关键词： 分光光度法   水质检测   STM32F429   人机交互  

摘要： 水质检测分析是通过相关水质仪器测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度以及变化趋势,给出水质状况的评价结果。实现全面、及时、准确的水质检测是指导生产的科学依据,也是精确控制原材料的添加、优化生产工艺的基础,对保障人民饮水安全和企业正常用水需要具有重要的现实意义。本课题在系统分析水质检测技术以及仪器的国内外发展现状的基础上,设计了一种基于分光光度法的水质自动分析系统,对水质自动分析系统的硬件和软件进行设计,主要研究内容如下:(1)本文通过分析各种水质分析方法的优缺点,选择分光光度法作为本次水质自动分析系统的检测方法,基于朗伯比尔定律,研究水质分析仪器的设计原理,根据国家标准《GB/T6913-2018》和《GB/T6913-2018》,对检测物质进行化学前处理以及流程设计。(2)采用模块化的设计理论进行了水质自动分析系统人机交互控制模块、流路模块、样品反应模块、光谱仪模块四部分的设计。根据各模块的组成,确定水质分析系统的硬件电路组成包括:stm32单片机核心板、电源模块、继电器控制模块、蠕动泵控制模块以及通讯模块电路。最后将各模块完整的电路系统,按照PCB板的元器件的布局原则和PCB板的走线原则合理的集成在一块电路板上。(3)对水质自动分析系统软件进行了设计,通过制定相关的上传和下发协议,采用Keil5语言进行编程,完成系统对数据的采集、分析处理等功能;用C语言在Microsoft Visual Studio平台上完成上位机软件的设计,用调试模块完成系统的初步调试,在调试完成后,采用测量模块,实现对标准溶液的标定和曲线计算以及对待测溶液的浓度计算等测量功能。(4)在实验室搭载系统测试样机,进行通信测试模拟实际流程。根据水质检测仪器的关键性指标,利用样机分别对磷酸盐以及二氧化硅检测指标进行测试分别获得磷酸盐的复性指标为0.06%、示值误差为1.83%、零点漂移值为0.3%、检出限为0.76mg/L、测量范围为0.76mg/L-200mg/L;二氧化硅的重复性指标为0.37%、示值误差为1.90%、零点漂移值为0.7%、检出限为0.36mg/L、测量范围为0.36mg/L-100mg/L。水质自动分析系统的各项检测结果,都完全符合设计要求。(5)根据对比分析,本文研究的水质检测仪器和国内同类产品相比,检测周期短,检测精度高,检测范围宽。

关键词： 产品设计   水质检测仪   感性工学   环境需求分析   主成分分析  

摘要： 随着人们对高质量高水平生活追求的提高,饮水安全日益得到更多关注,然而,近几年频发的饮水中毒事故及市场监管不力,使得公共场所的饮水安全问题更加严峻。然而,现有的水质检测产品更多是用于实验研究和工农业生产,面向办公室等公共场所的水质检测产品存在市场空缺。为满足公共环境特别是办公室环境的饮水安全需求,本研究将感性工学理论应用到产品研发设计中,开发了一种面向办公室环境的水质检测产品。首先通过问卷调查和访谈对用户需求进行调研汇总,基于线上和实地调研对市场上常见的办公电器产品展开搜集,梳理出产品设计特点,并通过文献阅读与理论研究分析办公室环境因素对设计的影响。然后以感性工学理论为基础开展设计研究并建立起设计流程,通过对办公室电器产品感性词汇和样本图片的搜集分析,基于语义差分法得到感性数据,进而运用SPSS软件进行主成分分析以筛选出影响外观设计的感性词汇;之后通过矩阵分析探究办公室电器产品感性词汇和外观设计要素之间的关联关系,并将其应用于办公室水质检测仪外观设计中,使其能够更好地融入办公环境。本研究的成果能够指导某特定环境下以用户对某类产品外观心理感受为基础的新产品设计活动,从而为以环境为导向的产品设计过程提供参考和借鉴。

关键词： 水质检测   多波长   回归   吸光度   分光光度法  

摘要： 全球面临着水资源危机,水污染问题日益严重,传统检测水质的仪器比较笨重,结构复杂。为了简化仪器设计、提高测量精度,开发多光谱便携式水质检测仪器。因此,本文提出了一种应用多波长传感器检测水中污染物的方法,并设计了基于可见光多波长光谱传感器的便携式水质检测仪器。仪器根据溶液吸收光的程度,选择最佳吸收测量波长,然后对实验结果处理并建立回归模型,并将实验结果与分光光度计测量结果对比,分析该方法的准确性,并对两种方法进行独立样本t检验,证明该方法与标准检测方法无显著差异,可应用于水中其他物质含量的检测。主要研究内容和结论如下:(1)在研究分析了目前水质检测现状的基础上,以简化水质检测仪器结构和提高水质测量方法的有效性为目的,结合水质检测方法和便携式仪器研究现状,提出了基于多光谱传感器的水质检测方法。(2)设计了一款基于多光谱传感器的水质检测装置,该测量装置使用色温为5700K的LED作为光源,通过多光谱传感器采集溶液各通道光强数据,结合基于Visual Studio平台设计开发上位机软件计算吸光度值,利用最小二乘法对实验数据进行拟合得到各物质相应的标准曲线。(3)利用设计的装置测量水中氨氮、硫化物、溶解氧、亚硝氮、铁的含量,根据溶液吸收度得到每种物质对应的最佳波长并建立检测模型。将测量结果与分光光度计测量结果对比分析,本文实验装置测量结果比分光光度计测量的误差小,说明准确度较高。将测量结果与传统可见分光光度计测定结果通过独立样本t检验(p>0.05),证明该方法与标准检测方法无显著差异,验证多光谱传感器进行物质测量的可行性。(4)完成便携式水质检测仪器的设计。仪器基于多光谱传感器和LED光源,采用树莓派Pico进行数据处理,智能串口屏显示标准曲线和测量结果,实现水质的快速检测,并通过实际水样的测量验证仪器的可靠性和精密度。仪器结合开发的基于Windows平台的水质多参数测量项目下载软件,可以实现多种测量物质的选择。

关键词： 农村   饮水安全工程   供水水质检测   监管机制  

摘要： 农村饮水安全关系到人民群众的身体健康状态，这就对农村饮水安全工程有着更高要求，定期进行水质检测以保证饮水质量，是当下维持农村饮水工程安全态势的重要基础。文章简述了当下农村饮水安全工程的发展概况，并就水质检测工作面临的主要问题进行了分析，阐述了供水水质检测的具体内容，提出了建立供水水质检测行业监管机制的建议，希望能够为同行业工作者提供一些帮助。

关键词： 生活饮用水   水质检测   现状   完善措施  

摘要： 民以食为天，食以水为先，水以净为本，目前国内外均高度重视生活饮用水的安全保障，联合国前秘书长安南在第47届联合国大会上提出：“提供安全的饮用水是人类的基本需求”。本文就生活饮用水水质检测现状及完善措施展开研究，介绍了生活饮用水水质检测的常用仪器，阐述了生活饮用水水质检测工作存在的不足，并以某市为例，探讨了提高生活饮用水水质的完善措施。

关键词： 光纤传感器   水质检测   环境湿度检测   Nb2CTX   光热效应  

摘要： 随着经济和社会的发展,环境质量问题越来越受到人们的关注。水体质量和环境湿度作为两个重要的环境质量参数,深刻的影响着人们的工农业生产和日常生活。因此,迫切需求高效便捷的检测技术实现对水质和环境湿度的检测。光纤传感技术具有环境友好无二次污染、可持续发展、高灵敏度、优异的恶劣环境耐受性、可远程遥测等优点是一种实现环境质量的有效检测的行之有效的方案。本文面向水质和环境湿度的检测,基于碳化铌(NbCT)材料复合微光纤、倾斜光纤光栅(Tilted fiber Bragg grating,TFBG)、微光纤耦合器光纤结构,实现了高性能光纤传感器。通过分析传感器对于水体污染物浓度和环境湿度水平的响应特性,实现了水污染和环境湿度的高灵敏度检测,有望为环境质量检测技术的发展提供新的思路。本文的主要研究内容如下:1、阐述了微光纤的制备方法和传感机理,研究了用于生化需氧量(biochemical oxygen demand,BOD)检测的NbCT材料复合微光纤传感器。分析了NbCT的优异物理化学特性对于BOD检测的灵敏度增强机理。实验结果表明,传感器的灵敏度为34.98 nm/mg/mL,相比裸光纤传感器提升两倍以上,并且传感器可以实现对于环境温度的补偿。研究了用于环境湿度检测的NbCT材料复合微光纤传感器。分析了NbCT的湿度敏感特性。实验结果表明,在18.5%-72.4%RH的湿度范围内,灵敏度为-86 pm/%RH;在72.4%-95.4%RH的湿度范围内,灵敏度为585 pm/%RH。2、概述了TFBG的主要传感机理,研究了用于环境湿度检测的NbCT材料复合TFBG传感器。分析了TFBG高阶包层模式对于环境湿度的响应特性。实验结果表明,传感器在83.1%-95.6%RH的湿度范围内,实现了0.010nm/%RH的波长灵敏度和-0.031 dB/%RH强度灵敏度。研究了用于硫酸链霉素检测的NbCT材料复合TFBG传感器,实验结果表明,传感器实现了253.8pm/mg/mL的灵敏度,相比裸传感器提升了两倍以上。3、概述了光热效应的基本理论及微光纤耦合器的制备方法和传感机理,研究了基于硫酸链霉素分子光热效应的微光纤耦合器传感器。分析了NbCT复合微光纤耦合器和分子光热效应对于传感器性能的提升机理。实验结果表明,传感器检测硫酸链霉素的灵敏度为23.76 nm/mg/mL,检测限为0.00084 mg/mL。

关键词： 饮水安全   农村地区   水质监测   检测质量  

摘要： 随着社会发展饮水安全问题始终是人们重点关注的问题，特别在人们日常生活中饮用水属于必不可少的物质无法用其他东西替代，饮用水的具体质量及安全性与人们身心健康存在密切关联。随着各地农村不断快速发展在农村地区饮水安全问题也成了急需解决的问题，特别在建设新农村背景下饮水安全工程的建设不但可对人们正常饮水进行确保而且还关系到农民生活质量的改善。本文主要分析农村地区饮水安全以及水质检测等工作面临的各类问题，明确提高水质检测质量的重要意义并探讨提升农村饮水安全及水质检测质量的相关对策，希望可让农村的饮水安全水平显著提高对当地农村的长久发展进行促进，并为相关从业者提供一定参考。

关键词： 流量控制   水质检测   注射泵   两相混合式步进电机   模糊PID控制  

摘要： 水环境污染问题严重影响了人民生活水平。因此,采用先进技术对水环境进行监测,是从根本上解决水环境污染问题的首要任务。目前,水质检测方法主要有光谱分析法、电化学法和化学试剂法。光谱分析法受光源限制,且仪器成本高;电化学法选择性差、仪器使用寿命低,维护成本高;化学试剂法试剂损耗多、人工成本高、易产生二次污染,而紫外分光光度法具有检测精度高,试剂用量少,检测时间短,成本低等优点。因此研究一种基于流控技术,融合紫外分光光度法的水质检测设备有着重大现实意义。本文针对目前顺序注射水质监测仪关键核心部件注射泵存在的检测精度低,稳定性差等问题,设计新型双通道注射泵,并对注射系统闭环控制、气泡干扰去除等关键技术进行研究。1.针对现有注射系统结构存在的问题,提出了一种结构更为紧凑的新型注射泵设计方法,即通过在电机滚珠丝杠处套入空心轴电位器,将电位器作为位置反馈装置,该方法可以准确反馈注射泵活塞行程,从而更好的提高注射泵注射精度和密封性能。2.针对顺序注射水质监测设备检测精度低等问题,设计闭环控制系统。本文采用两相混合式步进电机作为注射泵动力源,根据电机的控制要求,设计了电机模糊PID控制算法以实现对两相混合式步进电机的闭环控制,同时,在MATLAB/Simulink模块中建立电机模糊PID控制模型,并对比模糊PID控制与普通PID控制,结果表明模糊PID控制优势明显。此外,针对现有监测仪在测量过程中管路会出现气泡致使测量误差大等问题,本文引入了多通道切换阀岛体系,通过注射泵与阀岛体系相结合,并利用顺序注射技术,编写程序控制其运行状态,从而减少测量误差。3.完成注射系统设计工作。主要包括注射泵整体方案设计跟结构设计、多通道阀岛体系的建立。同时,以总磷、氨氮、高锰酸盐为实验对象,完成微试剂顺序注射平台设计,并进行可行性实验。完成系统软硬件及系统流程控制设计,完成注射泵阀岛与主控板之间的串口通讯协议的编写。4.对设计的系统进行测试,将本文使用的测量方法与国标法使用的测定方法采集到的数据做对比,实验结果证明了该系统的稳定性。各水质参数的相对标准偏差(RSD≤2.55%)较低,即重复性较高;拟合优度(R≥0.9898)较高,即线性度良好;可靠性以及准确度均符合水质在线监测设备的技术要求,因此,本方案具有应用价值,为在线监测仪研究提出了一种新的设计思路。

关键词： 油田水质监测   配套技术   管理  

摘要： 本文重点对油田水质检测配套技术及管理进行探讨，从水质检测的作用入手，分析了油田水质检测配套技术，最后提出几点提高油田水质检测结果准确性的策略，希望通过本文研究，为相关人员提供参考借鉴，促进油田水质检测工作的良好开展。

关键词： 激光诱导击穿光谱   特征谱线选择   水质检测   梯度提升树  

摘要： 激光诱导击穿光谱技术(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)在用于物质检测时,光谱中包含了测量样品中所有可激发元素的多条原子线或离子线,谱线信息较为复杂,容易产生交叉重叠干扰。特别是用于水质检测时,由于受到液体样品溅射与波动的影响,光谱中存在大量冗余特征,这些都会对定量分析的稳定性造成影响。本文以Ca Cl溶液为实验样品,搭建以液体射流为进样方式的LIBS在线检测平台,研究特征谱线选择对LIBS水质检测稳定性的提高。主要内容包括:(1)LIBS在用于水质检测时,光谱中存在基线较高,噪声复杂、谱线强度量纲不统一等问题。为了减小误差,提高检测稳定性,对原始光谱进行基线校正、噪声消除、数据去量纲化、方差过滤和F检验等预处理。(2)由于水体溅射严重,波动较大,人工选择特征谱线结合单变量模型预测结果不理想。为了提高LIBS水质检测的稳定性,使用CART回归树进行特征谱线选择,通过CART回归树的变量选择,特征变量个数从100缩减到6,变量的压缩率达到了94%,显著降低了无关谱线的干扰。CART回归树模型的R,RMSEC,RMSEP和ARE分别为0.9975,0.0035wt.%,0.0061 wt.%和2.500%,ARSD减小到3.21%。对比单变量模型和偏最小二乘回归的预测结果,CART回归树模型不仅具有更加优秀的特征解释能力,而且相对标准偏差更低,表明其具有更高的预测稳定性。(3)单一的CART回归树模型稳定性不高,输入特征较多时,容易发生过拟合。为了解决以上问题,并提高LIBS在水质检测的稳定性,本章引入梯度提升树(Gradient-Boost Decision Tree,GBDT)分析混合溶液中Ca含量。对比单一CART回归树、随机森林回归(Random Forest Regressor,RFR)和GBDT的特征谱线选择结果和定量分析稳定性。GBDT的特征缩减率达到了94.8%,而且具有更加优秀的特征区分能力。GBDT模型的拟合系数R,RMSEC,RMSEP分别为0.999,0.001wt.%,0.003wt.%,ARE达到了2.45%,ARSD降低为3.37%,定量分析结果显著优于CART和RFR。上述结果证明了GBDT模型与LIBS结合并用于水质检测的可行性,基于Boosting思想的GBDT模型不仅可以准确的选择特征谱线,而且可以显著提高水质检测的稳定性。本文针对LIBS在用于水质检测时的不稳定性进行了相关的研究,引入CART回归树和GBDT模型对LIBS特征谱线进行选择。通过对比预测结果,表明CART回归树和GBDT模型可以有效的提高LIBS水质检测稳定性,为LIBS技术在水质检测领域的发展提供了有效的支持。