昂贵的电导率探头的成本节约替代方案改进了设计

加州大学圣巴巴拉分校机械工程师Paolo Luzzatto-Fegiz感到沮丧。再一次，他用来测量水密度的仪器的尖端 - 电导率探头 - 已经坏了，使得装置无用，而且他的工作暂时处于不稳定状态。

该探头尖端由四个装在玻璃中的小铂电极组成，薄而且灵敏度高，能够在微量水中进行测量。但是，如果这种精确的仪器不断破碎，它有什么用?

“他们的工作非常好，” 流体动力学专家Luzzatto-Fegiz说。“但棘手的是，除了脆弱之外，它们还很昂贵，因此在实验室进行复杂的实验最终会非常昂贵。” 他补充说，尖端的脆弱性也限制了可以在现场进行的实验，以免撞击某些东西，或者杂散的碎片与毫米厚的铂金和玻璃末端接触。

“这也限制了可以用它做的教学，例如在海洋学中，”Luzzatto-Fegiz说。“在你的实验室派出一大批本科生使用这些东西会很棒，但是你无法合理地做到这一点。”

Luzzatto-Fegiz设计了自己的解决方案，有点恼火，并且不愿意继续花费大约一千美元来获得另一个导电探针设置 - 更不用说失去的时间 - 只让它再次破裂。制造商文化的兴起 - 特别是DIY电子产品 - 带来了一些希望，并产生了一种让MacGyver感到自豪的设备。

“我不是电子专家，”Luzzatto-Fegiz说。“我知道流体，所以我需要与了解电子产品的人联系。”

进入米兰理工大学(Politecnico di Milano)的微电子学和传感器专家Marco Carminati，他也是Luzzatto-Fegiz儿时最好的朋友。在访问UCSB教授的家乡米兰并使用现成产品的过程中，两位工程师设计并制造了一种电导率探头，不仅成本低于传统探头的一小部分，而且在接近同一灵敏度的同时也达到了相同的灵敏度。更通用，更坚固，可以承受偶尔的爆震。他们的工作在一篇题为“经济实惠且高分辨率的多通道水电导率传感器”的论文中得到了强调，该论文发表在Sensors&Actuators B：Chemical期刊上。

Conduino的紧密间隔电极来自精简的USB插头信用：Sonia Fernandez

主要设计挑战 - 复制花式探针尖端与其间隔紧密的电极 - 解决了我们许多人已经坐在我们的垃圾抽屉中的自相残杀装置：微型USB连接器插头。

“你所做的就是剥离外部金属屏蔽层并暴露这些镀金电极，它们是完美的，”Luzzatto-Fegiz说，他认为Carminati有这个想法。该设备名为“Conduino”(因为它测量电导率，基于Arduino)，该设备采用模块化设计，可定制，也可以通过USB供电，非常便于携带。它还包括多个并行操作的传感器，而不是商用设备的单个传感器。

Luzzatto-Fegiz说：“在你的空闲时间，你可以在你的车库里赚几百美元。” 该设计包括一个不锈钢轴和一个Matlab控制的Arduino电子板，是开源的，所以任何人都可以制作一个。

“尽管Arduino微控制器有时被认为是科学界的玩具，但它是一种用于快速原型设计数字接口的绝佳工具，可控制在USB电极上定制的高分辨率模拟电路，”Carminati说。“它与Matlab的结合非常适合调整和集成控制复杂实验的宝贵代码的需要，这对于流体动力学和海洋学领域的研究人员来说是常见的。”

虽然一些实验和操作需要传统仪器进行最精细，最高分辨率的测量，但Conduino实现了与大多数应用的商用设备相同的性能水平。

“对于大多数应用领域，你不需要那么好。对于我个人所遇到的任何应用来说，这足够小了。”Luzzatto-Fegiz说。

“当使用小型温度和压力传感器组合时，Conduino 将允许从各种自治平台测量海洋中的盐度和水密度，”UCSB海洋学家Libe Washburn说。“例如，空中无人机可以飞越海洋，然后降低传感器包装，以获得海水性质的垂直剖面。该包装也可以安装在自主海洋车辆上，用于水中水的物种采样。同事和我正在工作对于沿海海洋学研究的这些类型的空中无人机和水上交通工具，我们对这种新型传感器非常感兴趣。“

此外，加州大学圣地亚哥分校的Scripps海洋研究所计划采用Conduino进行海洋仪器课程。