杭州風(fēng)帆中學(xué) 王子文 杭州青少年業(yè)余發(fā)明學(xué)校 儲胤豐 陳澍樹 指導(dǎo)教師 陳歡慶

愛·青春

新型水濁度雙管對比檢測裝置

杭州風(fēng)帆中學(xué) 王子文 杭州青少年業(yè)余發(fā)明學(xué)校 儲胤豐 陳澍樹 指導(dǎo)教師 陳歡慶

水是人類生命的源泉。近年來，河流、湖泊遭受污染的事件常見諸報(bào)端，我們青少年應(yīng)對保護(hù)水環(huán)境多作貢獻(xiàn)。于是我想，我們美麗的杭州城區(qū)的河流、湖泊的水質(zhì)怎么樣？能否利用我們所學(xué)的知識，對水況和水質(zhì)情況進(jìn)行檢測呢？通過查閱資料后，我們發(fā)現(xiàn)在水質(zhì)檢測過程中，最為重要的數(shù)據(jù)就是水濁度，于是決定這次的調(diào)查和探究就圍繞水濁度而展開。

通過網(wǎng)絡(luò)搜索，結(jié)合平時(shí)對水濁度的觀察，我們發(fā)現(xiàn)水質(zhì)好的河流、湖泊通常都清澈見底，相反水質(zhì)差的，就渾濁，往往會發(fā)黃、發(fā)黑或呈現(xiàn)其它顏色。于是，我們想采用光透射法來測定水濁度。

光透射法是將光源發(fā)出的平行光束射入濁液水樣，水樣中的濁度物質(zhì)及懸浮顆粒對光的吸收，會使透射光的強(qiáng)度發(fā)生衰減，入射光被減弱的程度與濁度存在一定的函數(shù)關(guān)系。

帶著這個(gè)想法，在老師的指導(dǎo)下，我們查閱了相關(guān)資料，參觀了自來水廠、杭州市環(huán)境監(jiān)測中心站的實(shí)驗(yàn)室。但是，對于這一系列電子電路、光學(xué)基礎(chǔ)和光電傳感器應(yīng)用知識的欠缺，以及設(shè)計(jì)制作能力的不夠，一度成為我們的絆腳石。電子電路看不懂，我們就請教老師，還帶著問題重新學(xué)習(xí)了相關(guān)電子電路、焊接工藝、A/D轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換傳感器等技術(shù)。在儀器終于制造出來后，又遭遇一次重大挫折——不能顯示效果，但我們?nèi)圆粴怵H，又經(jīng)過反復(fù)檢查和調(diào)試，終于獲得初步成功。

回顧近一年時(shí)間的探索、發(fā)明過程，我們感到雖有艱辛，但更多的是成長的喜悅，而最終的成果是：利用PVC管、光傳感器、A/D技術(shù)轉(zhuǎn)換器、電平顯示模塊和電線等材料，設(shè)計(jì)、制作出了新型水濁度雙管對比檢測裝置。裝置制造完成后，我們又對照國家標(biāo)準(zhǔn)化的濁度液來確定水濁度標(biāo)準(zhǔn)量值，對儀器進(jìn)行標(biāo)定，以及利用實(shí)驗(yàn)室配制好的濁度液進(jìn)行對比調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)值。

檢測步驟：①取被檢測水，從入水口1倒入；②取對比水，從入水口2倒入；③打開渾濁度顯示區(qū)域電源。

檢測方法：①可以直觀觀察到被檢測水經(jīng)過通光道后，在觀測鏡里面的量度差異。②可以通過顯示區(qū)域的數(shù)據(jù)觀測水濁度的差異。

>>裝置實(shí)物圖

>>google地圖上可以看到各個(gè)取水點(diǎn)的分布

杭州的主要水系為西湖、京杭運(yùn)河杭州段、錢塘江。這三大水系和杭州市民的日常生活息息相關(guān)，有著極為密切的聯(lián)系。因此，我在西湖、運(yùn)河、錢塘江這三個(gè)水域分別選取了3個(gè)采水取樣點(diǎn)，共取得了9組水樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

在用自己的裝置檢測過水質(zhì)后，我們又去了杭州市環(huán)境監(jiān)測中心站的實(shí)驗(yàn)室，在那里采用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)口濁度計(jì)對上述9個(gè)點(diǎn)的標(biāo)樣水進(jìn)行檢測。通過比對后發(fā)現(xiàn)，我們自制的水濁度檢測儀與環(huán)境監(jiān)測中心所用的進(jìn)口濁度計(jì)檢測的結(jié)果幾乎一致：西湖水的濁度最低，表象上看最為清澈，運(yùn)河水濁度較高，表象上看最為渾濁，而錢塘江水居中。

我們自制的檢測儀設(shè)計(jì)新穎，具有創(chuàng)新性，性價(jià)比高，并且有許多創(chuàng)新點(diǎn)：

低碳價(jià)廉。目前市面上的水濁度檢測儀價(jià)格昂貴（一般都在一萬元以上），不適合家庭或?qū)W生購買應(yīng)用，我們的這臺檢測裝置主要由PVC管、核心光傳感器、電線等材料組成，總成本控制在300元左右。

直觀對比。市面上的儀器不能夠讓人們直接感觀水體濁度，只能通過顯示屏觀測具體數(shù)據(jù)，也無法同時(shí)形成與標(biāo)準(zhǔn)水樣的對比，而我們的這臺檢測裝置，采用雙光路的設(shè)計(jì)，彌補(bǔ)了現(xiàn)有的單一光路測量的不足，可以實(shí)現(xiàn)不同水質(zhì)及待測水質(zhì)于標(biāo)樣水的同時(shí)檢測觀測，也可以同時(shí)應(yīng)用于實(shí)地水質(zhì)的對比觀測，而且所測量的數(shù)值采用了先進(jìn)的數(shù)碼（A/D）轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)感觀和數(shù)字有機(jī)結(jié)合。所測數(shù)據(jù)與國家檢測標(biāo)準(zhǔn)相近，特別適用于家庭采樣對比測量。

簡單合理，易于推廣。我們的這臺檢測裝置不但適用于中小學(xué)的科學(xué)教育、研究性學(xué)習(xí)和綜合實(shí)踐活動，而且還適用于環(huán)境科普教育，是一種很好的科普教具，易于生產(chǎn)和推廣。與已有產(chǎn)品相比，它具有更實(shí)用、更廣泛的市場需求和應(yīng)用前景。

利用學(xué)習(xí)的光學(xué)知識，自己動手設(shè)計(jì)，在實(shí)踐過程中不斷改進(jìn)和調(diào)整，在研究性學(xué)習(xí)的實(shí)踐活動中，我讓自己的創(chuàng)新能力得以提升。此項(xiàng)發(fā)明還在2013年4月申請了專利，并獲得了第28屆杭州市青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)。

這次的科技發(fā)明實(shí)踐活動，不僅幫助我們進(jìn)一步關(guān)注自然、了解自然，而且也鍛煉了我們的綜合能力，培養(yǎng)了我們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。通過這次活動，我們深刻領(lǐng)悟，在成功的道路上，挫折只是一種考驗(yàn)，而戰(zhàn)勝考驗(yàn)，關(guān)鍵是自信與堅(jiān)持，因?yàn)椤疤煜聼o難事，只怕有心人”。