透过率起伏相关频谱法水中污染物颗粒检测技术

发布时间：2020-04-25 16:25

【摘要】：近年来，无论是太湖的蓝藻，还是饮用水杂质超标，都引起人们对水处理问题的密切关注。现有的多参数水质检测仪可同时测量pH值、ORP（氧化还原电位）、TDS（溶解性总固体量）、溶解氧、温度、电导率、盐度等参数，但均未提及水中颗粒物的粒径和颗粒浓度的测量，而颗粒粒径和颗粒浓度是水质检测领域十分重要的参数。在水污染处理过程中，一个很重要的环节就是要对水污染物颗粒进行实时、在线检测，为水处理提供相应的参数。目前，国内外的水质检测方法和手段有很多，但主要依靠取样方式，，实时、在线检测手段还很少。 透过率起伏相关频谱法是一种新的光学颗粒测量方法，可同时测量颗粒粒径分布和浓度。因其光学测量装置简单、操作方便，可实现对水中污染物颗粒的实时、在线检测。本文中将一束激光经分光器分成两束光后照射水中颗粒系统，当水中存在污染物颗粒时，透射光由于颗粒的散射和吸收产生衰减并呈现脉动（起伏）特征。通过对两束光的透过率起伏信号的互相关处理，获得透过率起伏互相关频谱，由此得到颗粒系统的流速，以该流速作为已知参量应用到任何一束光的透过率起伏信号的自相关处理中，再利用反演算法可得到水中低浓度、微米级小颗粒的粒径和浓度的信息。本文共分六章对透过率起伏相关频谱法测量水中污染物颗粒技术进行详尽阐述： 第一章主要对颗粒测量技术作了背景介绍，并对水中颗粒物做了简单介绍，还着重介绍了透过率起伏相关频谱法的发展过程及意义。 第二章讲述了透过率起伏相关频谱法的一些基本概念和基础知识，为后文对透过率起伏相关频谱法的测量原理打下基础。 第三章讨论了透过率起伏互相关频谱法和透过率起伏自相关频谱法的特点，给出数学模型、简单的理论推导和理论计算曲线，并提出本文采用的测量原理。当光束直径为20微米时，测量范围大于1微米，正好满足对水中污染物颗粒的测量要求。 以第三章理论计算为基础，在第四章中给出模拟计算结果。首先研究了单层颗粒系统，颗粒之间不存在相互交叠，只考虑层结构效应；然后通过纯颗粒交叠和不同层数的模拟计算数据进行分析比较，此时颗粒浓度很低、层数很大，层结构效应被剔除，仅颗粒交叠效应存在；最后，对三维颗粒系统（即层结构效应和颗粒交叠效应同时存在的情况）进行模拟计算。 第五章给出了水中污染物颗粒的测量结果。对实验装置设计做了简要介绍，根据测量原理，以水中加入的豆奶粉为例，得到透过率起伏互相关频谱曲线，从而得到颗粒系统的流速。该流速可在第六章反演计算中作为已知参量。最后，对水中加入的豆奶粉、藕粉和三种不同粒径珍珠粉的透过率起伏信号做自相关处理，得到透过率起伏自相关频谱特征函数曲线。 第六章介绍了几种常用的反演算法，针对本课题的特点，采用改进的Chahine循环方法反演计算得到颗粒的粒径分布和浓度信息。本文对低浓度的微米级颗粒的实验数据进行反演、比较，从而得到合理的测量结果。
【图文】：

天然水所含的成分[10]

得到颗粒的粒径分布和颗粒体积浓度。但对双峰分布颗粒系的率比较低。分析认为分辨率较低的原因主要来自于会聚光束在径变化、滤波器的频谱响应曲线、信号处理方法以及大颗粒与相互作用。为了提高分辨率，提出了透过率起伏相关频谱法。.2 数学模型过率起伏相关频谱法建立在层模型基础上，并假定颗粒是全黑光束传播满足几何光学原理。透过率起伏信号采用透过率乘积示。.1 层模型图 3-1 所示，在透过率起伏相关频谱法中，颗粒系被分成一系层厚度大于或等于颗粒的粒径。入射光通过颗粒系的透过率T单层的透过率MLT 的乘积，由此，透过率起伏信号可通过单层起伏来描述。
【学位授予单位】：上海理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X832

【引证文献】

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1 王凤双;基于光散射法液体成分浓度检测单元的研究[D];哈尔滨理工大学;2014年

本文编号：2640441