【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,當前環(huán)境保護形勢相當嚴峻。油類物質(zhì)污染是水污染源中一項主要污染物。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,都會導致水源受到油類物質(zhì)的污染。為了保護水資源,開展水環(huán)境實時監(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)境污染國情和相應國家標準規(guī)定的。本研究基于STM32F103RC處理器,利用嵌入式軟、硬件技術研發(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行詳細介紹。如:紅外測油儀系統(tǒng)整體結(jié)構、單片機選型及最小系統(tǒng)設計、光學結(jié)構選型分析、光源選擇、步進電機驅(qū)動電路設計、信號采集處理電路。其次介紹了紅外測油儀軟件設計,主要包括:樣品檢測、步進電機軟件驅(qū)動、觸摸屏界面設計。最后對紅外測油儀樣機實際工作過程中遇到的問題,進行了深入研究。主要對紅外熱釋電數(shù)據(jù)采集方式、如何確定起始點位、三波數(shù)峰值點位誤差校正、三波數(shù)自動尋峰掃描、測試結(jié)果性能分析、數(shù)據(jù)異常點檢測處理作了深入研究說明。實驗結(jié)果表明,本研究的紅外測油儀在室內(nèi)環(huán)境下能夠正常運行,繪制油類物質(zhì)吸光度標準譜圖,測量水中油類物質(zhì)濃度,具有優(yōu)秀的重復性、穩(wěn)定性。
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：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)構如圖3-1 所示。圖 3-1 系統(tǒng)整體結(jié)構圖依據(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，均需要計算樣品在三波數(shù)的吸光度 A。測量樣品吸光度實驗過程：一.首先保證實驗過程在密封黑箱環(huán)境下進行，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)出的復合光由凸透鏡聚焦射入單色儀，通過 STM32 控制步進電機轉(zhuǎn)動絲杠，以此調(diào)整單色儀光柵角度，從而將復合光變成波數(shù)分離且連續(xù)的單色光。校正步進電機起始點位

圖 3-2 STM32 最小系統(tǒng)原理圖3.3 光學系統(tǒng)結(jié)構類型介紹3.3.1 反射式平面光柵系統(tǒng)光學儀器主要由光源系統(tǒng)、準直系統(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)構和光柵結(jié)構。光學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)構的色散系統(tǒng)相比棱鏡結(jié)構具有明顯優(yōu)勢，突出優(yōu)點表現(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)和準直系統(tǒng)，這樣可以精簡光學結(jié)構。但是，由于凹面光柵結(jié)構簡化，導致光源入射角大，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)硬件設計系統(tǒng)結(jié)構形式的選擇衍射平面光柵系統(tǒng)在光學研究應用較多的主要有三種：李特洛和切爾尼-特納系統(tǒng)[36]。光學系統(tǒng)和艾伯特-法斯梯光學系統(tǒng)均采用一個凹面鏡作為成簡單[36]。但是它們具體光學安裝結(jié)構不一樣，李特洛光學系統(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械加工難度。艾伯特-法斯梯光學系統(tǒng)優(yōu)點在于慧差生彎曲，不會造成狹縫像光譜增寬。兩者缺點是都會產(chǎn)生二次-特納光學系統(tǒng)實際上是在艾伯特-法斯梯光學系統(tǒng)基礎上改造鏡代替一大塊凹面鏡，分別作為準直物鏡和成像物鏡。這樣可射問題，凹面鏡尺寸較小方便加工和安裝。

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 田金鳳;;紅外測油儀對水體中油份的測定[J];地下水;2015年03期

2 邵志鵬;王雙保;李學青;;基于ARM-Linux的便攜式紅外測油儀的設計[J];儀表技術與傳感器;2015年05期

3 李小艷;李建新;;農(nóng)村水污染成因及治理[J];水利發(fā)展研究;2015年03期

4 任瑞麗;喬龍;;城市水污染現(xiàn)狀分析[J];長沙鐵道學院學報(社會科學版);2014年04期

5 周世波;徐維祥;;一種基于偏離的局部離群點檢測算法[J];儀器儀表學報;2014年10期

6 周寒;閆春楠;彭博;;紅外測油儀在地表水水質(zhì)監(jiān)測中的應用分析及探討[J];黑龍江水利科技;2014年07期

7 曲彥臣;陳惠穎;耿利杰;趙衛(wèi)疆;;光泵浦遠紅外氣體激光器的研究發(fā)展[J];紅外與激光工程;2014年04期

8 蘇衛(wèi)星;朱云龍;劉芳;胡琨元;;時間序列異常點及突變點的檢測算法[J];計算機研究與發(fā)展;2014年04期

9 趙瑾;葉曉劍;吳葉蘭;廉小親;段振剛;;基于STM32的紅外分光測油儀的設計[J];儀表技術與傳感器;2014年03期

10 李艷華;;紅外測油儀在廢水監(jiān)測中的應用[J];科技與企業(yè);2013年17期

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前5條

1 盛立锃;曲線擬合原理及其應用研究[D];長沙理工大學;2015年

2 溫波;便攜式分光測色儀光學設計[D];中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所）;2010年

3 黃晉卿;光譜光柵儀中高精度快速波長掃描方法的研究[D];上海交通大學;2010年

4 楊紅巖;基于ARM-Linux的便攜式近紅外光譜儀測控軟件設計[D];吉林大學;2008年

5 張凱;基于單片機的紅外測油儀的研究[D];河北農(nóng)業(yè)大學;2006年

本文編號：2752368