仿生機器魚原理及應用？

這種機器魚是科學家們根據仿生學原理設計制造的，它們游動起來酷似真正的鯉魚，身體在發動機的推動下來回擺動，并用鰭和尾來改變它們的游動方向，其游動速度可望達每秒半米。

它們將分別配備不同的傳感器來探測不同的污染物，之后科學家再用這些數據繪制實時的水污染3D圖，好讓環保部門采取最好辦法來清除這里的污染物。科學家表示，他們會讓這些機器魚充電一次就能在水中持續游動24小時。

美國華盛頓大學的研究人員已經成功地研制出三條機器魚，在水中游泳時可互相交流。該機器魚，就像真魚一樣，依靠鰭游泳。機器魚還能追逐獵物，如漂流物或小魚。機器魚的后部有兩片平行于水面的尾舵，隨著尾舵轉動，機器魚可以上浮和下潛。還有一條豎直的尾鰭，用來保證平穩。機器魚唯一的動力來自尾巴。這片尾巴，由后部伸出的一只機械臂帶動。機器魚模仿的是鮭魚的動作。鮭魚的劃水動作看似簡單，其實科學家需要利用專門的仿生學研究其軌跡，得出相應的算法，好指揮機械尾巴運動，做到盡量平滑。

水質分析儀 的原理是什么？

水質分析儀的工作原理

污水處理廠使用的分析儀有兩種：pH計和溶氧分析儀。

pH計的工作原理

水的pH值隨著所溶解的物質的多少而定，因此pH值能靈敏地指示出水質的變化情況。pH值的變化對生物的繁殖和生存有很大影響，同時還嚴重影響活性污泥生化作用，即影響處理效果，污水的pH值一般控制在6.5～7之間。 水在化學上是中性的，某些水分子自發地按照下式分解：H2O=H++OH-，即分解成氫離子和氫氧根離子。在中性溶液中，氫離子H+和氫氧根離子OH-的濃度都是10-7mol/l，pH值是氫離子濃度以10為底的對數的負數：pH=-log，因此中性溶液的pH值等于7。如果有過量的氫離子，則pH值小于7，溶液呈酸性；反之，氫氧根離子過量，則溶液呈堿性。 pH值通常用電位法測量，通常用一個恒定電位的參比電極和測量電極組成一個原電池，原電池電動勢的大小取決于氫離子的濃度，也取決于溶液的酸堿度。該廠采用了CPS11型pH傳感器和CPM151型pH變送器。具體結構如圖1所示，測量電極上有特殊的對pH反應靈敏的玻璃探頭，它是由能導電、能滲透氫離子的特殊玻璃制成，具有測量精度高、抗干擾性好等特點。當玻璃探頭和氫離子接觸時，就產生電位。電位是通過懸吊在氯化銀溶液中的銀絲對照參比電極測到的。pH值不同，對應產生的電位也不一樣，通過變送器將其轉換成標準4～20mA輸出。

溶氧分析儀的工作原理

水中的氧含量可充分顯示水自凈的程度。對于使用活化污泥的生物處理廠來說，了解曝氣池和氧化溝的氧含量非常重要，污水中溶氧增加，會促進除厭氧微生物以外的生物活動，因而能去除揮發性物質和易于握和型自然氧化的離子，使污水得到凈化。 測定氧含量主要有三種方法：自動比色分析和化學分析測量，順磁法測量，電化學法測量。水中溶氧量一般采用電化學法測量。麥該廠采用了COS 4型溶氧傳感器和COM252型溶氧變送器。 氧能溶于水，溶解度取決于溫度、水表面的總壓、分壓和水中溶解的鹽類。大氣壓力越高，水溶解氧的能力就越大，其關系由亨利（Henry）定律和道爾頓（Dalton）定律確定，亨利定律認為氣體的溶解度與其分壓成正比。 以COS 4氧量測量傳感器為例，結構如圖2所示。其中的電極由陰極（常用金和鉑制成）和帶電流的反電極（銀）、無電流的參比電極（銀）組成，電極浸沒在電解質如KCl、KOH中，傳感器有隔膜覆蓋，隔膜將電極和電解質與被測量的液體分開，因此保護了傳感器，既能防止電解質逸出，又可防止外來物質的侵入段猜而導致污染和毒化。 向反電極和陰極之間施加極化電壓，假如測量元件浸入在有溶解氧的水中，氧會通過隔膜擴散，出現在陰極上（電子過剩）的氧分子就會被還原成氫氧根離子： O2+2H2O+4e-? 4OH-。 電化學當量的氯化銀沉淀在反電極上（電子不足）：4Ag+4Cl-? 4AgCl+4e-。 對于每個氧分子，陰極放出4個電子，反電極接受電子，形成電流，電流的大小與被測 圖1 pH測量電極（左）和參比電極（右）的結構 圖2 三電極COS溶氧傳感器結構圖 污水的氧分壓成正比，該信號連同傳感器上熱電阻測出的溫度信號被送入變送器，利用傳感器中存儲的含氧量和氧分壓、溫度之間的關系曲線計算出水中的含氧量，然后轉化成標準信號輸出。參比電極的功能是確定陰極電位。 COS 4溶氧傳感器的響應時間為：3分鐘后達到最終測量值的90%，9分鐘后達到最終測量值的99%；最低流速要求為0.5cm/s。

特點

pH計的特點

pH電極上的玻璃隨著時間推移會逐漸老化，梯度（單位pH值變化所引起的電極輸出電位的變化值）惡化，花費較長時間才能達到穩定電位。一般電極的使用棚指壽命，可達兩年。另外，溫度對老化也有較大影響，100℃下貯存幾周的老化程度相當于室溫下貯存一年的老化程度。 pH計具有高精度、高可靠性、安裝及維護方便等優點，同時對污染也較敏感，需要經常標定，一般每隔一個到一個半月標定一次，每兩年更換一次電極。

溶氧儀的特點

溶氧儀具有安裝方便，標定周期長（3～4個月），對其他物質不敏感等特點，并且能監測隔膜和探頭內電解質的使用情況，一般每一至三年更換一次電解質和隔膜。 COM252型溶氧變送器屬智能化儀表，帶有HART或Profibus通訊協議，還具有自診斷功能，當發生故障時，會顯示故障代碼，提示維護人員故障所在，通過查維護手冊找出解決故障的辦法，大大降低了維護時間和工作量。