基于色差模型的水质检测技术研究

摘要

近年来，水质污染事故频发，水质污染严重，七大流域呈现不同程度的污染，季节性和区域性的污染状况更为严重。如何有效防治、检测、处理水污染，提高和提升水环境安全技术水平是我国亟待解决的关键问题之一。比色法由于方便快速、成本低，是水质检测中最便捷的检测方法。由于传统的目视比色法存在主观性强、检测误差大、不能数字化等技术问题，虽然采用光电积分法消除了主观误差，但是灵敏度低、数值波动大。本文提出了一种在比色法的基础上，结合色差分析模型进行水质检测的方法，一方面克服了主观读数不准的困难，另一方面实现了比色法的标准化、仪器化。
　　本文首先详细地分析了颜色的光谱响应及颜色空间变换的工作原理，针对Lab颜色空间提出了色差计算模型，讨论并研究了色差模型在水质光谱分析中应用方法。本文构建了微型化的水质比色分析系统，研究并比较了非标准光源和标准光源在水质测色分析计算的差异，选取白光LED作为比色系统光源，TCS3200颜色传感器作为系统检测器，在微控制器的程序设计基础上，实现了水样的采样、进样、比色测量和结果分析等完整的测试系统。
　　最后，本文利用色差计算模型分别测定了水中余氯、亚硝酸盐、色度、铁离子、铜离子等多个参数实验研究，建立了水质参数浓度-色差的拟合模型，拟合优度均达到0.99以上。同浓度-吸光度拟合曲线相比，色差模型灵敏度更高、数值波动更小。通过与国标法对比实验，结果证明两种方法不存在显著性差异。
　　本文基于色差分析模型，建立了水质检测的实验系统和分析计算方法，实现了准确快速、灵敏度高、稳定性好的水质检测技术，本文工作为实验室水质分析、野外现场分析等领域提供了多参数、快速、准确的检测方法。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 水质检测常用方法

1.3 比色法水质检测技术研究进展

1.4 色差分析

1.5 本文的主要工作

第2章 比色分析中色差计算

2.1 比色法检测原理

2.2 颜色空间

2.3 均匀颜色空间与色差计算模型

2.4 本章小结

第3章 水质比色检测系统设计

3.1 比色系统总体框图

3.2 光电检测系统设计

3.3 无线传输系统设计

3.4 系统主程序流程图

3.5 本章小结

第4章 系统实验及结果分析

4.1 水中余氯的实验测定

4.2 亚硝酸盐色差实验验证

4.3 色度实验

4.4 铜离子实验

4.5 铁离子实验

4.6 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 课题总结

5.2 存在问题及展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢