基于数字图像的丁达尔现象与胶体溶液浓度检测方法研究
发布时间：2021-05-26 16:46
溶液浓度变化的测量是环境污染领域十分关注的研究课题。尽管现有的浓度检测技术及相应的检测设备很多,但主要用于实验室且设备体积大,而水样测定地域范围广,采集现场分布离散,受使用条件和电能消耗等的限制难以携带到野外使用。本文课题的来源项目中,涉及一些性质不稳定的溶液,无法带回实验室进行测量,因此需要研究一种浓度检测方法使其能对样本浓度实时检测。本文主要针对溶质是胶体的溶液进行研究,基于胶体溶液的光学特性将图像处理技术应用于胶体溶液浓度的测量。胶体溶液具有丁达尔现象,丁达尔光强满足瑞利散射定律,在入射光一定的条件下丁达尔光强随光径距离的增加会产生衰减。光在均匀、非散射溶液中的衰减满足朗伯比尔定律,由于胶体溶液颗粒的大小的特殊性,在胶体溶液既有光的散射又有光的吸收。根据线性叠加原则,胶体溶液中光的衰减是散射和吸收之和,利用胶体溶液的光学性质,本文研究了丁达尔光在胶体溶液中的传输模型ITtyn=I0e-（μa+μa）L,通过Monte Carlo方法模拟光子在胶体溶液中的传输过程验证了该模...
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题来源
1.2 研究背景与意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外溶液浓度检测研究现状
1.3.2 国内溶液浓度检测研究现状
1.3.3 数字图像处理技术在浓度测量中研究现状
1.4 主要研究内容
1.5 本论文的组织结构安排
第2章 基本原理及相关技术
2.1 溶液及胶体溶液
2.1.1 溶液浓度的概念
2.1.2 胶体溶液性质
2.2 浓度检测技术
2.2.1 化学滴定法
2.2.2 分光光度法
2.2.3 光电检测技术
2.2.4 超声波检测技术
2.2.5 荧光相关光谱法
2.3 图像处理技术在胶体溶液浓度测量中的优势
2.4 Tyndall现象
2.4.1 Tyndall现象与光的散射
2.4.2 瑞利(Rayleigh)公式
2.4.3 散射光强与入射光强度的关系
2.4.4 Tyndall光强度与传输距离、浓度的相关性
2.5 数字图像进行光学测量的基本原理
2.5.1 数字图像
2.5.2 数字图像传感器
2.5.3 数字图像与光学测量
2.6 数字图像处理技术
2.6.1 图像滤波方法
2.6.2 图像的几何操作
2.7 Monte Carlo方法
2.8 本章小结
第3章 图像的采集及处理
3.1 基本方法
3.1.1 基本测量方法
3.1.2 丁达尔光测量方法
3.1.3 光源控制电路设计
3.2 图像采集系统的搭建
3.2.1 图像采集系统框架
3.2.2 光源的选择
3.2.3 传感器选择
3.2.4 传感器的数据读取方法与时序
3.2.5 遮光模块
3.3 图像采集装置
3.4 图像采集与预处理
3.4.1 图像采集
3.4.2 图像预处理
3.5 本章小结
第4章 光在胶体溶液中传输衰减特性分析
4.1 光在胶体溶液中的传输
4.2 胶体溶液中光学传输衰减模型建立
4.2.1 胶体溶液的光吸收和散射
4.2.2 数据分析与模型建立
4.3 激光波长能量随丁达尔光通路距离的衰减模拟
4.3.1 蒙特卡罗模拟方介绍
4.3.2 Monte Carlo方法模拟光子在胶体溶液中的传输
4.3.3 模拟结果
4.4 考虑传输衰减后浓度对衰减系数的影响
4.5 本章小结
第5章 浓度与丁达尔光特性关系分析
5.1 算法仿真与模型建立
5.1.1 丁达尔光强与胶体溶液浓度
5.1.2 光衰减系数与胶体溶液浓度
5.2 实验与结果分析
5.2.1 氢氧化铁胶体溶液浓度测量
5.2.2 实验结果误差分析
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]浊度干扰下硝酸盐浓度紫外导数光谱检测方法研究[J]. 陈晓伟,殷高方,赵南京,甘婷婷,杨瑞芳,祝玮,刘建国,刘文清. 光谱学与光谱分析. 2019(09)
[2]基于光散射原理的尾气颗粒物检测技术研究[J]. 张珊珊. 计算机与数字工程. 2019(05)
[3]基于物联网的水质在线自动监测系统研究与实现[J]. 李随群,蔡郡倬,高祥,卢令. 四川理工学院学报(自然科学版). 2018(04)
[4]荧光相关光谱法直接测定溶液中金纳米粒子浓度[J]. 刘芳超,董朝青,任吉存. 分析科学学报. 2018(04)
[5]浅谈数字图像处理去噪技术[J]. 肖梓涵. 数字通信世界. 2018(01)
[6]快照式成像光谱仪检测印染废水的研究[J]. 秦晓磊,张宇,李哲煜,金鹏,江雷,孙凯. 分析化学. 2017(11)
[7]基于声呐图像的常用滤波算法去噪效果比较[J]. 李峰,朱玲羚. 水雷战与舰船防护. 2017(04)
[8]多糖分析方法研究进展[J]. 邱博韬,张鸿宇,许志茹,刘长莉,王宏伟. 食品工业科技. 2018(06)
[9]基于图像识别的水质浊度测量技术研究[J]. 胡桂平,张海峰,李昂,叶平. 水利水电施工. 2016(06)
[10]利用数字图像处理技术测量浓度场的实验研究[J]. 顾杰,郑宇华. 水动力学研究与进展（A辑）. 2016(06)
博士论文
[1]纳米MOS器件低频噪声关键问题研究[D]. 张鹏.西安电子科技大学 2010
硕士论文
[1]CMOS图像预处理方法研究与FPGA实现[D]. 武昊男.中北大学 2019
[2]基于FPGA的图像预处理系统的研究与实现[D]. 苏天裕.华南理工大学 2018
[3]基于数字图像处理的桥梁结构裂缝与位移测量研究[D]. 裴耀东.湖南大学 2017
[4]基于CMOS图像传感器的照度检测系统设计与实现[D]. 陈志磊.陕西科技大学 2016
[5]基于图像处理的污水悬浮颗粒浓度检测系统研究[D]. 章华.安徽理工大学 2016
[6]基于ARM的水污染检测系统的研究[D]. 杜伟伟.安徽理工大学 2016
[7]基于色度法的点源污染远程图像水质分析监测方法研究[D]. 董舒.北方工业大学 2016
[8]基于图像技术水质多参数在线检测装置开发[D]. 夏珺.东北电力大学 2016
[9]基于灰度值和法向量相对序列的RGB-D描述子[D]. 冯光华.浙江大学 2015
[10]基于光散射法液体成分浓度检测单元的研究[D]. 王凤双.哈尔滨理工大学 2014
本文编号：3206711
【文章来源】：桂林理工大学广西壮族自治区
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题来源
1.2 研究背景与意义
1.3 国内外研究现状
1.3.1 国外溶液浓度检测研究现状
1.3.2 国内溶液浓度检测研究现状
1.3.3 数字图像处理技术在浓度测量中研究现状
1.4 主要研究内容
1.5 本论文的组织结构安排
第2章 基本原理及相关技术
2.1 溶液及胶体溶液
2.1.1 溶液浓度的概念
2.1.2 胶体溶液性质
2.2 浓度检测技术
2.2.1 化学滴定法
2.2.2 分光光度法
2.2.3 光电检测技术
2.2.4 超声波检测技术
2.2.5 荧光相关光谱法
2.3 图像处理技术在胶体溶液浓度测量中的优势
2.4 Tyndall现象
2.4.1 Tyndall现象与光的散射
2.4.2 瑞利(Rayleigh)公式
2.4.3 散射光强与入射光强度的关系
2.4.4 Tyndall光强度与传输距离、浓度的相关性
2.5 数字图像进行光学测量的基本原理
2.5.1 数字图像
2.5.2 数字图像传感器
2.5.3 数字图像与光学测量
2.6 数字图像处理技术
2.6.1 图像滤波方法
2.6.2 图像的几何操作
2.7 Monte Carlo方法
2.8 本章小结
第3章 图像的采集及处理
3.1 基本方法
3.1.1 基本测量方法
3.1.2 丁达尔光测量方法
3.1.3 光源控制电路设计
3.2 图像采集系统的搭建
3.2.1 图像采集系统框架
3.2.2 光源的选择
3.2.3 传感器选择
3.2.4 传感器的数据读取方法与时序
3.2.5 遮光模块
3.3 图像采集装置
3.4 图像采集与预处理
3.4.1 图像采集
3.4.2 图像预处理
3.5 本章小结
第4章 光在胶体溶液中传输衰减特性分析
4.1 光在胶体溶液中的传输
4.2 胶体溶液中光学传输衰减模型建立
4.2.1 胶体溶液的光吸收和散射
4.2.2 数据分析与模型建立
4.3 激光波长能量随丁达尔光通路距离的衰减模拟
4.3.1 蒙特卡罗模拟方介绍
4.3.2 Monte Carlo方法模拟光子在胶体溶液中的传输
4.3.3 模拟结果
4.4 考虑传输衰减后浓度对衰减系数的影响
4.5 本章小结
第5章 浓度与丁达尔光特性关系分析
5.1 算法仿真与模型建立
5.1.1 丁达尔光强与胶体溶液浓度
5.1.2 光衰减系数与胶体溶液浓度
5.2 实验与结果分析
5.2.1 氢氧化铁胶体溶液浓度测量
5.2.2 实验结果误差分析
5.3 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
个人简历、申请学位期间的研究成果及发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]浊度干扰下硝酸盐浓度紫外导数光谱检测方法研究[J]. 陈晓伟,殷高方,赵南京,甘婷婷,杨瑞芳,祝玮,刘建国,刘文清. 光谱学与光谱分析. 2019(09)
[2]基于光散射原理的尾气颗粒物检测技术研究[J]. 张珊珊. 计算机与数字工程. 2019(05)
[3]基于物联网的水质在线自动监测系统研究与实现[J]. 李随群,蔡郡倬,高祥,卢令. 四川理工学院学报(自然科学版). 2018(04)
[4]荧光相关光谱法直接测定溶液中金纳米粒子浓度[J]. 刘芳超,董朝青,任吉存. 分析科学学报. 2018(04)
[5]浅谈数字图像处理去噪技术[J]. 肖梓涵. 数字通信世界. 2018(01)
[6]快照式成像光谱仪检测印染废水的研究[J]. 秦晓磊,张宇,李哲煜,金鹏,江雷,孙凯. 分析化学. 2017(11)
[7]基于声呐图像的常用滤波算法去噪效果比较[J]. 李峰,朱玲羚. 水雷战与舰船防护. 2017(04)
[8]多糖分析方法研究进展[J]. 邱博韬,张鸿宇,许志茹,刘长莉,王宏伟. 食品工业科技. 2018(06)
[9]基于图像识别的水质浊度测量技术研究[J]. 胡桂平,张海峰,李昂,叶平. 水利水电施工. 2016(06)
[10]利用数字图像处理技术测量浓度场的实验研究[J]. 顾杰,郑宇华. 水动力学研究与进展（A辑）. 2016(06)
博士论文
[1]纳米MOS器件低频噪声关键问题研究[D]. 张鹏.西安电子科技大学 2010
硕士论文
[1]CMOS图像预处理方法研究与FPGA实现[D]. 武昊男.中北大学 2019
[2]基于FPGA的图像预处理系统的研究与实现[D]. 苏天裕.华南理工大学 2018
[3]基于数字图像处理的桥梁结构裂缝与位移测量研究[D]. 裴耀东.湖南大学 2017
[4]基于CMOS图像传感器的照度检测系统设计与实现[D]. 陈志磊.陕西科技大学 2016
[5]基于图像处理的污水悬浮颗粒浓度检测系统研究[D]. 章华.安徽理工大学 2016
[6]基于ARM的水污染检测系统的研究[D]. 杜伟伟.安徽理工大学 2016
[7]基于色度法的点源污染远程图像水质分析监测方法研究[D]. 董舒.北方工业大学 2016
[8]基于图像技术水质多参数在线检测装置开发[D]. 夏珺.东北电力大学 2016
[9]基于灰度值和法向量相对序列的RGB-D描述子[D]. 冯光华.浙江大学 2015
[10]基于光散射法液体成分浓度检测单元的研究[D]. 王凤双.哈尔滨理工大学 2014
本文编号：3206711
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/shengwushengchang/3206711.html
最近更新
教材专著
