基于光谱仪的小型移动式水质信息监测系统设计

发布时间：2020-10-28 15:46

　　 近年来,国家高度重视水资源治理与防控,水资源质量关系到国计民生。水质参数检测是水资源治理与防控的基础,是了解水体质量的重要手段。在常规水质检测方面,COD、浊度、温度、pH都是水体质量的重要参数。对于浊度、温度、pH都可以通过物理法进行检测,而对于COD的检测,国内大部分仍使用传统的化学法进行分析测定。化学法检测不仅实时性差、检测参数单一,检测的废液还难以处理,易造成二次污染。为了能够实现对水质参数进行绿色、实时的监测,本文提出并设计了一种搭载紫外-可见波段光谱仪的多参数水质监测系统。本课题研制的多参数水质监测原型机不仅利用吸收光谱法可以实现在线测定COD和浊度双参数,还利用传感器数据采集技术将温度、pH和GPS地理位置等信息进行同步采集,此水质监测原型机具有良好的市场应用前景。本课题主要对多参数水质监测原型机进行了研究和试制。研究内容主要包含硬件和软件两部分内容。硬件上设计了一套光路系统和电路系统。光路系统主要由低压钨灯光源、比色皿、光纤光谱仪等组成,负责吸光度实验和光谱数据采集工作。电路系统主要是由STM32单片机与各传感器及外设组成,负责控制数据采集和数据收发等工作。软件部分主要研究了Keil和LabVIEW两种开发环境下的程序设计与功能实现。基于Keil开发环境下的程序设计实现了下位机通过控制器进行数据采集和收发工作。基于LabVIEW开发环境下的程序设计实现了对下位机的指令发送以及数据接收、处理、显示和保存等功能。本课题对不同浓度的邻苯二甲酸氢钾溶液进行了吸光度测试,并建立了COD浓度与溶液在254 nm处吸光度的关系模型。对浊度影响因素进行了实验分析,通过硅藻土浊度液的吸光特性,建立了浊度值与其在254 nm和546 nm的吸光度关系模型。此外,还探究了温度和pH变化对邻苯二甲酸氢钾溶液、腐殖质土溶液以及实地采集水样吸光度的影响,并建立了浊度补偿的双波长检测模型用于COD参数检测。通过使用本课题研制的原型机对多种不同来源的水样进行了测试,并对COD和浊度两参数的测量值与国标法的检测结果进行了比较,结果表明本仪器对一般性地表水的COD值和浊度值具有较准确的测量结果。最后,使用原型机进行了实地工作测试并分析了误差来源。本课题研制的原型机具有多参数同步监测、小型化、绿色环保等优点,适用于河道水质监测、市政供水监测等场合。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X84;TP368.1;TP212
【部分图文】：

奥地利 SCAN 公司在线光谱水质分析仪工作示测量天然地表水和一般性污水中溶解的该仪器通过测量水体对 254 nm 处紫外。通过双光束系统自动实现浊度补偿，从进行样品预处理，可实现对水体溶解性用于需要监测有机物浓度趋势的中小型续而稳定的水质参数测量数据。哈希化

奥地利 SCAN 公司在线光谱水质分析仪工作测量天然地表水和一般性污水中溶解的该仪器通过测量水体对 254 nm 处紫外通过双光束系统自动实现浊度补偿，从进行样品预处理，可实现对水体溶解性用于需要监测有机物浓度趋势的中小型续而稳定的水质参数测量数据。哈希化

图 1-3 日本岛津在线水质测定仪[24]的先进技术相比，我国相关企业和科研无论是研究深度还是产品化方面都有一吸引着我国众多科研院所和企业的关注学王晓萍研究团队，研制了一种基于紫仪器通过采集特定波长的吸光度，运用和 COD 的数学模型[25]，在实际测量中 值。仪器采样、测量和分析过程都实现钟，测量效率得到极大提升。除此之外研究，通过机器学习方法中神经网络和明此模型能有效的提高测量精度，为解题提供了实际可行的检测方案[26]。学的研究团队研制出的水质监测系统不定，还能直接投入水中工作[27]。该系统4 nm 作为 COD 测量波长并用 546 nm
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;水质监测设备反弹明显 全面开启“品牌时代”[J];化学分析计量;2018年04期

2 陈强;;地质水水质常规监测中常见问题及对策[J];城市建设理论研究(电子版);2019年03期

3 王欣;;浅谈水质监测工作中常见技术问题与措施[J];资源节约与环保;2019年08期

4 舒易强;马光明;元德仿;何胜辉;杨云开;;水质监测浮标的技术现状和展望[J];海峡科技与产业;2019年04期

5 邵璇;田文君;;基于大数据的水质监测技术初探[J];科技传播;2018年07期

6 刘正云;;“水质监测机器人”的设计[J];中国信息技术教育;2014年11期

7 汪小龙;;浅谈水质监测的存在问题及策略研究[J];资源节约与环保;2018年09期

8 傅巍;郑伟;刘继江;周明军;王洪涛;王洋洋;;水质监测组件温度补偿新方法[J];传感器与微系统;2017年01期

9 赵新宇;;水质监测工作中的技术问题及应对策略分析[J];科技创新与应用;2017年01期

10 郑秀亮;;水质监测这样测[J];环境;2017年02期

相关博士学位论文 前4条

1 林志贵;基于证据理论的信息融合研究及其在水质监测中的应用[D];河海大学;2005年

2 黄健;城市供水水质监测与预警平台构建及关键技术研究[D];中国地质大学（北京）;2011年

3 孙思;环境水体中活性腺病毒有效检测体系的构建及在水质监测中的初步应用[D];武汉大学;2014年

4 李文涛;基于溶解性有机物光谱表征的在线水质监测技术的研究[D];南京大学;2016年

相关硕士学位论文 前10条

1 李天泽;基于光谱仪的小型移动式水质信息监测系统设计[D];哈尔滨工业大学;2019年

2 孙鸿翔;基于无线传感器网络的地表水质监测与评价[D];武汉理工大学;2018年

3 葛俊杰;无人机在河流水质监测无线传感器网络中的应用研究[D];贵州大学;2019年

4 徐俊;基于无人船的湖泊水质监测布局优化[D];广西大学;2019年

5 蒋星宇;一种水质监测无人船系统的设计与实现[D];南京信息工程大学;2018年

6 党毅博;面向水质监测网络的环境能量自供电方案研究[D];南京邮电大学;2018年

7 赵许阳;智能化水质监测与反应控制系统的设计与实现[D];中国计量大学;2017年

8 代将来;LoRa技术研究及其在远程水质监测方面的应用[D];华中科技大学;2017年

9 高超;无人海水水质监测平台构建与应用[D];天津理工大学;2018年

10 李雷华;基于鱼群运动的异常水质监测[D];燕山大学;2017年

本文编号：2860288