本文關(guān)鍵詞：便攜式水質(zhì)傳感器的研究與設(shè)計(jì)

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【摘要】：基于光學(xué)方法的水質(zhì)檢測技術(shù)具有靈敏度高、檢測速度快、非接觸和無二次污染的特點(diǎn),而便攜式智能化檢測儀器則具有體積小、功耗低、價(jià)格低廉和操作簡單的優(yōu)點(diǎn),能夠隨時(shí)隨地滿足水質(zhì)檢測需求,在發(fā)生水環(huán)境污染的第一時(shí)間提供相關(guān)數(shù)據(jù),為環(huán)保部門制定治理和預(yù)防措施提供理論依據(jù),可最大限度降低水污染源對(duì)周邊人和環(huán)境造成的破壞,因此,本文在綜合調(diào)研市場需求基礎(chǔ)上提出設(shè)計(jì)一種基于光學(xué)檢測技術(shù)的便攜式水質(zhì)傳感器,主要進(jìn)行和完成了以下工作:1、在充分閱讀文獻(xiàn)和調(diào)研市場需求之后選取穩(wěn)定可靠地朗伯—比爾定律作為儀器核心理論,以該理論為基礎(chǔ)針對(duì)輸出光強(qiáng)、測量閾值、靈敏度和抗干擾性能對(duì)探頭進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì):(1)以提升信號(hào)探測強(qiáng)度為目的的錐形聚光水質(zhì)檢測探頭:文中詳細(xì)分析了錐形探頭實(shí)現(xiàn)聚光輸出的條件,當(dāng)滿足聚光條件時(shí),進(jìn)入探頭的光束都會(huì)從小端聚光輸出,可增強(qiáng)探頭在弱光源和弱信號(hào)環(huán)境下使用性能,最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證探頭可以有效提高光源利用率和輸出光束強(qiáng)度;(2)以適用不同測試環(huán)境為目的的低測量閾值及高靈敏度探頭:錐形探頭雖然可以實(shí)現(xiàn)聚光輸出,但是探頭一經(jīng)確定則系統(tǒng)測試閾值范圍就無法更改,因此,利用法布里--珀羅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡單,可通過微控制單元調(diào)節(jié)入射角度以調(diào)整光程長度,從而提高系統(tǒng)測量靈敏度的光學(xué)水質(zhì)探頭。探頭隨著入射角度增大,靈敏度也隨之增大,且入射角度越大,靈敏度變化越明顯,測量閾值也就降低越明顯,如80°時(shí)探頭靈敏度是0°時(shí)的7.93272 1.46573(28)5.4121倍(理論計(jì)算值為5.3262),比傳統(tǒng)直射式光學(xué)探頭靈敏度提升了五倍多,極大降低了系統(tǒng)測量閾值,可實(shí)現(xiàn)痕量物質(zhì)濃度測量;(3)以消除干擾為目的的抗干擾差分式檢測探頭:該探頭是在低測量閾值及高靈敏度探頭基礎(chǔ)上設(shè)計(jì),由測量通道和參考通道構(gòu)成,利用兩者測量信號(hào)實(shí)現(xiàn)差分功能,消除了光源和光路波動(dòng)等帶來的測量誤差,提升了測量的準(zhǔn)確度,同時(shí)與低測量閾值及高靈敏度探頭具有相同結(jié)構(gòu),能夠降低測量閾值和提升靈敏度。2、為了完成傳感器整體設(shè)計(jì),挑選了合適電子器件,初步完成系統(tǒng)從光學(xué)信號(hào)到電學(xué)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì),給出信號(hào)各處理模塊詳細(xì)電路設(shè)計(jì)和MULTISIM軟件模擬結(jié)果,軟件模擬結(jié)果與理論設(shè)計(jì)需求一致。
【關(guān)鍵詞】：水質(zhì)傳感器 便攜式儀器 朗伯—比爾定律 性能驗(yàn)證 電路設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：中國計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X853;TP212
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-15
• 1 緒論15-23
• 1.1 研究背景15-16
• 1.2 國內(nèi)外便攜式水質(zhì)傳感器的研究與發(fā)展現(xiàn)狀16-21
• 1.2.1 國外便攜式水質(zhì)傳感器的研究與發(fā)展現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 國內(nèi)便攜式水質(zhì)傳感器的研究與發(fā)展現(xiàn)狀18-21
• 1.3 研究意義21
• 1.4 主要研究內(nèi)容21-23
• 2 便攜式水質(zhì)傳感器理論基礎(chǔ)研究23-28
• 2.1 理論基礎(chǔ)23-25
• 2.1.1 吸收光譜概述23-24
• 2.1.2 朗伯--比爾定律24-25
• 2.1.3 朗伯—比爾定律應(yīng)用局限性25
• 2.2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)25-27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 3 便攜式水質(zhì)傳感器光學(xué)探頭研究與設(shè)計(jì)28-43
• 3.1 錐形聚光探頭設(shè)計(jì)28-34
• 3.1.1 錐形結(jié)構(gòu)定義28-29
• 3.1.2 錐形聚光輸出條件分析29-34
• 3.2 低測量閾值及高靈敏度探頭研究與設(shè)計(jì)34-38
• 3.2.1 探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)34-35
• 3.2.2 探頭測量原理35-36
• 3.2.3 探頭靈敏度及測量閾值分析36-38
• 3.3 探頭抗干擾研究與設(shè)計(jì)38-41
• 3.3.1 抗干擾理論分析38-41
• 3.3.2 探頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)41
• 3.4 本章小結(jié)41-43
• 4 光學(xué)探頭性能測試及分析43-57
• 4.1 光源43
• 4.2 探測器43-45
• 4.3 錐形探頭聚光輸出測試及分析45-48
• 4.3.1 實(shí)驗(yàn)測試方案設(shè)計(jì)45-46
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果及分析46-48
• 4.4 探頭靈敏度及閾值性能測試及分析48-53
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)測試方案設(shè)計(jì)48-49
• 4.4.2 探頭實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果及分析49-52
• 4.4.3 實(shí)驗(yàn)誤差分析52-53
• 4.5 探頭抗干擾性能測試及分析53-56
• 4.5.1 探頭實(shí)驗(yàn)測試方案設(shè)計(jì)53
• 4.5.2 探頭性能測試結(jié)果及分析53-56
• 4.6 本章小結(jié)56-57
• 5 水質(zhì)傳感器信號(hào)處理模塊設(shè)計(jì)57-66
• 5.1 信號(hào)探測模塊設(shè)計(jì)57-58
• 5.2 前端信號(hào)處理模塊58-62
• 5.2.1 多路選通模塊設(shè)計(jì)58-59
• 5.2.2 低通有源濾波電路設(shè)計(jì)59-60
• 5.2.3 差分信號(hào)產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì)60-61
• 5.2.4 主放大電路設(shè)計(jì)61-62
• 5.3 LCD顯示模塊及按鍵模塊設(shè)計(jì)62-63
• 5.4 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)63-65
• 5.4.1 C8051F040單片機(jī)介紹及接口設(shè)計(jì)63-65
• 5.4.2 系統(tǒng)軟件控制流程方案65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 6 總結(jié)與展望66-68
• 6.1 總結(jié)66-67
• 6.2 展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-72
• 附錄：電路設(shè)計(jì)完整模塊附圖72-73
• 作者簡介73

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1 劉興國;;淺談“72G分光光度計(jì)”的教學(xué)改進(jìn)[J];遼寧師專學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年01期

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1 陳浩;便攜式水質(zhì)傳感器的研究與設(shè)計(jì)[D];中國計(jì)量學(xué)院;2016年

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本文編號(hào)：519491