本文介绍了一种以光寻址电位传感器、差分脉冲溶出伏安法和硫属玻璃电极作为检测技术,用于现场检测海水中九种痕量重金属元素(铜、铅、锌、镉、铁、锰、铬、砷和汞)自动分析仪器的硬件设计。 仪器在功能上可分为测量系统和控制系统两大部分。我们针对不同的测量技术采用了不同的硬件设计方案,并建立了系统的噪声模型,从而确定了最佳的电路实现方案。对于光寻址电位传感器,我们设计了以高精度调制解调器和直接数字频率合成器件为核心的锁相放大器。对于差分脉冲伏安溶出测量,我们使用高精度连续逼近寄存器型ADC和低偏置电流运放构成微电流采样系统;使用高精度DAC和高速大电流缓冲放大器构成了恒电位计,在微控制器的控制下组成电化学测量系统。对于硫属玻璃电极,我们以高精度的∑-△ADC为核心,配以高输入阻抗低噪声的仪表放大器和低漏电流模拟开关构成了多路高精度电极测量系统。仪器中编写了相应的功能固件来完成特定功能,包括从简单的电压采样到复杂的电化学扫描过程。 控制系统采用微处理器DS80C320和可编程单片机外围器件PSD854F2组成最小系统,具有可靠性好,集成度高,配置灵活,可扩展性好的特点。根据在线自动测量的实际要求,在最小系统基础上扩展了大容量的静态存储器,实时时钟和功率逻辑可寻址锁存器分别用于暂存大容量的数据,记录数据采集时间以及控制电磁阀、直流电机等外围设备。仪器可以根据需要灵活配置泵,阀的开启关闭顺序,延迟时间等测量参数,完成各种复杂的全自动操作,保证了测量的准确性。 我们对样机进行了性能测试,包括锁相放大器的电流分辨率、反向偏压稳定性,电化学系统的电流分辨率、恒压源输出稳定性及电极测量系统的测量有效位数测试。测试结果表明仪器的硬件指标均达到了设计要求。目前我们的仪器正在渤海海域进行海上测试,实践表明我们的系统无需人工操作,可独立完成分析水样的自动进样和测试,非常适合现场检测海水重金属元素。