【摘要】：精細化養(yǎng)殖具有養(yǎng)殖密度高和經(jīng)濟效益好等特點,已逐漸取代粗放養(yǎng)殖成為主流養(yǎng)殖模式。由于養(yǎng)殖密度較高,常導致水中營養(yǎng)元素氮轉變?yōu)橛卸镜陌钡�。當氨氮濃度超過2.00mg/L時,水生物便會出現(xiàn)中毒癥狀,甚至大量死亡。因此,必須周期性檢測養(yǎng)殖水體中氨氮濃度。而我國水產養(yǎng)殖氨氮檢測技術相對落后,缺乏專用于水產養(yǎng)殖業(yè)的低濃度高精度氨氮在線檢測設備。養(yǎng)殖水體中氨氮濃度較低,要求檢測精度較高,但是高精度實驗室氨氮檢測設備因價格較高和操作復雜難以推廣。因此,多數(shù)養(yǎng)殖廠仍使用便攜式氨氮測定儀或氨氮試紙人工檢測氨氮濃度。人工檢測常由于檢測員操作不當導致較大的人為誤差,便攜式氨氮測定儀或氨氮試紙存在檢測低濃度水體時檢測誤差大、檢出限高和試劑浪費等問題。針對上述問題,論文提出了一種水產養(yǎng)殖氨氮在線檢測方法,實現(xiàn)低濃度氨氮在線高精度檢測,主要研究內容如下:(1)從納氏試劑配制方法、試劑與氨氮化學反應和吸光度檢測三方面分析水產養(yǎng)殖氨氮檢測精度影響因素,并根據(jù)分析結果提出優(yōu)化措施,降低檢出限和檢測誤差,提高了低濃度氨氮檢測分辨率。(2)因為檢測環(huán)境常年變化較大,所以為了避免對在線檢測精度的影響,提出了基于LSSVM軟測量數(shù)據(jù)處理算法,選取養(yǎng)殖水體溫度、吸光度峰值和峰值時間作為輸入量,氨氮濃度作為輸出量,實現(xiàn)在線檢測精度補償,無需增加額外功能組件,減少成本,提高了檢測精度。(3)實現(xiàn)水產養(yǎng)殖氨氮在線檢測系統(tǒng),完成現(xiàn)場檢測裝置和監(jiān)控終端的軟硬件設計。硬件電路主要有微處理器最小系統(tǒng)、光電檢測、溫度檢測和GPRS通信等電路,軟件有以微處理器為核心的控制、AD采樣、顯示以及無線通信等程序,并采取自定義數(shù)據(jù)包、差錯控制和斷點續(xù)傳技術提高通信可靠性。(4)在搭建的水產養(yǎng)殖氨氮在線檢測系統(tǒng)平臺上,進行檢測系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和重復性實驗,并選用便攜式氨氮檢測儀進行對比實驗。實驗結果表明:基于LSSVM軟測量方法提高了低濃度氨氮檢測準確性,實現(xiàn)了檢測精度補償;本課題提出的水產養(yǎng)殖氨氮在線檢測系統(tǒng)具有較高的檢測精度、穩(wěn)定性和重復性,避免了影響因素干擾,檢測實驗結果標準偏差和相對標準偏差平均值分別為0.0107mg/L和1.28%;基于影響分析結果優(yōu)化后的在線檢測系統(tǒng)降低了檢測誤差和檢出限,提高了檢測精度,節(jié)省試劑,減少單次檢測成本。
[Abstract]:Fine culture has the characteristics of high density and good economic benefit, and has gradually replaced extensive culture as the mainstream culture mode. Because of the high density of aquaculture, the nutrient nitrogen in water is often changed into toxic ammonia nitrogen. When ammonia concentration exceeds 2.00mg/L, aquatic organisms will appear toxic symptoms, and even a large number of deaths. Therefore, the concentration of ammonia nitrogen in aquaculture water must be detected periodically. However, the detection technology of ammonia nitrogen in aquaculture in China is relatively backward, and lack of low concentration and high precision ammonia nitrogen on-line detection equipment for aquaculture industry. The concentration of ammonia nitrogen in aquiculture water is low and the precision of detection is high. However, it is difficult to popularize the equipment of ammonia nitrogen detection in high precision laboratory because of its high price and complicated operation. Therefore, most aquaculture plants still use portable ammonia nitrogen tester or ammonia nitrogen test paper to manually detect ammonia concentration. Human error is often caused by the improper operation of the tester. The portable ammonia nitrogen tester or the ammonia nitrogen test paper has many problems such as high detection error, high detection limit and waste of reagent. In order to solve the above problems, an on-line detection method of ammonia-nitrogen in aquaculture is proposed to realize the on-line and high-precision detection of low concentration ammonia nitrogen. The main research contents are as follows: (1) the preparation method of Nessler's reagent. The factors affecting the detection accuracy of ammonia-nitrogen in aquaculture were analyzed in three aspects: reagents and ammonia nitrogen chemical reaction and absorbance detection. Based on the analysis results, the optimization measures were put forward to reduce the detection limit and detection error. The detection resolution of low concentration ammonia nitrogen is improved. (2) in order to avoid the influence on the accuracy of on-line detection, a soft sensor data processing algorithm based on LSSVM is proposed to select the temperature of aquaculture water. The peak absorbance and peak time are used as input amount and ammonia nitrogen concentration as output quantity to realize on-line measurement accuracy compensation without adding additional functional components and reducing cost. The detection accuracy is improved. (3) the on-line detection system of ammonia nitrogen in aquaculture is realized, and the hardware and software design of field detection device and monitoring terminal are completed. Hardware circuits mainly include microprocessor minimum system, photoelectric detection, temperature detection and GPRS communication circuits. The software has microprocessor as the core control, AD sampling, display and wireless communication programs, and adopt custom data packets. Error control and breakpoint transmission technology improve the reliability of communication. (4) the precision, stability and repeatability of the system are tested on the platform of the online detection system of aquaculture ammonia nitrogen. A portable ammonia-nitrogen detector was used to carry out a comparative experiment. The experimental results show that the accuracy of low concentration ammonia nitrogen detection is improved and the accuracy compensation is realized based on LSSVM soft sensing method. The online detection system of ammonia nitrogen in aquaculture presented in this paper has high detection precision, stability and repeatability, and avoids the interference of influencing factors. The average values of standard deviation and relative standard deviation were 0.0107mg/L and 1.28 respectively. The optimized on-line detection system based on the results of impact analysis reduces the detection error and detection limit, improves the detection accuracy, saves reagent and reduces the cost of single detection.
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S959;TP274

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