水质分析高速增长，模拟芯片厂商迎来哪些良机？

蓝天不能雾霾如盖，江河不得污水横流，大地亦不能藏污纳垢，这似乎是我们对于环境保护的愿景和决心。新出台的“大气十条”、“水十条”对环境治理都给出了明确的规范，预计“土十条”也会很快发布，这些都带动了环境监测仪器的市场机会。针对水质分析市场，ADI日前携代理商世健公司，就该市场的现状、机会以及众多技术手段进行了介绍。 多传感器集成是未来趋势 ADI亚太区仪表行业市场经理叶裕民首先对于环境检测市场的总体情况进行了介绍。常见的环境监测仪器有气体检测器、酸碱度计、辐射计、地震仪等等。根据待测物的不同，环境检测仪器的监测原理也不同，例如有的是化学反应、有的是物理现象，而像地震、桥梁等振动分析则需要微机电技术。根据不同的监测原理，所使用的传感器不同，因此后端的信号调理方式也不同，而信号调理这部分正是ADI的关注重点。

ADI亚太区仪表行业市场经理叶裕民
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未来，一台仪器可用于侦测多种环境威胁，这就要求它能够集多种传感器于一身。由于不同的传感器要配套不同的信号调理电路，那么多个传感器势必会造成电路面积增大。叶裕民表示，随着传感器的技术进步，一个封装中集成两三种传感器是有可能的。例如ADI在水质分析的解决方案中，其中包括了电导率的传感器、温度传感器，而后端的信号调理电路就采用了内建多通道的ADC和DAC，通过集成式的方案可以简化整体设计。 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 水分析监测仪器趋势及现有方案 关于环境监测测仪器的整体趋势，叶裕民表示大方向主要体现在便携、易用、可靠度高、多功能、高成长五方面。具体到水质分析监测仪器市场，新出台的“水十条”在完善水环境监测网络、加快城镇污水处理设施建设与改造等方面都制定了详细标准，并且中央财政将增加资金投入来支持水环境保护项目。可以预见的是，环保物联网将会是最显著的发展趋势之一，通过引入自动化和信息化的技术，经过数据分析得出相关的结论支持环保管理决策，另一方面还将通过远程控制来优化环保治理设计的工艺运行条件。 据了解，水质监测主要针对酸碱度、导电率、浊度以及溶氧量等指标的检测，包括饮用水、环境保护、养殖业、食品制造、实验室、化学工业、制药等应用领域。目前，ADI针对酸碱度计和导电率仪已有了相关的评估板，针对浊度及溶氧量的监测仪器正在开发中。 叶裕民介绍，ADI的pH计和电导率仪的水分析解决方案中，主要的设计考量因素包括：首先是稳定性，由于在pH计和电导率仪的设计中，随时间和温度的漂移是非常重要的考虑因素。为了实现这一目标，需要低漂移的精确信号链；第二是分辨率，为了充分发挥传感器动态范围的优势，信号链和电源设计需要考虑低噪声和高分辨率要求，实验室仪器尤其如此；第三是低功耗，便携性是近年来仪器领域的一大趋势，pH计和电导率仪也有便携式版本，应当能依靠有限的电池在室外长时间工作，这种情况下，设计阶段就需要考虑低功耗需求。 以PH计为例，其测量原理是利用测量电极和参考电极确定溶液中的氢离子浓度，从而实现pH测量。参考电极的作用是提供一个恒定的参考电位，它与电极所浸没的溶液无关。测量电极的作用是产生一个相对于参考电极的电位差，它与溶液的pH值成正比。pH电极具有非常大的输出电阻，为了实现精确的pH测量，应利用低偏置电流放大器作为缓冲器。经过低漏电流缓冲级后，信号提供给增益和低通滤波器级，以实现更高的分辨率。信号最后进入Σ-Δ ADC。温度测量同样可以通过这个ADC实现，用以补偿最终结果。

图1：ADI pH计系统框图
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而电导率仪的原理则是通过施加交流电流来测量溶液中离子的总浓度，通过电流迫使离子来回流动，从而在导电率电极之间产生交流电位。导电率计测量电压有两节点和四节点两种模式，系统精度需求决定使用何种模式。根据欧姆定律，溶液的电导率可通过测量电压和电流来计算。如下图所示，可编程交流电流源利用基准电压源、运算放大器和多路复用器产生电流。电极上的电压通过仪表放大器检测，后接开关和差动放大器。通过电极的电流由I/V电路检测，其后同样接有开关和差动放大器。开关和差动放大器解调电路可将交流信号转换为直流信号，最终提供给Σ-Δ ADC。

图2：ADI电导率仪系统框图
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【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 水分析走入寻常百姓家 世健公司作为ADI在化学分析和环境仪器领域的代理商，与ADI在该领域有非常密切的合作。该公司技术支持部高级经理熊祥表示，水分析仪器从应用类型上分为实验室分析、在线监测、便携式、简易式以及无线数字电极，其中无线数字电极会是未来的一种应用趋势，比如可以洒在水面上，形成组网节点，从而远程传递数据。

图3：2005-2014年中国环境仪器市场销售额及增长率
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熊祥介绍，从2005年-2014年，中国环境仪器市场销售额从15.84亿增长到接近200亿，增长的动力来自于国家政策的推动、产业升级带来的仪器更新换代以及节能减排提出的更高要求。预计2015年，中国环境仪器销售额可以达到250亿，增长率可达到27%。从企业数量看也是同样的情况，已经由2004年的30家增长为2014年的150家，每一年都在高速增长。而便携式仪器未来也将有一定的增长潜力，以小米不久前发布的净水器和水质TDS检测笔为典型代表，水质分析仪器已经从工业应用走进了我们的生活中。

图4：国内水质分析市场现状
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那么，在整体市场迎来这样的发展良机时，ADI及世健能为国内厂商带来哪些帮助？熊祥表示，与国外市场以老牌厂商为主要代表的特点不同，国内厂商比较年轻，以中小型居多，主要定位中低端市场，在便携式领域有较多的产品。国内公司的优势在于市场反应快、运作更为灵活。就现阶段的发展情况来看，国内公司更需要整体的解决方案支持，而这也恰好是ADI和世健可以共同发力的方向，双方将采用信号链整合式推广的方式，结合ADI在放大与数据转换、处理器、通信与接口器件的优势，以及世健在传感器、存储与被动元件、电机驱动与控制领域的客户资源与技术积累，面向客户需求提供参考设计，并以完善的基础建设为当地客户提供专业的服务。 如您对传感器和数据转换器等产品感兴趣，欢迎参加2015年IIC-China秋季展（8月31日~9月3日，深圳会展中心3号馆）。提前注册抢座，请点击或扫描下面的二维码：

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