基于HFSS设计的水体重金属传感器构建与应用开题报告

1. 研究目的与意义

1.1 本课题研究的背景

我国水体重金属污染问题十分突出，2004年太湖底泥中总铜、铅、镉含量均处于轻度污染水平。黄浦江干流表层沉积物中镉含量超背景值2倍，铅含量超1倍，汞含量明显增加。葫芦岛市乌金塘水库钼污染严重，最高浓度超标准值13.7倍。重庆市清水河内检测到镉、铜、锌的含量都比平均值高出很多。有报道指出，重金属污染程度与当地的经济发展水平有关，香港和珠江口受重金属污染严重，然而，从20世纪90年代初期，香港水体沉积物中重金属的浓度持续降低，而广东省伶仃洋内的生物群重金属含量持续增加，华南沿海地区某些海产品的重金属含量已经超出安全限。重金属废水进入水体后，除部分被水生物和鱼类吸收外，大部分易被水中各种物质吸附，沉积于水底，其危害持续时间长。人类食用重金属超标的海洋产品或污水灌溉后造成重金属超标的农作物，最终威胁人体生命安全。日本发生的水俣病（汞污染）和骨痛病（镉污染）等公害病，都是由重金属污染引起的，所以，应严格防止重金属污染水体。

1.2 本课题研究的目的

2. 研究内容与预期目标

2.1 主要研究内容

本文主要叙述了一种基于hfss设计的水体重金属传感器的构建与应用。文章一共分为五个章节，其安排如下:

第一章简述本文的研究背景和意义，介绍传统重金属检测方式。

3. 研究方法与步骤

3.1 拟采用的研究方法

微波传感器的工作原理是基于通道内介电特性的变化，可以用maxwell-garnett公式估计有效介质的介电常数。改变夹杂物的介电常数和电导率，或污染物对主体（水）的体积占比，可以改变测试样品的有效介电常数和电导率，从而影响传感器的谐振频率、谐振幅度和品质因数等参数。传感系统由两部分组成，一个谐振器和一个微流体通道。确保样品液体与谐振器发射的电磁场之间的相互作用，从而根据不同的配置产生谐振频率和幅度变化。水中不同类型和浓度的污染物的存在会影响通过微流体通道的水样品的介电特性，从而导致微波传感器的电器特性的变化，例如谐振频率和传输系数的振幅，因此通过实时跟踪传感器的电气参数，可以连续检测水质。

3.2 步骤

4. 参考文献

[1] real-time and hazard-free water quality monitoring based on microwave

planar resonator sensor.sevda mohammadi; anupama vijaya nadaraja;

deborah j. roberts; mohammad h. zarifisensors and actuators: b. chemical.

5. 工作计划

具体进度安排：

第一阶段：根据毕业设计任务书的要求，熟悉、了解设计内容，查阅资料，了解该课题国内外的应用和研究状况，以及目前广泛用的技术；撰写开题报告。（第一周至第二周）

第二阶段：根据已有掌握的执行，进行传感器的设计与调整，完成参数设定。改变不同介电常数模拟不同重金属浓度的水质样本进行实验，记录实验数据并分析，得出结论。（第三周至第十二周）