基于紫外吸收光谱法水质检测算法研究及系统设计

发布时间：2017-11-19 18:00

  本文关键词：基于紫外吸收光谱法水质检测算法研究及系统设计

  更多相关文章： 紫外吸收光谱法 FPGA 修正算法 硝酸盐氮 化学需氧量

【摘要】：水是生命之源,它哺育了地球的文明,人类社会的发展更离不开水的滋润。水质检测系统为我们提供了安全可靠的保障,实时在线水质检测仪,不但检测速度快,实时性高,而且成本低、操作简单,适合广泛使用。目前水质检测仪正向着自动化、智能化、多功能化以及集成化方向发展。本文基于吉林省科技厅基础处“多传感器水环境监测系统设计研究(20140101224JC)”项目,利用紫外吸收光谱法,设计了一款实时在线水质检测系统。以FPGA(现场可编程逻辑门阵列)为控制核心,充分发挥FPGA运行速度快、有并行处理数据能力等特点。该水质检测系统具有无化学试剂添加、快速、现场显示检测结果等优点。可同时测定硝酸盐氮、COD(化学需氧量)浓度,适于水源地及清洁地表水的水质实时检测。本文从以下几个方面进行研究:1.研究紫外吸收光谱法检测硝酸盐浓度的修正算法。直接紫外吸收光谱法检测水样中硝酸盐及COD浓度,会受到水体中干扰物质的影响,产生不确定偏差。本文对比双波长法、一阶导数、二阶导数光谱法消除干扰的能力,结合所设计的检测系统性能,选择双波长修正法检测水中硝酸盐浓度,以220nm处的吸光度值为测量值,利用275nm处的吸光度进行光谱修正。2.设计水质检测系统整体结构。本文基于紫外吸收光谱法所设计的水质检测系统主要包括以下几个部分:光源、分光系统、样品池及光电检测系统。选择氘灯为检测系统的光源,凹面全息光栅为分光系统核心部件,通过控制步进电机,选择输出紫外波段所需波长。光电检测系统由光电池接收信号进行光电转换,电信号经放大电路及模数转换电路,将最终测量参数浓度数据显示在LCD屏上。该检测系统体积小,可完成样品自动采集,具有检测速度快,可实时显示等特点。3.设计水质检测系统控制软件。本文将现场可编程门阵列FPGA用于水质检测系统中,利用硬件描述语言Verilog进行程序编写及软件控制,实现精确地定位输出选定的紫外波长及采集光谱数据、建立算法和反演模型等。4.利用检测系统进行水质检测实验。在完善检测系统、调试系统整体性能的基础上,对仪器性能做相应的分析,通过标准溶液实验与待测水样的应用实验,验证本文研制的水质检测系统的可靠性。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X832

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