本文關鍵詞：基于紫外吸收光譜法水質(zhì)檢測算法研究及系統(tǒng)設計

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【摘要】：水是生命之源,它哺育了地球的文明,人類社會的發(fā)展更離不開水的滋潤。水質(zhì)檢測系統(tǒng)為我們提供了安全可靠的保障,實時在線水質(zhì)檢測儀,不但檢測速度快,實時性高,而且成本低、操作簡單,適合廣泛使用。目前水質(zhì)檢測儀正向著自動化、智能化、多功能化以及集成化方向發(fā)展。本文基于吉林省科技廳基礎處“多傳感器水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計研究(20140101224JC)”項目,利用紫外吸收光譜法,設計了一款實時在線水質(zhì)檢測系統(tǒng)。以FPGA(現(xiàn)場可編程邏輯門陣列)為控制核心,充分發(fā)揮FPGA運行速度快、有并行處理數(shù)據(jù)能力等特點。該水質(zhì)檢測系統(tǒng)具有無化學試劑添加、快速、現(xiàn)場顯示檢測結果等優(yōu)點。可同時測定硝酸鹽氮、COD(化學需氧量)濃度,適于水源地及清潔地表水的水質(zhì)實時檢測。本文從以下幾個方面進行研究:1.研究紫外吸收光譜法檢測硝酸鹽濃度的修正算法。直接紫外吸收光譜法檢測水樣中硝酸鹽及COD濃度,會受到水體中干擾物質(zhì)的影響,產(chǎn)生不確定偏差。本文對比雙波長法、一階導數(shù)、二階導數(shù)光譜法消除干擾的能力,結合所設計的檢測系統(tǒng)性能,選擇雙波長修正法檢測水中硝酸鹽濃度,以220nm處的吸光度值為測量值,利用275nm處的吸光度進行光譜修正。2.設計水質(zhì)檢測系統(tǒng)整體結構。本文基于紫外吸收光譜法所設計的水質(zhì)檢測系統(tǒng)主要包括以下幾個部分:光源、分光系統(tǒng)、樣品池及光電檢測系統(tǒng)。選擇氘燈為檢測系統(tǒng)的光源,凹面全息光柵為分光系統(tǒng)核心部件,通過控制步進電機,選擇輸出紫外波段所需波長。光電檢測系統(tǒng)由光電池接收信號進行光電轉換,電信號經(jīng)放大電路及模數(shù)轉換電路,將最終測量參數(shù)濃度數(shù)據(jù)顯示在LCD屏上。該檢測系統(tǒng)體積小,可完成樣品自動采集,具有檢測速度快,可實時顯示等特點。3.設計水質(zhì)檢測系統(tǒng)控制軟件。本文將現(xiàn)場可編程門陣列FPGA用于水質(zhì)檢測系統(tǒng)中,利用硬件描述語言Verilog進行程序編寫及軟件控制,實現(xiàn)精確地定位輸出選定的紫外波長及采集光譜數(shù)據(jù)、建立算法和反演模型等。4.利用檢測系統(tǒng)進行水質(zhì)檢測實驗。在完善檢測系統(tǒng)、調(diào)試系統(tǒng)整體性能的基礎上,對儀器性能做相應的分析,通過標準溶液實驗與待測水樣的應用實驗,驗證本文研制的水質(zhì)檢測系統(tǒng)的可靠性。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X832

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