CN103348237A - 碳纳米管传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一个远程监控***，用于监控一个流体处理***的运行和/或待被流体处理***加工或处理的流体的品质、特征，性质等。本发明还涉及碳纳米管传感器。

Description

碳纳米管传感器

本申请参考了如下专利申请及专利，所揭示的内容被用于本发明的实施例：申请号为12/710,451，申请日为2010年2月23日的美国专利申请、美国专利7,698,073、美国专利7,454,295、美国专利6,560,543、美国专利6,332,110、申请号为12/565,091，申请日为2009年9月23日的美国专利申请、申请号为11/331,721，申请日为2006年1月13日的美国专利申请、申请号为12/272,018，申请日为2008年11月17日的美国专利申请、美国专利6,954,701，以及申请号为10/392,112，申请日为2003年3月19日美国专利申请。上述申请/专利中每一个的披露及整体内容都被整合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种流体处理及安全领域，并且在一些实施例中，涉及能够直接和/或远程监控和/或存储流体处理及安全数据的碳纳米管传感器的方法及***。

背景技术

众所周知，如生活本身一样，制造业的许多方面都依靠于水。水可以被表现为阳离子、阴离子、金属、浊度、溶解固体物以及等等的集合，所有这些的结合形成了独一无二的水化学。技术提供了调整、减少，或移除这些品质以高效地准备用于特定应用中的水的能力。合适的水处理***提供了一个将水调节至特定应用所需的预定品质等级的经济方式。从***或设备故障，以及无疑或恶意污染中保护水源是重要的关注点。尽管存有用于分析水污染的装置及方法，但这类装置普遍的部署是昂贵的且困难的。

发明内容

根据本发明的第一大方面，提供一个远程监控***，包含：一个或多个位于待监控的水处理***中的传感器，一个被安置在远离水处理***的第一位置的远程电脑，以及一个用于操纵从水处理***的一个或多个传感器中获得的数据的分析器，其中，一个或多个传感器包含一个或多个碳纳米管传感器，其中，数据通过一个传输模式从水处理***被传输至远程电脑，并且，其中，远程电脑从操纵的数据产生一个输出。

根据本发明的第二大方面，提供一个用于监控水处理***的方法，包含如下步骤：

（a）将收集自水处理***中一个或多个传感器的数据传输至一个被安置在远离水处理***的第一位置的远程电脑，并且

（b）基于数据产生一个输出，其中，数据通过一个传输模式从水处理***被传输至远程电脑，其中一个或多个传感器包含一个或多个碳纳米管传感器。

根据本发明的第三大方面，一个电化学传感装置，其包含：一个包括一个或多个压力传感器的电极主体，以及一个或多个温度传感器，以及一个或多个对电极，以及一个或多个工作电极，其中一个或多个工作电极中的每个工作电极包含一个具有一个或多个碳纳米管的阵列。

根据本发明的第四大方面，提供一个设备，其包含：一个包含一个或多个工作电极的传感器设备，一个或多个工作电极中的每个工作电极包含：一个基板，以及一个被键合于基板的碳纳米管阵列，其中，碳纳米管阵列的每个碳纳米管于其一端与基板相键合，其中，碳纳米管阵列包含两行或多行碳纳米管，并且，其中两行或多行碳纳米管中的第一行的每个第一碳纳米管具有一第一官能，其中两行或多行碳纳米管中的第二行的每个第二碳纳米管具有一第二官能，并且，其中第一官能不同于第二官能。

根据本发明的第五大方面，提供一个设备，其包含：一个包含一个工作电极组件的传感器设备，工作电极组件包含一个或多个工作电极，一个或多个工作电极中的每个工作电极包含：一个基板，以及一个被键合于基板的碳纳米管阵列，其中，碳纳米管阵列的每个碳纳米管于其一端与基板相键合，并且，其中当一个或多个工作电极的每个工作电极被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，感测一个分析物。

根据本发明的第六大方面，提供一个设备，其包含：一个包含一个或多个工作电极的工作电极组件，其中一个或多个工作电极中的每个工作电极包含：一个基板，以及一个被键合于基板的碳纳米管阵列，其中碳纳米管阵列中的每个碳纳米管于其一端与基板相键合，并且，其中当一个或多个工作电极的每个工作电极被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，感测一个分析物。

根据本发明的第七大方面，提供一个设备，其包含：一个或多个安装在基板上的工作电极，一个各自用于改变一个或多个工作电极中的每个工作电极周围环境的驱动电极，其中一个或多个工作电极中的每个工作电极以及每个各自驱动电极包含了一个键合于基板的碳纳米管阵列，其中每个碳纳米管阵列的每个碳纳米管于其一端与基板相键合，并且，其中当一个或多个工作电极的每个工作电极被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，感测一个分析物。

附图说明

被整合于此并且构成了本说明书的一部分的附图示出了本发明的各典型实施例，并且结合上文的概述及下文的详述用于解释本发明的特征。

图1为现有技术中有效电极（工作电极）以及参考电极的简单形式的示意图。

图2为一个单一电极/传感器PH计的原理示意图。

图3为根据本发明一个实施例的远程监控***的实施例的示意图。

图4为根据本发明一个实施例的带有本地计算机的远程监控***的实施例的示意图。

图5为根据本发明一个实施例的包含一个碳纳米管阵列的传感器设备的工作电极的简单形式的立体图。

图6为根据本发明一个实施例的电极池组件的简单形式的立体图。

图7为根据本发明一个实施例的包含一个纳米管阵列的工作电极的简单形式的俯视平面图。

图8为根据本发明一个实施例的包含两个纳米管阵列的工作电极的简单形式的俯视平面图。

图9为根据本发明一个实施例的包含四个纳米管阵列的工作电极的简单形式的俯视平面图。

图10为根据本发明一个实施例的包含九个纳米管阵列的工作电极的简单形式的俯视平面图。

图11为根据本发明一个实施例的包含两个纳米管阵列的工作电极的简单形式的俯视平面图。

图12为根据本发明一个实施例的一个电极池组件的简单形式的俯视平面图。

图13为根据本发明一个实施例的一个电极池组件的简单形式的俯视平面图。

图14为根据本发明一个实施例的传感器设备的立体图。

图15为根据本发明一个实施例的传感器设备的立体图。

图16为根据本发明一个实施例的传感器设备的立体图。

图17为根据本发明一个实施例的电极池组件的简单形式的俯视平面图。

图18为根据本发明一个实施例的电极池组件的简单形式的立体图。

图19为根据本发明一个实施例的电极池组件的简单形式的俯视平面图。

图20为根据本发明一个实施例的一个开管传感器的部分的简单形式的立体图。

图21为根据本发明一个实施例的电极池组件的简单形式的俯视平面图。

图22为图21中电极池组件的截面图。

图23为根据本发明一个实施例的电极池组件的简单形式的截面图。

图24为根据本发明一个实施例的工作电极组件的简单形式的俯视平面图。

图25示出了根据本发明一个实施例的已经安装有一个电极池组件的水分析设备。

图26为图25中水分析设备的电极池组件。

图27为图25中水分析设备的一部分的简单形式的截面图。

图28为根据本发明一个实施例的水分析设备的一部分的截面图。

图29为图28中水分析设备的工作电极的截面图。

图30为示出了可以被键合于碳纳米管以用于使根据本发明一个实施例的碳纳米管官能化的官能团的表格。

图31为根据本发明一个实施例的一个随机配置的碳纳米管阵列的简单形式的俯视平面图。

图32为根据本发明一个实施例的一个水平堆叠配置的碳纳米管阵列的简单形式的俯视平面图。

图33为根据本发明一个实施例的一个垂直堆叠配置的碳纳米管阵列的简单形式的俯视平面图。

图34为根据本发明一个实施例的碳纳米管的开口端的立体图。

图35为根据本发明一个实施例的碳纳米管的开口端的立体图。

具体实施方式

定义

当术语的定义不符合术语传统使用的意思时，除非特别所指，申请人倾向于使用以下所提供的定义。

为了本发明，应当被注意的是，除非呈现于此的内容清楚地指示其他方面，否则单数形式“一”，“一个”及“该”（“a”，“an”，and“the”）包括引用复数。

为了本发明，例如“顶部”，“底部”，“上面”，“下面”，“之上”，“之下”，“左”，“右”，“水平”，“垂直”，“上”，“下”等方向术语仅仅被用来便于描述本发明各种各样的实施例。本发明的实施例可以以各种方式定向。附图中所示的例如，图表，装置等可以被翻过来，朝任何方向旋转90度，翻转等。举例而言，行和/或列可以朝向任何方向。

为了本发明，一个值或者性质是“基于”一个特定的值，性质，情况的满足，或其他因素，如果那个值是通过执行一个使用了那个值，性质或其他因素的数学计算或逻辑判定而得到的话。

为了本发明，基于从一个或多个传感器获得或收集到的由本发明远程监控***中远程电脑上的分析器产生的或操纵的数据，术语“分析报告”涉及数据，原始数据或历史数据，操纵数据，观测数据，信息，分析结果等的任何组织形式。一份分析报告可以为任何预定接收者准备，例如一位被选官员，水处理***的经理或操作者，客户，公众等。根据一些实施例，一份“分析报告”可以是一份以任何所需形式向管理和/或法律执行机构的提交物。

为了本发明，术语“分析结果”涉及从由本发明中远程监控***的本地电脑和/或远程电脑上的分析器执行的一个或多个传感器中所获得或收集到的数据或信息的聚合，计算，算法，分析，操纵等产生的任何信息，值，关系，产品等。举例而言，一份“分析结果”可以包括由本地电脑分析过，操纵过的观测数据。

为了本发明，术语“分析器”涉及本发明中远程监控***的本地电脑或远程电脑的一部分，其可以被储存在本地电脑和/或远程电脑中，例如一个软件程序或其他程序，固件，和/或硬件，其可对从一个或多个传感器获得的数据，原始数据，观测数据，历史数据或其他信息进行分析，操纵等。当本地电脑时一个记录器设备（logger device）时，“分析器”可以位于该记录器设备。

为了本发明，除非特指其他，术语“碳纳米管（CNT）”涉及任何形式的碳纳米管。CNTs通常以单层或多层石墨烯圆柱层的形式存在。各层可以在分层和官能中变化。举例而言，CNTs可以一个单壁CNTs（SWCNT）形式存在，以及以一个多壁CNTs（MWCNT）形式存在。再者，CNTs可以是导电的，半导电的，或绝缘的。CNTs还可以是手性的或非手性的。CNTs可以被制造成各种不同形式。除了CNTs阵列于其一端与基板相被附着在并且以整齐的列和/或行布局之外，CNTs阵列可以是随机的（参见图31），水平堆叠的（参见图32）或垂直堆叠的（参见图33）。一个阵列的CNTs可以是手性的，非手性的，开口的（参见图34），戴帽的（参见图35），芽状的，涂敷的，未涂敷的，官能化的，平滑的，固定的，非固定的，基面，棱面，阶梯，或其他已知配置。

为了本发明，术语“对电极”或“辅助电极”涉及一种提供带有工作电极的电路的电极，工作电极上的电流被应用或测量。

为了本发明，术语“数据”涉及根本上从一个或多个传感器最终获得的任何信息，读数，度量，值等，或是从这些数据中得到的。术语“数据”包括任何数据或信息，包括从一个或多个传感器直接得到的未经过操纵的原始数据，从一个或多个传感器早先得到的，或者在早先时间点或时间段获得的数据中输入的或得到的历史数据，以及分析过的或操纵过的数据，例如通过一个分析器操纵过或分析过的数据或信息。术语“数据”可以包括，例如一个分析结果或观测数据。

为了本发明，术语“数据库”涉及一个本发明中远程监控***中用于以逻辑或序列布局或配置存储数据，原始数据，历史数据，操纵数据和/或信息的设备或装置。数据库可以是远程电脑的一部分或者虽然其与远程电脑连接或通信，但是是单独的。

为了本发明，有关于远程电脑和/或远程数据库的术语“远离”涉及与水处理***是物理上地隔开的远程电脑和/或远程数据库。术语“远离”涉及被放置在离开水处理***的场所和/或水处理核心设施的地方的远程电脑和/或远程数据库。术语“远离”可以涉及仅仅通过一个传输模式连接至或链接至水处理***（或仅仅连接或链接至位于水处理***中的一个或多个传感器，电子控制***，和/或本地电脑）的远程电脑和/或远程数据库。

为了本发明，术语“电子控制***”涉及水处理***中可以控制设施的运行以及水处理***的运行的一部分。根据一些实施例，本发明中的远程电脑可以通过电子控制***从一个或多个传感器处访问或收集数据。电子控制***可以包括内部监测控制和数据采集（SCADA）或可编程逻辑控制器（PLC）。

为了本发明，术语“官能化碳纳米管”或“官能化CNT”涉及已经键合有取代基的碳纳米管。CNT可以通过一个有机的，有机金属的或无机的取代基而被官能化。举例而言，CNT可以通过任何有机的（例如是SN₂）或无机（盐）的反应而被改性。

为了本发明，术语“官能”涉及与碳纳米管键合，复合，或其他关联的一个或多个取代基的存在或缺失。如果键合至两个或多个碳纳米管的取代基或团是不同的，那么两个或多个碳纳米管具有不同的官能。举例而言，键合至第一取代基的第一碳纳米管，键合至第二取代基的第二碳纳米管，以及没有键合取代基的第三碳纳米管有着不同的官能。同样的，键合至第一取代基的第一碳纳米管和同时与第一取代基及第二取代基键合的第二碳纳米管具有不同的官能。

为了本发明，术语“硬件和/或软件”涉及可以由数字软件，数字硬件，或数字硬件和数字软件的结合执行的功能。

为了本发明，术语“本地电脑”涉及物理上位于或接近水处理***（即，非远程）并且与一个或多个传感器直接或间接连接的任何形式的电脑，处理器或设备。本地电脑可以在数据被传输至本发明的远程监控***中的远程电脑之前从本发明的远程监控***中的一个或多个传感器中集合，收集，聚集，操纵或分析数据。“本地电脑”可以是任何的（1）至少能够临时地从一个或多个传感器中存储，集合，收集，聚合等数据，以及（2）通过一个传输模式将数据或信息传输至远程电脑（或与远程电脑相关联的远程数据库）的电脑。因此，“本地电脑”可以含有或包括（1）用于至少临时地存储，集合，收集，聚合等数据的存储器设备，（2）一个或多个用于从一个或多个传感器直接或间接地接收数据或信息的端口或输入，以及（3）用于向远程电脑传输数据或信息的传输界面。“本地电脑”可以进一步具有在数据或信息传输至远程电脑和/或远程数据库之前处理，操纵，分析等从一个或多个传感器例如通过分析器或位于本地电脑里的软件获得的数据的能力。“本地电脑”可以是一个在此描述的记录器设备。

为了本发明，术语“通信模式”涉及任何适合从远程电脑至本发明中远程监控***的远程观测设备的发送，上传，或通信一个输出的技术，输出包括数据，信息，分析结果，分析报告，警告，报警等。通信模式可以包括任何用于传输模式的技术。举例而言，根据一些实施例，作为“通信模式”的合适的技术可以是因特网或万维网。在这种情况下，输出可以被上传至因特网服务器电脑，其可以是本发明中远程监控***的远程电脑或因特网服务器电脑可以独立于远程电脑。根据其他实施例，用于发送一个输出至远程观测设备或允许远程观测设备访问一个输出的“通信模式”包括但不限于任何有线或无线连接及任何协议：因特网；TCP/IP；MODBUS RTU，MODBUSASCII，以及MODBUS TCP；XML；以太网（Ethernet）；文件传输协议（FTP）；

电子邮件，例如SMTP；蜂窝电话网络，例如CDMA及TDMA；无线电信号或耦接至无线电频率发射机的远程终端单元（RTU）；蜂窝式调制解调器；SDI-12；卫星传播；现有电话或通信网络或通信线路，一个标准公共开关电话网络（PSTN）；无线网络；广域网（WAN）；无线局域网（WLAN）；局域网（LAN）；或城域网（MAN）；有线网络连接；短信服务（SMS）；拨号上网调制解调器；点对点链接；全球移动通信***（GSM，3GSM），通用分组无线服务（GPRS），演进数据最优化（EV-DO），增强型全球数据发展速率（EDGE），数位加强式无线通讯***（DECT），集成数字增强型网络（iDEN），通用移动通信***（UMTS），高级移动电话***（AMPS）；或者其他任何本领域普通技术人员已知的能够向一个远程观测设备发送，上传或通信一个输出的合适的方式。

为了本发明，术语“传输模式”涉及任何用于向本发明中远程监控***的远程电脑传输数据和信息的本领域普通技术人员已知或可获得的合适的技术或设备。数据和信息通过传输模式可以直接从一个或多个传感器或一个电子控制***而被传输，或者利用传输界面从一个连接至电子控制***和/或一个或多个传感器的本地电脑而被传输。传输模式可以包括任何用于通信模式的技术。举例而言，传输模式可以通过任何合适的媒介实现或执行，例如任何有线或无线连接及任何协议，包括但不限于：因特网；TCP/IP；MODBUS RTU，MODBUS ASCII，以及MODBUS TCP；XML；以太网（Ethernet）；文件传输协议（FTP）；电子邮件，例如SMTP；蜂窝式调制解调器；

蜂窝电话网络，例如CDMA及TDMA；无线电信号或耦接至无线电频率发射机的远程终端单元（RTU）；卫星传播；SDI-12；现有电话或通信网络或通信线路，一个标准公共开关电话网络（PSTN）；使用陆线（landline）或电话的拨号上网；无线网络，例如wi-fi；广域网（WAN）；无线局域网（WLAN）；局域网（LAN）；或城域网（MAN）；有线网络连接；短信服务（SMS）；拨号上网调制解调器；点对点链接；全球移动通信***（GSM，3GSM），通用分组无线服务（GPRS），演进数据最优化（EV-DO），增强型全球数据发展速率（EDGE），数位加强式无线通讯***（DECT），集成数字增强型网络（iDEN），通用移动通信***（UMTS），高级移动电话***（AMPS）；或者其他任何本领域普通技术人员已知的能够向一个远程电脑发送，上传或通信一个输出的合适的方式。额外的传输方式可以视情况而变。根据本发明的实施例，传输模式可以连续地，实时地，定期地或选定时间间隔地，根据情况，或按使用者所需地传输数据或信息。

为了本发明，术语“观测数据”涉及在那些数据或信息被传输至远程电脑和/或远程数据库之前，根据从一个或多个传感器处获得的原始数据或信息而被本地电脑（例如本地电脑上的分析器）分析过，操纵过等的数据或信息。

为了本发明，术语“输出”涉及包括了任何信息，数据，分析结果，分析报告等的任何产品，公开物，提交物，上传的内容等，其可以以一个适于远程观测设备向使用者显示的格式从本发明中远程监控***的远程电脑被通信至远程观测设备。

为了本发明，术语“远程电脑”涉及本发明远程监控***中的一种可以存储，处理，和/或操纵数据，原始数据或历史数据的电子设备，例如是电脑，服务器等。其是物理上隔开的，即，其位置远离于由远程监控***所监控的水处理***的位置。举例而言，“远程电脑”可以包括一个网络或因特网服务器。“远程电脑”可以进一步包括一个数据库和/或分析器。

为了本发明，术语“远程数据库”涉及本发明远程监控***中的一个可以被用于例如以逻辑或序列布局或配置来存储数据，原始数据，历史数据，操纵数据和/或信息的一个设备或装置。远程数据库可以是远程电脑的一部分或者是单独的，即使其与远程电脑连接或通信。同样地，“远程数据库”是物理上隔开的，即，其位置远离于水处理***的位置。

为了本发明，术语“远程监控***”涉及一种采用传感器收集数据以远程监控一非同地协作（non co-located）的水处理***的运行及装备或者以监控在非同地协作水处理***中，或流向其，或来自其的水质的***，其中，数据被传输至远程电脑用于分析，操纵以及通信至对于使用者的远程观测设备。

为了本发明，术语“远程观测设备”涉及一种本领域普通技术人员已知的可以用来观测本发明远程监控***中来自远程电脑的输出的设备或装置，例如可以是个人电脑或终端，服务器等，同样可以是各种手持个人通信装备，例如，手机，寻呼机，PDA，

等等。

为了本发明，术语“传感器”涉及一种用于检测或测量有关于水质或者水处理***的运行的参数或数值的设备，探测器或装置。术语“传感器”可以涉及一种连接于本地电脑的设备，探测器或装置，例如记录器设备。

为了本发明，术语“传输界面”涉及本地电脑，电子控制***，和/或远程监控***的一个或多个传感器的一部分，其能够通过任何合适的传输模式将数据或信息传输至远程电脑。

为了本发明，术语“处理”，“处理过的”，“处理中（treating）”，“处理（treatment）”以及类似的应当涉及任何在水处理***的水上或与其相关执行的由水处理***执行的加工，处理，产生，生产，排放或其他操作。

为了本发明，术语“使用者”涉及可观测从远程电脑通信至本发明远程监控***中的远程观测设备的数据，信息，分析结果，或分析报告的人，实体，或部门。

为了本发明，术语“水处理***”涉及任何被设计为或被用来加工，处理或产生水或用于特定应用的水基产品的***。“水处理***”可被用于产生具有一预先确定的，期望的或具有优选的特性，品质或性质，例如纯度等的集合的水。“水处理***”可以包括用于向公众产生及分配可饮用的饮用水的水处理设施，或被设计用来向生产过程中产生水的***等。在用于向公众产生及分配可饮用的饮用水的水处理设施的情况中，水处理***可以进一步包括一个用于向公众分配可饮用的饮用水的水分配***。“水处理***”还可以是任何被用来在加工或处理那些会被排放至环境中的产品中的水基物质的***，例如，中心废水处理厂（WWTP），等。在WWTP这种情况中，水处理***可以进一步包括用于收集废水及将废水汇集至中央WWTP中的收集***。水处理***可以包括专注于工业，工厂或特定的不动产开发的公众或市政***，或私人***。举例而言，水处理***可以包括任何使用基于先进的分离，过滤，透析，离子交换处理，或者任何其他的基础，技术或机械的装备来根据相关参数加工，处理，侦测，净化，隔离，分离水等的***，工厂，或设施。

为了本发明，术语“水处理核心设施”涉及与较为广泛的收集或分配***，例如中心废水处理厂（WWTP）形成对照的为废水加工或处理，或例如用于产生可饮用的饮用水的设施的水处理设施进行加工，处理，产生水的中心设施。

为了本发明，术语“水”涉及可能被水处理***加工，处理，产生，生产，排放的水或任何流体。举例而言，术语“水”可以涉及被水处理设施处理或加工的用于向公众的可饮用的饮用水分配的水，或术语“水”可以涉及被中心废水处理厂（WWTP）加工或处理的污水或废水。因此，“水”可以根据具体情况包括任何数量的溶质，沉淀物，悬浮物，有机质，等。

为了本发明，术语“工作电极”或“有效电极”涉及水监控***中发生目标反应（reaction of interest）的电极。

描述

许多对于保护供水的加工及应用需要用到具有足够低或少含量的致污物或有害物质的水，并且因此依赖于水处理***的使用以确保足够水平的水纯度，品质，和/或安全性。这些水处理***通常使用例如先进的分离，过滤，逆向渗透，和/或离子交换处理的技术，以及材料或消毒水的引入以实现期望的水质。然而，这些***的设备故障或干扰可能导致对于给定的应用的不好的或不安全的水质。因此，对于任何用来对这些应用进行水净化或处理的水处理***来说，亟待被充分的监控以确保期望的水纯度，品质，和/或安全性的水平得以满足。在向公众提供可饮用的饮用水的应用中，水品质是重要的。大多数用于向公众生产及分配可饮用的饮用水的***依赖于水***中材料的引入及保养，例如消毒水，从而避免生物或化学污染。以气体或次氯酸盐或次氯酸形式的氯是用于这个目的最普遍的材料之一。取代基例如氯胺，臭氧，过氧化氢，过乙酸，二氧化氯，以及各种混合的氧化物被使用。这些中的许多材料具有一或多或少的共同的作用方式。他们依赖于一些种类的氧化来从而造成生物有机体的失活以及其他混合在待处理的水中的其他生物体的破坏。不同材料的反应速率，例如消毒剂混合物，应当是已被很好地知晓和表征。然而，这些材料的过量会导致它们自身的问题。因此，充分的监控被执行以确保足够的但不过量的这些材料或消毒剂被保持在水处理***中是十分重要的。

水处理***，以及监控***经常包括测量溶液中离子浓度的传感器。溶液可以是含水的或是天然有机的。通常被监控的离子是水合氢离子，然而，任何阳离子或阴离子对于水处理或监控***来说可以是重要的。

通常来说，水处理***，以及大多数化学反应极易受到反应环境的水合氢离子（H₃O⁺，或H⁺）的浓度或pH影响。溶液的pH经常被用来作为待测流体的酸度。通过定义pH=-log[H₃O⁺]或者水合氢离子的摩尔浓度的负log。在pH表上，酸性强的溶液具有一个低的pH值，例如0或1，对应于高浓度的氢离子（H⁺）。相反，碱性强的溶液具有一个高的pH值，对应于少量的氢离子（或对应于大量的OH^-离子）。中性溶液，例如实质上纯净的水，具有一个大约为7的pH值。

溶液中正确的酸性浓度的出现可以引起多种形式的催化，例如，但不限于，乙缩醛形成，乙缩醛水解，乙醇脱水，氨基化合物水解，环氧环开环，脂类水解，酯化作用，***形成，以及糖苷形成。正确的pH浓度同样可以包括水合作用的催化，包括但不限于，烯烃，炔烃，腈类，亲核酰基取代基，对醛和酮类的亲和加成。

在许多政府中，可饮用的饮用水的pH是一个需要报告的参数以及排放水pH范围是被严格控制的。举例而言，在美国，环境保护署对可饮用的水排放设定了特定的范围，如果水pH超出这个范围其对于人类和动物消费是不安全的。

市政饮用水可以从多种源头获得，其可以通过合适的水处理装备被制成可饮用的。举例而言，逆向渗透***带有最小预处理的可以被用来降低海水中的总溶解颗粒以产生可饮用的饮用水。尽管海水预处理的复杂，不适当的监控或者运行可以允许海水快速地污染隔膜。如果污染发生了，但很快被发现，隔膜可以被净化，并且可以防止水污染及相关联的水处理修理。然而，如果污染没有通过合适的监控而被快速地检测到，隔膜会被不可修复地损坏，并且昂贵的部分或全部隔膜的替换是必须的。计划之外的隔膜替换的费用，不包括典型的与停机时间相关联所造成的收入损失，将会造成该***过高的成本。

另一个水质的重要应用是废水处理厂（WWTP）。废水的处理及随后的再循环是在工业化世界中生活品质的基石。城市，工业，以及农业运营产生大量的废水，所有这些废水必须要经过一定程度的处理以去除致污物或污垢，在水适合再循环或排放至环境中之前，例如蒸汽，河流或海洋。在大城市区域，中心废水处理厂必须处理来自多种源头的水，包括，城市，工业及农业废水。在许多情况下，工业废水的生产者被要求在废水排放至中心水收集***之前，在他们自己的地方安装并运行废水处理装置。在中心水收集***，工业废水通常与家庭，或城市废水，以及其他未处理的废水源头混合。然后这些混合后的废水被运输至中心废水处理工厂或在污水处理设施进行排放前的最终处理。

日益增长的对于纯净水的需求正引起越来越多的市政当局安装废水回收过程以将市政WWTP污水再循环回至可以被用作饮用的饮用水或灌溉的适合品质的水。举例而言，这样的回收过程可以采用逆向渗透来回收次级处理的市政污水，其可以被注入回至蓄水层。越来越多的这些装置被计划遍布美国及全世界。

处理市政废水污水的一个不同方面就是流速及致污物的混合都是不恒定的。这对于除了包括通常的来自家，商家，学校及等等的清洁排放还包括了多种工业排放源的带有收集***的市政WWTP而言是尤其准确的。尽管清洁排放在构成及可处理性上得到了良好地呈现，工业废水的添加意味着WWTP必须对种类繁多的致污物做好准备。通常而言，大多数WWTP***无法有效地处理所有情况。即便具有杰出的设计及工程管理，到达WWTP的致污物，其类型及种类上的大幅度波动经常导致在来自WWTP的排放中的有效处理水平的变化。由于太多的致污物即使通过例如逆向渗透的处理也无法轻易地被去除，对于第三级水回收工厂处理来自WWTP的污水而言是特别困难。此外，特定的致污物同样可以污染逆向渗透，超滤，及微滤隔膜从而导致性能的损失或隔膜的破坏。因此，WWTP被监控是重要的，以确保在排放或再利用至环境中之前致污物能被适当地去除，并且避免对昂贵设备造成的损坏。

对于核反应堆中的蒸汽形成而言，水同样是必须的。这些核反应堆中的锅炉在极端高温下运行，这需要非常高品质的水。加工***被适当地监控是重要的，以防止昂贵的锅炉清洁以及与之相关的停机时间。这种***还可以包括需要高资质专业人员来监控危险的锅炉化学品的需求，例如，肼。这些示例强调了监控水处理***运行的重要性，这不仅仅是为了确保足够的水质，同样还未了避免昂贵的设备维修或替换。

对于许多制造过程而言水质同样重要。举例而言，半导体的制造需要超高纯水品质。再一次，水处理***被适当地监控是重要的，以避免产品，例如半导体的制造过程中潜在的缺陷。

作为另一个示例，监控水质是同样重要的，以避免或减少设备故障或恶意篡改，例如恐怖袭击，导致供水污染的后果。适当的监控有助于抓住任何这种供水污染以避免损害以及确保采取合适的举措。

许多形式的电化学传感器存在于今天以侦测水中离子的存在及浓度。一种普通的电化学传感器被用于pH的测量。图1示出了现有技术pH计探头102的一部分，其包括一工作电极112以及一参考电极114。工作电极112包含一玻璃管122，其一端带有一离子灵敏玻璃球管124。玻璃管122含有一电解质126以及一电极128。在离子灵敏球管124外部的玻璃与待测流体交换离子（未在图1中示出）。这在球管的外侧上的水合层中产生了一个电荷。内部的电解质与离子灵敏玻璃相互作用并且反映了由外部玻璃上的离子造成的电势变化。参考电极114包含一电极132，类似于工作电极112，安装有独立的腔室134以及溶液136，并且参考电极还通过离子桥138与被测流体进行离子交流。因此，在工作电极112与参考电极114之间产生一电压电势，类似于电池。形成在工作电极112及参考电极114之间的该电压电势直接与溶液的离子浓度相关。参考电极114提供了一针对工作电极112可以比较的稳定的电势。

举例而言，电压电势可以根据一表格，公式或其他算法进行处理以达到一离子浓度度量，例如pH值。在工作电极和一接地电极之间产生一离子电路，以产生一可测的电压电势。参考电势的量是一已知的，实质恒定的，与之比较，处理电压（即，一电压测量结果）可通过现有技术的pH计被比较和说明。在工作电极及参考电极之间的电压电势可以被处理以确定在外部测量流体中的离子浓度。离子和/或pH测量的精确度受到多种因素的影响，例如，包括了温度和/或受污染的电解质溶液。不精确的普通源头可以是参考电极生成的一个不正确的或不精确的参考信号。如果参考信号是不精确的，则所产生的pH或离子测量将受影响。所以，获得一个合适及精确的参考值是非常重要的。

参考电极的离子桥，例如盐桥，使参考电极与外部测量流体之间能够离子交流。然而，离子桥可以允许一些流体交换，使得内部缓冲溶液受到污染，以及可能的内部参考电极被损害，以及使得待测流体受到污染。pH探头的主要问题在于参考电极组件的内部填充溶液和外部测量流体之间的结合处。结合处的堵塞或故障通常导致非常慢或错误的读数。结合同样可以允许填充溶液被测量介质污染。这会使参考电极退化，从而致使pH探头不准确并且其通常不得不被替换。

一个现有技术的解决方案为，在参考电极和外部介质之间的复数个结合及腔室已经被采用。另一个现有技术的解决方案为，采用了流动结合，其中填充溶液通过一个小洞或导管连续不断的供给被馈送至参考电极隔间并且流出。这具有防止填充溶液和参考电极被污染的优势，但具有相对于电极要笨重地垂直悬挂以及当其被被填充溶液污染时，必须要将测量介质废弃的劣势。

一个较新的方法是将工作电极和参考电极装入一个无法渗透的腔室，例如玻璃腔室。这在Harman的美国专利4,650,562中被示出，其已经通过引用而被整合于此。在Harman专利中的参考电极通过一pH灵敏玻璃泡与外部测量流体接触，类似于工作电极112的结构。因此，外部测量流体无法混合及污染参考电极的内部填充溶液。图2示意性示出了一个带有一传感器电极212及计电子设备214的单独的电极/传感器pH计202。传感器电极212包含一工作电极（图2中不可见），一对电极（图2中不可见）以及一参考电极（图2中不可见）。

另外一个pH电极被揭示在美国临时专利申请60/981，334中，其描述了一种不包括一盐桥的多电极离子计。该临时专利申请完整的内容及揭示通过引用被整合于此。

除了上述描述的玻璃电极之外，还存有用于溶液离子侦测的其他材料。碳纳米管（CNTs）已经被广泛地揭示于本领域中作为一种可能的离子侦测材料。

在Gregory G.Wildgoose的“Chemically Modified Carbon Nanotubesfor Use in Electroanalysis，152Microchim Acta，187-214(2006)”中，许多CNTs在电分析中的用途及历史被描述。通过共价或物理吸附，电镀聚合，来修饰CNTs的不同的方法，以及其他各式各样的方法，示出了允许被定制为与不同的同伴化合物相互作用的CNTs。CNTs可以以这种样式被官能化，从而它们与H₃O⁺的直接相互作用会导致一个可侦测的变化的伏安响应，其可被用来确定溶液中的pH浓度—有效引起一个pH电极。CNTs同样可以按照如上描述的方法而被修饰，以特定地与多个其他阳离子，阴离子，气体，以及生物分子，例如核苷，核苷酸，核酸，糖，以及其他可以在现代化学中想到的或值得测量的化合物。

因为CNTs由石墨片组成，并且石墨具有已知的电气性质，因此，CNTs具有独一无二的电气性质。通过直接修饰CNT石墨结构，次级-大分子组合，手性，或通过官能化引起变化的CNT电气性质来改变CNT的结构。这种电气特性及可操作的广泛的可塑性平台使得CNT成为电极设计和结构的理想材料。

进一步，因为CNTs具有一与钻石的Sp3配置截然相反的Sp2配置，CNTs相对其重量而言是相当牢固的并且有弹力的。增加的强度及耐久性使得CNTs成为在环境及无害工业应用中的电极设计及结构的理想材料。因为传感器经常被置于那些访问是危险且昂贵的应用中，电极的耐久性是理想的。传感器持续越久，客户的花费越少--因此在传感器中使用CNTs是有商业动机的。

可以被用在传感器中的合成并增长CNTs及CNTs阵列的方法也被描述在专利号为6,841,139，专利权人为Margrave等，公布日为2005年1月11日的美国专利；专利号为6,790,425，专利权人为Smalley等，公布日为2004年9月14日的美国专利；专利号为7,067,098，专利权人为Colbert等，公布日为2006年6月27日的美国专利；以及专利号为7,465,494的美国专利之中，并且这些专利完整的内容及揭示通过引用被整合于此。

尽管存在用于对个体分析的离散的，独立的处理站点位置的本地监控的***，但这些***无法注视那些遍及收集***且同时将污水送至WWTP的中心水收集***的一个或多个水处理站点的远程监控。那留存了一个通过CNT基础传感器来设计用于远程监控WWTP的***的需求，传感器可以收集并解释来自一个或复数个远程工业或水处理站点的数据，那些站点可以作为一个聚合的水处理***被观测到及分析到。

关于维护高级的加工装备的一个问题是需要高资质人员去监控其运行。招聘一个全职员工是昂贵的，并且由于监控是重复的，而高资质人员会很容易地变得厌烦或分心，从而容易出问题。为此，改进的分离加工可以包括多种多样的战略上放置的CNT基础传感器，这些传感器被典型地整合入能够将CNT传感器值和预设的品质水平进行比较的电脑***中。然而，如果操作者没有被告知，会无法识别一个特殊的警报或无法识别一个异常的情况，那么煞费苦心的监控装备阵列是没有作用的。

另一个关于涉及CNT传感器的工艺的当前状态的问题是现有技术的传感器无法使用CNT独一无二的疏水特性及亲水特性，以过滤掉和/或吸出分析物，其可导致传感器灵敏度的增加以及测量精度的提升。在此之前还没有描述过一个具有本发明所提供的特征及优点的采用了CNT疏水性设计用于测量液体中的离子的过程。

另一个涉及CNT传感器的工艺的当前状态无法处理的问题是整合了管道传感器的CNT基础传感器。在此之前还没有描述过一个具有本发明所提供的特征及优点的采用了CNT疏水性设计用于测量液体中的离子的过程。

另一个涉及CNT传感器的工艺的当前状态无法处理的问题是来自CNT传感器的饮用水保护。有一些研究表明经由水或空气可能暴露给CNTs的平静（calm）对于哺乳动物来说是有害的。在此之前还没有描述过一个具有本发明所提供的特征及优点的包括传感器中CNTs损失的监测的从CNTs保护饮用水的方式。

另一个涉及CNT传感器的工艺的当前状态无法处理的问题是通过在流体，气体，空气或超临相中的与CNT关联的标记来监测CNTs。如果CNTs不打算被整合至水及工业监测应用中，并且如果CNTs显现出对于哺乳动物是有害的，那么CNT损失监测是必须的。在此之前还没有描述过一种具有本发明所提供的特征及优点的在多种材料中监测CNTs的方式。

另一个涉及CNT传感器的工艺的当前状态无法处理的问题是采用了比色分析及CNT监测的液体的杂化分析。这两种方法的结合会导致精确度的增加以及自我诊断的传感器功能。在此之前还没有描述过一种具有本发明所提供的特征及优点的采用了杂化CNT及比色分析的液体分析的方式。

另一个涉及CNT传感器的工艺的当前状态无法处理的问题是对于特殊水分析方法的CNTs自定义官能化。大部分当代水分析方法涉及有机化合物的修饰而导致的颜色变化。颜色变化则指示了目标分析物的浓度。在此之前还没有描述过一种具有本发明所提供的特征及优点的用于水分析方法的CNTs官能化。

碳纳米管具有亲水性的一个优势在于碳纳米管将会有助于将水拖入阵列中，而作为结果，随后水中目标物质。举例而言，水将整合入阵列中，并且随其，[H₃O⁺]（在pH，或Cl₂，或HOCL₂等的情况下）的各种浓度，因此允许传感器灵敏度的增加以及由此在低离子分析物浓度时的较高品质的测量。

在一个CNT传感器的实施例中，CNT阵列是亲水的。首先，无官能化生长的CNT仅包含碳和氢。然后，通常占CNT25%的末端被亲水官能团官能化。亲水官能团通常是有极性和/或是离子，以及可能具有正或负电荷。官能团的极性和/或离子性能吸引水，因为水是同样也是一个极性分子其产生与极性官能团结合在一起的氢键，因此允许官能团溶解于水。合适的亲水团的示例包括了（描述为非电离结构）氨基，羟基，羧基，磷酸盐，巯基，乙醛，酮类等。

本发明的实施例提供了一种用于远程监控，存储，分析，操纵，上传，报告等信息及数据的方法和***，信息及数据与从水处理***中多个传感器处得到的原始数据中导出的处理和/或水质相关，这些传感器可以被战略性地放置以收集对于分析或操纵必须的数据或信息。这些信息及数据可以在一个或多个远程电脑中被远程地存储，操纵等，和/或在一个或多个远程数据库中存储，这些数据库可以与远程电脑相关联。根据本发明实施例的水处理***可以包括任何被设计或用来产生水或水基产品的***，水或水基产品具有对于特定的应用，例如市政可饮用的饮用水处理设施，用于一制造工艺的产水***等的预定的，期望的，或者首选的特征，品质，性质等的集合，以及任何分配***。水处理***可以包括任何被设计或用来将水基物质加工或处理至排放入环境的产品中的***，例如，中心废水处理厂（WWTP）等，还包括任何收集***。水处理***可以包括一个公众或市政***，同样可以包括一个致力于不动产开发的***。举例而言，水处理***可以包括任何使用基于先进的分离，过滤，渗析，离子交换处理，或其他基础，技术的装备，或用于根据相关参数加工，处理，监测，净化，隔离，分离等的机械的***，工厂，或设施。

如图3所示，根据本发明的实施例，远程监控***302从一个或多个位于水处理***中的传感器312收集原始数据，并且通过任何已知的技术或传输方式318将这些原始数据传输至远程电脑314。尽管图中示出的实施例描绘了数据从传感器312被传输至远程电脑314是通过一个可选电子控制***（ECS）320，但可以被领会到的是，传感器312可以直接将数据传输至远程电脑314，其可以在没有电子控制***（ECS）320的情况下发生。根据一些实施例，远程电脑314可以，例如是一个因特网服务器电脑。远程电脑314可以储存和/或操纵原始数据以产生一个分析结果。远程电脑314可以在位于远程电脑314上用于储存数据的远程数据库326上储存数据。作为一种选择，数据可以通过远程电脑314而被储存在与远程电脑314相关联的远程数据库328上。数据的操纵或分析可以被位于远程电脑314上的或位于与远程电脑314相关联的分析器334上的分析器332执行。分析器可以是由远程电脑314直接执行的软件。根据一些实施例，一个或多个传感器312可以通过一个电子控制***320可选地将原始数据传输至远程电脑314，电子控制***320还可以控制水处理***的装备的运行。

图3所示的本发明实施例的分析器可以包含硬件和/或软件。

一旦数据被储存在远程电脑314，或在远程电脑上的远程数据库326，和/或远程数据库328上的任意一个，在远程电脑314上或由其执行的分析器332，334可以分析或操纵数据以产生操纵数据和/或包含数据和信息的输出，例如这些数据和信息为分析结果或分析报告，其呈现或指示正被处理的水和/或水处理***运行的品质，特征，性能等。通过分析器332，334的数据操纵或分析可以连续不断地，实时地，定期地或选定时间间隔地，根据情况地，或按使用者所需地执行。接下来通过分析器332，334的分析或操纵，信息，数据，和/或分析结果或报告可以采用任何已知的通信模式342被送至远程观测设备338。然而，将会被理解的是，根据一些实施例，那些不带有分析或操纵或者带有仅仅本地执行的分析或操纵，例如通过电子控制***320的原始数据或直接读数将被直接地报告给使用者338。

根据一些实施例，信息，数据，和/或分析结果可以可选地***纵及显示在一个输出中，例如分析报告，并且以一个预定的的格式，其可以被送至使用者，例如，用户，公务人员，授权的人员，或管理部门。实际上，操纵数据或分析结果可以根据提交给管理部门所需被格式化入一个输出或分析报告中。根据一些实施例，数据的分析或操纵可以被呈现为一个被上传至网络服务器的输出，并且其被制作成可通过网络浏览器访问以呈现给例如，公务人员，用户，或公众中的目标成员。作为一种选择，根据一些实施例，数据的分析或操纵可以简单地送出一个警报形式的输出以警告使用者一个问题或误差。

根据图4所示的一些实施例，本发明的远程监控***402的运行与图3中的远程监控***302相似，但其进一步包括一本地电脑404，其可以本地存储，处理，访问，分析，和/或操纵原始数据，这些原始数据是在通过传输模式418而被传输至远程电脑414之前从水处理***的一个或多个传感器412处获得的。这些实施例的其他方面可以与那些图3中所述的相似或相同。远程监控***402可以可选地包括一个链接至传感器412的电子控制***420，以及可以通过电子控制***420使用一本地连接422从一个或多个传感器412处，和/或尤其是在没有电子控制***420时通过本地连接424直接从传感器412处访问捕获，或接收数据的本地电脑404。然后，本地电脑404可以根据任何适合的传输模式418向远程电脑414传输数据，并且数据可以被储存在位于远程电脑414上的远程数据库426。作为一种选择，数据可以被通过远程电脑414储存在与远程电脑414相关联的远程数据库428上。接下来通过分析器432，434的分析或操纵，信息，数据，和/或分析结果或报告可以采用合适的通信模式442被作为一个输出送至远程观测设备438用于使用者观测。分析器可以包含硬件和/或软件。

根据一些实施例，分析器432可以位于远程电脑414上或由其执行。作为一种选择，分析器432，434可以位于远程电脑414和/或本地电脑404上或由其执行。根据具有位于本地电脑404上或由其执行的分析器434的实施例，除了其他数据的信息以外，本地电脑404可以通过传输模式向远程电脑414发送观测数据。这种观测数据可以是从由一个或多个传感器412获得的已经被分析器434分析过或操纵过的原始数据导出的或合成的数据或信息。从本地电脑404传输至远程电脑414的数据可以包括关于被处理的水的和/或水处理***运行的品质，特征，性质等的数据及信息，例如分析结果或分析报告。

图4中的本发明的实施例的分析器可以包含硬件和/或软件。

根据本发明的实施例，关于图3及图4的远程监控***302，402的远程电脑314，414被放置与水处理***在不同的，物理上独立的且遥远的位置，水处理***可以包括本地电脑404。远程监控***302，402的远程电脑314，414可以不被用来对于一水处理***远程控制或直接控制，例如电子控制***320，420。实际上，根据本发明的实施例，在（1）远程电脑和（2）水处理***或位于水处理***中的传感器，电子控制***，和/或本地电脑之间仅有的通信或电器链接或连接可以是本发明远程监控***中的传输模式。通过将本发明的远程电脑和/或远程数据库储存，操纵，分析，报告等功能从水处理***中的数据收集（即，传感器）的地点或位置物理上的分离出来可以实现诸多益处及优点，水处理***可以进一步包括更大的分配或收集***。

根据本发明的实施例，本地电脑可以是任意类型的电脑，处理器或者设备，其能够（1）至少能够临时地从一个或多个传感器中存储，集合，收集，聚合等数据，以及（2）通过一个传输模式将数据或信息传输至远程电脑（或与远程电脑相关联的远程数据库）。因此，本地电脑可以含有或包括（1）用于至少临时地存储，集合，收集，聚合等数据的存储器设备，（2）一个或多个用于从一个或多个传感器直接或间接地接收数据或信息的端口或输入，以及（3）用于向远程电脑传输数据或信息的传输界面。这样的本地电脑可以，例如通过位于本地电脑的分析器或软件进一步具有处理，操纵，分析等数据的能力，这些数据可以在数据或信息传输至远程电脑和/或远程数据库之前从一个或多个传感器获得。从本地电脑送至远程电脑和/或远程数据库的数据可以是由一个或多个传感器处导出的数据合成的可观测的数据。本地电脑可以位于或靠近于水处理***和/或水处理***中一个或多个传感器的地点，水处理***可以包括一个分配***或收集***。本发明的远程监控***可以包含一个或多个本地电脑，每个本地电脑都关联有一个或多个传感器，从而将源于一个或多个传感器的数据或信息通过传输模式收集，储存，和/或传输至远程电脑。一个或多个本地电脑中的每个可以通过同样或不同的传输模式向远程电脑传输数据或信息。

根据一些实施例，本地电脑包含一个位于或靠近于至少一个传感器的地点的记录器设备。这样一个记录器设备可以包括一个或多个用于通过电缆，电线等从一个或多个传感器接收数据的传感器端口。作为一种选择，这种记录器设备可以能够从一个或多个传感器处无线接收数据。为了储存或记录（至少临时地）基本上从一个或多个传感器接收到的和/或操纵过的或分析过的数据或信息，记录器设备可以具有任何类型的已知的储存器设备，例如，驱动器，闪存或SIM卡等。因此，记录器设备可以进一步包括一个分析器或用于分析或操纵来自一个或多个传感器的数据的软件。记录器设备可以具有一个传输界面，例如无线连接或天线或其他连接输出，用于通过一个传输模式与远程电脑或服务器连通。

根据一些实施例，记录器设备可以具有用于多个传感器，例如至少四个传感器，的输入，连接器或端口，其可以自动被检测到从而即插即用。记录器设备可以比端口储存或记录更多数值或测量的数据，例如多达16个数值。每个传感器端口从一个由复数个单独的传感器构成的传感器处接收数据。记录器设备可以具有不同的电源选项，例如，电池电源，附加（外部）电池电源，可重复使用的电源（例如，太阳电池板，等），和/或来自可以与电源开关结合的输电网络的电力（即，使用电池或外部电源作为后备）。为了接收外部电力或与使用者电脑或笔记本电脑连接的数据通信链接记录器设备可以进一步具有输入，连接器，或端口。记录器设备还可以具有用于提供基本指示/信息的用户界面，例如设备或传感器状态，连接等。记录器设备可以是防水的，密封的，和/或具有坚固的结构，可以含有控制设备内湿度的干燥剂，和/或可以包括用于安装设备的装置。流动记录器的一个示例可以包括任何已知的

产品。

根据本发明的实施例，关于水处理***运行的或者由水处理***加工或处理的水的特征，情况，品质，性质等的原始数据可以被一个或多个放置在水处理***中一个或多个地点或位置的或遍及水处理***的传感器或探针获得，收集，监测，测量到等，例如多个在水处理***中或遍及其中的位置，可以包括领域内的地点，即，在收集或分配***中。传感器可以被战略性地放置以在一个合适的地点或位置收集相关数据和信息，和/或为检阅和分析提供逻辑功能组。

根据本发明的实施例，一个或多个传感器可以被用于获得相关于水处理***运行的和/或被加工，处理，接收，分配等的水质原始数据。这些原始数据有关于在产生一个输出，例如一个分析结果，分析报告，警报等中的数据的分析，操纵以及评估。举例而言，一个或多个传感器中每个传感器可以被用来测量，量化，或监测接下来的水的特性，情况，品质，性质等。可以被一个或多个传感器测量到的水的特性，情况，品质，性质等的示例包括但不限于：水温，化学成分包括总有机碳（TOC），总悬浮颗粒，数量，流速，以及例如是那些通常从废水处理或工业站点排放入水流的废弃物的类型及数量。可以被一个或多个传感器测量到的水的特性，情况，品质，性质等的进一步示例可以包括致污物，导电性，pH，压力，浊度，渗透流，溶解氧，氯或氟浓度，蓄水池或水的水平，以及装备状态和运行。根据一些实施例，一个或多个传感器可以被选择用来产生管理报告所需的数据或信息，从而使得管理部门能够确定可运行的参数以及处理水的数量及品质，例如水的生成速度（流量），处理水的消耗速度（流量），处理水储存量，储存体积（在当前生成和消耗速度），最终处理水品质，报告以及存档数据用于符合法律和/或QA/QC文件。根据本发明的实施例，那些与本发明的远程监控***一起使用的传感器的示例可以包括任何已知的或本领域中使用的传感器。除了上述各种所列的以外，一个或多个传感器可以使用任何已知或后来发展处的技术来测量水平和/或流速。举例而言，这种测量可以被用来与其他已知情况及常数相结合以确定容积流率。一个传感器的示例进一步包括雨量测量器。那些与本发明实施例一起使用的流速或区域流速传感器的示例可以包括晶片传感器以及任何基于多普勒效应或超声波，雷达，压力流，电磁（EM），磁性（例如过载），等技术或监测的传感器。那些与本发明实施例一起使用的水平，高度或深度传感器的示例可以包括任何基于超声波（俯视，下潜仰视，管道内等），压力（例如，气泡，过载，隔膜，位移等），雷达，等技术或监测的传感器。根据一些实施例，高度或水平传感器可以与其他结构部件或设备组合，例如，引水槽和水坝，以基于已知的关系和常数推断其他的状态测量，例如除水平面以外的速率。根据一些实施例，任意一个或多个传感器可以进一步包括一个内部或外部温度传感器以向通过传感器的任何初级测量上的温度效应提供自动校正。根据本发明一些实施例的传感器可以包含多个可以被共同地注入本地电脑中的传感器，例如是记录器设备。

根据本发明的实施例，一个或多个传感器可以包括任何市场上销售的，由例如Hach^TM，Sigma^TM或American Sigma^TM，Marsh-McBirney^TM等制造或铭刻有商标的产品，或者本领域已知或随后发展的产品。一个或多个传感器中特殊的实施例包括

等的传感器。对于传感器其他类型的描述，可以参见例如美国专利5,506,791，5,633,809，5,691,914，6,208,943，5,644,088，5,811,688，5,544,531以及5,315,880，这些专利完整的内容及揭示通过引用被整合于此。

在供水区域的情况下，电子传感器可以被用来监测或测量来自***的储存的数量，排放压力以及流量。其他参数可以由分析性检验来确定。许多用来持续监控水处理运行的传感器是基于利用选择性离子隔膜的先进的分离过程，选择性离子隔膜可为了监测浓缩分析物。举例而言，氯的监测可以通过离子选择性隔膜被调解（mediated），其可以轻易地并特定地经过一个分析物，例如，游离氯或次氯酸（HOCl），因此，从本体溶液中分离及浓缩分析物。传感器可以整合有作为单个监测单元部分的复数个传感器。

水源中浊度的存在或缺失可以极大地影响用于实现生物有机体失活作用所需的消毒剂的数量。产生浊度的悬浮颗粒通常在水处理过程中在消毒剂被施加之前被去除。然而，浊度突破的发生以及未能快速提高消毒剂的水平将会导致未充分消毒的残留物到达分配***。这将会对公共健康造成威胁，尤其是如果饮用水源被故意地或无意地污染。

根据本发明的实施例，一个或多个传感器可以可选地与电子控制***整合于一起或与之连接。电子控制***可以通常被用来由本地操作者控制水处理***的运行。电子控制***的示例可以包括一个内部监测控制和数据采集***（SCADA）或可编程逻辑控制器（PLC）。电子控制***可以由任何用于模数转换的可获得商业设备构成，例如，模数板，尤其是为了将仪器读数或数据转换至计算机可读格式而设计的设备。因此，本发明的远程监控***可以使用现有的仪器及控制***，以及现有的通信设备。电子控制***可以执行原始数据的基本分析以产生一个可以被送至远程电脑的分析参数。根据一些实施例，电子控制***可以持续不断地浏览传感器数据以及自动记录并以特定的间隔对数据进行存档。根据一些实施例，从传感器那获得的原始数据可以用时间及位置信息来标记或标注，例如一个独一无二的标识符，为了有助于后续的分析或操纵。从传感器那获得的原始数据还可以根据数据被送至远程电脑的特定的序列而被标注。根据一些实施例，电子控制***可以包括传输界面，其功能在于将数据传输至远程电脑。

根据一些实施例，远程监控***可以进一步包括一位于或靠近于水处理***物理位置和/或包括分配***或收集***的水处理***中的一个或多个传感器的位置的本地电脑。举例而言，本地电脑可以是一个如上所述的记录器设备。本地电脑可以读，查询，访问从水处理***的一个或多个传感器处收集到的数据，可以以合适的电子格式至少瞬间储存，加工，操纵，分析等从一个或多个传感器处获得的数据，例如通过本地电脑上的分析器或软件，和/或向远程电脑传输数据。举例而言，在本地电脑上的数据储存可以提供一个现场数据备份，以及数据可以被添加至历史数据文档为了在分析中使用从而为了新数据的收集允许当前数据文档被再次使用。根据一些实施例，本地电脑可以连接至电子控制***并且通过电子控制***访问数据。任意类型的连接，电子的或其他，可以被使用，例如，串行接口板，USB接口卡，网络连接，接线等。根据一些实施例，使用者可以使用本地电脑去观测或显示由储存在远程电脑上的和/或由远程电脑分析的，操纵等的数据产生的数据或结果或报告。

根据一些实施例，在本地电脑上的本地配置文档可以告诉本地电脑上的程序哪个电子控制***的注册地址可以被访问，任何需要被应用的比例因子，被控制的数据的物理描述等。然后，收集到的数据集可以被转换成传输形式，例如，由逗号划定界限的一串数值，并且可能本地储存并可能被加密在例如硬盘等的储存媒介上。

根据本发明的实施例，从一个或多个传感器处获得的，取得的，收集的，监测的，测量的等数据及信息可以采用任何已知的或可获得的传输模式被传输至位于站外的远程电脑。数据及信息可以从一个或多个传感器或从电子控制***处被直接地传输，或者从连接至电子控制***和/或直接地连接至一个或多个传感器的本地电脑处被传输。一旦由远程电脑传输并接收，数据及信息则可以被远程地储存在远程电脑和/或在远程电脑上或与之关联的远程数据库上。根据一些实施例，数据或信息然后可以在远程电脑上***纵以产生一个输出，例如分析结果，报告，警报等，其可以与使用者相通信，和/或用于产生一个输出的数据和信息可以在传输至远程电脑之前在本地电脑上***纵。这样从本地电脑处传输的数据或信息可以包括可观测的数据，该可观测的数据是由本地电脑上的分析器从源于一个或多个传感器的数据中计算，操纵等而得的。根据一些实施例，数据及信息可以被位于远程电脑及本地电脑上的分析器分析，操纵等。

根据本发明的实施例，本发明的远程监控***可以进一步包含于远程电脑相关联的用于数据储存的远程数据库或软件执行的远程数据库。远程数据库可以在远程电脑上或以一个独立的单元存在，并且远程电脑和/或远程数据库的数量可以变化以适应特定的应用，网络流量，或特定客户的需求。根据一些实施例，举例而言，远程电脑可以包含一电脑，一ftp服务器，一远程数据库，和/或一网络或因特网服务器，每个都可以位于相同或不同的位置并且使用任何可获得的或合适的运行***。这个在远程数据库上的存储可以采用许多形式，例如，平面文件，电子数据表，以及相关的或非相关的数据库。根据一些实施例，举例而言，远程数据库可以是一个相关的数据库，例如Microsoft SQL Sever或者Oracle数据库产品。

根据本发明的实施例，精确的传输模式可以根据环境变化。任何合适的本领域已知的且可获得的用于将数据传输至远程的或物理上分离的电脑的技术或设备被计划用作为根据本发明的实施例的传输模式。传输模式的示例可以通过任何合适的介质被实现。根据本发明的实施例，数据可以，例如被连续地，实时地，定期地或选定时间间隔地，根据情况地，或按使用者所需地被传输。数据同样可以为了额外的安全性而被加密，并且由远程电脑和/或远程数据库解密，并且可以被放置在合适的位置。

根据一些实施例，数据可以通过包含一个或多个传感器的传感器组件被直接地传输至远程电脑。根据这些实施例，一个或多个传感器可以被安装有可以使传感器直接向远程电脑发送数据的通信处理器。合适的仪器可以包括具有对实时数据传输有效果的传输接口的传感器组件，例如

网络可变接口。合适的传感器还可以包括，例如，由Dascore公司制造的

以及以及由Sensicore公司制造的多传感器设备。在这个示例中，传感器可以通过本领域已知的合适的传输模式，向远程电脑传输数据，例如因特网服务器电脑，以及可以通过现有专用网络连接上的电话线或蜂窝网络连接至远程电脑。

根据一些实施例，数据可以通过连接至或耦接至一个或多个传感器的电子控制***传输至远程电脑，采用本领域已知的任何合适的传输模式。举例而言，一段梯形逻辑或功能块程序码可以被***至电子控制***的编码基，这将指挥电子控制***向远程电脑和/或数据库发送特殊的数据。通信协议可以是任何电子控制***支持的利于通信的协议。举例而言，

来自Rockwell Software的软件程序，其可以在远程数据库电脑上运行以利于通过PLC的传输。作为一种选择，任意数量的商业通信驱动器可以被使用，例如

及等等商业提供者制造的驱动器。在由

或产品为代表的电子控制***的情况下，例如，

以及其他类似产品，代码块可以被添加至控制代码以允许运行程序去向远程电脑收集及发送数据。因此，本地收集数据，可能临时储存数据，以及随后向远程电脑传输这个数据的这些步骤可以被整合于电子控制***之中。

根据一些实施例，数据可以通过直接与一个或多个传感器连接的或耦接的本地电脑，或通过连接至或耦接至一个或多个传感器的电子控制***而被传输至远程电脑。根据这些实施例，本地电脑可以将从一个或多个传感器处直接或间接获取的或收集的信息通过本领域中已知的合适的传输模式传输至远程电脑。根据一些实施例，举例而言，本地电脑可以包含一个如上所述的位于或靠近至少一个传感器地点的记录器设备。

根据本发明的实施例，当从一个或多个传感器处获得的数据及信息被送至远程监控***中的远程电脑之后，远程电脑可以分析或操纵数据以产生一个输出，例如操纵数据，一分析结果，一分析报告，一警报等等。作为一种选择，本地电脑可以分析或操纵从一个或多个传感器获得的数据及信息，然后，其可以被传输至远程电脑，并且然后远程电脑可以进一步分析或操纵数据及信息以产生一个输出。然而，由远程电脑产生，呈现，上传等的输出可以没有进一步由远程电脑作出的分析或操纵。数据的分析，操纵等可以由一个分析器执行，该分析器可以是收容在本地电脑，远程电脑，和/或与远程电脑相关联的远程数据库上的例如是软件程序，固件，和/或硬件。

根据本发明的实施例，分析器可以是一个或多个在远程电脑和/或本地电脑上的软件程序。这样的分析器可以执行数据的分析，计算，比较，操纵等以产生一个有关于水处理***监控的输出，例如一个分析结果，一个分析报告，一个警报等等，并且分析，计算，比较，操纵等可以被连续不断地，实时地，定期地或选定时间间隔地，根据情况地，或根据需求而被执行。根据本发明的实施例，分析器可以被用来根据来自多个传感器的原始数据的组合进行计算。当分析器位于本地电脑上时，分析器可以被用来产生或合成可观测的数据，该可观测的数据源于来自多个传感器的原始数据。举例而言，由多个传感器进行的（1）流速及（2）水平的独立数据测量可以被组合，并且被用来计算体积流量（以体积每时间为单位），基于已知的容积以及关于水处理***中某一个位置的水通道，水管等的其他常数。这种用来测量体积流量的多个传感器可以被连接至一个普通的本地电脑，例如一个记录器设备。

根据本发明的实施例，从一个或多个传感器获取的或收集的数据可以通过分析器使用任何已知的方程式，算法等与预期的或历史性能数据或记录，和/或任意已知的数值及常数进行比较，任意已知的数值及常数例如是已知的或预期的传输时间，特定位置的流速及形状，水处理***中不同位置之间的距离，已知的水的物理及化学性质及特征，致污物，消毒剂，污染物等，方程式，算法可以被用来模拟，预计，或比较水处理***的性能或由水处理***加工或处理的水质。从一个或多个传感器处获取的或收集的信息可以相互比较和/或与历史数据进行比较，并且计算可以被执行以产生一个输出，例如一个分析结果，等。根据本发明的实施例，分析器或软件可以执行任何与水处理***中水的加工或处理或者水处理***运行的监控有关的，合适的，或适当的计算，估计，比较，分析等。

根据一些实施例，本地电脑，远程电脑，和/或与远程电脑相关联的远程数据库上的分析器可以解释及考虑任何与那些可以指示或识别从一个或多个传感器捕获的数据的来源，地址及时间的数据相关联的标识符或配置文件。除了监控水质以外，数据的分析及计算可以进一步被分析器执行以确定或指示水处理***或装备的性能，评估，预防性维护，日程安排，优化，以及排除故障的运行。举例而言，数据可以与已知的或预期的性能数据或参数进行比较以计算一个偏差，其可以被用来确定水处理***是否在正常范围内执行或者如果超过了预定的偏差则执行超出了范围。这种比较可以基于例如水处理***中出现在不同位置的消毒剂，致污物或污染物的数量或浓度。如果超过了偏差，那么合适的人，操作者，和/或部门会被警告。作为一种选择，举例而言，数据可以与已知的，预期的，或者历史数据或数值进行比较以确定水处理***的运行是否被优化了。

根据一些实施例，分析器可以将数据转换成一致的单位集，并且因此通过采用单位转换子程序将所有的数值转化为一个普通的格式，例如，对于压力而言转化为磅每平方英寸，等，从而允许合适的比较及计算。此外，数据可以被标准化成水处理***的特定的配置及情况。举例而言，当***是新的时候，给水压力在确定***相对其性能的今后及当前性能中是至关重要的。对于翻转渗透隔膜，压力的变化与寿命，生产率，以及温度等等相关，反之亦然。因此，当***是新的或近期清理过的，当数据标准化并与***的性能比较时，流速的变化可以或无法指示整个***的性能已经变化了。在本发明之前，对于这些转换的复杂的数学运算需要一些在操作者部分上的手工介入以计算标准化情况。即时发明的实施例可以自动地做这个并且向输出报告标准化数据。

根据一些实施例，本发明远程监控***的分析器或软件可以被用来从数据生成任何合适的统计推论，派生，结论，或预测，尤其是根据与历史数据或预期数值的比较。这样的数据分析或操纵可以提供水处理***正常或异常运行的指示，或者由水处理***加工或处理的水的特征，性质，品质等的指示。根据一些实施例，分析器可以被用来预测情况，例如，根据从水处理***中上游位置的传感器处获得的数据，在晚些时候及时的在下游位置的消毒剂，致污物或者污染物的存在，数量，或浓度。

举例而言，在用于向公众提供可饮用的饮用水的水处理设施的情况下，数据，消毒剂浓度以及浊度可以从水处理设施及分配***中分析，并且历史信息和已知的常数可以被用来基于预期的滞后时间及处理设施的污水情况来预测在分配***中位于下游点的预期情况。举例而言，可以从水处理设施中收集与相关信息有关的数据，例如，化学用剂率，过滤水的浊度，氯剩余等，以及来自分配***中的数据，例如，氯剩余，等可以被用来进行比较。将历史数据作为一个参考点，可以使用当前数据从化学用剂的速率，流量以及剩余中计算出氯需求。氯需求可以被定义为反应中的氯的实际数量，典型地被计算为减去剩余的自由氯剂量。氯需求可以与温度，季节以及过滤水浊度相关。另外，离开工厂的剩余氯可以与分配***中的剩余氯相关。如果在分配***测量点测量到的实际氯剩余与从离开处理设施的氯剩余预期的历史数值相比变化了比标准偏差的固定百分比或固定数量还多，那么本发明的远程监控***将会发出一个警报或警告。

作为另一个示例，在用于向公众提供可饮用的饮用水的水处理设施的情况下的，从一个或多个传感器获得的数据可以与已知的***常数例如是流速，停留时间，以及其他相结合以产生消毒剂浓度乘以接触时间的乘积C*T。这个单独的简单因素在预测生物有机物失活的数量中是非常有用的。

作为另一个示例，在废水处理工厂（WWTP）的情况下，从收集***中上游位置，例如是从水处理或工业废水厂的排放地点或位置，的传感器处获得的数据的分析或操纵，用于监测致污物，污染物的量，也可以被用来预测未来到达中心WWTP的水的成分及流速。这可以采用已知的或预期的常数及信息，以及关于每个相关的上游地点或位置，例如在收集***中并且在或靠近排放点的传输时间，流速以及形状等的历史记录，通过简单的方法来实现。任何使用例如分析或操纵产生的结果，结论，报告等可以被用来警告从收集***接收废水的中心WWTP的操作者一个潜在的过载，从而在运行中可以采取适当的防范及变化。由于数据分析对于本领域普通技术人员来说是容易领会的，这能够提供在WWTP预期的正常情况或者需要立即行动以及通知负责方的超出范围的情况的强有力的指示。

根据其他实施例，装备，例如隔膜，的计划寿命或剩余寿命，可以基于运行性能数据通过远程监控***确定或估计。装备或作为一个整体的水处理***的效率等级可以通过远程监控***确定，效率等级有关于理论上的可能性或效率，其可以基于理论上的最小水，能量，以及化学消耗相对于计算的实际消耗。另外，金融及经济报告可以基于性能和/或消耗数据而产生。此外，数据可以被分析，以及与联邦和/或州的水质及环境保护管理要求相比较。

根据一些实施例，信息及数据可以被显示或呈现为一个输出，例如，分析结果和/或分析报告，以一个预定的格式，其可以被送至使用者，例如，客户，公务人员，授权人员，或管理部门。实际上，数据可以***纵并且被格式化为提交给管理部门所需的输出或分析报告。根据一些实施例，数据的分析或操纵可以被呈现为一输出，该输出能被上传至网络服务器及被做成通过网络浏览器可访问的以呈现给，例如，公务人员，客户或公众中的目标成员。作为一种选择，根据一些实施例，以警报形式的输出可以被发送以从正常情况中警告使用者一个问题或误差。

根据本发明的实施例，一旦数据被分析或操纵至输出中，例如分析结果或分析报告，输出可以通过任何已知的，可获得的，和/或合适的传输模式从远程电脑被发送至远程观测设备以供使用者观测。根据一些实施例，输出可以连续不断地，实时地，定期地或选定时间间隔地，根据情况地，或根据需求地被送至远程观测设备或被远程观测设备访问。举例而言，输出可以是一个在紧急或异常，有害，或与水处理***相关的危险品质，状态或情况的情况下送出的通知，警报，或警告，例如警报事件。这样的输出可以包括失败，关机，重要参数超标，装备损坏等的通知。作为一种选择，举例而言，输出可以由分析报告构成，其可以是一种提交给管理和/或执法部门的格式。远程监控***可以每周，每月，每年等发送，呈现或上传一个输出，性能概要，水质，或其他可以被水处理***的管理人员或被选出的官员，用户，供应商，或公众成员观测的其他信息。作为一种选择，远程监控***可以连续不断地，根据情况地，或根据使用者需求地发送，呈现，或上传一个输出。当被发送或被呈现，输出可以反映或示出更新的信息以及最近收集到的数据。

根据一些实施例，输出呈现的格式及复杂很可能取决于所倾向的接受者或使用者。举例而言，相比于呈现给被选出的官员，用户，或公众成员，当呈现给水处理***水处理***的内部管理人员或操作者时，一个可以包括任何与水处理***的运行有关的，或与水处理***加工或处理的水质，性质等有关的相关信息，数据，分析，结果，报告等的输出可以以一个更为复杂的形式被呈现。

根据本发明的实施例，一个或多个输出可以以一个或多个基于它们所倾向的接受者或使用者而具有不同复杂或复杂度的格式被发送，呈现，或上传至一个或多个远程观测设备，即便这样的一个或多个输出与相同的数据或信息相关。根据一些实施例，一个输出，例如关于当前数据的分析结果或分析报告，可以呈现在历史记录旁或与历史记录比较。输出同样可以被用来呈现计划好的及预计的维护报告。举例而言，输出可以提供或呈现预先配置的性能信息，维护，品质保证，品质控制，管理，成本报告，性能评估，图表，历史动态，管理报告工厂或设施加工，运行及经济信息，预防性维护的标志及日程安排，故障排除等等。根据一些实施例，访问本发明远程监控***的输出可以取决于恰当的安全措施，例如，登录及密码或其他认证条件。

根据一些实施例，输出可以被用来报告或呈现废水处理工厂（WWTP）中运行或情况的信息或分析，尤其是当其涉及注重健康及安全。分析结果可以采用多种不同的形式；然而，一个形式可以是根据时间的依据选定的目标参数的水消耗以及流速的预测。因此，举例而言，远程电脑是可操作用来计算在到达中心WWTP时各种成分的预测浓度，以及用来将计算后的数值与预先建立的和/或历史参数进行对比。

根据一些实施例，输出可以是一个以要求的格式被提交给管理部门的报告，例如，可视图表，统计报告，或合规性日程表，以符合部门的报告要求，并且这种输出的报告或发送可以自动地执行。饮用水的品质及安全标准由环境保护部门（EPA）根据公共水***监督程序所制定的。该标准由当地的部门执行。在美国有超过170000个供水区，其可以向90%的美国人提供饮用水。EPA针对那些如果消耗将对人类有害的物质，设计了初级标准，用于保护公众健康。EPA次级标准确保水的感官品质，例如，味道，气味，或透明度，得以满足。然而，每个供水区有责任监控其自身的饮用水以确保其满足所有饮用水标准。饮用水的处理过程也必须要被监控。因此，本发明的远程监控***不仅在日常连续监控这些标准是否满足的方面是有用的，在向部门以所需格式提供作为输出的自动产生的管理报告的方面也是有用的。

根据一些实施例，本发明的远程监控***可以自动准备满足管理需求所需的文件。这些文件可以被打印出并邮寄或通过合适的传输模式，例如通过传真，ftp，或电子邮件，传输给管理部门，从而减少或消除人类失误和/或有害操纵的机会。为了符合管理测试日程表，供水区通常被要求报告一份从每小时变化至每年变化的分析物测试结果列表，取决于供水水源。监控行程表可以根据呈现在某一给定水源中的致污物的类型而不同。每小时测试可以典型地包括可以被自动测量或收集的氯及浊度。

根据一些实施例，远程监控***的输出可以是一个发送至国土***门和/或执法部门的管理报告，在出现暗示水处理***蓄意干预的情况下，例如***的行动。本发明的实施例能够执行复杂的运算，操纵，分析等，以监测干预事件以及可能从正常故障或管理不善中分辨出这些事件。

根据本发明的实施例，输出可以以任何格式并且可以包含列表或图表显示，因为可能适于对特定使用者利于或聚焦数据的呈现或数据的分析或操纵。根据一些实施例，对于没有训练过或缺少关于水处理***运行的细节知识的非技术使用者而言，例如用户，选出的官员，或公众成员，远程监控***的输出可以是一个简单的呈现。举例而言，市政水处理工厂根本上是选出官员的责任。但是这些官员几乎没有经过技术训练或没有时间让他们直接访问那些是他们职责所在的***的性能参数。本发明的实施例可以轻易地被用来提供一个市政水处理***当前性能的容易理解的呈现输出。这样的输出可以被做成公众可访问到的，例如通过上传至网页经过因特网，因此允许公众中的目标成员根据期望地监控他们自己饮用水工厂的运行。在向非技术使用者提供数据的简单呈现中，运行参数可以被彩色编码并以图表或表格格式显示，等。

然而，根据一些实施例，在远程监控***的输出中的数据的简单呈现甚至可能对经过训练的水处理***操作者或管理者来说也是有利的。由此，数据的或者数据的分析或操纵的图表和/或彩色编码呈现可能被使用在任何输出格式或报告之中。图表呈现可以包括任何有助于输出或报告呈现的合适的图表格式，例如表格，饼图，柱状图等。举例而言，彩色编码可以被用于提供正常或异常运行的指示，以及警告状态或警报情况。远程监控***的输出还可以以地理布局或形式来示出数据或者数据的分析或操纵，从而帮助追踪或查明问题的源头或起因。历史数据或预期的数值同样可以与当前数据一同示出以作比较。当输出被提供给受过训练的使用者，例如，水处理***的管理者或操作者，数据和/或分析可以被呈现为示出了所有数据触发警报或数据接近触发点的情况的异常报告。

根据输出被送至或呈现给管理部门的实施例，输出或报告可以典型地被产生为三个初级管理等级：（A）加工***运行，（B）工厂品质保证（QA）/品质控制（QC），以及（C）经济监督。举例而言，加工***运行的输出或报告可以包含对于加工工厂***性能进行监控，维修，监督，以及故障排除所需的信息。在这种情况下，若可以，典型的信息及参数可以包括流速，压力，变量压力，渗透和/或离子交换量，pH，警报情况，蓄水池水平，以及合适的过程性能参数及趋势的图表呈现。

举例而言，工厂QA/QC输出或报告可以含有能够让工厂管理者有效管理下游制造或分配过程所需的信息。另外，品质保证人员能够监控处理过的水的品质及数量以确认符合规格及标准。在这个报告中的信息典型地包括处理水的生成速度（流量），处理水的消耗速度（流量），处理水储存量，储存体积（在当前生成和消耗速度），最终处理水的品质，对于管理合规性和/或QA/QC文档的报告及存档数据。

经济监督可以随工厂经济输出或报告而实现，其可以含有带利润及亏损或预算责任的管理者所需的信息以有效追踪运行成本以及确认预算差异，当它们发生时，从而允许及时的修饰动作。为了这个目的，包含在工厂经济报告中的典型的信息参数可以包括计算过的能量消耗（表示为kWh以及当地货币的实际价值）以及在使用者的供给泵/电机效率的基础上被运算为年至日，按前期的百分比，以及被运算为实际对上前期的变化以及预算/实际对上前期的变化。参数还可以包括计算过的化学消耗（表达在容积消耗中以及转换为当地货币）并且基于用户提供的化学给剂率以及整合的给水流速率而计算。这可以被执行为年至日，按前期的百分比，或者被执行为实际对上前期的变化以及预算/实际对上前期的变化。

根据本发明的实施例，输出包括可以使用任何合适的或适合的本领域已知的通信模式被送至远程观测设备的数据，分析，结果，分析报告等。输出可以基于输出类型和/或远程观测设备而具有任何合适的文件格式，例如但不限于，html，jpeg，gif，pdf等。在紧急或异常情况或运行的情况下，输出可以以一个合适的和/或定制的格式被送至预选择的接收者，例如，水处理***，执法部门，和/或管理部门的授权官员或操作者。输出的内容可以保密，并且可以通过加密或使用合适的账户名，协议及密码来控制对于包括了数据，分析，结果，分析报告等的输出的访问。多方或多人可以被通知，访问，或接收来自远程监控***的输出，因此允许在发送通知，警报，分析结果，分析报告中的冗余。

根据一些实施例，用于发送输出至远程观测设备或允许远程观测设备访问输出的通信模式可以变化并且可以使用任何合适的技术。举例而言，根据一些实施例，包括了数据，分析结果，分析报告等的输出可以被上传至因特网或网络服务器用于远程观测设备的访问，可视化，或下载，例如通过使用网络浏览器。根据一些实施例，因特网或网络服务器可以是远程监控***的远程电脑或者可以是一***立的电脑或服务器。根据一些实施例，输出可以在没有或很少被远程电脑操纵或分析过的情况下，或在没有或很少被使用者通过远程观测设备可视化或下载的情况下被上传至因特网或网络服务器用于访问。根据这些实施例，举例而言，源于一个或多个传感器的数据或信息可以首先在被传输至远程电脑之前被本地电脑分析或操纵。通过使得输出在因特网网络服务器上是可获得的，包括了数据，分析结果，分析报告，警报，警告等的输出的通信或散布可以被极大地利于并且可以涉及目标或授权的接收者。举例而言，任何授权的接收者可以通过异步地访问来自因特网网络服务器的数据，信息，输出等来访问网页上输出的数据，分析结果，分析报告，警报，警告等。而且，包括数据，分析，结果，分析报告，警报，警告等的输出可以被连续不断地或定期地更新并使其近乎实时地可被获取。

根据一些实施例，用于向远程观测设备发送或允许远程观测设备访问的输出的通信模式可以包括其他合适的技术，例如举例而言，通过传真，文件传输协议（FTP），声音或文本消息，文本至声音电话消息，电子邮件，寻呼机，人类语音呼叫，SMS消息，实时传讯或群件协议，或者其他可以被连接至电话线，公众交换电话网（例如，通过电传），因特网，蜂窝网络，无线或卫星通信，无线电通信等的电脑程序调解的消息媒介。参见上述对于通信模式另外的示例的描述。可以与本发明的示例一起使用的远程观测设备的示例可以包括，举例而言，个人电脑，服务器等，以及多种个人通信装备，例如PDA，手机，寻呼机，

等。根据一些实施例，远程观测设备可以与本发明远程监控***的远程电脑相同。

本发明实施例的一个优点在于水质及处理数据的远程储存及操纵可以使得水处理***的运行更加安全并且不容易被未授权的个体或外人通过将水处理***的运行及控制从本发明的数据分析，操纵和/或通信或报告功能中分离出来从而干预或控制。举例而言，这个特征在监测由个人或水处理***的外人直接干预方面是有用的，例如***行动。根据本发明的实施例，由于远程监控***的远程电脑物理上独立于水处理***的运行，因此，对于水处理***的个人干预不可能还会访问至本发明的远程监控***，尤其是因为对于远程监控***的访问可以是被控制的或密码保护的。根据这些实施例，如果黑客远程访问了本发明的远程监控***，除非可能通过传输模式，他们无法直接访问并控制水处理***的运行，因为远程电脑和数据库是在外部的，物理上远程的，并且没有与被监控的加工设施相连接。

本发明实施例的另一个优点，举例而言，在于将关于水处理***运行的输出或其他数据，信息等通过通信模式发送至远程观测设备的能力可以减少操作者或授权人员去访问被监控或维护等的水处理***的站点的需求。如果数据不得不被本地收集或不得不被与设备或本地电脑的直接连接收集，这将减少与监控水处理***相关联的成本。这尤其是真的，如果远程监控***被进一步与传感器及其他需要较少维护及服务的设备，例如不用接触水并且在没有维护或服务的情况下能长时间可靠运行的传感器。

本发明实施例的另一个优点在于本发明的远程监控***可以产生一个冗余层，该冗余层可以与由有资格的个体在水处理***或设施上执行的直接监控相独立和/或相补足，从而保护水处理***的运行。冗余同样可以由，或许是同步地，向多人和/或实体以相同或不同的格式报告分析或操纵数据来实现。除此之外，远程监控***可以减少或消除人类直接参与的需求。通过在没有人类直接参与的情况下，远程监控***能自动实时地执行对于原始数据的计算及操纵，在评估，分析等水处理***的运行及水品质中人类失误将会变得更少。

本发明实施例还有一个优点在于来自位于遍及水处理***多个位置或地点的传感器以及位于作为较为广泛的分配或收集***一部分的领域中多个位置或地点的传感器的数据及信息可以被组合，合并，编译等。根据一些实施例，分配或收集***中的地点或位置可以被考虑为水处理***的一部分，即便分配或收集***可以独立于水处理***的水处理核心设施而运行。除了本发明中的远程监控***通信，这些位于多个位置或地点的传感器可以独立地运行和/或与传感器之间没有通信。通过比较来自这些多个独立地点或位置的数据，将水处理及分配***作为一个整体，一个更加先进的分析及结论形式可以执行或产生。举例而言，较好的下游致污物事件的预期及希望可以通过具有从遍及于与水处理***相关联的收集或分配***中的地点或位置获得的多个数据点而产生，因此允许在下游采取合适的动作以减少或防止由致污物事件引起的影响或损害，例如，危险的，有毒的或不健康的致污物被引入至环境或饮用水中。

举例而言，水处理核心设施可以是一个接收从多个源头在上游释放，汇集至普通的收集***，然后流入至中心WWTP的污水的中心废水处理厂（WWTP）。收集***可以服务许多流入中心WWTP的废水处理站点或工业废水站点。根据本发明的实施例，多个传感器可以遍及于包括水处理及工业废水站点的收集***以监控进入普通收集***的排放。水处理站点可以包括在废水被排放至普通收集***之前对废水进行处理的城市，厂商，农业操作等。对于WWTP操作者而言，进场废水的成分的准确预计将对WWTP设施的高效运行是高度有利的。

根据本发明的实施例，服务于地理上分配的废水收集***的WWTP中流入水的成分可以从由位于上游的，例如是在排放入普通收集***的废水处理站点或工业废水站点处或附近的传感器采取的测量中得以估计。由于离开废水收集***中每个处理或工业站点的水的水流模式，传输时间，以及成分可以是已知的，到达WWTP的进场水的预期成分可以被计算出并且被可靠地及快速地传输至中心WWTP的操作者和/或被远程地传输至其他实体或人，例如通过远程观测设备。除了已知的信息以外，容积流率可以使用一个或多个传感器而被测量。这个在先的通知允许WWTP以一种相对于当前的在致污物已经进入或甚至已经通过***之后才出现第一知晓或信息的方式更加有效的方式对不同的致污物或污染物引入作出响应。对于那些在WWTP下游运行的再利用设施的WWTP实体而言，这个在先的知晓甚至是更加有用的，因为，它允许再利用设施根据防止对加工设施损坏的要求修饰其运行。WWTP操作者容易领会的是，对进场废水的成分的知晓将会对确保中心设施以最高效率持续运行产生极大的好处。

本发明实施例的另一个优点在于，问题的起因，范围或位置或致污物的源头可以通过具有从在遍及水处理***的地点或位置处的，例如，在水处理核心设施中以及遍及于收集或分配***，即在领域中的传感器处获得的更多独立的参考数据点，而较好地被确定，被追踪或被区分。这样的分析或确认可以通过用于比较的历史数据或已知信息而得到帮助，这些历史数据或已知信息与水处理***运行的环境相关的水处理***的运行有关。举例而言，化学或生物活性剂可以在饮用水处理设施的下游点被故意地注入至分配***。一个富有经验的***可能会首先将氯清洁剂，例如，焦亚硫酸钠，注入至分配***以清除正常存在的余氯。在偏亚硫酸氢盐注射点的下游某点，化学或生物药剂可以被注射入水中而不会遭到任何残留消毒剂的破坏。在分配***中没有合适的带有传感器的远程监控***，这样的致污物在相当一段时间内不会被监测到，这会允许生物或化学药剂彻底渗透遍及分配***。相比之下，远程监控***可以监测到在传感器处的余氯已经将至为零并且发出警报。尤其是与可获得的历史数据进行比较，远程监控***将能够减少虚假恐怖袭击警报的发生率，由于从处理设施的传感器及从分配***中的传感器获得信息会被比较。举例而言，如果氯浓度的下降既在水处理工厂又在分配***中的点处被观察到，加氯装备的故障可以被确定并且可以区别于恐怖袭击。

本发明实施例的另一个可能的优点在于，数据可以被传输至远程电脑，在那先进的运算，操纵，分析等可以在输出的报告，上传等之前被执行，输出例如是分析结果，分析报告，或对于使用者的警告。在远程电脑上的软件程序比本地获取的更加复杂，例如，与用于控制和运行水处理***，工厂或设施的本地电子控制***。这可能允许现有的控制***的处理能力不会受损或影响。举例而言，由远程电脑上数据的操纵而产生的分析报告可以包括以部门要求的格式提交给管理部门的提交物以满足报告要求，并且这样的报告可以自动地执行。远程分析，操纵等可以快速地并自动地执行以实时地，连续不断地，以选定的周期或定期的间隔地，根据条件地，或根据使用者的需求地远程监控运行及水体情况，并且快速地向一个或多个使用者产生多种类型的输出，例如警报，分析结果，分析报告等。举例而言，软件程序可以单独地产生一个详细的管理报告用于提交给管理部门，向授权人员发送一个简单的警报以警告致污物或设备故障，和/或将关于水处理***的数据及信息公布在网页上以供公众成员访问。作为一种选择，数据及信息的分析，操纵等可以在本地电脑上被本地执行，例如记录器设备。根据一些实施例，除了远程电脑上的数据及信息的进一步分析，操纵等，这样的数据及信息的分析，操纵等可以在本地电脑上被执行。

本发明实施例的另一个优点在于更好的灵活性及可访问性可以实现，其超过了现有的允许访问远程电脑以接收从远程电脑通过任何已知通信手段或模式发出的数据，信息，报告等的***。通过具有更好的可访问性及数据，信息，报告等的通信，更好的协调可以在水处理***的不同部分以及任何有关的收集或分配***之间得以实现，它们可以包括，例如，在WWTP的情况下的工业废水排放的远程地点或位置。

本发明实施例的另一优点在于，远程监控***可以以适度的成本实施，由于在水处理***的设计及布局没有修改的情况下，远程监控***可以被整合于或连接于现有水处理***的传感器和/或电子控制***。再者，收集自水处理***的数据可以被电子传输至远程电脑，例如，采用现有的通信网络。

在一个实施例中，本发明采用了一个或多个碳纳米管阵列，每个作为传感器设备的独立的工作电极。根据本发明的实施例，图5示出了位于基板506上的包括一碳纳米管阵列504的工作电极502。阵列504包括碳纳米管522，524及526各自的行512，514及516。每个碳纳米管522，524及526于其一端528与基板506相键合。图5还示出了通过导线554与行512的碳纳米管522连接的以及通过导线556与行516的碳纳米管526连接的电气连接552。电气连接558则通过导线560与行514的碳纳米管524连接。导线554，556及560可以被安装在基板506中或安装在基板506上。导线552，554及560可以是印刷电路板的一部分，基板506被安装在印刷电路板上。电气连接552及558可以连接至传感器的其他电子设备，例如电源，读取装置等，这取决于每行纳米管所预期的官能。

为了便于描述，尽管在图5中仅示出了三行纳米管，但本发明的碳纳米管阵列可以具有许多行。

在一个实施例中，阵列504的每行碳纳米管具有不同的官能，行512的每个碳纳米管522具有第一官能。行514的每个碳纳米管524具有与第一官能不同的第二官能。行516的每个碳纳米管526具有与第一及第二官能不同的第三官能。行512，514及516其中一行的碳纳米管的官能可以是碳纳米管是无官能化的。每行碳纳米管可以作为带有分别被行512，514及516的碳纳米管522，524及526感测到的分析物的传感器，这取决于碳纳米管在各行中的官能。在这个实施例中，电气连接552及558可以分别连接至各自的读取设备。

在其他实施例中，纳米管阵列的一行或多行纳米管可以作为产生质子的阳极，质子影响对于作为对于一个或多个分析物的传感器的其他行纳米管的pH环境。举例而言，碳纳米管524可以作为阳极，碳纳米管522及526可以作为分析物的传感器。电气连接558可以下拉一个导致行514的碳纳米管524产生质子的电压。随着下拉至行514的碳纳米管524上的电压数量增加，增加pH的效果可以通过被行512及516的碳纳米管522及526感测到的分析物的浓度和/或数量而被观察到。

如果碳纳米管522及526都具有它们自己的电气连接，而不是一个共享的电气连接，行512及516的碳纳米管522及526可以分别通过使用带有不同官能的行512及516的纳米管被用作对不同分析物的传感器。

在其他实施例中，交替的碳纳米管行可以作为阴极和阳极，以分别还原及氧化分析物，从而允许分析物既被感测到又被再生成。举例而言，电气连接552可以被用来驱动分别在行512及516的碳纳米管522及526上的一个还原反应，以及电气连接558可以被用来驱动一个在行514的碳纳米管524上的氧化反应。取决于被感测的特定分析物，碳纳米管522及526可以作为传感器，或者碳纳米管524可以作为传感器。

尽管在图5中仅仅示出了三行碳纳米管，但本发明预想可以由许多行碳纳米管，其中交替行可以驱动产生还原反应及氧化反应。

尽管在图5中示出的本发明实施例中，每行碳纳米管只有一根导线，但在其他实施例中，每个碳纳米管都可以有一个电气导线。在一些实施例中，甚至每个纳米管都有一个电气连接。

根据本发明的实施例，图6示出了一个包含工作电极612，对电极614及参考电极616的电极池组件602。工作电极612包含于其一端626与基板628相键合的碳纳米管624的阵列622。每个碳纳米管624具有相同的官能。

根据本发明的实施例，图7示出了一个包含安装在基板716上的碳纳米管714的方形阵列712的工作电极。每个碳纳米管714具有相同的官能。

工作电极组件包含多个工作电极，每个工作电极由一个具有不同配置的碳纳米管阵列制成。

根据本发明的实施例，图8示出了一个包含两个分别安装在基板826上的碳纳米管822及824的矩形阵列812及814的工作电极组件802。阵列812及814都作为一个独立的工作电极。碳纳米管822具有第一官能。碳纳米管则具有与碳纳米管824的第一官能不同的第二官能。

根据本发明的实施例，图9示出了一个具有基板904的工作电极组件902，在基板上安装有对电极906。工作电极包含四个分别安装在基板904上的碳纳米管922，924，926及928的方形阵列912，914，916，918。阵列912，914，916，918分别作为一个独立的工作电极。碳纳米管922具有第一官能。碳纳米管924具有第二官能，碳纳米管926具有第三官能。碳纳米管928则具有第四官能。第一，第二，第三及第四官能可以都不同或有两个或更多的官能是相同的。

根据本发明的实施例，图10示出了一个包含九个分别安装在基板1050上的碳纳米管1032，1034，1036，1038，1040，1042，1044，1046及1048的方形阵列1012，1014，1016，1018，1020，1022，1024，1026及1028的工作电极组件1002。阵列1012，1014，1016，1018，1020，1022，1024，1026及1028分别作为一个独立的工作电极。碳纳米管1032具有第一官能。碳纳米管1034具有第二官能。碳纳米管1036具有第三官能。碳纳米管1038具有第四官能。碳纳米管1040具有第五官能。碳纳米管1042具有第六官能。碳纳米管1044具有第七官能。碳纳米管1046具有第八官能。碳纳米管1048具有第九官能。第一，第二，第三，第四，第五，第六，第七，第八及第九官能可以全都不同或者有两个或更多的官能是相同的。

根据本发明的实施例，图11示出了一个包含两个分别安装在基板1126上的碳纳米管1122及1124的矩形阵列1112及1114的工作电极组件1102。阵列1112及1114分别作为一个独立的工作电极。碳纳米管1122及1124具有相同的官能。由于分别在不同的电气环境1132及1134中，如虚线框所示，矩形阵列1112及1114作为传感器具有不同性质。举例而言，由于通过电气连接（图11中未示出）分别在碳纳米管1122及1124上施加电流或从中撤回电流，碳纳米管1122可以是在一个还原环境中，而碳纳米管1124可以是在一个氧化环境中。

根据本发明的实施例，图12示出了一个具有基板1204的电极池组件1202，在基板上安装有对电极1206，压力传感器1208以及参考电极1210。电极池组件1202包含四个分别安装在基板1204上的碳纳米管1232，1234，1236及1238的方形阵列1222，1224，1226及1228。阵列1222，1224，1226及1228分别作为一个独立的工作电极。碳纳米管1232具有第一官能。碳纳米管1234具有第二官能。碳纳米管1236具有第三官能。碳纳米管1238具有第四官能。第一，第二，第三及第四官能可以都不相同或者有两个或更多的官能是相同的。

根据本发明的实施例，图13示出了一个具有基板1304的电极池组件1302，在基板上安装有对电极1306，压力传感器1308，参考电极1310以及流量传感器1312。电极池组件1302包含四个分别安装在基板1304上的碳纳米管1332，1334，1336及1338的方形阵列1322，1324，1326及1328。阵列1322，1324，1326及1328分别作为一个独立的工作电极。碳纳米管1332具有第一官能。碳纳米管1334具有第二官能。碳纳米管1336具有第三官能。碳纳米管1338具有第四官能。第一，第二，第三及第四官能可以都不相同或者有两个或更多的官能是相同的。

图14示出了本发明的传感器设备1402，其包含传感器底座1412，工作电极组件1414以及对电极1416。传感器底座1412包括一圆柱主体1422，一传感器底座近端1424以及一传感器底座远端1426，圆柱主体由绝缘材料制成，例如塑料。连接至传感器底座近端1424的是电气连接1432，其将传感器底座1412连接至监控设备（图14中未示出）。圆柱主体1422包括一金属的外螺纹接触面1434。外螺纹接触面1434与延伸穿过圆柱主体1422的电线（未示出）电性通信，并且与电气连接1432中各自的电线（未示出）连接。传感器底座远端1426包括方形凹槽1436。安装在方形凹槽1436中的是一个圆形参考电极1442，其由导电材料，例如是金属制成，并且其与延伸穿过圆柱主体1422的电线（未示出）电性通信，并且与电气连接1432中各自的电线（未示出）连接。方形凹槽1438包括四个触销插座1444，其包括插座接触面（未示出），其与延伸穿过圆柱主体1442的电线（未示出）电性通信，并且与电气连接1432中各自的电线（未示出）连接。

工作电极组件1414包括具有一个圆形开口1454及四个从工作电极底座1452的近侧1458垂直延伸的触销1456（在图14中仅有两个可见）的方形工作电极组件底座1452。在工作电极组件底座1452的远侧1460上有四个碳纳米管阵列：阵列1462，阵列1464，阵列1466及阵列1468。阵列1462，阵列1464，阵列1466及阵列1468分别作为一个独立的工作电极。在每个碳纳米管阵列的碳纳米管被键合至工作电极组件底座1452于一端，并且与各自的触销1456电性通信。工作电极组件1414安装在方形凹槽1436中，触销1456则被收容于触销插座1444中从而每个触销1456与各自的插座接触面相接触。当工作电极组件1414安装在方形凹槽1436中时，参考电极1442延伸穿过工作电极组件1414的圆形开口1454。对电极1416由导电材料，例如金属制成，并且呈环状。对电极1416包括可以被用来将对电极旋拧至外螺纹接触面1434上的内螺纹1472，因此，使得对电极1416与外螺纹接触面1434形成电性接触。在对电极1416中的开口1474允许含有一个或多个目标分析物的水样品接触工作电极组件1414以及参考电极1442，当传感器设备1402被浸入水样品中时。阵列1462的碳纳米管具有第一官能。阵列1464的碳纳米管具有第二官能。阵列1466的碳纳米管具有第三官能。阵列1468的碳纳米管具有第四官能。第一，第二，第三及第四官能可以都不相同或者有两个或更多的官能是相同的。

图15示出了本发明的传感器设备1502，其包含传感器底座1512，工作电极组件1514以及对电极1516。传感器底座1512包括一圆柱主体1522，一传感器底座近端1524以及一传感器底座远端1526，圆柱主体由绝缘材料制成，例如塑料。连接至传感器底座近端1524的是电气连接1532，其将传感器底座1512连接至监控设备（图15中未示出）。圆柱主体1522包括一金属的外螺纹接触面1534。外螺纹接触面1534与延伸穿过圆柱主体1522的电线（未示出）电性通信，并且与电气连接1532中各自的电线（未示出）连接。传感器底座远端1526包括方形凹槽1536。安装在方形凹槽1536中的是一个圆形参考电极1542，其由导电材料，例如是金属制成，并且其与延伸穿过圆柱主体1522的电线（未示出）电性通信，并且与电气连接1532中各自的电线（未示出）连接。方形凹槽1538包括四个触销插座1544，其包括插座接触面（未示出），其与延伸穿过圆柱主体1522的电线（未示出）电性通信，并且与电气连接1532中各自的电线（未示出）连接。

工作电极组件1514包括具有一个圆形开口1554及四个从工作电极底座1552的近侧1558垂直延伸的触销1556（在图15中仅有两个可见）的方形工作电极组件底座1552。在工作电极组件底座1552的远侧1560上有三个碳纳米管阵列：阵列1562，阵列1564及阵列1566。阵列1562，阵列1564及阵列1566分别作为一个独立的工作电极。在每个碳纳米管阵列的碳纳米管被键合至工作电极组件底座1552于一端，并且与各自的触销1556电性通信。工作电极组件1514安装在方形凹槽1536中，触销1556则被收容于触销插座1544中从而每个触销1556与各自的插座接触面相接触。当工作电极组件1514安装在方形凹槽1536中时，参考电极1542延伸穿过工作电极组件1514的圆形开口1554。对电极1516由导电材料，例如金属制成，并且呈环状。对电极1516包括可以被用来将对电极旋拧至外螺纹接触面1534上的内螺纹1572，因此，使得对电极1516与外螺纹接触面1534形成电性接触。在对电极1516中的开口1574允许含有一个或多个目标分析物的水样品接触工作电极组件1514以及参考电极1542，当传感器设备1502被浸入水样品中时。阵列1562的碳纳米管具有第一官能。阵列1564的碳纳米管具有第二官能。阵列1566的碳纳米管具有第三官能。第一，第二及第三官能可以都不相同或者有两个或更多的官能是相同的。

在图14及15中，工作电极组件可以被保存在传感器底座的方形凹槽中的位置，通过使用粘合剂用于在工作电极组件底座上和/或在方形凹槽的边缘上提供衔接结构从而工作电极组件可以被扣合在位置中。同样的，尽管图14及15的工作电极组件分别具有四个和三个碳纳米管阵列，但是工作组件可以包括任意数量的碳纳米管阵列。

图16示出了本发明的传感器设备1602，其包括传感器底座1612，电极池组件1614以及环形帽1616。传感器底座1612包括一圆柱主体1622，一传感器底座近端1624以及一传感器底座远端1626，圆柱主体由绝缘材料制成，例如塑料。连接至传感器底座近端1624的是电气连接1632，其将传感器底座1612连接至监控设备（图16中未示出）。圆柱主体1622包括一金属的外螺纹1634。传感器底座远端1626包括盘形凹槽1636。

电极池组件1614包括一盘形组件底座1640，其具有一近侧1642，一远侧1644以及一外边缘1646。安装在近侧1642上的是一工作电极组件1652，一围绕工作电极组件1652的呈矩形开口状的对电极1654以及一参考电极1656。工作电极组件1652包含两个阵列，碳纳米管阵列1662及1664。阵列1662及1664分别作为工作电极。近侧1642包括分别与对电极1654，参考电极1656，阵列1662及阵列1664电气通信的接触面（未示出），并且当电极池组件安装在凹槽1636中时，这些接触面分别与在凹槽1636中的各自的接触面（未示出）接触。在凹槽1636中的接触面与延伸穿过圆柱主体1622的电线电性通信，并且与电气连接1632中各自的电线（未示出）连接。阵列1662的碳纳米管具有第一官能。阵列1664的碳纳米管具有第二官能。取决于如何使用阵列1662及1664，第一及第二官能可以是不同的或相同的。

帽1616由绝缘材料制成，例如塑料，并且包括可以被用来利用外螺纹1634旋拧至传感器底座1612上的内螺纹1672。帽1616包括开口1674，其允许含有一个或多个目标分析物的水样品接触工作电极组件1652的阵列1662及1664，对电极1654及参考电极1656，当传感器设备1602被浸入水样品中时。开口1674直径上小于组件底座1640，因为，当帽1616旋拧至传感器底座1612上时，帽1616包括延伸超过外侧边缘1646的唇边1676，因此，将电极组件1614保留在凹槽1636的位置中。当充分旋拧至传感器底座1612上时，唇边1676将会与传感器底座的远端1626相接触。

在一些实施例中，如图14，15及16所示的相互邻近的工作电极组件的阵列可以被如图17及18如下所示的相互分离的工作电极组件的阵列所取代。

根据本发明的实施例，图17示出了一电极池组件1702。电极池组件1702包括一平板1712，其上安装有包含两个阵列，碳纳米管阵列1724及1726的工作电极组件1722。阵列1724及1726分别作为一工作电极。阵列1724及1726在安装在平板1712上的参考电极的任意一侧。安装在平板1712上的对电极1734为一围绕工作电极组件1722及参考电极1732的矩形开口。平板1712的背面（未示出）包括各自与阵列1724，阵列1726，参考电极1732及对电极1734电性通信的接触。阵列1724的碳纳米管具有第一官能。阵列1726的碳纳米管具有第二官能。取决于如何使用阵列1724及1726，第一及第二官能可以是不同的或相同的。电极池组件1702可以被用于图16的电极池组件的地方，或者用于那些需要紧凑的电极池组件的其他应用。

根据本发明的实施例，图18示出了一电极池组件1802，其是对于含有一个或多个目标分析物的水样品的流通池（未示出）的一部分。水样品沿箭头1804的方向流动。电极池组件1802包含一工作电极组件1822，该工作电极组件包含两个阵列，碳纳米管阵列1824及1826，它们相互平行地安装在流通池的对壁上。阵列1824及1826分别作为一个单独的工作电极。对电极1842及参考电极1844安装在流通池的底壁上。阵列1824及1826各自的电性连接1854及1856允许分别从阵列1824及1826获取传感器读数。阵列1824的碳纳米管具有第一官能。阵列1826的碳纳米管具有第二官能。取决于如何使用阵列1824及1826，第一及第二官能可以是不同的或相同的。

工作电极组件，参考电极，对电极及碳纳米管阵列可以具有多种不同的形状。举例而言，图19示出了具有工作电极组件1912的电极池组件1902，其形状为椭圆，并且开口椭圆状对电极1914围绕工作电极。圆形参考电极1916位于工作电极组件1912中的开口1918中。工作电极组件1912包括两个阵列，碳纳米管阵列1922及1924。阵列1922及1924分别作为一个独立的工作电极。阵列1924的碳纳米管具有第一官能。阵列1926的碳纳米管具有第二官能。取决于如何使用阵列1924及1926，第一及第二官能可以是不同的或相同的。阵列1924及1926具有两条用于阵列1924及1926彼此分界的分界边缘1952及1954。

图20示出了安装在管道2012（例如水管）中的具有内表面2014的开管传感器2002。在内表面2014的远端2016，如箭头2022所指，在内表面2014的整个圆周附近安装有工作电极组件2016。工作电极组件2016包含多个碳纳米管阵列2032。每个阵列2032作为一独立的工作电极，并且可以被用来监测不同的分析物。为了便于描述，在图20中仅示出了一些阵列2032。参考电极2042以及对电极2044同样被安装在内表面2014上。取决于如何使用阵列2032，每个阵列2032的碳纳米管可以是不同的，或者两个或多个阵列的碳纳米管具有相同的官能。本发明中不同的阵列还可以与目标水分析物参数交叉关联，因此提供给一内嵌的水质分析试剂盒。

图20的开管传感器可以被制成管道的一部分，或者可以被制成***在管道中的独立的圆形***物。开管传感器甚至可以是能被黏着在管道内表面的一片带子。

本发明的碳纳米管阵列还可以与单独的过滤器一起使用，以整体上修饰整个阵列，或者与阵列的每个碳纳米管各自的过滤器一起使用。

根据本发明的一个实施例，图21及22示出了一包含安装在基板2120上一工作电极2112，一参考电极2114以及一对电极2118的电极池组件2102。对电极2118呈一开口矩形并且围绕工作电极2112及参考电极2114。工作电极2112包含安装在工作电极底座2126上的碳纳米管2124的阵列2122。工作电极2112还包括一覆盖整个阵列2122的过滤材料2132。取决于应用，每个碳纳米管2124可以具有不同的官能，或者两个或更多的碳纳米管可以具有相同的官能。

图23示出了一包含仅仅示出了五个碳纳米管2322，2324，2326，2328，2330的碳纳米管阵列2312的工作电极组件2302。每个碳纳米管2322，2324，2326，2328，2330被键合至工作电极组件2302的基板2336。碳纳米管2322，2324，2326，2328，2330通过各自的延伸过基板2336的电性连接2342，2344，2346，2348，2350与一传感器设备（未示出）相连接。如果电性连接2342，2344，2346，2348，2350相互连接，那么碳纳米管2322，2324，2326，2328，2330共同作为一个单独的工作电极。如果电性连接2342，2344，2346，2348，2350相互独立，那么每个碳纳米管2322，2324，2326，2328，2330都能作为一个单独的工作电极。各自的过滤材料涂层2362，2364，2366，2368，2370分别涂敷于碳纳米管2322，2324，2326，2328，2330的表面。取决于应用，每个过滤材料涂层2362，2364，2366，2368，2370都是不同的，或者两个或更多的过滤材料涂层可以是相同的。取决于应用，每个碳纳米管2322，2324，2326，2328，2330可以具有不同的官能，或者两个或更多的碳纳米管具有相同的官能。

被使用的过滤材料包括任何特殊用途离子或者分析物选择性材料。举例而言，对于铬酸盐分析物而言，过滤材料可以包括嵌入在合适的聚合物基体中的离子选择性材料的双（乙酰丙酮）镉II。对于酶监测而言，过滤材料可以包括一透气性硅橡胶材料。对于阳离子监测而言，过滤器可以包括嵌入在合适的聚合物中的同伴离子载体。对于钠监测而言，过滤器可以包括冠醚（crown ester）和/或嵌入在合适的聚合物中的二苯并pyrindo-180-冠-6（dibenzopyrindo-18-crown-6）。对于钾监测而言，过滤器可以包括嵌入在合适的聚合物中的缬氨霉素。对于铍监测而言，过滤器可以包括嵌入在合适的聚合物中的苯并-9-冠-3（benzo-9-crown-3）。对于H₃O⁺监测而言，过滤器可以包括氨化及羧化聚（氯乙烯）。这些示例是为了说明的目的，然而，任何离子选择性，或生物活性受体模型，基底材料可以被用于过滤材料的成分。

在其他的实施例中，涂层材料可以是金属或金属氧化物涂层。举例而言，TiO₂或者RuO₂，或者金，银或其他基本涂层。通过将金属氧化物或金属涂敷在CNTs上，作为一个次级结构，这将可能产生三维结构，其可以被直接用来分析，或者它们可以为了额外的分析物特异性而被官能化。这种安排可以被采用为四电极电导传感器。

图24示出了改变碳纳米管阵列的环境的另一种方式。图24示出了以工作电极组件2402，其包含一基板2404，一驱动电极2412，一感测电极2414，一驱动电极2416以及一感测电极2418，它们都包含一碳纳米管阵列。驱动电极2412可以被做成阴极或阳极以影响感测电极2414周围的pH环境。类似地，驱动电极2416可以被做成阴极或阳极以影响感测电极2418周围的pH环境。

图25，26，27示出了采用一个或多个包含碳纳米管阵列的工作电极的电极池组件是如何与比色水分析设备，例如哈希公司CL17^TM型号的氯分析器，一起使用的。图25，26，27示出了以比色分析设备2502，其中安装有电极池组件2512，其包含都安装在单元组件基板2528上的一工作电极组件2522，一对电极2524以及一参考电极2526。对电极2524呈开口矩形并围绕工作电极组件2522。工作电极组件2522包含两个工作电极，工作电极2532及2534。工作电极2532包含碳纳米管2542的阵列。工作电极2534包含碳纳米管2544的阵列。碳纳米管2542及2544被键合至基板2546。取决于应用，碳纳米管2542及2544可以具有相同或不同的官能。图27示出了安装在水比色分析设备2502的感测区域的腔室2522中的电极池组件2514。水样品2556的源头2554以及试剂2560，例如pH指示剂的源头2558被提供至腔室2552，在腔室中水样品2556及试剂2560被混合并被工作电极2542及2544感测。如果碳纳米管2542及2544的官能是不同的，工作电极2532及2534可以感测水样品2556中不同的分析物。在一个实施例中，工作电极2532和/或工作电极2534可以感测呈现在水样品2556中的Cl₂。排水管2572允许废弃的水样品2556与试剂2560的混合物2574流过腔室2552。

在本发明的实施例中，水分析设备可以只采用如图26及27所示的一个电子单元组件以及腔室的形式，其不带有比色分析的部分。这样的水处理设备可以简洁地被制造。

图28及29示出了以水处理设备2802，其中安装有安装在分析设备2802的主体2818中的一工作电极组件2812，一对电极2814以及一参考电极2816，并且与水通道2820相接触作为感测区域。工作电极组件2812包含两个工作电极，工作电极2822及2824。工作电极2822包含碳纳米管2832的阵列。工作电极2824包含碳纳米管2834的阵列。碳纳米管2832及2834被键合至基板2836。取决于应用，碳纳米管2832及2834可以具有相同或不同的官能。水样品2856的源头2854以及试剂2860，例如pH指示剂的源头2858以箭头2862所指方向被提供至通道2820，在通道中水样品2856及试剂2860被混合并被工作电极2842及2844感测。如果碳纳米管2842及2844的官能是不同的，工作电极2832及2834可以感测水样品2856中不同的分析物。在一个实施例中，工作电极2832和/或工作电极2834可以感测呈现在水样品2856中的Cl₂。排水管2872允许废弃的水样品2856与试剂2860的混合物2874流过通道2820。

图30的表1示出了取代基，本发明中带有这些取代基的碳纳米管可以被官能化以监测特定的分析物。举例而言，为了监测pH，碳纳米管可以通过将硫酸乙烯或二茂铁碳醛，即，有机金属取代基键合至碳纳米管而被官能化。为了监测氯，取代基3112可以被键合至碳纳米管阵列。为了监测氟化物，取代基3014可以被键合至碳纳米管阵列。

根据本发明的实施例，图31示出了碳纳米管3112的阵列3102，其中，碳纳米管3112以随机配置在基板3114上生长。

图32示出了碳纳米管3212及3214的阵列3202及3204分别以水平堆叠配置在基板3216上生长。碳纳米管3212短于碳纳米管3214。碳纳米管3212及3214沿箭头3322的方向生长。

根据本发明的实施例，图33示出了碳纳米管3312的阵列3302，其中碳纳米管3312以垂直堆叠配置在基板3314上生长。

图34示出了具有开口头配置的碳纳米管3404的一端3402。图35则示出了具有帽配置的碳纳米管3504的一端3502。

在本发明的实施例中，基板可以由硅或石墨制成，其上可以生长碳纳米管。

根据本发明的一个方面，一个方法被提供，其包含如下步骤：（a）将收集自水处理***中一个或多个碳纳米管传感器的数据传输至一个被安置在远离水处理***的第一位置的远程电脑；并且（b）基于数据产生一个输出，其中，数据通过一个传输模式从水处理***被传输至远程电脑。根据一些实施例，远程电脑可以仅仅通过传输模式与水处理***连接或链接。根据一些实施例，分析器可以分析或操纵数据以产生输出。分析器可以包含一源代码或以软件程序。根据一些实施例，分析器可以连续不断地，实时地，定期地或选定时间间隔地，根据情况地，或按使用者所需地比较数据。根据一些实施例，输出可以包含如下中的一个或多个：数据，警报，分析结果，或者分析报告。

根据一些方法实施例，水处理***可以包含水处理核心设施，该水处理核心设施是用于向公众分配可饮用的饮用水的水处理设施，并且水处理***可以进一步包含一分配***。根据一些实施例，水处理***可以包含一水处理核心设施，该水处理核心设施是废水处理厂（WWTP），并且水处理***可以进一步包含一收集***。

根据本发明的方法实施例，远程电脑可以在物理上与水处理***隔开一距离位置，和/或远程电脑可以仅仅通过传输模式与水处理***连接或链接。根据本发明的方法实施例，远程电脑自身可以包含或许如下的至少一个：一电脑，一因特网或网络服务器，一数据库，或一ftp服务器。一个或多个碳纳米管传感器监测或测量在水处理***中水的品质。根据一些实施例，一个或多个碳纳米管传感器监测或测量在水处理***中如下水品质的一个或多个：温度，化学成分，总有机碳（TOC），流量，流速，废品，致污物，导电性，pH，溶解氧，压力，浊度，渗透流，氯或氟浓度，水或蓄水池水平，或者装备状态或运行。一个或多个碳纳米管传感器可以位于水处理***中的多个位置。根据一些实施例，水处理***包括一个或多个传感器中的至少一个不与水处理***中的水相接触的传感器。一个或多个传感器中至少一个不与水相接触的传感器可使用雷达技术。

根据本发明的方法实施例，传输模式可以变化，并且可以是通过如下的一个或多个：因特网、TCP/IP、以太网、文件传输协议（ftp）、电子邮件，例如SMTP、移动电话网络、耦接至射频发射器的无线电或远程终端设备、卫星传输、现存的电话或通信网络或线路、一标准共用开关电话网络（PSTN）、无线网络、广域网（WAN）、无线局域网（WLAN）、局域网（LAN）、或者城域网、有线网络连接、短消息***（SMS），或拨号调制解调器。上述描述包括了通信模式的其他示例。根据本发明的一些实施例，数据可以从水处理***通过传输模式被连续不断地，实时地，定期地或选定时间间隔地，根据情况地，或按使用者所需地传输至远程电脑。数据可以通过传输模式直接从一个或多个碳纳米管传感器传输至远程电脑。

本发明的方法实施例可以进一步包含使用分析器比较、分析、操纵等数据的步骤（c）。根据一些实施例，操纵步骤（c）可以包含将数据与期望或历史数据进行比较和/或连续不断地，实时地，定期地或选定时间间隔地，根据情况地，或按使用者所需地比较数据。根据一些实施例，步骤（c）可以进一步包含操纵数据及任何其他信息或数据，例如历史数据，期望性能等，以产生一输出。

根据一些实施例，输出可以包含如下的一个或多个：数据、警报、分析结果、和/或分析报告。根据一些实施例，操纵步骤（c）可以在传输步骤（a）之后执行。根据这些实施例，分析器可以位于一远离水处理***的第二距离位置。根据这些实施例，第一及第二距离位置可以是同地协作的。根据一些实施例，分析器可以与远程监控***的远程电脑相关联。根据这些实施例，分析器可以位于远程电脑上。

根据本发明的实施例，水处理***可以包括一位于或靠近水处理***的本地电脑。根据一些实施例，数据可以从位于或靠近水处理***的本地电脑传输至远程电脑。根据一些实施例，操纵步骤（c）可以在传输步骤（a）之前执行。本地电脑可以是一记录器设备。根据这些实施例，分析器可以位于记录器设备上。记录器设备可以具有一个或多个用于接收来自一个或多个碳纳米管传感器的数据的传感器端口。从本地电脑传输至远程电脑的数据可以包括观测数据。根据一些实施例，分析器可以关联与或位于远程监控***的本地电脑。因此，根据一些实施例，数据可以通过访问来自水处理***的数据的远程电脑从水处理***处被传输，例如一个或多个碳纳米管传感器，电子控制***，和/或本地电脑。

根据本发明的一些方法实施例，水处理***可以包括一电子控制***。电子控制***可以是内部监测控制和数据采集（SCADA）或可编程逻辑控制器（PLC）。根据一些实施例，数据可以通过传输模式从电子控制***传输至远程电脑。

本发明的方法实施例可以进一步包含使用通信模式将输出通信至远程观测设备的步骤（d），其中，步骤（d）在产生步骤（b）之后执行。根据一些实施例，输出可以通过远程观测设备从远程电脑或数据库处被访问。远程观测设备可以是如下的一个或多个：个人电脑或终端、网络或因特网服务器、文件传输协议（ftp）服务器、手机、寻呼机、或手持设备。根据一些实施例，输出可以通过远程观测设备被下载或被观测到。根据一些实施例，输出可以连续不断地，实时地，定期地或选定时间间隔地，根据情况地，或按使用者所需地通过通信模式被送至或上传至远程观测设备。通信模式可以是如下的一个或多个：因特网、传真、文件传输协议（ftp）、声音或文本信息、文本至声音消息、电子邮件、寻呼机、人工呼叫、SMS消息、即时消息或群组协议、公共开关电话网络、移动网络、无线或卫星通信、或无线电通信。上述描述包括通信模式的其他示例。举例而言，在远程观测设备上观察在步骤（d）通信的输出的用户可以是如下的任何一个或多个：调整者、执法部门官员、被选官员、水处理***的管理者或操作者、供应商客户、公众成员等。根据一些实施例，输出可以在步骤（d）中被通信至或提交至管理部门和/或执法部门。

本发明的方法实施例可以进一步包含将数据储存在与远程电脑关联的远程数据库上的步骤（e），其中，步骤（e）可以在产生步骤（b）之后执行。根据一些实施例，步骤（e）可以在操纵步骤（c）之后和/或在通信步骤（d）之前执行。

根据本发明的另一个大方面，提供一用于监控水处理***的方法，其包含如下步骤：（a）从位于水处理***中的一个或多个碳纳米管处收集数据；以及（b）通过传输模式将数据传输至远离水处理***一第一距离位置的远程电脑。根据一些实施例，该方法可以进一步包含基于数据产生一输出的步骤（c），其中，步骤（c）在传输步骤（b）之后执行。根据一些实施例，该方法可以进一步包含通过通信模式将输出通信至远程观测设备的步骤（d），其中，步骤（d）在传输步骤（b）之后执行。

本发明的方法实施例可以进一步包含使用分析器操纵数据的步骤（e）。根据一些实施例，步骤（e）在步骤（b）之前执行。根据这些实施例，分析器可以与本地电脑相关联。根据其他实施例，步骤（e）可以在传输步骤（b）之后执行。根据这些实施例，分析器可以与远程电脑相关联。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (53)

1.一种设备包括：

一包含一个或多个工作电极的传感器设备，一个或多个工作电极中的每个工作电极包含：

一基板，以及

一被键合于基板的碳纳米管阵列，

其中，碳纳米管阵列的每个碳纳米管于其一端与基板相键合，

其中，碳纳米管阵列包含两行或多行碳纳米管，并且

其中，两行或多行碳纳米管中的第一行的每个第一碳纳米管具有一第一官能，

其中，两行或多行碳纳米管中的第二行的每个第二碳纳米管具有一第二官能，并且

其中，第一官能不同于第二官能。

2.如权利要求1所述的设备，

其中，碳纳米管阵列的碳纳米管是亲水的。

3.如权利要求1所述的设备，

其中，两行或多行碳纳米管包含一第三行第三碳纳米管，每个第三碳纳米管具有一第三官能，并且

其中，第三官能不同于第一官能及第二官能。

4.如权利要求1所述的设备，

其中，两行或多行碳纳米管包含一第三行第三碳纳米管，每个第三碳纳米管具有一第三官能，并且

其中，第三官能与第一官能或与第二官能相同。

5.如权利要求4所述的设备，其中，由第一、第二及第三碳纳米管构成的团的至少一部分通过将一有机取代基键合至每个碳纳米管而被官能化。

6.如权利要求4所述的设备，其中，由第一、第二及第三碳纳米管构成的团的至少一部分通过将一有机金属取代基键合至每个碳纳米管而被官能化。

7.一种设备，包含：

一包含一个或多个工作电极的传感器设备，一个或多个工作电极中的每个工作电极包含：

一基板，以及

一被键合于基板的碳纳米管阵列，

其中，碳纳米管阵列的每个碳纳米管与其一端与基板相键合，

其中，碳纳米管阵列包含两行或多行碳纳米管，

其中，当两行或多行碳纳米管的第一行的第一碳纳米管被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，每个第一碳纳米管为用于产生质子的阳极，并且

其中，当两行或多行碳纳米管的第二行的第二碳纳米管被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，每个第二碳纳米管感测一个或多个分析物中的一第一分析物。

8.如权利要求7所述的设备，其中，每个第二碳纳米管通过一有机取代基而被官能化。

9.如权利要求7所述的设备，其中，每个第二碳纳米管通过一有机金属取代物而被官能化。

10.如权利要求7所述的设备，其中，碳纳米管阵列包含第一碳纳米管及第二碳纳米管的交替行。

11.如权利要求7所述的设备，其中，碳纳米管阵列的碳纳米管是亲水的。

12.一种设备，包含：

一包含一个或多个工作电极的传感器设备，一个或多个工作电极中的每个工作电极包含：

一基板，以及

一被键合于基板的碳纳米管阵列，

其中，碳纳米管阵列的每个碳纳米管于其一端与基板相键合，

其中，碳纳米管阵列包含两行或多行碳纳米管，并且

其中，两行或多行碳纳米管的第一行的每个第一碳纳米管为阳极，

其中，两行或多行碳纳米管的第二行的每个第二碳纳米管为阴极，并且

其中，当被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，第一碳纳米管或第二碳纳米管感测一个或多个分析物中的一第一分析物。

13.如权利要求12所述的设备，其中，当被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，第一碳纳米管感测一个或多个分析物的第一分析物。

14.如权利要求12所述的设备，其中，碳纳米管是亲水的。

15.如权利要求14所述的设备，其中，每个第一碳纳米管通过一有机取代基而被官能化。

16.如权利要求14所述的设备，其中，每个第一碳纳米管通过一有机金属取代物而被官能化。

17.如权利要求12所述的设备，其中，当被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，第二碳纳米管感测一个或多个分析物的第一分析物。

18.如权利要求17所述的设备，其中，每个第一碳纳米管通过一有机取代基而被官能化。

19.如权利要求17所述的设备，其中，每个第一碳纳米管通过一有机金属取代物而被官能化。

20.如权利要求12所述的设备，其中，碳纳米管阵列包含第一碳纳米管及第二碳纳米管的交替行。

21.一种设备，包含：

一包含一工作电极组件的传感器设备，工作电极组件包含一个或多个工作电极，一个或多个工作电极中的每个工作电极包含：

一基板，以及

一被键合于基板的碳纳米管阵列，

其中，碳纳米管阵列的每个碳纳米管于其一端与基板相键合，并且，

其中，当被暴露于包含一个一个或多个分析物的水溶液时，一个或多个工作电极的每个工作电极感测一分析物。

22.如权利要求21的设备，

其中，两个或多个工作电极包含一第一工作电极及一第二工作电极，第一工作电极包含第一碳纳米管的一第一阵列，第二工作电极包含第二碳纳米管的一第二阵列，

其中，当被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，第一工作电极感测一个或多个分析物的第一分析物，并且

其中，当被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，第二工作电极感测一个或多个分析物的第二分析物。

23.如权利要求21所述的设备，

其中，两个或多个工作电极包含一第三工作电极，第三工作电极包含第三碳纳米管的一第三阵列，并且

其中，当被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，第三工作电极感测一个或多个分析物的第三分析物。

24.如权利要求23所述的设备，

其中，两个或多个工作电极包含一第四工作电极，第四工作电极包含第四碳纳米管的一第四阵列，并且

其中，当被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，第四工作电极感测一个或多个分析物的第四分析物。

25.如权利要求21所述的设备，其中，设备包含：一包含一对电极、一参考电极以及一个或多个工作电极的电极池组件。

26.如权利要求21所述的设备，其中，设备包括一组件基板，并且一参考电极及一个或多个工作电极被安装在组件基板之上。

27.如权利要求26所述的设备，

其中，一对电极被安装在组件基板上，并且

其中，设备包含一包含该参考电极，该对电极，该一个或多个工作电极以及组件基板的电极池组件。

28.如权利要求27所述的设备，其中，组件基板是圆盘形的。

29.如权利要求28所述的设备，其中，电极池组件被安装在设备的传感器底座中的凹槽内，并且，其中，电极池组件通过安装在传感器底座一端上的环形帽被固定在凹槽内。

30.如权利要求27所述的设备，其中，电极池组件包含一第一工作电极及一第二工作电极，其中，第一工作电极位于参考电极的任何一侧，并且，其中，对电极围绕参考电极以及第一及第二工作电极。

31.如权利要求30所述的设备，其中，设备包括一个或多个第一工作电极与第二工作电极彼此毗邻的边界区域。

32.如权利要求21所述的设备，其中，设备包括一组件基板，以及，其中，一对电极及一个或多个工作电极被安装在组件基板上。

33.如权利要求21所述的设备，

其中，工作电极组件包括各自对于一个或多个工作电极中每个工作电极的电气连接，并且

其中，工作电极组件被安装在设备的一传感器底座中的凹槽中，该设备包括对每个各自的电气连接对应的接触面。

34.如权利要求33所述的设备，其中，一参考电极被安装在传感器底座中的凹槽内，并且，当工作电极组件被安装在凹槽中时，参考电极延伸穿过工作电极组件中的开口。

35.如权利要求34所述的设备，进一步包含一被安装在传感器底座一端上的环形对电极。

36.如权利要求21所述的设备，

其中，工作电极组件包括安装在设备的流通池的对立壁上的一个或多个工作电极中的第一及第二工作电极，并且

其中，设备包含安装在流通池的底壁上的一对电极及一参考电极。

37.如权利要求21所述的设备，其中，工作电极组件包含安装在管道内表面上的一个或多个工作电极。

38.如权利要求21所述的设备，其中，设备包含一用于安装在管道内的***物。

39.如权利要求21所述的设备，其中，设备包含覆盖一个或多个工作电极中一个或多个选定的工作电极的过滤材料，并且，其中，过滤材料覆盖了一个或多个选定的工作电极的碳纳米管阵列。

40.如权利要求39所述的设备，

其中，设备包含一电极池组件，其包含一参考电极，一对电极，一组件基板及工作电极组件，并且，

其中，参考电极，对电极及工作电极组件被安装在组件基板上。

41.如权利要求21所述的设备，其中，设备包含覆盖一个或多个工作电极中一个或多个选定的工作电极中每个碳纳米管的过滤材料。

42.如权利要求41所述的设备，

其中，设备包含一电极池组件，其包含一参考电极，一对电极，一组件基板及工作电极组件，并且，

其中，参考电极，对电极及工作电极组件被安装在组件基板上。

43.如权利要求21所述的设备，

其中，设备包含一电极池组件，一试剂源，一包含一个或多个分析物的水溶液的来源，一感测区域，以及

其中，电极池组件包含一参考电极，一对电极，以及工作电极组件，并且

其中，当试剂与包含一个或多个分析物的水溶液的混合物流过感测区域时，工作电极池组件被暴露于混合物。

44.如权利要求43所述的设备，其中，感测区域为一腔室。

45.如权利要求43所述的设备，其中，感测区域为一通道。

46.一种设备，包含，

一包含一个或多个工作电极的工作电极组件，

其中，一个或多个工作电极中的每个工作电极包含：

一基板，以及

一被键合于基板的碳纳米管阵列，

其中，碳纳米管阵列中的每个碳纳米管于其一端与基板相键合，并且，

其中，当被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，一个或多个工作电极的每个工作电极感测一分析物。

47.如权利要求46所述的设备，

其中，碳纳米管阵列中的每个碳纳米管是亲水的。

48.如权利要求46所述的设备，

其中，两个或多个工作电极包含一第一工作电极及一第二工作电极，第一工作电极包含第一碳纳米管的一第一阵列，第二工作电极包含第二碳纳米管的一第二阵列，

其中，当被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，第一工作电极感测一个或多个分析物的第一分析物，并且

其中，当被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，第二工作电极感测一个或多个分析物的第二分析物。

49.如权利要求48所述的设备，

其中，两个或多个工作电极包含一第三工作电极，第三工作电极包含第三碳纳米管的一第三阵列，并且

其中，当被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，第三工作电极感测一个或多个分析物的第三分析物。

50.如权利要求49所述的设备，

其中，两个或多个工作电极包含一第四工作电极，第四工作电极包含第四碳纳米管的一第四阵列，并且

其中，当被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，第四工作电极感测一个或多个分析物的第四分析物。

51.如权利要求46所述的设备，其中，设备进一步包含各自对于一个或多个工作电极中每个工作电极的针形电气连接。

52.一种设备，包含，

一个或多个安装在基板上的工作电极，

一各自用于改变一个或多个工作电极中的每个工作电极周围环境的驱动电极，

其中，一个或多个工作电极中的每个工作电极以及每个各自驱动电极包含一键合于基板的碳纳米管阵列，

其中，每个碳纳米管阵列的每个碳纳米管于其一端与基板相键合，并且

其中，当被暴露于包含一个或多个分析物的水溶液时，一个或多个工作电极的每个工作电极感测一分析物。

53.如权利要求52所述的设备，

其中，碳纳米管阵列中的每个碳纳米管是亲水的。

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