基于光电检测技术的水中生物分析方法研究

摘要

水是地球上的生物生存所必需的资源，无论是动物还是植物，水生生物还是陆生生物，它都扮演着重要的角色，对人们的生活具有重大的意义。因此，对水资源的保护和检测是十分有必要的。在水质检测方面，水生生物的分布情况可以从侧面反映水的质量对生物生存的适宜度。实时掌握水质情况，可以预防水质变坏而不能及时发现的情况发生；另一方面，对水中浮游动物和浮游植物生存情况的了解，能够对水的“活性”实时掌握。了解浮游生物浓度变化曲线，能够预测未来一段时间内水中的其他生物的生长曲线，对我们的水产养殖等有重要的指导意义。
　　本论文研究的水中生物分析方法主要包括两方面的内容：水中浮游植物分析方法和浮游动物的检测分析方法。浮游植物的检测方法采用荧光检测法，荧光检测方法是基于叶绿素a的荧光效应而产生。浮游植物体内含有大量的叶绿素a，叶绿素a在一定的光照条件下能够产生荧光信号，此时用光电传感器采集荧光信号，通过检测荧光信号的强弱来判断水中浮游植物的浓度大小。浮游植物检测方法总体设计包含两部分，一部分是下位机信号检测及采集部分，它主要是通过光电传感器将浮游植物产生的荧光信号转换成电信号并对电信号做出初步的处理：放大，滤波，模拟信号转换成数字信号，封装帧格式，本地保存等；另一部分是PC端的数据接收和处理，它主要完成的工作是，通过数据串口将固定帧格式的数据从检测部分传输到电脑端，上位机将接收的数据进行计算得出结果并显示。浮游动物的检测采用激光检测法。浮游动物的检测处于设计阶段，本论文提出理论设计思路，能够实现浮游动物检测的一种方案。它的设计思路是，利用激光束的方向性很好的特点，用平行激光束照射到待测流动水液中，水中的浮游动物在穿过激光束时，会遮挡激光束，使得线阵传感器接收不到激光束发出的光，从而产生阴影，记录此时刻的传感器图像。该设计思路即是通过利用高速线阵传感器采集图像信息，然后通过把采集的图像信息合成，最终以图像的形式展示出来，从而可以判断浮游生物的浓度情况。
　　在浮游植物检测方法的研究上，本论文从检测原理到具体的实现步骤做了详细介绍。详细的步骤有光散射法光学系统设计，浮游植物检测方法的硬件实现和软件实现流程。采集数据表明，仪器测量的数据与标准仪器测量的结果线性度达到0.9以上，相对误差小于2％，具有很高的可靠性。相对于化学方法的检测，可以方便有效的检测浮游植物的浓度情况。浮游动物的检测方法，本论文提出了可行性很高的激光检测方法。通过采集并记录图像的方式，将水中的浮游动物分布情况更加直观的显示出来，对浮游动物分析方法上具有一定的指导意义。

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第一章 绪论

1.1 选题背景

1.2 国内外研究状况

1.3 研究内容及其意义

1.4 论文的主要结构

1.5 本章小结

第二章 水中生物分析方法原理

2.1 水生浮游植物检测方法原理

2.2 水生浮游动物检测原理

2.3 本章小结

第三章 水生浮游植物分析方法方案设计

3.1 光学系统原理及设计

3.2 水生浮游植物检测硬件实现

3.3 水生浮游植物检测软件实现

3.4 本章小结

第四章 水生浮游植物检测仪器调试分析

4.1 叶绿素a标准溶液配制及仪器标定

4.2 数据采集及分析

4.3 本章小结

第五章 水生浮游动物分析方法

5.1 半导体激光器

5.2 传感器介绍

5.3 检测原理与测量准则

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

附录