基于LabVIEW的海水水质监测系统的设计.docx

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基于LabVIEW的海水水质监测系统的设计

第1章绪论

1.1我国水环境现状

目前，我国年均水资源总量为28124亿立方米，居世界第6位，但由于人口众多，地域辽阔，人均水量仅为2400立方米，仅相当于世界人均的25％，低于人均3000立方米的轻度缺水标准，是世界上缺水的国家之一，且我国水资源在时空上分布不均。

目前，我国有400多个城市缺水，其中有100多个城市严重缺水。

正常年份城市缺水60亿立方米，日缺水量达1600万立方米。

地下水多年超采，储量不足。

预计2010年后，我国将进入严重缺水期。

作为世界上第一人口大国和最大的发展中国家，我们在水资源使用和管理上，面临着水资源短缺与水浪费并存、洪涝灾害与生态失衡并存、水环境污染与水管理不善并存的突出矛盾．我国七大江河水系普遍受到不同程度的污染，其中尤以海河和辽河流域污染为重。

据有关资料显示：

2002年，七大水系741个重点监测断面中，29.1％的断面满足Ⅰ—Ⅲ类水质要求，30％的断面属Ⅳ、Ⅴ类水质，40.9％的断面属劣Ⅴ类水质。

2002年，全国工业和城镇生活废水排放总量为439.5亿m，比上年增加1.5％，其中工业废水排放量207.2亿m，比上年增加2.3％，城镇生活污水排放量232.3亿m，比上年增加0.9％．由于80％以上的污水未经处理就直接排入水域，已造成90％以上的城市水域严重污染，近50％的重点城镇水源不符合饮用水标准，就连城市地下水都有50％受到严重污染。

水中有毒有害的有机物问题已经越来越突出，如致癌物的水污染问题，一些城市饮用水中已有20多种致癌物。

水资源不合理的开发利用，尤其是水污染的不断加重，引起了政府的高度重视。

近几年来，国家逐步加大环境监测网络建设以提高环境监测能力，改善生态环境。

主要措施包括：

加强污染物排放总量的监测，加快空气质量监测网络建设，完善主要流域水质自动监测系统，加强近岸海域监测网能力、生态监测能力、监测信息传输能力等方面的建设，环境自动监测能力有了很大的提高。

从全国的环境监测数据来看，我国的环境污染恶化的趋势已得到基本控制，环境质量有所改善，但是污染仍处于相当高的水平。

因此迫切需要大量的现代化的环境监测仪器，特别需要优质的自动监测系统和污染源在线连续监测系统。

1.2环境监测仪的现状与前景

1.2.1环境监测仪器的分类

1.通用的实验室分析仪器：

包括光学类仪器，如可见紫外分光光度计、荧光光度计、原子吸收光度计、等离子体光谱仪、X-射线荧光光谱仪和红外光谱仪；电化学类仪器，如PH计、电导仪、库仑计、电位滴定仪、离子活度计和各种极谱仪；色谱类的仪器，如离子色谱仪、气相色谱仪、高压液相色谱仪、色谱，质谱联机和液谱／质谱联机等。

凡分析实验室应有的仪器环境科学与监测实验室均需要。

2.专用监测仪器：

空气—TSP、PMl0、MP25采样器及其监测仪器（β-射线吸收，晶体震荡天平）；气体自动采样器：

S02、N02，NO、NOX、03和CO监测仪；水质监测方面：

测汞仪、测油仪、CODcr测定仪、DO仪、污水流量计和比例自动采样器等。

3.自动监测系统：

空气地面自动监测系统；环境水质自动监测系统；工业污染源在线连续自动监测系统；道路交通噪声自动监测系统等。

1.2.2国产环境科学监测仪器存在的主要问题

国产专用监测仪、采样器数量上占有优势，基本可用，但附加值低，且监测数据多为有线传输，对于监测点地理位置比较分散、偏僻、自然条件较差地方，采用有线传输需要架设专线，成本太高。

高质量的分析仪、专用监测仪器和自动监测系统多是国外引进的，因此国产仪器占的份额很小。

究其原因：

一是大型国营企业运行机制问题，未发挥好骨干作用；二是小企业蜂拥而上，缺乏技术缺乏资金，低水平重复的较多，仪器的质量和性能均不能与国外进口仪器抗衡；三是研究院校与企业缺乏紧密合作机制，有技术创新的、有资金脱节的，不能快速实现产业化；四是政府对开发研制环境科学仪器的投资和风险投资不足。

1.2.3环境监测仪器的未来市场需求

1.环境质量监测：

全国环保系统及各部门、行业、企业已建监测站4000多个，从业人员6万多人，还有几万个环境科研院所。

近几年正是环境科学和监测分析仪器、装备更新换代和提高水平时期，中央、地方政府和企业每年投资购买仪器装备约两亿人民币。

国家环保局计划要装备400多个国家网络监测站，350多个环境信息中心，100个城市空气地面自动监测系统。

项目包括：

FMl0、S02、N02、O3、CO、风向、风速、温度、湿度，约100个国控水质监测断面自动监测系统。

项目包括：

PH、温度、电导、浊度、溶解氧、氨氮、总氮、总磷、CODcr、高锰酸盐指数，初步计划投资15亿人民币，其中国家投资三分之二，地方投资三分之一。

这不包括行业、地方和企业的监测站能力建设的投资，各部门、各地方根据环境保护任务的需要另有自己的投资计划。

2.污染源监测：

国家要对全国1.8万个重点污染企业实施主要污染物排放总量控制和消减。

以改善环境质量，因此要求1.8万个污染大户要逐步安装在线连续自动监测系统。

污水监测主要包括；污水流量计、自动比例采样器、P11、CODcr、矿物油、氰化物和氨氮等项目的自动监测系统，并实现计算机联网管理。

废气监测主要包括：

工业粉尘、烟尘、烟气S02、N02、CO和烟气流速在线连续监测系统，实现计算机联网管理，加强实时监控，这些都是较新的。

成熟的国产仪器系统很少，而需求量比环境质量监测要大得多，主要由污染企业购买。

行业主要是电力、石油化工、建材、冶金、造纸、食品和城市污水处理厂等，潜在的市场有数十亿至数百亿元。

3.遥感遥测仪器仪表：

国家提出环境污染防治与生态环境保护并重的方针，要加强生态环境保护，必须对我国生态环境进行监测。

包括对荒漠、草原、森林、海洋、农业生态环境进行监测，也需要对大气污染、水域污染（如海洋赤潮、溢油污染）及污染源进行遥感遥测，还要建立卫星地面接受系统及卫星图片解析系统，对环境生态质量现状及变化趋势进行分析，为国家环境生态保护与建设提供决策的科学依据。

1.3水质监测的现状与前景

我国环境水质监测仪器以往主要依赖进口，从2000年开始，成熟的国产化设备才开始在全国范围内大规模推广。

我国的环境水质监测仪器厂家主要以民营为主，在成长初期，规模普遍偏小，技术不够成熟，仪器的可靠性、稳定性不足，难以满足我国复杂的水体环境和日益多样化的污染物监测需求。

市场整体存在集中度不高、区域分割严重、单一企业所占市场份额不大等问题。

随着国家对环保产业的重视和水质自动监测网络体系的建立，环境水质监测仪器厂家数量迅速增长，部分具备自主研发实力的企业发展壮大起来，成为与国外知名品牌如美国哈希、日本岛津等相抗衡的仪器生产企业。

根据中国环保产业协会统计数据，我国环境水质监测行业企业2004年有30家，2009年增加到100家，增幅达到233%，并诞生了如聚光科技（杭州）股份有限公司、河北先河环保股份有限公司、广州市怡文环境科技股份有限公司、宇星科技（深圳）有限公司等业内领先的企业。

其中，河北先河环保股份有限公司已登录A股市场，成为业内为数不多的上市公司，聚光科技（杭州）股份有限公司亦准备挂牌上市。

根据环保产业协会数据，2009年，废水污染源监测行业市场规模6.8亿元。

2009年，地表水质监测行业市场规模3.64亿元。

整个环境水质监测行业市场规模10.44亿元。

根据聚光科技（杭州）股份有限公司和河北先河环保股份有限公司公开披露的资料，2009年，聚光科技（杭州）股份有限公司的环境水质监测系统的营业收入为3,912万元，河北先河环保股份有限公司的环境水质监测系统的营业收入为2,012万元。

据此计算，环境水质监测仪器市场中，聚光科技（杭州）股份有限公司的市场份额为3.75%，河北先河环保股份有限公司的市场份额为1.93%。

由此可见，业内企业仍在积极的跑马圈地过程中，单一企业所占的市场份额不大，市场的集中度仍然不高。

可以预见，随着市场的快速增长，具备自主研发优势和市场拓展能力的企业将占据市场的制高点，更快速的占领市场份额，做大做强。

1.4课题意义和要求

通过对上述现状与前景的分析，我们可以知道环保机关和水产养殖业单位对新型海水水质监测系统的迫切需求。

本系统可使环保机关和水产养殖单位足不出户即能掌握辖区监测点和污染源的监测指标信息，从而使环保机关和水产养殖单位的管理在机制上实现从人工化向信息化的转变，克服了过去对各项环境指标的检测主要靠检测人员到现场手工取样，带回实验室分析后再作出结论，周期长、效率低的问题，还可以提高对环境的监测频次，克服过去由于监测频次低，所造成的后果是总结出来的环境质量和污染源监测信息可信度较低的问题。

这正是本课题提出的意义所在。

本论文主要实现了基于虚拟仪器技术的海水水质监测系统的设计。

本系统通过USB数据采集卡可同时对水质的温度、pH值、浊度、溶解氧4个参数进行实时数据采集，实时数值显示与处理。

根据功能要求进行功能规划，把整个系统分为传感器模块、调理电路、数据采集卡以及上位机软件系统。

本系统能够在虚拟仪器软件开发平台LabVIEW上进行水质智能监控，主要包括以下功能：

数据采集、上下限报警、采集数据保存、数据回放。

同时，系统软件采用了模块化的设计思想，使本系统能够方便的按照实际需求进行结构与功能上的升级，最大程度的方便用户。

1.5LabVIEW简介

1.5.1电子测量仪器的发展

电子测量仪器发展至今，大体可分为四代：

模拟仪器、数字化仪器、智能仪器和虚拟仪器。

第一代模拟仪器，如指针式万用表、晶体管电压表等。

第二代数字化仪器，这类仪器目前相当普及，如数字电压表、数字频率计等。

这类仪器将模拟信号的测量转化为数字信号测量，并以数字方式输出最终结果，适用于快速响应和较高准确度的测量。

第三代智能仪器，这类仪器内置微处理器，既能进行自动测试又具有一定的数据处理能力，可取代部分脑力劳动，习惯上称为智能仪器。

它的功能块全部都是以硬件（或固化的软件）的形式存在，相对虚拟仪器而言，无论是开发还是应用，都缺乏灵活性。

第四代虚拟仪器，它是现代计算机技术、通信技术和测量技术相结合的产物，是传统仪器观念的一次巨大变革，是将来仪器产业发展一个重要方向。

1.5.2虚拟仪器概述及其特点

虚拟仪器（virtualinstrumention）是基于计算机的仪器，是美国国家仪器公司（NationalInstrumentsCorp.简称NI）于1986年提出的。

计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向。

粗略地说这种结合有两种方式，一种是将计算机装入仪器，其典型的例子就是所谓智能化的仪器。

随着计算机功能的日益强大以及其体积的日趋缩小，这类仪器功能也越来越强大，目前已经出现含嵌入式系统的仪器。

另一种方式是将仪器装入计算机。

以通用的计算机硬件及操作系统为依托，实现各种仪器功能。

虚拟仪器主要是指这种方式，它是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件组成的测控系统。

虚拟仪器技术的出现彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式，给用户一个充分发挥自己才能、想象力的空间。

用户可以根据自己的要求，设计自己的仪器系统，满足多样的应用需求。

与传统仪器相比，虚拟仪器有以下优点：

1.突破了传统仪器在数据处理、显示、存储等方面的限制，大大增强了传统仪器的功能。

高性能处理器高分辨率显示器、大容量硬盘等已成为虚拟仪器的标准配置。

2.利用了计算机丰富的软件资源，实现了部分仪器硬件的软件化，节省了物质资源，增加了系统灵活性；通过软件技术和相应数值算法，实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理：

通过图形用户界面（GUI）技术，真正做到界面友好、人机交互。

3.基于计算机总线和模块化仪器总线，仪器硬件实现了模块化、系列化，大大缩小系统尺寸，可方便地构建模块化仪器（1nstrumentonaCard）。

4.基于计算机网络技术和接口技术，VI系统具有方便、灵活的互联（connectivity），广泛支持如FieldBus等各种工业总线标准。

因此，利用VI技术可方便地构建自动测试系统（ATS，AutomaticTestSystem），实现测量、控制过程的网络化。

5.基于计算机的开放式标准体系结构。

虚拟仪器的硬、软件都具有开放性模块化、可重复使用及互换性等特点。

因此，用户可根据自己的需要，选用不同厂家的产品，使仪器系统的开发更为灵活、效率更高，缩短了系统组建时间。

1.5.3虚拟仪器的硬件系统

虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。

按照测控功能硬件的不同，VI可分为GPIB、VXI、PX工和DAQ四种标准体系结构：

1.GPIB（GeneralPurposeInterfaceBus）通用接口总线，是计算机和仪器间的标准通讯协议。

GPIB的硬件规格和软件协议已纳入国际工业标准棗工EEE488.1和工EEE488.2。

它是最早的仪器总线。

典型的GPIB测试系统包括一台计算机、一块GPIB接口卡和若干台GPIB仪器。

2.VXI（VMEbusextensionforInstrumentation）即VME总线在仪器领域的扩展，是1987年山主要仪器制造商共同制订的开放性仪器总线标准。

VXI体系结构综合了GPIB和VEM总线的优点，它集成的系统硬件集成度高、数据传输率快、便携性好，是当今倍受业界关注的体系结构。

3.PXI（PCIextensionforInstrumentation）PCI在仪器领域的扩展，是NI公司于1997年发布的一种新的开放性、模块化仪器总线规范。

其核心是CompactPCI结构MicrosoftWindows软件。

PXI是在PCI内核技术上增加了成熟的技术规范和要求形成的。

由于其总线吞吐率高、硬件的价格较低被业内人士认为是符合国情的一种体系结构。

4.DAQ（DaraAcQuisition）数据采集，指的是基于计算机标准总线（如ISA、PCI、PC/104等）的内置功能插卡。

它更加充分地利用计算机的资源，大大增加了测试系统的灵活性和扩展性。

利用DAQ可方便快速地组建基于计算机的仪器（Computer-BasedInstruments），实现“一机多型”和“一机多用”。

在PC计算机上挂接若干DAQ功能模块，配合相应的软件，就可以构成一台具有若干功能的PC仪器。

虚拟仪器中各种标准仪器的互连及与计算机的连接目前多使用IEEE488或GPIB协议。

未来的仪器也应当是网络化的。

1.5.4虚拟仪器的软件系统

虚拟仪器技术最核心的思想，就是利用计算机的硬、软件资源，使本来需要硬件实现的技术软件化（虚拟化）。

基于软件在VI系统中的重要作用，NI提出了“软件就是仪器（ThesoftwareiStheinStrument）”的口号。

虚拟仪器的软件框架从低层到顶层，包括三部分：

VISA库、仪器驱动程序、应用软件。

VISA（Virtual1nstrumentationsoftwareArchitecture）虚拟仪器软件体系结构，实质就是标准的I/O函数库及其相关规范的总称。

一般称这个I/0函数库为VISA库。

它驻留于计算机系统之中执行仪器总线的特殊功能，是计算机与仪器之间的软件层连接，以实现对仪器的程控。

它对于仪器驱动程序开发者来说是一个个可调用的操作函数集。

仪器驱动程序是完成对某一特定仪器控制与通信的软件程序集。

它是应用程序实现仪器控制的桥梁。

每个仪器模块都有自己的仪器驱动程序，仪器厂商以源码的形式提供给用户。

应用软件建立在仪器驱动程序之上，直接面对操作用户，通过提供直观友好的测控操作界面、丰富的数据分析与处理功能，来完成自动测试任务。

虚拟仪器应用软件的编写，大致可分为两种方式：

1.用通用编程软件进行编写。

主要有Microsoft公司的VisualBasic与VisualC++、Borland公司的Delphi、Sybase公司的PowerBuilder。

2.用专业图形化编程软件进行开发。

如HP公司的VEE、NI公司的LabVIEW和Labwindows/CVI等。

图形化软件开发系统是用工程人员所熟悉的术语和图形化符号代替常规的文本语言编程，界面友好，操作简便，可大大缩短系统开发周期，深受专业人员的青睐。

应用软件还包括通用数字处理软件。

通用数字处理软件包括用于数字信号处理的各种功能函数，如频域分析的功率谱估计、FFT、逆FFT等：

时域分析的相关分析、卷积运算、反卷运算、均方根估计、差分积分运算和排序等。

以及数字滤波等等。

这些功能函数为用户进一步扩展虚拟仪器的功能提供了基础。

LabVIEW（LaboratoryVirtualInstrumentEngineering）是一种图形化的编程语言，它广泛地被工业界、学术界和研究实验室所接受，视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。

LabVIEW集成了与满足GPIB、VXI、RS-232和RS-485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。

它还内置了便于应用TCP／IP、Acvex等软件标准的库函数。

这是一个功能强大且灵活的软件。

利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器，其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣。

LabVIEW平台使用的是图形化的程序语言，又称为“G”语言。

使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或流程图。

它尽可能利用了技术人员、科学家、工程师所熟悉的术语、图标和概念，因此，LabVIEW是一个面向最终用户的工具。

利用LabVIEW，可产生独立运行的可执行文件，它是一个真正的32位编译器。

像许多重要的软件一样，LabVIEW提供了Windows、UNIX、“Linux、Macintosh的多种版本。

1.6本章小结

本章先介绍了我国水环境的现状，然后介绍了我国环境监测仪器的现状与前景，接着分析了水质监测的现状与前景，根据以上的介绍和分析引出了本课题的意义并结合实际提出了本课题的要求，最后对本设计的软件平台LabVIEW进行了详细介绍。

第2章系统总体方案设计及其设计原则

2.1监测系统的总体设计方案

整个系统的具体工作过程如图2-1所示：

温度、pH值、浊度、溶解氧传感器将采集到的信号送入调理电路中进行滤波整流，然后送入IV转换电路中输出标准的5V电压信号，再通过数据采集卡转换为计算机可以识别的数字信号送入计算机中。

经计算机实时数据显示与报警后，采集到的数据将在指定文件夹中保存为Excel文件，并能实现数据回放显示和数据分析功能。

监控中心的工作人员可以根据处理和分析后的数据进一步了解采集点处的水质状况。

图2-1海水水质监测系统组成框图

2.2监测系统的设计原则

在功能模块的设计和器材选择上，为了使设计合理，确保测量的精度，以获得最佳的设计效果，本设计遵循了以下几个设计原则。

1.使用成熟的传感器产品

使用全球知名传感器厂商GlobalWater的成熟的系列产品，该套产品具有相同的工作电压和信号输出范围，并且具有基本的信号调理功能，可大大简化硬件电路设计。

经市场的长期检验，该系列产品具有较好的性能和极高的可靠性，在水环境监测领域被大量使用，这就保证了即使传感器出现损坏，购买更换也非常方便，减少了监控出现断档的可能性，增加了整个监控系统的可靠性。

2.数据采集卡兼顾成本和拓展性

数据采集卡的选择上，综合成本与拓展性通用性的考量，选择了NIUSB6251数据采集卡。

该数据采集卡采用了USB总线，支持8通道输入，具有A/D转换功能。

简化硬件电路设计的同时，还为今后进行功能拓展提供了便利。

3.模块化设计

软件设计采用了模块化设计，各功能模块相对独立，便于一线工作人员按照实际需要对软件进行升级改造。

其中，数据分析模块采用子VI形式编写，大大简化了程序框图的连线。

4.以软件代替硬件

部分功能以软件代替了硬件。

原则上，在实时性允许的条件下，能够用完成的功能，就不用硬件，这样不仅仅节约了成本，而且也提高了系统的可靠性，在实时性能够保证的情况下，用软件代替硬件是很合算的。

5.用户界面清晰友好

设计的最终使用者是用户，清晰友好的界面能够使用户轻松的理解本系统的运行原理，同时还能使用户在点击时不会忙中出错，造成不应有的损失。

用户界面的设计还应尽可能的兼顾用户的实际使用流程，减少用户的不必要操作。

6.选用HCMOS工艺的芯片，降低功耗

考虑到统应用的工业现场环境非常苛刻，所以尽量采用HCMOS工艺的低功耗芯片，有利于减低自身发热，同时减轻电源负担，增加系统的无故障使用时间，这也是提高系统可靠性的措施之一。

7.仔细讲究布局布线

PCB的布线在尽可能利用空间上把整个PCB分成若干个功能分块、分块排放、整体布线的通用原则如下：

①按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。

②以每个功能电路的核心元件为中心，围绕它来进行布局。

元器件应均匀、整齐、紧凑地排列在PCB上．尽量减少和缩短各元器件之间的引线和连接。

③一般电路应尽可能使元器件平行排列。

这样，不但美观。

而且装焊容易。

易于批量生产。

④位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。

电路板的最佳形状为矩形。

长宽比为3：

2成4：

3。

电路板面尺寸大于200×150ram时。

应考虑电路板所受的机械强度。

⑤印制导线拐弯处一般取圆弧形，而直角或夹角在高频电路中会影响电气性能．此外，尽量避免使用大面积铜箔，否则．长时间受热时，易发生铜箔膨胀和脱落现象。

必须用大面积铜箔时，最好用栅格状．这样有利于排除铜箔与基板间粘合剂受热产生的挥发性气体。

具体采用原则：

①模拟地和数字地分开布线，后一点接地。

②去藕电容的位置应在靠近芯片的VCC端。

③因为芯片的封装均为双列直插、接线端子也多，占了很大的面积，所以扳子在中间加了两个安装孔，以防被压弯或变形。

④在板子的边上设计了测试点和调试用的指示灯。

⑤走线不走90度或锐角的线。

⑥设置地线和电源线的宽度（30mil）。

⑦调整优化线路（线最短原则）、加敷铜。

⑧调整丝印层：

字的大小方向内容等，加上公司、时间标记或版本号等。

2.2本章小结

本章先介绍了系统的工作过程，进行提出了系统的总体设计方案，然后根据系统的实际需要提出了本次设计的几个基本的设计原则。

第三章系统硬件的选择与设计

3.1系统硬件结构

由于采用LabVIEW8.6作为软件平台，很多硬件都可以用软件来代替，因此相比传统的仪器仪表，本设计的硬件结构要简单很多。

图3-1是该系统的硬件结构框图。

图3-1系统硬件结构框图

3.2传感器的介绍

人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官。

而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中它们的功能就远远不够了。

为适应这种情况，就需要传感器。

因此可以说，传感器是人类五官的延长，又称之为电五官。

新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。

在利用信息的过程中，首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领域中信息的主要途径与手段。

在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控制生产过程中的各个参数，使设备工作在正常状态或最佳状态，并使产品达到最好的质量。

因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也就失去了基础。

在基础学科研究中，传感器更具有突出的地位。

现代科学技术的发展，进入了许多新领域：

例如在宏观上要观察上千光年的茫茫宇宙，微观上要观察小到fm的粒子世界，纵向上要观察长达数十万年的天体演化，短到s的瞬间反应。

此外，还出现了对深化物质认识、开拓新能源、新材料等具有重要作用的各种极端技术研究，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁场等等。

显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相适应的传感器是不可能的。

许多基础科学研究的障碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出