1.2.3 濁度研究現(xiàn)狀

濁度反映了水體中懸浮物對光線透過時的阻礙程度，一定程度上反映了水體質量。常見的濁度檢測方法有：分光光度法、目視比濁法，均為國標法。

濁度分光光度法是將一定量的福爾馬肼溶液作為濁度標準液，配置一系列不同濃度的濁度標準液，以 680nm 光照射該標準液，將吸光度與濁度的關系曲線作為參考曲線，與待測水樣濁度吸光度進行目測對比，從而得出待測水樣的濁度，該方法具有人為因素影響大、不能實現(xiàn)實時在線等缺點。

目視比濁法是以人眼為判斷依據，對水體透明度進行目測對比來確定待測水樣濁度的方法。測量人員根據經驗，初步確定待測水樣的濁度，以福爾馬肼溶液作為濁度標準液，將待測水樣與一系列不同濃度的濁度標準液進行目測比較，選出與待測水樣透明度大致相同的濁度標準液，以其濁度值作為該待測水樣中的濁
度，該方法具有操作復雜、難度大、人為因素影響大、不能實現(xiàn)實時在線等缺點。

近些年，天津大學精儀系利用濁度對光的散射作用，通過測量被水分子散射的 90 度處的光強，成功研制出濁度傳感器；同濟大學利用濁度對光散射的原理和光電原理，同時對多路信號進行采集，經光電轉換變?yōu)殡妷盒盘?，通過測量電壓值，得到水體中濁度值；電子科技大學為了改善光源老化、水體復雜環(huán)境（如氣泡）等對濁度測量造成的影響，提高濁度檢測的精度，進行了雙光路檢測，同時測量 90 度散射光信號和透射光信號，通過計算散射光度與透射光度之比，得到濁度值大小。這三種方法均具有操作簡單、無污染、無傷害性等優(yōu)點。國外同樣進行了大量研究，如：美國 HACH(哈期)公司、英國 ABB Kent(肯特)公司、德國E+H(恩德斯 豪斯)公司、法國 Polymetron(波尼梅隆)公司等，都有較完善的產品。

1.3 新方法概述及創(chuàng)新點

1.3.1 新方法概述

光譜檢測法以光譜學與光譜分析為技術背景，利用分光光度法、光散射法分別對通過 COD 標準液的光譜數(shù)據進行采集，并運用偏最小二乘法對其進行預處理建模，然后對所建模型進行校驗集校驗。校驗無誤后，進行了海水水質光譜檢測法實時在線檢測系統(tǒng)的硬件設計，設計的系統(tǒng)包括光源部分、通道部分、采集部分。

(1)光源設計采用 LED 組合，包括紫外 LED(254 nm)、白光 LED(400~760 nm)、紅外 LED(850 nm)，設計了驅動電路及控制電路，并進行了實驗論證。

(2)通道部分保證了系統(tǒng)的正常運行，此部分的光路通道選用光纖。通道結構利用 Solidworks 軟件繪制，同時進行了電路搭建及部分光路的仿真。在光譜檢測的基礎上，利用光電檢測理論，完成了基于光電檢測理論的 COD濃度單波長實時在線檢測系統(tǒng)設計，利用 COD 標準液對系統(tǒng)進行了初步定標，利用濁度標準液對系統(tǒng)進行了補償。系統(tǒng)包括光源模塊、光路模塊、探測器模塊、電路模塊和顯示模塊五部分。

(1)光源模塊選用紫外 254 nm LED 作為系統(tǒng)光源，分析了該光源的光學特性，并對該光源進行了電路仿真。

(2)光路模塊作為光源和探測器的固定模塊，主要解決了光源和探測器的對準問題。利用 Solidworks 軟件繪制了外殼封裝圖，并用 3D 打印機打印出外殼封裝。

(3)探測器模塊作為光信號的采集模塊，利用光電轉換將光信號轉換為電信號。文中分析了其性能參數(shù)，并進行了電路仿真等。

(4)電路模塊作為整個系統(tǒng)的控制模塊，主要完成了光源的驅動電路搭建、探測器的信號轉換、模擬信號的采集等。

(5)顯示模塊通過 LCD 顯示，同時編寫 PC 上位機界面程序，完成了 PC 顯示。最后，對實時在線檢測系統(tǒng)進行了系統(tǒng)完善，系統(tǒng)加入了鋰離子電池，提高了系統(tǒng)戶外長時間運行的穩(wěn)定性，加入無線傳輸模塊，實現(xiàn)了數(shù)據的實時傳輸。

1.3.2 創(chuàng)新點

1、對光譜檢測法進行了論證，完成了 COD 濃度標準液的 PLS 算法模型。對海水水質光譜檢測法實時在線檢測系統(tǒng)進行了硬件設計。

2、完成了基于光電檢測理論的紫外單波長海水 COD 濃度實時在線檢測系統(tǒng)設計，系統(tǒng)增加了鋰離子電池，利用太陽能電池板對其充電；加入無線傳輸模塊，提高了戶外實時在線檢測的穩(wěn)定性。

3、海水水質光譜檢測法實時在線檢測系統(tǒng)與基于光電檢測理論的紫外單波長海水 COD 濃度實時在線檢測系統(tǒng)均具有成本低、操作簡單、無污染、可實時在線檢測等優(yōu)點。

1.4 本文的主要研究內容

本文首先對本課題國內外現(xiàn)狀進行了闡述，分析了 COD、葉綠素、濁度現(xiàn)有檢測方法的優(yōu)缺點，提出本課題的研究內容。全文內容如下：

第 1 章闡述了課題的研究背景及意義，介紹了 COD、葉綠素、濁度檢測的研究方法及現(xiàn)狀，對傳統(tǒng)的檢測方法進行了優(yōu)缺點分析，提出了本文的設計方法，并對研究內容進行分析，最后給出本文的結構安排。

第 2 章介紹了基于光譜法的水質檢測理論，對光譜檢測法進行了微宏觀機理分析，并進行了預處理算法的研究。

第 3 章分別對不同濃度的 COD 標準液進行光譜數(shù)據采集，利用偏最小二乘法對數(shù)據進行處理、建模，得出濃度與光譜數(shù)據的關系模型，并進行誤差分析及補償校準。并對基于多光譜檢測的實時在線檢測系統(tǒng)進行了方案設計及理論分析，進行了光路設計與仿真、電路設計與仿真，并搭建了控制系統(tǒng)電路。

第 4 章設計了基于光電檢測理論的紫外單波長水質 COD 濃度實時在線檢測系統(tǒng)，進行了光路設計、電路設計、PC 上位機存儲及顯示等，并進行了誤差分析及結果補償，完成了系統(tǒng)的最終定標，最后進行了系統(tǒng)的完善，設計增加了供電系統(tǒng)、無線通信設計及 LCD 觸摸屏等，實現(xiàn)了真正意義上的實時在線檢測。

結論部分對本文進行了總結，并指出了實驗方法及實驗系統(tǒng)的不足之處及系統(tǒng)的未來改進計劃。

聲明：參考《環(huán)境研究與檢測》，如涉版權請聯(lián)系刪除

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