为实现“碳达峰”和“碳中和”的紧迫目标，我国将全面加快建设绿色低碳循环发展经济体系，生态环境保护也将进入污染与碳减排协同治理的新阶段。作为重要的公用事业，减少水污染仍然是生态环境保护的重中之重，污水资源化利用是缓解水资源短缺和水环境污染问题的有效途径，也是实现碳达峰、碳中和的重要举措。作为水环境污染监测的重要方法，水质监测可反映出水质状况综合指标或水质中毒性物质。
水质监测的方法很多，市场主流为三大类，分别是基于光学原理、电化学原理以及微生物原理。基于电化学原理的检测方法是最普通的或最标准的水质分析法之一，这类方案具有高分辨率、低功耗等特点，被广泛用于PH值、溶解氧、电导等应用场景。另外一种也非常标准的水质检测方法——光学，也有着先天的优势，例如非破坏性、非接触，可以实现高性能、高精度、低漂移等特性。相比电化学，光学需要做的维护更少，因为电化学本身存在的问题是随着整个生命周期的进行，一些参数会做周期性的漂移。
光学就是完全基于光的一些原理和特性，例如吸收特性、荧光特性、散射、磷光等，光的选择依赖于不同的场景、不同的传感需求，主要体现波长上。通常，在水质分析中，可见光要被使用的多一些。即便是可见光，也有很多不同波长，如何选择波长则完全依赖于测试测量方法和需要测量的参数。基于光学原理的测量是一个完整的系统，整个光路的设计，包括光学的模拟前端、后端的信号处理以及处理器的算法等，相对来说是一个比较复杂的小型系统。亚德诺半导体（ADI）推出的多参数光学液体测量平台，可以测量荧光、浊度、吸收度和色度，非常适合水环境的监测。该平台通过使用一个高度集成的多模式传感器前端，能够同时驱动四个LED，并以灵活的采样率同步测量四对光电二极管，将复杂性降到最低。此外，多模式传感器前端具有片上数字滤波器和高环境光抑制功能，使得这款多参数光学液体测量平台无论在何种环境照明条件下都能充分运行。
ADI的多参数光学液体测量平台
从模式角度来看，光学原理有三大类型，分别是光透过物体、光被反射以及荧光特性。从测量原理角度来讲，就是光源通过透镜处理后发射出来，然后再测量通过被测物体发射出来的光。在液体中利用光被反射的原理可以测量浊度、浓度、成分含量等。执行基于光学的测量需要各种光学、电子和光电设备将光的现象转换为电信号，然后将其数字化以进行显示或进行进一步处理。光学测量系统通常包括固定或可调节波长的单色光源、定义样品几何形状的装置（例如比色皿或流通池）以及一个或多个光电探测器。半导体光源和检测器的进步允许实现紧凑、低功耗的光学测量系统，但需要精密电路来驱动 LED、放大和数字化光电二极管电流，以及测量结果的计算。AD推出的多模式传感器前端ADPD4101和ADPD4100，就是把上述跟电相关的部分进行集成，包括LED管驱动部分、开关、运放、ADC等。
典型的光学测量系统
作为ADI多参数光学液体测量平台的核心，ADPD4101集成了所有必要的 LED 驱动和光电二极管信号调理电路，从而能激励多达8 个 LED，并测量多达 8 个独立电流输入的返回信号。同时提供了12个时隙，每个采样周期支持 12 次单独的测量。控制电路包括灵活的 LED 信号和同步检测，抑制来自稳定和调制环境光（太阳光、LED、荧光灯和其他光源）的干扰。内部数字滤波可进一步降低由于光污染以及其他来源引起的噪声。此外，ADPD4101 具有 400 mA 总 LED 驱动能力、100 dB 动态范围和 8 个输入和输出，是高性能实验室和手持仪器（包括光度液体分析应用）的理想解决方案。
ADPD4101 可以通过调制 LED电流并同步测量激发状态或关闭状态之间的差异来抑制恒定的环境光污染（例如阳光）。这种环境光抑制是自动的，无需外部控制环路、直流电流减法或数字算法。激发脉冲宽度可编程至最小宽度为 1 μs，能够提供高达 1 MHz 的现代固态光源抑制、50 Hz 或 60 Hz 白炽灯泡和带有传统镇流器的荧光灯的抑制。短脉冲宽度可提供最大量的环境光抑制和最低功耗，此方法虽然牺牲 SNR，但是可以通过增加用于每个样本的脉冲数来提高 SNR。ADPD4101 有多种模式，可以在各种条件下进一步改善 SNR 和环境光抑制。所以在使用 ADPD4101 时，强大的环境光抑制能力以及对光路缺陷的补偿可减少或消除对屏蔽的需求，并大大简化整个监测系统的外壳设计。
基于ADPD4101的光学液体测量平台原理图
要推动实现环境的可持续性，需要快部署智能液体分析监测解决方案。精度更高的传感器前端加上实验室级别的测量能力，可以帮助实现高质量的实时分析和决策。随着技术的发展和突破，我们需要能够利用终端智能实施广泛监测的平台，ADI推出的原型制作平台可用于帮助加快液体监测的评估和开发，该平台利用最新一代光学模拟前端ADPD4101，可以驱动LED并同时接受和处理来自光电二极管的信号，以实施高精度光学测量，同时具有很高的集成度和可配置性，从而实施多种光学测量。此外，最高可达100dB的信噪比，使该器件非常适合适用于仪器仪表应用。