散射光式浊度仪及信号处理的研究

发布时间：2017-04-27 17:17

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【摘要】： 随着社会经济的发展，水对人民生活、工业生产的影响日益加强，所以水质的好坏直接关系着人民大众的身体健康，关系着工业生产的顺利进行。浊度作为检测水质好坏的主要技术参数，是水质检测的必检项目。浊度仪，顾名思义是测量水浑浊度的仪器，在很多方面有着广泛的用途，如：环保、水文、食品工业、医药、电子和能源等行业。 电子技术的快速发展为浊度仪朝着集成化、多功能化、智能化发展奠定了基础。由于起步较晚，国产浊度仪无论在性能上、稳定性上都与进口浊度仪有着明显的差距，但是进口浊度仪结构复杂、价格昂贵，不适合推广。因此，浊度仪的研制将具有非常重要的意义。 本文介绍了光的吸收定理和散射定理——这是浊度仪之所以能够分析并检测浊度的理论基础，通过分析进一步加深对浊度仪工作原理的了解。根据国际标准ISO7027可知，现今测量水的浊度主要以光学浊度仪测量法为主，主要包括散射光法和透射光法两种，散射光法主要用于测量低浊度水，但也可用于高浊度水的测量；而透射光法更适合于测量高浊度水。在分析和比较其优缺点后，针对课题要求选择散射光式测量方法；并选择以90°角作为检测角度，以减小杂散光的影响。 通过比较白炽灯／钨灯和发光二极管／激光二极管的各项性能指标，考虑到水对光线具有选择性吸收作用，选择890nm的红外发光二极管作为浊度仪的发光器件，其有发光光强稳定、寿命长、发光光谱窄等优点，且用波长大于800nm的红外光进行测量可以大大减小水中光吸收物质的影响；通过对光敏电阻、光电池、光敏二极管和光敏三极管等光敏器件的各项性能的分析与比较，选择响应时间短、输出特性线性度好的光敏二极管作为光接收器件，并与红外发光二极管相配套，构成浊度仪工作的重要系统——光电系统。 采用ATMEL公司的ATmega16增强型、低功耗8位单片机作为系统的硬件平台设计浊度仪硬件电路。考虑到在实际测量中水样的浊度较小，所以选择两级信号放大电路，其中一级放大电路采用仪表放大器AD623，提高其检测信号的灵敏度。为了消除背景光、杂散光等的影响，设计了简易而多用途的水样槽。 最后，，进行了浊度仪的实验室验证。分别对其在处理水中的气泡、水体的颜色以及水中有机物等方面对浊度测量的干扰进行了实验分析。通过大量的实验表明散射光式浊度仪可以完成对水浑浊度的测量任务。
【关键词】：浊度 颗粒 红外LED 散射光 干扰
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TH83
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 浊度仪应用概述15-16
• 1.2 国内外研究现状16-19
• 1.2.1 国外研究现状16-18
• 1.2.2 国内研究现状18-19
• 1.3 课题研究的背景与内容19-21
• 1.3.1 选题背景19
• 1.3.2 课题内容19-21
• 第二章 浊度测量原理21-33
• 2.1 浊度的定义及其单位21-22
• 2.2 光的吸收和散射作用22-24
• 2.2.1 朗伯-比耳光吸收定理22-23
• 2.2.2 散射定理23-24
• 2.3 浊度测量方法24-30
• 2.3.1 透射光式测量法25
• 2.3.2 散射光式测量法25-27
• 2.3.3 透射——散射比较测量法27-28
• 2.3.4 其它测量法28-29
• 2.3.5 浊度测量方法的确定29-30
• 2.4 散射光式浊度测量范围及非线性分析30-31
• 2.5 本章小结31-33
• 第三章 光电器件选型及模型分析33-45
• 3.1 发光器件选型及模型分析33-37
• 3.1.1 白炽灯/钨灯33-34
• 3.1.2 发光二极管/激光二极管34-35
• 3.1.3 发光器件的确定35-37
• 3.2 光接收器件选型及模型分析37-42
• 3.2.1 光敏电阻37-38
• 3.2.2 光电池38-39
• 3.2.3 光敏二极管39-41
• 3.2.4 光敏三极管41
• 3.2.5 光接收器件的确定41-42
• 3.3 光路系统结构42-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第四章 浊度仪的硬件设计45-65
• 4.1 引言45
• 4.2 电源供电电路45-46
• 4.3 光源驱动电路46-47
• 4.4 信号放大电路47-53
• 4.4.1 放大器选择47-49
• 4.4.2 放大电路49-53
• 4.5 键盘接口电路53-54
• 4.6 LCD显示电路54-56
• 4.7 ATmega16控制电路56-60
• 4.7.1 晶振电路57
• 4.7.2 同步串行接口SPI57
• 4.7.3 JTAG接口57
• 4.7.4 A/D转换电路57-58
• 4.7.5 USART异步串行通信接口58-59
• 4.7.6 复位电路59-60
• 4.8 浊度仪水样槽的设计60-64
• 4.8.1 水样槽设计介绍60-61
• 4.8.2 水样槽设计61-64
• 4.9 本章小结64-65
• 第五章 浊度仪的软件设计65-79
• 5.1 AVR开发环境介绍65-66
• 5.1.1 ICC AVR编译器65-66
• 5.1.2 AVR Studio集成开发环境66
• 5.2 A/D转换寄存器设置66-67
• 5.2.1 ADC多工选择寄存器ADMUX66-67
• 5.2.2 ADC控制和状态寄存器ADCSR67
• 5.3 异步串行口通信67-69
• 5.3.1 USART控制和状态寄存器A-UCSRA67-68
• 5.3.2 USART控制和状态寄存器B-UCSRB68
• 5.3.3 USART控制和状态寄存器C-UCSRC68
• 5.3.4 异步串行口通信程序68-69
• 5.4 键盘扫描程序69-70
• 5.5 LCD显示程序70-71
• 5.6 浊度仪的标定71-72
• 5.7 气泡的处理72-78
• 5.8 本章小结78-79
• 第六章 浊度仪实验数据处理分析79-99
• 6.1 数据处理的基本概念79-83
• 6.1.1 真值和平均值79-80
• 6.1.2 误差的产生80-81
• 6.1.3 精密度和准确81-82
• 6.1.4 回归分析的基本原理和方法82-83
• 6.1.5 相关系数83
• 6.2 浊度仪标定液的制备83-86
• 6.2.1 Formazine标准液的制备83-85
• 6.2.2 零浊度水的制备85-86
• 6.3 浊度仪重复性实验86
• 6.4 水样中气泡的处理及其分析86-91
• 6.4.1 实验方案设计86-87
• 6.4.2 实验结果分析87-91
• 6.5 水体颜色对浊度影响的定性分析91-95
• 6.5.1 实验方案设计91-92
• 6.5.2 吸收峰的测量92-94
• 6.5.3 颜色对浊度影响的分析94-95
• 6.6 水中有机物对浊度测量的影响95-97
• 6.6.1 实验方案设计95-96
• 6.6.2 有机物对浊度的影响96-97
• 6.7 本章小结97-99
• 第七章 总结与展望99-101
• 参考文献101-105
• 附录105-107
• 致谢107-109
• 攻读学位期间发表的学术论文目录109

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 汪坤;大气浑浊度检测方法研究及装置设计[D];南京信息工程大学;2011年

2 邢静芳;基于浊度法的抗生素效价测量系统的研发[D];河北工业大学;2011年

3 刘甲宾;谷物脂肪酸值自动测定仪的研究与设计[D];南京财经大学;2011年

4 徐灵艳;小型微流控芯片—环介导等温扩增反应实时浊度检测系统研制[D];浙江大学;2011年

5 彭鹏;基于物联网的水环境在线监测系统研究[D];华中科技大学;2012年

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本文编号：331059