4 技術(shù)指標(biāo)3 3 光電檢測(cè)電路基礎(chǔ)理論分析4 3.1 光電檢測(cè)系統(tǒng)的基本構(gòu)成4 3.2 光電探測(cè)器件的基本原理4 3.2.1 光電探測(cè)器的物理效應(yīng)4 3.2.2 光電轉(zhuǎn)換定律5 3.2.3 光電探測(cè)器的分類6 3.3 光電探測(cè)器件的選擇6 3.3.1 接收光信號(hào)的方式6 3.3.2 各光電探測(cè)器的性能比較6 3.3.3 光電探測(cè)器的應(yīng)用選擇7 3.4 光電倍增管7 3.4.1 工作原理8 3.4.2 工作過程8 3.4.3 運(yùn)行特性8 4 光電檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)9 4.1 光電檢

2、測(cè)系統(tǒng)電路圖9 4.2 前置放大電路9 4.2.1 基本電路分析11 4.2.2 噪聲分析11 4.2.3 前置放大器的選擇12 4.2.4 前置放大電路的設(shè)計(jì)12 4.2.5 防泄漏措施和接地14 4.3 濾波電路15 4.4 主放大電路16 4.5 后續(xù)信號(hào)處理電路16 4.5.1 a/d轉(zhuǎn)換器的選擇16 4.5.2 微控制器選擇17 4.5.3 adc與單片機(jī)的接口17 4.5.4 單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的i/o接口17 4.6 電源選擇 18 4.7 小結(jié)19 5 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)19 5.1 主程序模塊19 5.2 ad轉(zhuǎn)換模塊19 5.3 通信模塊20 5.3.1 pc機(jī)的通信軟件20 5.3

3、.2 單片機(jī)的通信軟件20 6 光電檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)農(nóng)藥殘留檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)研究21 6.1 測(cè)量原理21 6.2 測(cè)量實(shí)驗(yàn)22 6.3 誤差分析24 6.4 小結(jié)24 7 結(jié)論24 參考文獻(xiàn)25 致謝26附錄26農(nóng)藥殘留光電快速檢測(cè)電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要：傳統(tǒng)的農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法主要有氣相色譜法、高效液相色譜法、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)、液相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)等。這些方法雖然測(cè)量準(zhǔn)確但存在樣品前處理過程繁瑣、消耗試劑、耗時(shí)長(zhǎng)等缺點(diǎn)，不能滿足快速、綠色檢測(cè)的需要。光電檢測(cè)技術(shù)具有檢測(cè)靈敏度高、取樣量少、快速、簡(jiǎn)便，可在惡劣環(huán)境下進(jìn)行在線、連續(xù)監(jiān)測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，它在農(nóng)藥殘留檢測(cè)中的應(yīng)用成為當(dāng)今熱點(diǎn)之一。本文結(jié)合化學(xué)發(fā)光法

4、和光電檢測(cè)技術(shù)原理，設(shè)計(jì)一個(gè)光電檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)農(nóng)藥殘留物進(jìn)行檢測(cè)，并進(jìn)行了理論與實(shí)驗(yàn)研究。關(guān)鍵詞: 農(nóng)藥殘留；光電檢測(cè)；信號(hào)處理design of photoelectric rapid detection system of pesticide residuesabstract:the traditional pesticide residues detection method contains gas chromatography, high performance liquid chromatography, combined gas chromatography mass spectro

5、metry, high performance liquid chromatography mass spectrometry, and so on. though these methods are precise, there is a lot of disadvantage in these methods such as fussy sample preparation, large consumption of resgent and long elapsed time. and it can not satisfy the requirement of rapid and gree

6、n detection. photoelectric detection technology has advantage of high sensitivity, little sample, rapid and simple,and able to run online and continuously in the severe environment. its application in pesticide residues detection has attracted considerable interest. combining chemiluminescence metho

7、d with photoelectric detection principle, this paper designed a photoelectric detection system to detect the pesticide residues, and conduct a study of theory and experiment.key words: pesticide residues; photoelectric detection; signal processing1 前言農(nóng)藥是指用于預(yù)防、消滅或者控制危害農(nóng)業(yè)、林業(yè)的病、蟲、草和其它有害生物以及有目的地調(diào)節(jié)植物、昆蟲生

8、長(zhǎng)的化學(xué)合成或者來源于生物、其它天然物質(zhì)的一種物質(zhì)或者幾種物質(zhì)的混合物及其制劑。農(nóng)業(yè)的首次使用可以追溯到公元前，農(nóng)藥生產(chǎn)進(jìn)入商業(yè)化階段是從20世紀(jì)40年代一大批有機(jī)合成農(nóng)藥的使用開始，其主要代表農(nóng)藥是具有選擇性的苯氧乙酸除草劑、有機(jī)氯和有機(jī)磷殺蟲劑1。農(nóng)藥的使用推動(dòng)了農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，給人類帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)利益。但是，隨著農(nóng)藥使用量的越來越大，它的缺點(diǎn)也暴露出來，最主要的就是農(nóng)藥殘留問題。農(nóng)藥殘留指的是農(nóng)藥使用后殘存在生物、農(nóng)產(chǎn)品以及生態(tài)環(huán)境中的農(nóng)藥原體、代謝物、降解物和雜質(zhì)的總稱，通常把殘存的數(shù)量稱為殘留量。在通常情況下主要是指農(nóng)藥原體的殘留量和其代謝物、降解物的殘留量，具體大小與多種因素有關(guān)

9、。農(nóng)藥殘留帶來了水、食物以及生態(tài)環(huán)境各方面的污染，時(shí)刻危害著人們的身體健康與生命安全。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著人們生活水平和環(huán)保意識(shí)的提高，以及進(jìn)入wto以后農(nóng)產(chǎn)品農(nóng)藥含量超標(biāo)引起的貿(mào)易壁壘問題，如何切實(shí)有效地控制、監(jiān)測(cè)農(nóng)藥殘留己成為人們非常關(guān)心的問題，也引起了政府的高度重視。2 緒論2.1 研究目的及意義農(nóng)藥的發(fā)明帶來了農(nóng)業(yè)科技的進(jìn)步，但隨著農(nóng)藥的大量使用，它所造成的危害也愈加明顯。農(nóng)藥在環(huán)境中的殘留，時(shí)刻破壞著地球的生態(tài)系統(tǒng);農(nóng)藥在食物中的殘留，嚴(yán)重危害了人類的身體健康和生命安全;農(nóng)藥殘留問題影響了我國(guó)的農(nóng)產(chǎn)品出口，造成了重大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)農(nóng)藥殘留的高靈敏度檢測(cè)就變得異常重要。目前，我

10、國(guó)對(duì)農(nóng)藥殘留的檢測(cè)方法還主要限于氣相色譜法、液相色譜法等傳統(tǒng)農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法，這些方法雖然具有分析精度高、定量準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，但是這些方法樣品前處理復(fù)雜檢測(cè)時(shí)間一長(zhǎng)，成本過高，需要在實(shí)驗(yàn)室由專業(yè)人員來進(jìn)行檢測(cè)，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的需求。因此必須研究出新的農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法，能夠滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、快速、成本低、顯示直觀、定性和半定量及判斷其產(chǎn)品是否使用安全的要求。光電檢測(cè)技術(shù)作為一種應(yīng)用范圍性較廣且快速可靠的技術(shù)，它在農(nóng)藥殘留檢測(cè)中有著很大的研究?jī)r(jià)值。基于此考慮，本文提出了一種化學(xué)發(fā)光法和光電檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的農(nóng)藥殘留檢測(cè)方法。研究的意義在于:(1)對(duì)完善光電檢測(cè)技術(shù)在農(nóng)藥殘留檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用中的理論探索具有重要

11、的參考價(jià)值；(2)將化學(xué)發(fā)光法和光電檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，省去了光電檢測(cè)系統(tǒng)中光源的設(shè)計(jì)，從而使得檢測(cè)設(shè)備更加輕便，更易于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)；(3)為農(nóng)藥殘留檢測(cè)提供了一種新的快速檢測(cè)的手段，具有應(yīng)用前景。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制，將給科研和農(nóng)業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域帶來一種高效快速的光電檢測(cè)方法，并為開發(fā)新的農(nóng)藥殘留檢測(cè)儀器提供了一種新思路和有效的手段，具有廣泛的應(yīng)用前景和潛在的經(jīng)濟(jì)效益2。2.2 研究?jī)?nèi)容2.2.1 從系統(tǒng)的整體出發(fā)，進(jìn)行理論研究主要包括光電檢測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成，光探測(cè)器原理、分類、性能參數(shù)及選取原則等的理論論述。2.2.2 光電檢測(cè)系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計(jì)包括前置放大電路的設(shè)計(jì)，濾波電路的設(shè)計(jì)，放大電路的設(shè)計(jì)，a/

12、d轉(zhuǎn)換電路與單片機(jī)電路等。同時(shí)對(duì)各種器件的選型也做了詳細(xì)論述。2.2.3 光電檢測(cè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要是a/d轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計(jì)以及單片機(jī)主程序設(shè)計(jì)。 2.2.4 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和校正將設(shè)計(jì)好的光電檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于農(nóng)藥濃度的檢測(cè)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，建立數(shù)學(xué)模型，完成系統(tǒng)的進(jìn)一步校正，并對(duì)本文工作進(jìn)行總結(jié)。2.3 技術(shù)路線論文基于化學(xué)發(fā)光法和光電檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的原理，設(shè)計(jì)完成農(nóng)藥殘留檢測(cè)的光電檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)給定農(nóng)藥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定，建立起農(nóng)藥濃度與發(fā)光強(qiáng)度(電壓)的數(shù)學(xué)模型。技術(shù)路線如下：(l)查找學(xué)習(xí)關(guān)于光電檢測(cè)的相關(guān)文獻(xiàn)資料，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)鋪墊好理論基礎(chǔ)；(2)設(shè)計(jì)電路圖，確定元器件的參數(shù)，選擇元器件

13、；(3)根據(jù)電路圖進(jìn)行檢測(cè)儀器的制作；(4)進(jìn)行測(cè)量實(shí)驗(yàn)。將發(fā)光物質(zhì)和被測(cè)物質(zhì)混合，注入密封裝置，通過設(shè)計(jì)的光探測(cè)器檢測(cè)發(fā)光強(qiáng)度的變化，對(duì)所得信號(hào)進(jìn)行放大和濾波，用示波器測(cè)量輸出電壓，查看數(shù)據(jù)是否正確，波形是否存在失真，并進(jìn)一步調(diào)整元器件的參數(shù)；(5)根據(jù)測(cè)試所得數(shù)據(jù)建立農(nóng)藥濃度與光強(qiáng)(電壓)的數(shù)學(xué)模型；(6)根據(jù)國(guó)家有關(guān)規(guī)定，確定檢測(cè)驗(yàn)證系統(tǒng)是否達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，進(jìn)一步修正元件參數(shù)，直到符合要求。2.4 技術(shù)指標(biāo)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)過程中，需要滿足以下指標(biāo)：(l)光電二極管:能夠檢測(cè)波長(zhǎng)在425nm左右的光信號(hào)，靈敏度要好；(2)運(yùn)算放大器:適用于檢測(cè)微弱信號(hào)的低噪聲、高精度運(yùn)放；(3)電源:能夠提

14、供輸出為正負(fù)15v的直流電源；(4)靈敏度:農(nóng)藥殘留檢測(cè)系統(tǒng)的最低檢出限度應(yīng)該滿足小于0.lmg/l。3 光電檢測(cè)電路基礎(chǔ)理論分析 此處省略nnnnnnnnnnnn字。如需要完整說明書和設(shè)計(jì)圖紙等.請(qǐng)聯(lián)系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)下載！該論文已經(jīng)通過答辯3.2.2 光電轉(zhuǎn)換定律對(duì)于光電探測(cè)器而言，入射光輻射時(shí)，輸出光電流。把光輻射量轉(zhuǎn)換為光電流的過程，稱為光電轉(zhuǎn)換。單色光功率p(t)可以理解為能量hv光子流，光電流是光生電荷q的時(shí)變量，e是電子電荷，所以有： (1) 式中所有變量都應(yīng)理解為統(tǒng)計(jì)平均量。由基本物理觀點(diǎn)可知，i應(yīng)該正比于p，引入比例系數(shù)d，得： (2)式中d又

15、稱為探測(cè)器的光電轉(zhuǎn)換因子。把式(l)代入上式，有： (3)稱為探測(cè)器的量子效率，它由探測(cè)器的物理性質(zhì)所決定。再把式(3)代入式(2)后，有： (4)這就是基本的光電轉(zhuǎn)換定律。它表明：(1)光電探測(cè)器對(duì)入射光功率的響應(yīng)是光電流，因此，一個(gè)光探測(cè)器考視為一個(gè)電流源；(2)因?yàn)楣夤β蕄正比于光電場(chǎng)的平方，故常常把光電探測(cè)器稱為平方律探測(cè)器，可見光電探測(cè)器本質(zhì)上是一個(gè)非線性器件。3.2.3 光電探測(cè)器的分類常用的光電探測(cè)器分類。光電探測(cè)器分為外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)，其中外光電效應(yīng)分有放大作用（光電倍增管）和無放大作用（真空光電管和充氣光電管），內(nèi)光電效應(yīng)分光導(dǎo)型和光伏型，光導(dǎo)型分雜質(zhì)型（p/n型光導(dǎo)探

16、測(cè)器）和本征型（光敏電阻和光導(dǎo)探測(cè)器），光伏型分有放大作用（光電三極管、光電場(chǎng)效應(yīng)管、光電開關(guān)管）和無放大作用(光電池、光電二極管、雙光電二極管)。3.3 光電探測(cè)器件的選擇選擇光電探測(cè)器件，主要可以從其接收光信號(hào)的方式、性能參數(shù)以及應(yīng)用匹配等方面來考慮。3.3.1 接收光信號(hào)的方式接收光信號(hào)的方式有以下幾種：(1)光信號(hào)的有無。光信號(hào)的有無是由被測(cè)對(duì)象造成投射到光探測(cè)器上的光信號(hào)截?cái)嗷蛲ㄟ^而產(chǎn)生。例如光電開關(guān)、光電警報(bào)器的應(yīng)用。這時(shí)光電探測(cè)器不必考慮線性，只考慮靈敏度即可。(2)光信號(hào)按特定頻率交替變化。對(duì)于這種光信號(hào)，所選器件的上限截止頻率必須大于輸入信號(hào)的頻率，這樣才能測(cè)出輸入信號(hào)的變化

17、。(3)光信號(hào)的幅度大小。當(dāng)被測(cè)對(duì)象因?qū)獾姆瓷渎省⑼高^率變化或者是被測(cè)對(duì)象本身光輻射強(qiáng)度改變時(shí)，光信號(hào)的幅度亦會(huì)隨之改變。這時(shí)需要選用線性好、響應(yīng)快的器件。例如光電倍增管(pmt)或光電二極管等。(4)光信號(hào)的色度差異。被測(cè)對(duì)象本身光輻射的色溫存在差異或者表面顏色改變時(shí)，必須選擇合適的光譜特性的光電器件4。3.3.2 各種光電探測(cè)器的性能比較從頻率響應(yīng)和時(shí)間響應(yīng)特性考慮，以pmt以及光電二極管(尤其pin管和雪崩二極管)最好；從線性特性考慮，以pmt光電二極管和光電池最好；從靈敏度特性考慮，以pmt、雪崩二極管、光敏電阻和光電三極管最好；從低外加電壓考慮，選用光電二極管、光電三極管和光電池；

18、從暗電流大小考慮，應(yīng)選用pmt、光電二極管和光電池;從長(zhǎng)期工作的穩(wěn)定性考慮，優(yōu)先選擇光電二極管和光電池，也可以選用光電三極管；從光譜響應(yīng)特性考慮，選用pmt和cdse光敏電阻。3.3.3 光電探測(cè)器的應(yīng)用選擇目前，固體光電探測(cè)器件用途最廣。cdse光敏電阻成本低，廣泛用于光亮度控制(如照相自動(dòng)曝光或路燈日光控制等)；光電池光敏面積最大，除了可作檢測(cè)器件，還能作太陽能變換器；硅光電二極管體積小、響應(yīng)快、可靠性高，而且在可見光與近紅外波段內(nèi)有較高的量子效率，在各種工業(yè)控制中廣泛使用；硅雪崩管增益高、響應(yīng)快、噪聲小，在激光測(cè)距和光纖通信中普遍采用。光電檢測(cè)器件的應(yīng)用選擇需要考慮以下幾個(gè)方面：(1)與

19、輻射信號(hào)源及光學(xué)系統(tǒng)在光譜特性匹配。例如，在紫外波段，選擇pmt或者專門的紫外光電半導(dǎo)體器件；在可見光波段，可選pmt、光敏電阻與si的光電器件;在紅外波段，選光敏電阻；在近紅外波段，選si的光電器件或者pmt。(2)光電轉(zhuǎn)換特性與入射輻射能量匹配。首先，光電探測(cè)器的感光面需要與照射光匹配好。其次，要確保入射通量的變化中心處于探測(cè)器光電特性的線性區(qū)內(nèi)，從而獲得良好的線性檢測(cè)。(3)探測(cè)器參數(shù)與光信號(hào)調(diào)制形式、信號(hào)頻率以及波形匹配，從而可以得到不失真的輸出波形和良好的時(shí)間響應(yīng)。這種情況應(yīng)考慮響應(yīng)時(shí)間段、上限頻率高的器件。(4)與輸入電路電特性上的匹配。這樣可以確保有足夠大的光電轉(zhuǎn)換系數(shù)、線性范圍

20、、信噪比和快速的動(dòng)態(tài)響應(yīng)等。(5)考慮工作環(huán)境因素，確保光電探測(cè)器可以長(zhǎng)期穩(wěn)定工作5。3.4 光電倍增管本系統(tǒng)采用的是光電倍增管作為光電探測(cè)器件。3.4.1 工作原理光電倍增建立在外光電效應(yīng)、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)理論基礎(chǔ)上，結(jié)合 了高增益、低噪聲、高頻率響應(yīng)和大信號(hào)接收區(qū)等特征，是一種具有極高靈敏度和超快時(shí)間響應(yīng)的光敏電真空器件，可以工作在紫外、可見和近紅外區(qū)的光譜區(qū)。日盲紫外光電倍增管對(duì)日盲紫外區(qū)以外的可見光、近紫外等光譜輻射不靈敏，具有噪聲低（暗電流小于1na）、響應(yīng)快、接收面積大等特點(diǎn)。3.4.2 工作過程當(dāng)光照射到光陰極時(shí)，光陰極向真空中激發(fā)出光電子。這些光電子按聚焦極電場(chǎng)進(jìn)入倍增系

21、統(tǒng)，并通過進(jìn)一步的二次發(fā)射得到的倍增放大。然后把放大后的電子用陽極收集作為信號(hào)輸出。因?yàn)椴捎昧硕伟l(fā)射倍增系統(tǒng)，所以光電倍增管在探測(cè)紫外、可見和近紅外區(qū)的輻射能量的光電探測(cè)器中，具有極高的靈敏度和極低的噪聲。另外，光電倍增管還具有響應(yīng)快速、成本低、陰極面積大等優(yōu)點(diǎn)。二次發(fā)射倍增系統(tǒng)是最復(fù)雜的部分。打拿極主要選擇那些能在較小入射電子能量下有較高的靈敏度和二次發(fā)射系數(shù)的材料制成。常用的打拿極材料有銻化銫、氧化的銀鎂合金和氧化的銅鈹合金等。打拿極的形狀應(yīng)有利于將前一級(jí)發(fā)射的電子收集到下一極。在各打拿極 d1、d2、d3和陽極a上依次加有逐漸增高的正電壓,而且相鄰兩極之間的電壓差應(yīng)使二次發(fā)射系數(shù)大于1

22、。這樣,光陰極發(fā)射的電子在d1電場(chǎng)的作用下以高速射向打拿極d1,產(chǎn)生更多的二次發(fā)射電子,于是這些電子又在d2電場(chǎng)的作用下向d2飛去。如此繼續(xù)下去，每個(gè)光電子將激發(fā)成倍增加的二次發(fā)射電子，最后被陽極收集。電子倍增系統(tǒng)有聚焦型和非聚焦型兩類。聚焦型的打拿極把來自前一級(jí)的電子經(jīng)倍增后聚焦到下一級(jí)去，兩極之間可能發(fā)生電子束軌跡的交叉。非聚焦型又分為圓環(huán)瓦片式（即鼠籠式）、直線瓦片式、盒柵式和百葉窗式。光電倍增管是依據(jù)光電子發(fā)射、二次電子發(fā)射和電子光學(xué)的原理制成的、透明真空殼體內(nèi)裝有特殊電極的器件。光陰極在光子作用下發(fā)射電子，這些電子被外電場(chǎng)(或磁場(chǎng))加速，聚焦于第一次極。這些沖擊次極的電子能使次極釋放

23、更多的電子，它們?cè)俦痪劢乖诘诙螛O。這樣，一般經(jīng)十次以上倍增,放大倍數(shù)可達(dá)到1081010。最后,在高電位的陽極收集到放大了的光電流。輸出電流和入射光子數(shù)成正比。整個(gè)過程時(shí)間約 10-8秒。還有一種利用彎曲鉛玻璃管自身內(nèi)部的二次電子發(fā)射構(gòu)成小巧的倍增管。光電倍增管在全暗條件下，加工作電壓時(shí)也會(huì)輸出微弱電流，稱為暗流。它主要來源于陰極熱電子發(fā)射。光電倍增管有兩個(gè)缺點(diǎn)：靈敏度因強(qiáng)光照射或因照射時(shí)間過長(zhǎng)而降低，停止照射后又部分地恢復(fù)，這種現(xiàn)象稱為“疲乏”；光陰極表面各點(diǎn)靈敏度不均勻。3.4.3 運(yùn)行特性光電倍增管的穩(wěn)定性是由器件本身特性、工作狀態(tài)和環(huán)境條件等多種因素決定的。管子在工作過程中輸出不穩(wěn)定

24、的情況很多，主要有：a.管內(nèi)電極焊接不良、結(jié)構(gòu)松動(dòng)、陰極彈片接觸不良、極間尖端放電、跳火等引起的跳躍性不穩(wěn)現(xiàn)象，信號(hào)忽大忽小。b.陽極輸出電流太大產(chǎn)生的連續(xù)性和疲勞性的不穩(wěn)定現(xiàn)象。c.環(huán)境條件對(duì)穩(wěn)定性的影響。環(huán)境溫度升高，管子靈敏度下降。d.潮濕環(huán)境造成引腳之間漏電，引起暗電流增大和不穩(wěn)。e.環(huán)境電磁場(chǎng)干擾引起工作不穩(wěn)。4 光電檢測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)本光電檢測(cè)系統(tǒng)采用的是光強(qiáng)型直接測(cè)量法，即將攜帶被檢測(cè)物理信息的光強(qiáng)，投射到光電探測(cè)器上轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大后直接采集數(shù)據(jù)。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)包括密封容器(光源部分)，光電探測(cè)器(光電二極管)，前置放大電路，濾波電路，主放大電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換(a/d轉(zhuǎn)換)電路，單

25、片機(jī)，pc。系統(tǒng)框圖如下：圖2 系統(tǒng)框圖fig 2 block diagram of system(1)光電密閉容器: 其中放置石英杯(裝載發(fā)光物質(zhì)與農(nóng)藥的混合物)，光電探測(cè)器置于密封口出處；(2)光電探測(cè)器: 用于檢測(cè)光信號(hào)，并將之轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；(3)前置放大電路: 對(duì)光電探測(cè)器檢測(cè)到得信號(hào)進(jìn)行放大；(4)濾波電路: 濾除電路中的噪聲；(5)主放大電路: 對(duì)信號(hào)進(jìn)行再次放大，使信號(hào)能夠被a/d轉(zhuǎn)換器接收到；(6)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路: 把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)；(7)單片機(jī): 控制系統(tǒng)，使用戶at89c51；(8)pc:即計(jì)算機(jī)。4.1 光電檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路圖下面給出設(shè)計(jì)的光電檢測(cè)系統(tǒng)的整體電路圖。

26、如圖3所示：4.2 前置放大電路光電系統(tǒng)中，光電檢測(cè)器件所接收的光信號(hào)十分微弱，要有效利用這種信號(hào)，就必須對(duì)其進(jìn)行放大。光電檢測(cè)系統(tǒng)中，光電器件的輸出端都緊密連接一個(gè)低噪聲前置放大器組成前置放大電路。它的任務(wù)是:放大光電檢測(cè)器件輸出的微弱光信號(hào),對(duì)前置放大器的要求是:低噪聲、高增益、低輸出阻抗和良好的抗干擾能力6。圖3 光電檢測(cè)系統(tǒng)硬件電路圖fig 3 circuitry of photoelectric detection system此外，還要仔細(xì)地屏蔽，以消除散雜場(chǎng)信號(hào)。前置放大器品質(zhì)的優(yōu)劣勢(shì)整個(gè)信號(hào)處理系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分。4.2.1 基本電路分析用光電二極管組成的光電轉(zhuǎn)換電路，實(shí)際上是

27、一個(gè)光電流、電壓的變換器。光電二極管將接收的光信號(hào)變成與之成比例的微弱電流信號(hào)，通過運(yùn)放和反饋電阻組成的放大器變換成電壓信號(hào)7。基本電路如圖4所示：圖4 電流-電壓轉(zhuǎn)換電路fig 4 current-voltage switching circuit假定運(yùn)放為理想的運(yùn)放，其輸入電阻和放大倍數(shù)都為無窮大，則輸出電壓為uo=ipr。輸出電壓uo的值與輸入電流ip成線性關(guān)系，靈敏度由反饋電阻r確定。而實(shí)際應(yīng)用中，不存在完全理想的運(yùn)放。受到運(yùn)放失調(diào)電壓vod與偏置電流ib的影響，輸出電壓將產(chǎn)生誤差。誤差電壓ue=vod(l+r/rd)+ibr，其中rd為光電二極管的結(jié)電阻。由此式中可以看出，當(dāng)運(yùn)放的失

28、調(diào)電壓與偏置電流都較小時(shí)，輸出電壓誤差才會(huì)減小。因此，選擇運(yùn)放時(shí)我們要選擇性能參數(shù)都符合要求的運(yùn)放。4.2.2 噪聲分析首先，給出光電轉(zhuǎn)換電路的等效電路圖，如圖5所示：其中左端的電路是硅光電二極管的等效電路。rf是反饋電阻，cf是為消除震蕩的反饋電容.可以推導(dǎo)出輸出電壓的公式： (5)可以看出，rd越大，ct越小，噪聲影響越小，cf可以限制高頻段的噪聲增益。除了電路中探測(cè)器和運(yùn)放帶來的噪聲外，電路的主要噪聲來源于電阻rf在純電阻電路中電阻的熱噪聲ut取決于檢測(cè)電路的實(shí)際通頻帶f。 (6)圖5 光電轉(zhuǎn)換電路的等效電路圖fig 5 equivalent circuitry of photoelec

29、tric converting circuit4.2.3 前置放大器的選擇本系統(tǒng)選用ad795kn作為前置放大電路的放大器。它是一種低噪聲、高精度、fet輸入的放大器。參數(shù)如下：(1) 失調(diào)電壓:25，最大為250uv(k級(jí))；(2) 失調(diào)電壓漂移:最大為3v/(k級(jí))；(3) 輸入偏置電流:25，最大為1pa(k級(jí))；(4) 0.1-10hz電壓噪聲:2.5uvp-p；(5) 在正負(fù)15v的功耗為40mw；(6) 增益帶寬乘積1mhz。4.2.4 前置放大電路的設(shè)計(jì)第一種前置放大電路是在光電轉(zhuǎn)換電路上的初步改進(jìn)，如圖6所示。它在運(yùn)放的同相輸入端串聯(lián)了一個(gè)電阻r1來消除運(yùn)放的偏置電流造成的偏壓

30、誤差(其中包含了由溫度引起的偏置電流漂移的影響)，但它的引入同時(shí)又帶來了電阻熱噪聲，因此常在其兩端并聯(lián)一個(gè)電容c1以減小噪聲寬帶8。第二種是t型電阻網(wǎng)絡(luò)的前置放大電路。圖6 優(yōu)化的前置放大電路fig 6 optimized pre-amplification circuitt型電阻網(wǎng)絡(luò)的前置放大電路，是用一個(gè)t型電阻網(wǎng)絡(luò)代替rf，如圖7示。rt=r2+rf+r2rf/r3，一般情況下，rf遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于r3，從而減少電阻的寄生電容的影響，提高信號(hào)的頻帶寬度。圖7 t型電阻網(wǎng)絡(luò)的前置放大電路fig 7 pre-amplification circuit of t style resistance ne

31、twork通過圖6和圖7可以推導(dǎo)出uo=iprt+en(1+rt/rd+rf/r3) (7)電路的缺點(diǎn)是，t型網(wǎng)絡(luò)使得運(yùn)放的偏置電壓、電壓噪聲以及電阻上的熱噪聲比非t型網(wǎng)絡(luò)都放大了1+rf/r3倍，而rf遠(yuǎn)大于r3。所以電路的噪聲很大，精度較差。第三種是復(fù)合前置放大電路。本系統(tǒng)的前置放大電路選擇的是一種復(fù)合放大電路，如圖8所示。它選用兩個(gè)運(yùn)放，由一個(gè)內(nèi)反饋電路與一個(gè)外反饋電路組成。這種電路具有降低噪聲帶寬而不影響信號(hào)頻帶的特點(diǎn)。圖中，r3、r4、c3組成了內(nèi)反饋電路，它控制著u2a的增益響應(yīng)特性。在直流情況下，該反饋由c3斷開，此時(shí)放大器的開環(huán)增益是兩個(gè)放大器開環(huán)增益的乘積。合理地設(shè)置r4/r

32、3的比值有減小噪聲帶寬的功效。圖中r2是為了補(bǔ)償因r1過大所造成的直流誤差，r2上的并聯(lián)電容c2用以去除它上面的雜散噪聲。外反饋電阻r1上并聯(lián)的電容c1為消振電容，它的作用是減小電路的通頻帶9。圖8 復(fù)合前置放大電路fig 8 compound pre-amplification circuit4.2.5 防泄漏措施和接地從光電二極管出來的光電流是十分微弱的，如果電路板上再存在泄漏出去的路徑，就會(huì)使得流過反饋電阻的有效電流減小，這就大大降低了整個(gè)檢測(cè)電路的增益。通常反饋電阻采用玻璃絕緣的陶瓷電阻或精密金屬膜電阻裝載一個(gè)抽真空的玻璃封裝內(nèi)。而接在反饋電阻兩端的補(bǔ)償電容應(yīng)采用低泄漏的聚丙烯或聚苯乙

33、烯介質(zhì)的電容器。同時(shí)，與虛地點(diǎn)的連線也應(yīng)足夠短。光電二極管與放大器間的電纜應(yīng)盡量短且用聚四氟乙烯絕緣。電路板要采用高質(zhì)量的環(huán)氧樹脂玻璃纖維板。對(duì)于放大器的接地，應(yīng)該主要使用單點(diǎn)接地，從而避免接地點(diǎn)與大地所形成的回路存在電流造成干擾，這種方法稱為浮地技術(shù)。通常在浮地端用一個(gè)1-10千歐姆的電阻或一個(gè)小電容接地，以加強(qiáng)對(duì)空間電磁場(chǎng)的屏蔽效果。如圖9所示。其中靠近運(yùn)放的接陶瓷電容器，靠近電源的接電解電容器10。圖9 電源的接地方式fig 9 grounding method of source4.3 濾波電路為使電路具有良好的信噪比，對(duì)于從前置放大器輸出地電壓信號(hào)，必須進(jìn)行濾波處理。本系統(tǒng)采用帶通濾

34、波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。為保證測(cè)量的精確性，在前置放大電路之后設(shè)計(jì)“壓控電壓源二階帶通濾波電路”(如圖10所示)，以除去有用信號(hào)頻帶以外的噪聲，包括環(huán)境噪聲及由前置放大器引入的噪聲。圖10 濾波電路fig 10 filter circuit4.4 主放大電路由于所檢測(cè)對(duì)象本身為微弱量，因而所得到的電量自然是小信號(hào)，一般不能直接用于采樣處理。本設(shè)計(jì)的前置放大電路主要起到電流轉(zhuǎn)電壓的作用，經(jīng)過其放大過的信號(hào)還不能滿足采樣電壓要求，因此還需應(yīng)用主放大電路。其放大電路如圖11所示。圖11 主放大電路fig 11 main amplification circuit該放大電路的放大倍數(shù)為a=1+r12/r1

35、1其中r12為反饋電阻，r10=r11r12/(r11+r12)。4.5 后續(xù)信號(hào)處理電路后續(xù)信號(hào)處理電路主要是對(duì)前面電路輸出地模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并顯示所得數(shù)字信號(hào)。它包括了a/d轉(zhuǎn)換器，微控制器和計(jì)算機(jī)。4.5.1 a/d轉(zhuǎn)換器的選擇根據(jù)系統(tǒng)測(cè)量的需要，我們選擇了模數(shù)轉(zhuǎn)換器tlc1549。它是10位逐次逼近模數(shù)轉(zhuǎn)換器，具有兩個(gè)數(shù)字輸入端和一個(gè)三態(tài)輸入端，它們提供與微處理器串行端口的三線接口。具備自動(dòng)采樣保持功能，采取差分基準(zhǔn)電壓高阻輸入，可按比例量程校準(zhǔn)轉(zhuǎn)換范圍，實(shí)現(xiàn)低誤差的轉(zhuǎn)換。它的引腳圖如12所示。圖12 tlc1549引腳圖fig 12 pin graph of tlc1549圖中

36、cs是芯片選擇端，低電平有效；i/oclock是輸入輸出時(shí)鐘；analog in是模擬信號(hào)輸入端，date out是轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出端，在時(shí)鐘信號(hào)的作用下，前次轉(zhuǎn)換的結(jié)果以串行方式依次在該引腳輸出；ref+是基準(zhǔn)電壓的高端值加在該引腳；ref- 是基準(zhǔn)電壓的低端值加在該引腳；vcc是正電源電壓。tlc1549的性能參數(shù)：電源電壓范圍是-0.5-6.5v，推薦值為5v；模擬輸入電壓范圍是0-vcc；正基準(zhǔn)電壓，通常取vcc;負(fù)基準(zhǔn)電壓，通常接地；總不可調(diào)整誤差為正負(fù)1lsb；工作環(huán)境溫度為0-60攝氏度。tlc1549的工作原理是：在芯片選擇cs無效的情況下，i/oclock被禁止且data out

37、處于高阻狀態(tài)。在串行接口把cs拉至有效時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)序開始，允許i/oclock并使data out脫離高阻狀態(tài)。串行接口把輸入/輸出時(shí)鐘序列提供給i/oclock，并從data out接收前次轉(zhuǎn)換結(jié)果。拍clock從主機(jī)串行接口接收長(zhǎng)度在10-16之間的輸入序列。開始10個(gè)i/o時(shí)鐘提供采樣模擬輸入的控制時(shí)序。在cs的下降沿，前次轉(zhuǎn)換的msb出現(xiàn)在data out端。10位數(shù)據(jù)通過data out被發(fā)送到主機(jī)串行接口11。4.5.2 微控制器選擇本系統(tǒng)采用單片機(jī)芯片at89c51作為微控制器，它使美國(guó)atmel公司生產(chǎn)的低電壓，高性能cmos 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4bytes可反復(fù)擦寫的只讀程序存

38、儲(chǔ)器(perom)128bytes的隨即存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(ram)，器件采用atmel公司高密度，非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)mcs-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和flash存儲(chǔ)單元。它的引腳排列與8051相近12。4.5.3 adc與單片機(jī)的接口tlc1549與at89c51的接口電路圖。如下圖13所示:圖13 adc與單片機(jī)的接口電路fig 13 interface circuit of adc and single-chip4.5.4 單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的i/o接口rs-232c提供了單片機(jī)與單片機(jī)、單片機(jī)與pc機(jī)間串行數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)接口。由于單片機(jī)輸入、輸出電平時(shí)ttl電平，與計(jì)

39、算機(jī)的rs-232c比準(zhǔn)串行接口電氣規(guī)范不一致，本系統(tǒng)采用max232芯片實(shí)現(xiàn)at89c51單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的rs-232標(biāo)準(zhǔn)接口通信電路。電路原理圖如圖14所示：圖14 單片機(jī)與計(jì)算機(jī)的接口電路fig 14 interface circuit of single-chip and pc4.6 電源選擇本系統(tǒng)中器件所用電源通過wyj直流電源供應(yīng)。wyj直流電源是一種電壓、電流連續(xù)可調(diào)。穩(wěn)壓與穩(wěn)流自動(dòng)轉(zhuǎn)換的高精度直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源，在穩(wěn)流狀態(tài)時(shí)，可設(shè)定穩(wěn)流工作點(diǎn)，穩(wěn)流時(shí)輸出的電流能在額定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。輸出電壓從o伏起調(diào)，輸出電壓在額定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。該直流電源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。采用進(jìn)口富士模塊穩(wěn)

40、壓，精度極高。電源輸出紋波系數(shù)良好，低噪聲，體積小，款式新穎。該直流電源可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，大專院校實(shí)驗(yàn)室、研究所、郵電通訊和自動(dòng)化設(shè)備上使用。與開關(guān)電源相比，它具有精度高，紋波小，無高頻輻射干擾，適用場(chǎng)合廣等優(yōu)點(diǎn)13。wyj直流穩(wěn)壓電壓的技術(shù)參數(shù)如下：輸入電壓:ac110v、220v、380v士10%、0-60hz任選；輸出電壓:dc 0-15v、0-30v、0-60v、0-120v、0-150v、0-200v、0-300v、0-600v任選；固定輸出電壓:dc5v9v12v13.5v15v24v36v48v72v110v220v任選；輸出電流:1-200a輸出路數(shù):1-20路任選；輸出顯

41、示方式:指針、led數(shù)碼管任選。4.7 小結(jié)本章對(duì)光電檢測(cè)系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)。從低噪聲角度考慮，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了光電檢測(cè)電路的前置放大電路、濾波部分。對(duì)光電二極管、放大器、a/d轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)和電源的選型也都做了詳細(xì)說明。這些為將要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)工作打下了基礎(chǔ)。5 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)軟件模塊主要分為:主程序模塊、ad轉(zhuǎn)換模塊及rs232c數(shù)據(jù)通信模塊。5.1 主程序模塊系統(tǒng)模擬電路部分輸出電壓，經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后，將數(shù)據(jù)傳輸至單片機(jī)進(jìn)行處理，最后通過pc顯示出來。系統(tǒng)主程序模塊主要完成的工作是為系統(tǒng)初始化，包括了tlc5149和通信模塊的初始化等。軟件流程圖如15所示：圖15 主程序流程圖fig

42、15 flow diagram of main program5.2 ad轉(zhuǎn)換模塊在芯片選擇cs無效的情況下i/oclock被禁止且data out處于高阻狀態(tài)。在串行接口把cs拉至有效時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)序開始，允許i/oclock并使dat aout脫離高阻狀態(tài)。串行接口把輸入輸出時(shí)鐘序列提供給i/oclock，并從daia out接收前次轉(zhuǎn)換結(jié)果14。i/oclock從主機(jī)串行接口接收長(zhǎng)度在10-16之間的輸入序列。開始10個(gè)刀o時(shí)鐘提供采樣模擬輸入的控制時(shí)序。在cs的下降沿，前次轉(zhuǎn)換的msb出現(xiàn)在data out端。10位數(shù)據(jù)通過data out被發(fā)送到主機(jī)串行接口。為了開始轉(zhuǎn)換，最少需要10個(gè)

43、時(shí)鐘脈沖。如果犯clock傳送大于10個(gè)時(shí)鐘長(zhǎng)度，那么在第10個(gè)時(shí)鐘的下降沿，內(nèi)部邏輯把data out拉至低電平以確保其余位的值為零。其軟件流程圖如16所示。5.3 通信模塊本系統(tǒng)通信模塊，采用pc作為主機(jī)，單片機(jī)作為從機(jī)。5.3.1 pc機(jī)的通信軟件pc機(jī)的通信軟件包括下列內(nèi)容(1)對(duì)1650以(串口芯片)初始化，即設(shè)置波特率(1200b/s)、數(shù)據(jù)位數(shù)(8位)、奇偶類型和停止位位數(shù)(l位)。(2)確定數(shù)據(jù)傳送方式。采用查詢方式發(fā)送和接收。(3)從機(jī)地址碼為ofih。下面給出查詢方式的pc機(jī)通信主程序框圖。如圖17所示。pc機(jī)開始設(shè)置為地址傳送方式。從ofih地址碼開始發(fā)送，然后接收地址回

44、送碼，如回送地址等于發(fā)送地址碼，則說明與從機(jī)握手成功。繼而可以設(shè)置為數(shù)據(jù)傳送方式，開始與從機(jī)交換數(shù)據(jù)直到數(shù)據(jù)結(jié)束為止15。圖16 tlc1549工作流程圖fig 16 operating flow diagram of tlc15495.3.2 單片機(jī)的通信軟件單片機(jī)的波特率要與pc機(jī)一致。定時(shí)器tl作為波特率發(fā)生器，設(shè)置為工作模式2。串口設(shè)置為工作方式3，數(shù)據(jù)的傳送格式為11位，即1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位停止位和作為數(shù)據(jù)/地址控制位的第9位。采用查詢方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。單片機(jī)在通信開始階段，首先設(shè)置為傳送地址方式，等待接收地址，只有當(dāng)接收到本機(jī)的地址碼時(shí)，才回送本機(jī)地址給pc機(jī)，以作為應(yīng)

45、答信號(hào)。然后設(shè)置為產(chǎn)生數(shù)據(jù)方式，以便開始傳送數(shù)據(jù)。其通信數(shù)據(jù)的約定要與pc機(jī)一致，即以什么樣的數(shù)據(jù)位結(jié)束標(biāo)識(shí)，多少位數(shù)據(jù)位一個(gè)數(shù)據(jù)塊或多少位數(shù)據(jù)進(jìn)行一次累加和校驗(yàn)。校驗(yàn)回送碼為00h時(shí)表示發(fā)送正確，offh為錯(cuò)誤，需要重發(fā)。下面給出單片機(jī)查詢方式通信的主程序。其程序框圖如圖18所示。6 光電檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)農(nóng)藥殘留檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)研究利用所設(shè)計(jì)的農(nóng)藥殘留光電檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)農(nóng)藥樣品進(jìn)行實(shí)際的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)得到的電壓數(shù)據(jù)，建立起農(nóng)藥殘留濃度與光強(qiáng)(電壓)的數(shù)學(xué)模型，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的農(nóng)藥殘留檢測(cè)系統(tǒng)的可行性16。圖17 pc機(jī)與單片機(jī)通訊主程序框圖fig 17 communication main program bl

46、ock diagram of pc and single-chip6.1 測(cè)量原理本系統(tǒng)農(nóng)藥殘留的檢測(cè)原理是:乙酞膽堿酷酶對(duì)魯米諾-過氧化氫化學(xué)發(fā)光體系有催化作用，其經(jīng)由有機(jī)磷農(nóng)藥(例如敵百蟲)抑制后會(huì)導(dǎo)致魯米諾-過氧化氫-乙酞膽堿酷酶體系的化學(xué)發(fā)光信號(hào)降低，基于此可對(duì)有機(jī)磷農(nóng)藥進(jìn)行檢測(cè)。魯米諾-過氧化氫發(fā)光體系:魯米諾在堿性溶液中可被過氧化氫氧化而處于激發(fā)態(tài)，當(dāng)激發(fā)態(tài)回到基態(tài)時(shí)發(fā)光，最大波長(zhǎng)為425nm。測(cè)量出的敵百蟲檢出限應(yīng)低于食品衛(wèi)生敵百蟲含量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)0.lmg/l。6.2 測(cè)量實(shí)驗(yàn)6.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑魯米諾儲(chǔ)備液:sigma公司購買，稱0.443g的魯米諾溶解于200ml水中，加入4g

47、的氫氧化鈉，搖勻，定容到l000ml，避光一周后使用。魯米諾工作液:吸取50ml儲(chǔ)備液于500ml的容量瓶中，加入200ml的水，1.8g的氫氧化鈉，定容到500ml，搖勻，避光兩天后使用。圖18 從機(jī)通訊主程序fig 18 communication main program of slave敵百蟲儲(chǔ)備液(100mg/l):sigma公司購買，溶于酒精中配置，冰箱中-20攝氏度保存。敵百蟲工作液:配備不同濃度的敵百蟲工作液(0，0.05mg/l，0.07mg/l，0.08mg/l,0.10mg/l，0.15mg/l,0.20mg/l，0.25mg/l，0.30mg/l，0.35mg/l,0.

48、40mg/l)，冰箱中4攝氏度保存。過氧化氫儲(chǔ)備液(0.1%):吸取0.lml的分析純的過氧化氫用水定容到100ml，搖勻，冰箱中4攝氏度保存。過氧化氫工作液(十萬分之一濃度):吸取0.lml的0.1%過氧化氫儲(chǔ)備液用水定容到100ml，避光，冰箱中4攝氏度保存。(2)測(cè)定方法打開電源給系統(tǒng)預(yù)熱，為消除光電二極管暗電流的影響，進(jìn)行系統(tǒng)電壓調(diào)零。調(diào)零完成后，將魯米諾-過氧化氫體系3ml加入石英杯中，將配置好的不同劑量的敵百蟲溶液2ml注入到裝有魯米諾-過氧化氫體系的石英杯中，測(cè)出光強(qiáng)(電壓)變化。其測(cè)量結(jié)果如表l所示。根據(jù)已測(cè)數(shù)據(jù)，用最小二乘法進(jìn)行處理，其關(guān)系趨勢(shì)圖如下圖19所示。由圖可以看出，

49、曲線在0.08mg/l處電壓有變化，即最低檢出限為0.08mg/l.曲線在0.15mg/l-0.35mg/l區(qū)間內(nèi)，呈現(xiàn)明顯的線性關(guān)系。表1 濃度與光強(qiáng)（電壓）table 1 density and light intensity(voltage)濃度（mg/l）00.050.070.080.100.150.200.250.300.350.40電壓（v）1.201.201.201.081.020.930.720.490.270.050.02圖19 濃度電壓趨勢(shì)圖fig 19 trend chart of density and voltage6.3 誤差分析取一組不同濃度的敵百蟲溶液(0.08

50、8mg/l，0.149mg/l,0.225mg/l，0.347mg/l)，用檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)其檢測(cè)得到一組測(cè)量濃度。將他們進(jìn)行對(duì)比并做誤差分析。數(shù)值如表2所示：表2 濃度對(duì)比表table 2 density comparison table電壓（v）1.050.840.580.360.15濃度（mg/l）0.0880.1490.2250.2870.347測(cè)量濃度(mg/l)0.0920.1520.2260.2840.351相對(duì)誤差4.545%2.013%0.444%1.045%1.153%注:相對(duì)誤差=|測(cè)量值-真實(shí)值|/真實(shí)值由此可以看出:在接近食品衛(wèi)生敵百蟲含量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(0.lmg/l)的低濃度

51、范圍內(nèi)，測(cè)量誤差偏大，靈敏度較低，這可能是因?yàn)楣怆姸O管中的暗電流和系統(tǒng)中的噪聲影響造成的。同類型的實(shí)驗(yàn)中采用光電倍增管靈敏度較高，檢出限低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一個(gè)數(shù)量級(jí)，這是本系統(tǒng)的改進(jìn)方向17。6.4 小結(jié)本實(shí)驗(yàn)測(cè)得的農(nóng)藥檢出限達(dá)到0.08mg/l，基本上能夠達(dá)到食品衛(wèi)生農(nóng)藥含量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。但精度和靈敏度都不是太高，尤其在低濃度范圍內(nèi)，線性較差，本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)。如選擇光敏性更好的光敏器件，并利用光纖進(jìn)行傳導(dǎo)，檢測(cè)精度將得到數(shù)量級(jí)的提高，而在數(shù)據(jù)采集上可以考慮使用數(shù)據(jù)采集卡，這是本系統(tǒng)以后的研究方向。7 結(jié)論本文針對(duì)農(nóng)藥殘留檢測(cè)技術(shù)不能滿足現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)需要的現(xiàn)狀，應(yīng)用化學(xué)發(fā)光與光電檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的方法，設(shè)計(jì)了一種光電檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)農(nóng)藥殘留進(jìn)行檢測(cè)。闡述了光電檢測(cè)系統(tǒng)理論，利用設(shè)計(jì)的檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)農(nóng)藥殘留濃度進(jìn)