一种基于近红外光的投入式浊度仪的设计与实现
发布时间：2021-01-18 05:41
水是人类日常生产、生活中不可或缺的宝贵资源,但目前全球范围的水污染都非常严重。浊度是指光线通过溶液时所受到的阻碍程度。很多疾病的传播就是由于一些病毒以及细菌附着在这些细小的颗粒上降低了臭氧、氯离子等对水的杀菌消毒作用所导致的。因此,水环境的保护与改善已经成为一个全球性的问题,而浊度作为水质检测中重要的指标之一,实现对浊度的准确测量就显得尤为重要。针对上述问题,本文设计了一种测量范围为0-1000NTU的基于近红外光的直接投入式浊度仪,主要完成的研究工作如下:（1）介绍了浊度测量的基本原理,包括朗伯-比尔定律与水样对光的散射作用。研究了浊度检测的方法,包括透射法、散射法以及比值法并作对比分析,选取了适合本文的测量方法。（2）完成了光源和光电探测器的选型,利用软件SolidWorks设计了该浊度仪测试探头的结构,并完成了该测试探头的密封。（3）根据该浊度仪的要求,选取了STM32单片机作为本系统的主芯片,其适合高性能、低成本、低功耗的嵌入式应用设计。利用软件Altium Designer完成了该浊度仪的硬件系统设计,硬件电路主要由I/V转换电路、放大电路、滤波电路、显示电路以及E...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
010-2018年水污染防治设备产量变化
怪鄙⑸浞ǎ?砍淌?-1000NTU，其测量精度为0.01NTU[16,17]。该浊度仪的缺点是光源的光线是可见光，液体中色度对整个测量存在一定的影响，色度会使光线受到损失，最终导致浊度的测量会出现一定的偏差。直至上世纪90年代末，HACH公司又研制出了2100N、2100AN、2100NIS和2100ANIS等系列浊度仪，光电接收器件选用的都是硅光电池是这四款检测仪的最大共同点。与其他的接收器件相比较，硅光电池具有许多的优点，比如接收光信号面积大、响应速度快、灵敏度高等等。图1.2是美国哈希HACH2100N型台式浊度仪。图1.2HACH2100N型浊度仪Fig.1.2HACH2100Nturbidimeter
重庆大学硕士学位论文1绪论4其中2100ANIS和2100AN这两款浊度仪是比较高端的浊度仪，其量程为0-10000NTU，测量精度为0.001NTU。而2100NIS和2100N型浊度仪使用的光源依然为卤钨灯，此类光源发出的光线会受到带有颜色水样的干扰。2100AN和2100ANIS型浊度仪使用是波长为860nm的LED光源，该LED光源为近红外，除了低功耗和稳定性之外，最重要的是红外LED光源基本消除了液体色度对浊度测量的干扰，因此这两款浊度仪都可以检测有色液体的浊度值。1.3.2国内浊度仪的现状我国浊度仪的发展起步相比于国外较晚，到上世纪70到80年代，我国的浊度仪还只有一种安装方式的浊度仪，即流通式浊度仪[18]。因为当时我国的浊度仪还不是智能化的浊度仪，是靠指针指示示值的浊度仪，其体积大，且在稳定性和精度方面都难和国外的浊度仪相比较。直到90年代以来，随着我国的迅猛发展，各类智能化的仪器仪表层出不穷，浊度仪也在这段时间得到了长足的发展，我国浊度仪已经形成了产业化。通过我国长达10多年在浊度仪产业的不断努力创新，以及从国外浊度仪吸取的经验，我国的浊度仪已经在一些重要的技术指标得到了很大的提升。下面是国内几款比较具有代表性的浊度仪。①无锡市光明浊度仪厂生产的STZ-A2型在线浊度仪，如图1.3所示。图1.3STZ-A2型在线浊度仪Fig.1.3STZ-A2on-lineturbidimeter该浊度仪采用壁挂式安装、测量方法采用90°散射式检测法，属于中、低浊度在线测量。测量范围为0.001-200NTU，并且可以自己设定量程，仪器的分辨率为0.01NTU，误差为±1%FS。而且可以查询最近测量的1000组浊度数据。仪器
【参考文献】：
期刊论文
[1]离子液体在有机光电转换器件中的应用研究进展[J]. 李博,徐晓婷,郑雪晴. 材料导报. 2018(23)
[2]基于分布式紫外-可见光谱法水质在线检测监测系统研究——面向地表水环境[J]. 支凯锋,张育飒. 当代化工. 2018(11)
[3]米氏理论下悬浮粒子对水下激光传输的影响[J]. 张莹珞,王英民,黄爱萍. 中国激光. 2018(05)
[4]浊度仪在映秀湾水电站泥沙浓度监测中的应用[J]. 唐明亮,倪亮,张文渊,付军,代剑君. 水力发电. 2017(12)
[5]基于STM32系列电子产品的IAP研究[J]. 康燕萍,程小辉,黄鹏. 现代电子技术. 2017(22)
[6]基于瑞利散射的单端BOTDA系统温度特性研究[J]. 张立欣,李永倩,安琪,王娇. 半导体光电. 2017(04)
[7]基于偏振光的散射式浊度仪的设计与实现[J]. 常建华,伍煜,王志丹. 半导体光电. 2017(01)
[8]散射光浊度仪测定金属清净剂浊度的研究[J]. 刘依农,段庆华,张耀. 石油炼制与化工. 2017(02)
[9]E-车间通信系统的设计与实现[J]. 张叶,朱昊,朱晓春. 制造业自动化. 2016(12)
[10]基于STM32低功耗磁弹性传感器检测系统的设计[J]. 唐詠,罗洪艳,陈曦,郑小林,胡宁,苏添进,李川,廖彦剑. 生物医学工程学杂志. 2016(05)
硕士论文
[1]相变存储单元抗光子辐照性能的蒙特卡罗模拟研究[D]. 郭玉芳.华中科技大学 2016
[2]微生物在生物慢滤技术处理微污染水中的作用研究[D]. 付建林.兰州交通大学 2015
[3]基于ARM和以太网的远程电参数测量技术的研究[D]. 王启栋.兰州交通大学 2014
[4]智能浊度传感器的研究与设计[D]. 纪莹蕾.中国科学技术大学 2014
[5]抽取式一氧化碳浓度检测系统的研究[D]. 蔡明杰.浙江大学 2014
[6]基于LED浊度测量系统研究[D]. 赵倩.河北工业大学 2014
[7]基于CCD的浊度检测技术研究与应用[D]. 王清泉.长沙理工大学 2012
[8]全钒液流电池高性能稳定电解液的研究[D]. 李厦.中南大学 2011
[9]Mie散射及水中气泡光学性质的研究[D]. 张强.西安工业大学 2010
[10]便携式光电浊度仪的研究[D]. 罗民富.重庆大学 2010
本文编号：2984387
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
010-2018年水污染防治设备产量变化
怪鄙⑸浞ǎ?砍淌?-1000NTU，其测量精度为0.01NTU[16,17]。该浊度仪的缺点是光源的光线是可见光，液体中色度对整个测量存在一定的影响，色度会使光线受到损失，最终导致浊度的测量会出现一定的偏差。直至上世纪90年代末，HACH公司又研制出了2100N、2100AN、2100NIS和2100ANIS等系列浊度仪，光电接收器件选用的都是硅光电池是这四款检测仪的最大共同点。与其他的接收器件相比较，硅光电池具有许多的优点，比如接收光信号面积大、响应速度快、灵敏度高等等。图1.2是美国哈希HACH2100N型台式浊度仪。图1.2HACH2100N型浊度仪Fig.1.2HACH2100Nturbidimeter
重庆大学硕士学位论文1绪论4其中2100ANIS和2100AN这两款浊度仪是比较高端的浊度仪，其量程为0-10000NTU，测量精度为0.001NTU。而2100NIS和2100N型浊度仪使用的光源依然为卤钨灯，此类光源发出的光线会受到带有颜色水样的干扰。2100AN和2100ANIS型浊度仪使用是波长为860nm的LED光源，该LED光源为近红外，除了低功耗和稳定性之外，最重要的是红外LED光源基本消除了液体色度对浊度测量的干扰，因此这两款浊度仪都可以检测有色液体的浊度值。1.3.2国内浊度仪的现状我国浊度仪的发展起步相比于国外较晚，到上世纪70到80年代，我国的浊度仪还只有一种安装方式的浊度仪，即流通式浊度仪[18]。因为当时我国的浊度仪还不是智能化的浊度仪，是靠指针指示示值的浊度仪，其体积大，且在稳定性和精度方面都难和国外的浊度仪相比较。直到90年代以来，随着我国的迅猛发展，各类智能化的仪器仪表层出不穷，浊度仪也在这段时间得到了长足的发展，我国浊度仪已经形成了产业化。通过我国长达10多年在浊度仪产业的不断努力创新，以及从国外浊度仪吸取的经验，我国的浊度仪已经在一些重要的技术指标得到了很大的提升。下面是国内几款比较具有代表性的浊度仪。①无锡市光明浊度仪厂生产的STZ-A2型在线浊度仪，如图1.3所示。图1.3STZ-A2型在线浊度仪Fig.1.3STZ-A2on-lineturbidimeter该浊度仪采用壁挂式安装、测量方法采用90°散射式检测法，属于中、低浊度在线测量。测量范围为0.001-200NTU，并且可以自己设定量程，仪器的分辨率为0.01NTU，误差为±1%FS。而且可以查询最近测量的1000组浊度数据。仪器
【参考文献】：
期刊论文
[1]离子液体在有机光电转换器件中的应用研究进展[J]. 李博,徐晓婷,郑雪晴. 材料导报. 2018(23)
[2]基于分布式紫外-可见光谱法水质在线检测监测系统研究——面向地表水环境[J]. 支凯锋,张育飒. 当代化工. 2018(11)
[3]米氏理论下悬浮粒子对水下激光传输的影响[J]. 张莹珞,王英民,黄爱萍. 中国激光. 2018(05)
[4]浊度仪在映秀湾水电站泥沙浓度监测中的应用[J]. 唐明亮,倪亮,张文渊,付军,代剑君. 水力发电. 2017(12)
[5]基于STM32系列电子产品的IAP研究[J]. 康燕萍,程小辉,黄鹏. 现代电子技术. 2017(22)
[6]基于瑞利散射的单端BOTDA系统温度特性研究[J]. 张立欣,李永倩,安琪,王娇. 半导体光电. 2017(04)
[7]基于偏振光的散射式浊度仪的设计与实现[J]. 常建华,伍煜,王志丹. 半导体光电. 2017(01)
[8]散射光浊度仪测定金属清净剂浊度的研究[J]. 刘依农,段庆华,张耀. 石油炼制与化工. 2017(02)
[9]E-车间通信系统的设计与实现[J]. 张叶,朱昊,朱晓春. 制造业自动化. 2016(12)
[10]基于STM32低功耗磁弹性传感器检测系统的设计[J]. 唐詠,罗洪艳,陈曦,郑小林,胡宁,苏添进,李川,廖彦剑. 生物医学工程学杂志. 2016(05)
硕士论文
[1]相变存储单元抗光子辐照性能的蒙特卡罗模拟研究[D]. 郭玉芳.华中科技大学 2016
[2]微生物在生物慢滤技术处理微污染水中的作用研究[D]. 付建林.兰州交通大学 2015
[3]基于ARM和以太网的远程电参数测量技术的研究[D]. 王启栋.兰州交通大学 2014
[4]智能浊度传感器的研究与设计[D]. 纪莹蕾.中国科学技术大学 2014
[5]抽取式一氧化碳浓度检测系统的研究[D]. 蔡明杰.浙江大学 2014
[6]基于LED浊度测量系统研究[D]. 赵倩.河北工业大学 2014
[7]基于CCD的浊度检测技术研究与应用[D]. 王清泉.长沙理工大学 2012
[8]全钒液流电池高性能稳定电解液的研究[D]. 李厦.中南大学 2011
[9]Mie散射及水中气泡光学性质的研究[D]. 张强.西安工业大学 2010
[10]便携式光电浊度仪的研究[D]. 罗民富.重庆大学 2010
本文编号：2984387
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