【摘要】：水是生命的起源,人類一切活動都離不開純凈的水源。但近年來我國水污染事件頻發(fā),水污染造成的危害觸目驚心,當(dāng)前環(huán)境保護(hù)形勢相當(dāng)嚴(yán)峻。油類物質(zhì)污染是水污染源中一項(xiàng)主要污染物。礦物石油類燃料的開采消耗、工業(yè)廢水的偷排、生活污水的排放,都會導(dǎo)致水源受到油類物質(zhì)的污染。為了保護(hù)水資源,開展水環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測顯得尤為重要。檢測水中是否含有油類物質(zhì)及其濃度,有多種物理化學(xué)檢測方法。但是,紅外分光光度法是最符合我國水環(huán)境污染國情和相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的。本研究基于STM32F103RC處理器,利用嵌入式軟、硬件技術(shù)研發(fā)了一款通過觸摸屏操作的紅外測油儀。首先介紹了紅外分光光度法的基本原理,對紅外測油儀硬件主要模塊進(jìn)行詳細(xì)介紹。如:紅外測油儀系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)、單片機(jī)選型及最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)、光學(xué)結(jié)構(gòu)選型分析、光源選擇、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)、信號采集處理電路。其次介紹了紅外測油儀軟件設(shè)計(jì),主要包括:樣品檢測、步進(jìn)電機(jī)軟件驅(qū)動、觸摸屏界面設(shè)計(jì)。最后對紅外測油儀樣機(jī)實(shí)際工作過程中遇到的問題,進(jìn)行了深入研究。主要對紅外熱釋電數(shù)據(jù)采集方式、如何確定起始點(diǎn)位、三波數(shù)峰值點(diǎn)位誤差校正、三波數(shù)自動尋峰掃描、測試結(jié)果性能分析、數(shù)據(jù)異常點(diǎn)檢測處理作了深入研究說明。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本研究的紅外測油儀在室內(nèi)環(huán)境下能夠正常運(yùn)行,繪制油類物質(zhì)吸光度標(biāo)準(zhǔn)譜圖,測量水中油類物質(zhì)濃度,具有優(yōu)秀的重復(fù)性、穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH744.1
【圖文】：

它主要由三部分組成：紅外分光系統(tǒng)、信號采集處理系統(tǒng)、STM32-觸摸屏控制系統(tǒng)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖3-1 所示。圖 3-1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖依據(jù)紅外測油儀的工作原理，檢測樣品中是否含有油類物質(zhì)和測量樣品中油類物質(zhì)濃度，均需要計(jì)算樣品在三波數(shù)的吸光度 A。測量樣品吸光度實(shí)驗(yàn)過程：一.首先保證實(shí)驗(yàn)過程在密封黑箱環(huán)境下進(jìn)行，然后將參比溶液四氯化碳（ccl4）倒入比色皿放在樣品池中。光源鹵鎢燈發(fā)出的復(fù)合光由凸透鏡聚焦射入單色儀，通過 STM32 控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動絲杠，以此調(diào)整單色儀光柵角度，從而將復(fù)合光變成波數(shù)分離且連續(xù)的單色光。校正步進(jìn)電機(jī)起始點(diǎn)位

圖 3-2 STM32 最小系統(tǒng)原理圖3.3 光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)類型介紹3.3.1 反射式平面光柵系統(tǒng)光學(xué)儀器主要由光源系統(tǒng)、準(zhǔn)直系統(tǒng)、色散系統(tǒng)、成像系統(tǒng)、檢測顯示系統(tǒng)五部分組成[35]。最核心的部分是光色散系統(tǒng)，經(jīng)典色散系統(tǒng)有采用棱鏡結(jié)構(gòu)和光柵結(jié)構(gòu)。光學(xué)儀器的光譜頻率范圍、色散率、分辨率由所選擇的色散系統(tǒng)決定。光柵結(jié)構(gòu)的色散系統(tǒng)相比棱鏡結(jié)構(gòu)具有明顯優(yōu)勢，突出優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在光譜工作頻率范圍更大、色散率高、分辨率清晰度高。目前應(yīng)用最廣的是反射式衍射光柵，簡稱反射式光柵。根據(jù)光柵面形狀不同，可細(xì)分為反射式平面光柵和反射式凹面光柵[34]。反射式凹面光柵和反射式平面光柵都具有色散作用，由于凹面光柵有聚焦功能，不需要成像系統(tǒng)和準(zhǔn)直系統(tǒng)，這樣可以精簡光學(xué)結(jié)構(gòu)。但是，由于凹面光柵結(jié)構(gòu)簡化，導(dǎo)致光源入射角大，會產(chǎn)生光譜像差。為了校正凹面光柵光譜像差，需要對不同光譜工作

第三章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式的選擇衍射平面光柵系統(tǒng)在光學(xué)研究應(yīng)用較多的主要有三種：李特洛和切爾尼-特納系統(tǒng)[36]。光學(xué)系統(tǒng)和艾伯特-法斯梯光學(xué)系統(tǒng)均采用一個(gè)凹面鏡作為成簡單[36]。但是它們具體光學(xué)安裝結(jié)構(gòu)不一樣，李特洛光學(xué)系統(tǒng)相距較近，像差大和狹縫像彎曲，引起光譜增寬，可以采用相但增加機(jī)械加工難度。艾伯特-法斯梯光學(xué)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)在于慧差生彎曲，不會造成狹縫像光譜增寬。兩者缺點(diǎn)是都會產(chǎn)生二次-特納光學(xué)系統(tǒng)實(shí)際上是在艾伯特-法斯梯光學(xué)系統(tǒng)基礎(chǔ)上改造鏡代替一大塊凹面鏡，分別作為準(zhǔn)直物鏡和成像物鏡。這樣可射問題，凹面鏡尺寸較小方便加工和安裝。

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