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站点式光谱水质监测设备的设计与研发.docx

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站点式光谱水质监测设备的设计与研发.docx

上传人:科技星球 2024/12/11 文件大小:49 KB

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文档介绍:该【站点式光谱水质监测设备的设计与研发 】是由【科技星球】上传分享,文档一共【7】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【站点式光谱水质监测设备的设计与研发 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。站点式光谱水质监测设备的设计与研发??Summary:近几年来,随着社会经济的不断发展,人民生活水平的不断提高,国家对环境的关注也越来越多,迫切需要一种更为有效、完善的地表水生态监测方法。因此,利用光谱技术对水环境进行实时监控成为必然。本文在对站点式光谱水质监测设备及现场实时监测设备进行综合分析的基础上,以实现现场实时监测、无污染、设备便携、可靠性高、无人值守、体积小、多参数监测为目标,研究并开发一套以COD为主要参数的现场监测设备。Keys:光谱分析,水质监测设备,设计前言针对原型设备的优化设计工作,可以硬件的设计入手,在底层计算机中,可以把直流备用电源系统的电路板与控制系统的电路板结合在一起进行设计,这样既便于管理,又便于调试,而且还能节约设备空间。同时,到目前为止,站点式光谱水质监测设备的设计和研发已经完全完成,本文所设计的光谱水质监测设备终于完成最初拟定的需求,经过对测试实验的数据分析和对各方面参数的综合分析,基本完成设备前期样机设计的所有工作,并可以进行下一步的优化和实际产品生产工作。,不但维持着人类的生存环境,而且对整个人类社会的经济发展起到促进作用。同时,随着科技的发展和社会的进步,因人类活动而导致的大规模的水污染事件屡见不鲜。但是,随着现代工农业的快速发展,大量的生活污水、工业废水以及有机质肥料、农药等被排放到自然水域,导致50多万种以上的化学物质进入水体,严重威胁着生态环境的稳定。因此,水资源问题已成为全球性的重大问题,受到国际社会的广泛关注[1]。我国水资源保护工作已取得一些成绩,国家对各重点领域的水污染进行全面的治理,但水环境状况仍不容乐观。在现代社会中,水环境监测技术是一项日益重要的技术。因此,需要加强水环境监测的科技含量,以保证水环境的“金山银山”的安全,是实现可持续发展的重要途径。总的来说,我国水质监测站点的水质监测设备存在着稳定性、可靠性、测量精度等各方面的问题,这也是站点水质监测技术的难点。因此,这对实现高精度,多参数,低污染的站点式站点式水质监测设备有着重要的现实意义。,在水质监测项目中,仪器分析和计算机控制等现代方法得到广泛的应用,大大加速目前水质监测技术的发展。目前,对水环境质量进行监测的方法有多种,从最早的化学药剂法到日益普及的光谱技术,都属于其中一类。在这些方法中,化学方法因污染太大,被光谱方法所取代。其中,光谱法主要有:分光光度法、荧光光度法等。与各种方法相比,分光光度法因设备和操作比较简单,随着灵敏度、高选择性试剂及新体系的不断出现,并与分离富集方法相结合,使该方法成为水质监测技术的主流方法之一。其中,一般光度法、紫外光度法、荧光光度法、双波长光度法、化学计量光度法等都有应用于水质监测项目中的案例。例如,、叶绿素光学监测时,采用荧光光谱和紫外可见光谱法分析数据,对叶绿素、蛋白等有机质组分的确定具有较高的敏感性。,会吸收一种或多种波长的光波,从而形成谱线,并形成一种吸收谱,由设备来接收。同时,在没有光照时,分子处于低能态,受光照时,受光照后,其能转化为激发态,而在光照下,分子会发生电子能级跃迁,从而产生电子能级跃迁。水体中不同结构和不同浓度的溶液分子,其光子后产生电子能级跃迁形成了电子光谱,吸收光波的波长也不一样,吸收光的强度也不一样,以此作为根据来获得被测物质的组成和含量。所以,采用直接光谱法,在一定范围内的波长,对被测物质展开特定的光子吸收,将吸收后的光谱,用光电探测器将光信号装换成电信号,再通过上位机软件显示,科学人员对光谱数据进行分析,从而对水质进行监测。,将光谱技术划分为直接光谱技术和间接光谱技术两大类。间接光谱方法:在光源照射之前,向水中添加一定的药剂,与目标物发生反应,形成一定的颜色,然后测定目标物的吸收,根据朗伯比尔定律,确定目标物的吸收系数与目标物的浓度之间的关系,从而测定目标物的吸收系数。现在,许多设备都采用这种方法,它们在进行监测之前,会对待测溶液进行自动地与相应试剂进行反应,相比于纯化学法,它减少对化学试剂的消耗,但是其设备无法避免二次化学反应。直接光谱法:将待测液通过一些物理沉淀,剔除掉一些大颗粒杂质对光线造成的干扰,然后直接抽取到监测室,通过吸收光后的光线被光谱仪接收后,可以获得光谱图与光谱数据,从中分析参数含量。,主要包括开关电源、电源切换单元、主控制芯片、蓄电池及其充放电管理模块、掉电监测单元和Boost电路单元,其整体设计框图如图1所示[2]。图1备份电源系统原理框图该设备的工作原理是:市电一方面通过切换单元对设备供电,另一方面给蓄电池作为充电来源,在充电电路中加入二极管是为了防止反接引起的电路损坏;当市电异常时,通过掉电检测单元给主控制单元发出相应信号,使蓄电池放电并通过切换单元将电源来源切换成蓄电池以供设备使用。,掉电监测是判断主电源故障与否的重要环节,也是切换单元正常运行的重要依据。由于本设计主要以站点式光谱水质监测设备为基础,所以掉电监测电路的设计要求不仅要能监测掉电电路,还要保护设备电路、正在运行的数据等,也就是“掉电监测、供电保持、数据存储”三模式一体的掉电监测模式。同时,在工程上通常采用的掉电监测电路中,存在着滤波电容,所以响应时间比较缓慢,电压监测范围比较大。因此,在这个设计中,建议选择一种型号为TLP521的光耦,具有很强的抗干扰能力,很长的使用寿命,很高的传输效率。、总氮、总磷和COD的新方法,具体的分析过程是这样的,首先对光谱仪获取的原始数据进行降噪(以小波降噪为主),以改善光谱信号的信噪比,接着对数据进行降维,最后建立水质参数模型,画出虚线的部分是这一章的设计重点。,可知COD的含量与254nm的波长呈线性关系,在建立COD含量与光谱吸光度的模型时,以吸光度为X轴,COD的浓度为Y轴,将测得的水质样品中254nm处的吸光度与标准COD含量线性拟合,并作为预测模型,拟合后的图形。应用此方法建立水体中COD指标的数学模型,具有操作简便、测定迅速等特点。对于单一的、组成稳定的水体,可以进行比较精确的预报。然而,如果遇到种类比较多的水体,或者水体组成有很大差异的水体,这种方法就不适用了。所以,由于设备的工作环境是面相和实体地表水水质,所以,还需要寻找其他的方法[3]。5结语在分析站点式水质监测设备的发展基础上,结合当前国内外的发展现状,分析并介绍当前主要站点式水质监测设备的现状,基于直接光谱技术,以水质作为实测样品,研制一套基于直接光谱技术的站场水质监测仪,并根据实际需要,对设备的硬件、实验等方面进行设计,搭建试验平台,分析建立COD的预报模型,并进行试验验证,为该仪器的预报精度、可靠性提供依据。Reference[1][D].天津大学,2020.[2][D].天津大学,2020.[3]钱江,,安徽蓝盾光电子股份有限公司,2018-07-12.?-全文完-

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