一种基于离子敏场效应管ISFET的智能pH传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于离子敏场效应管ISFET的智能pH传感器，通过集成了ISFET/REFET、热敏电阻、信号调理模块、时钟日历模块、LCD显示器、微控制器和USB通信接口，通过ISFET/REFET离子敏探头采集出水体的pH值信号,再通过差分电流读出电路，将其转变为电压信号，送入微控制器进行处理，由LCD显示器实时显示，也可通过USB通信接口将测量数据上传，满足了自动化监测技术的检测要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于离子敏场效应管ISFET的智能pH传感器
本专利技术涉及一种基于离子敏场效应管ISFET的智能pH传感器。
技术介绍
pH值是反应水溶液性质的重要电化学参数，而温度又对pH值有至关重要的影响，因此监测和控制影响水体环境正常进行的水质参数具有重大的理论和现实意义。由于我国的水质传感器技术起步较晚，在实际工作中，大量采用的pH值检测手段仍然是用传统的玻璃电极或实验室手工分析的方法，测试数据滞后数小时甚至更多。对于水质自动监控系统中使用的监测仪器，主要也是以传统的玻璃电极加两线制变送器为主，普遍存在响应速度慢、体积大、功能单一、维护周期短等问题。随着控制、计算机、通信和网络的不断发展，传感器和测控仪表正朝着智能化、网络化、集成化、微型化的方向发展，因此，研制一种小巧便携、功能多样、维护简便的智能pH传感器，具有广泛的应用价值和市场前景。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术提供一种基于离子敏场效应管ISFET的智能pH传感器，小巧便携、功能多样、维护简便。为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种基于离子敏场效应管ISFET的智能pH传感器，控制面板和传感器电极部分，控制面板包括工作指示灯、电源按钮、标定/取消按钮、LCD显示器和确定按钮工作指示灯，用于指示智能pH传感器的工作状态，正常开机工作为绿色，出现故障时为红色；LCD显示器为16×2点阵式字符显示器，可显示当前测量的pH值和温度值，以及测量日期、时间等内容；确定按钮和标定/取消按钮，用来与LCD显示器配合完成相应功能，控制面板的背面开有USB接口和电池盒，USB接口，用于传输pH值、温度值等测量数据到上位机或通过上位机对传感器进行参数设置，通过电源模块电路为整个智能pH传感器供电,传感器电极部分包括：传感器壳体、KCl溶液、REFET补偿探头、ISFET敏感探头、热敏电阻、Ag/AgCl电极和电极引线；ISFET敏感探头，用于采集水体的pH值信号；REFET补偿探头，用于对ISFET敏感探头通过差分方式进行温度补偿；热敏电阻，用于采集水体的温度信号；Ag/AgCl电极和KCl溶液，用于配合ISFET敏感探头采集水体的pH值信号；REFET补偿探头、ISFET敏感探头和热敏电阻通过传感器壳体底部的L型结构安装固定，扩大与水体的接触面积，保证了三者在相同的温度条件下工作。所述的智能pH传感器还包括硬件系统，包括信号调理模块、LCD显示器、按键、存储器、微控制器、指示灯、时钟日历模块、USB通信接口和电源模块，其中信号调理模块包括ISFET电流读出电路，I/V转换电路，50Hz陷波器和滤波放大电路等，选用热敏电阻作为温度传感器，采集被测水体的温度，选用16×2点阵式字符LCD显示器，可显示当前测量的pH值和温度值，以及测量日期、时间等内容，按键包括电源开关按钮、确定按钮和标定/取消按钮，它们与LCD显示器配合完成相应功能，存储器，采用非易失性铁电存储芯片，用于存储标定参数，以及测量结果，包括测量日期、时间、pH值和温度值等，在微控制器的控制下，ISFET电流读出电路经I/V电路，滤波电路，将输出反映水体pH值的电压信号送至微控制器MCU，经内部A/D转换为数字信号，然后进行计算、送显示等处理，最终测量数据将被存储到存储器中，以便后期的数据分析和研究，工作指示灯为双色发光二极管LED，用于指示智能pH传感器的工作状态，正常开机工作为绿色，出现故障时为红色，时钟日历模块，用于为微控制器提供当前的时间、日期，该模块具有超低功耗和备用电源，在智能pH传感器关机时仍可正常计时，USB通讯接口模块，用于传输pH值、温度值等测量数据到上位机或通过上位机对传感器进行参数设置、系统调试，电源模块将电池电压稳压后向控制器供电，另外，该模块还具有极性保护和欠压检测等功能。附图说明图1为本专利技术实施例基于ISFET的智能pH传感器的结构示意图；图2为本专利技术实施例基于ISFET的智能pH传感器的硬件原理框图；图3为本专利技术实施例基于ISFET的智能pH传感器的差分电流读出电路；图4为本专利技术实施例基于ISFET的智能pH传感器的主程序流程图。图5为本专利技术实施例基于ISFET的智能pH传感器的标定子程序流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例基于ISFET的智能pH传感器的结构示意图，如图1所示，智能pH传感器的控制面板包括工作指示灯1、电源按钮2、标定/取消按钮5、LCD显示器6和确定按钮7。工作指示灯1，用于指示智能pH传感器的工作状态，正常开机工作为绿色，出现故障时为红色；LCD显示器6为16×2点阵式字符显示器，可显示当前测量的pH值和温度值，以及测量日期、时间等内容；确定按钮7和标定/取消按钮5，用来与LCD显示器6配合完成相应功能。控制面板的背面开有USB接口13和电池盒14，USB接口13，用于传输pH值、温度值等测量数据到上位机或通过上位机对传感器进行参数设置；电池盒14可安装两节7号干电池，通过电源模块电路为整个智能pH传感器供电。传感器电极部分包括：传感器壳体3、KCl溶液10、REFET补偿探头4、ISFET敏感探头12、热敏电阻11、Ag/AgCl电极9和电极引线8；ISFET敏感探头12，用于采集水体的pH值信号；REFET补偿探头4，用于对ISFET敏感探头12通过差分方式进行温度补偿；热敏电阻11，用于采集水体的温度信号；Ag/AgCl电极9和KCl溶液，用于配合ISFET敏感探头12采集水体的pH值信号；REFET补偿探头4、ISFET敏感探头12和热敏电阻11通过传感器壳体3底部的L型结构安装固定，扩大与水体的接触面积，保证了三者在相同的温度条件下工作。图2为本专利技术实施例基于ISFET的智能pH传感器的硬件原理框图，在图1的基础上再结合图2所示对本专利技术实施例的具体工作原理进行详细说明。如图2所示，基于ISFET的智能pH传感器的硬件系统主要由信号调理模块、LCD显示器、按键、存储器、微控制器、指示灯、时钟日历模块、USB通信接口和电源模块组成。其中信号调理模块包括ISFET电流读出电路，I/V转换电路，50Hz陷波器和滤波放大电路等。选用热敏电阻作为温度传感器，采集被测水体的温度。选用16×2点阵式字符LCD显示器，可显示当前测量的pH值和温度值，以及测量日期、时间等内容。按键包括电源开关按钮、确定按钮和标定/取消按钮，它们与LCD显示器配合完成相应功能。存储器，采用非易失性铁电存储芯片，用于存储标定参数，以及测量结果，包括测量日期、时间、pH值和温度值等。该专利技术实施例选用自带A/D转换功能的MCU单片机芯片，具有高速，高可靠，低功耗，抗干扰能力强等优点。在微控制器的控制下，ISFET电流读出电路经I/V电路，滤波电路，将输出反映水体pH值的电压信号送至微控制器MCU，经内部A/D转换为数字信号，然后进行计算、送显示等处理，最终测量数据将被存储到存储器中，以便后期的数据分析和研究本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于离子敏场效应管ISFET的智能pH传感器，其特征在于，控制面板和传感器电极部分，控制面板包括工作指示灯、电源按钮、标定/取消按钮、LCD显示器和确定按钮工作指示灯，用于指示智能pH传感器的工作状态，正常开机工作为绿色，出现故障时为红色；LCD显示器为16×2点阵式字符显示器，可显示当前测量的pH值和温度值，以及测量日期、时间等内容；确定按钮和标定/取消按钮，用来与LCD显示器配合完成相应功能，控制面板的背面开有USB接口和电池盒，USB接口，用于传输pH值、温度值等测量数据到上位机或通过上位机对传感器进行参数设置，通过电源模块电路为整个智能pH传感器供电,传感器电极部分包括：传感器壳体、KCl溶液、REFET补偿探头、ISFET敏感探头、热敏电阻、Ag/AgCl电极和电极引线；ISFET敏感探头，用于采集水体的pH值信号；REFET补偿探头，用于对ISFET敏感探头通过差分方式进行温度补偿；热敏电阻，用于采集水体的温度信号；Ag/AgCl电极和KCl溶液，用于配合ISFET敏感探头采集水体的pH值信号；REFET补偿探头、ISFET敏感探头和热敏电阻通过传感器壳体底部的L型结构安装固定，扩大与水体的接触面积，保证了三者在相同的温度条件下工作。...

【技术特征摘要】
1.一种基于离子敏场效应管ISFET的智能pH传感器，其特征在于，控制面板和传感器电极部分，控制面板包括工作指示灯、电源按钮、标定/取消按钮、LCD显示器和确定按钮工作指示灯，用于指示智能pH传感器的工作状态，正常开机工作为绿色，出现故障时为红色；LCD显示器为16×2点阵式字符显示器，可显示当前测量的pH值和温度值，以及测量日期、时间等内容；确定按钮和标定/取消按钮，用来与LCD显示器配合完成相应功能，控制面板的背面开有USB接口和电池盒，USB接口，用于传输pH值、温度值等测量数据到上位机或通过上位机对传感器进行参数设置，通过电源模块电路为整个智能pH传感器供电,传感器电极部分包括：传感器壳体、KCl溶液、REFET补偿探头、ISFET敏感探头、热敏电阻、Ag/AgCl电极和电极引线；ISFET敏感探头，用于采集水体的pH值信号；REFET补偿探头，用于对ISFET敏感探头通过差分方式进行温度补偿；热敏电阻，用于采集水体的温度信号；Ag/AgCl电极和KCl溶液，用于配合ISFET敏感探头采集水体的pH值信号；REFET补偿探头、ISFET敏感探头和热敏电阻通过传感器壳体底部的L型结构安装固定，扩大与水体的接触面积，保证了三者在相同的温度条件下工作。2.根据权利要求1所述的一种基于离子敏场效应管ISFET的智能pH传感器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁启胜，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32