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【“仪”起享奥运】紫外—可见光谱法水质检测仪关键技术研究
wuyuzegang
2024/08/02
私聊
水质检测
水是生命之源,是工业生产、社会生活的基础保障。如何保障水环境安全,预防水污染是当今社会重点关注的热点话题。水质检测承担着水污染防治中的基础性工作,是保证水环境安全的重要手段,开展水质检测原理、技术及仪器设备的研究无疑具有重要意义。当前,基于化学法的传统水质检测手段存在操作复杂、有二次污染及检测周期长等缺陷。近年来,紫外-可见光谱法在水质检测领域快速普及,其具有快速检测、无二次污染、实时原位等优势。然而,如何利用工业级光源及光谱仪搭建一套可行的水质检测系统,如何去除光谱噪声,如何快速、准确预测水质参数仍然是困扰紫外-可见光谱法水质检测的问题。基于此,本文在国家自然科学基金青年基金项目(61805029),重庆市科委技术创新与应用发展专项(cstc2021jscxgksb X0056)以及重庆市自然科学基金(cstc2020jcyj-msxm X0553)的联合资助下,开展了基于紫外-可见光谱法水质检测仪关键技术研究,主要工作如下:(1)分析了紫外-可见光谱法水质检测仪的国内外研究现状,确定了水质检测仪的总体设计方案,对核心部件进行了选型。设计了一套基于紫外-可见光谱法的水质检测系统,搭建了光谱信号采集、传输、处理及分析模块,开发了一套基于Py Qt5的水质检测与分析软件,以实现对水质检测系统的控制以及光谱数据的处理分析。(2)提出了一种基于完全自适应噪声集合经验模态分解(CEEMDAN)和双树复小波变换(DT-CWT)的光谱信号去噪算法。该算法利用CEEMDAN将信号分解为本征模态函数(IMF),并通过归一化自相关函数和互相关系数进行线性相关分析,以确定高频噪声分量与低频信号分量的界限;进而应用DT-CWT阈值去噪算法对含噪高频IMF分量进行处理,将DT-CWT处理之后的IMF高频分量与CEEMDAN分界得到的IMF低频分量进行信号重构,有效提升光谱信号信噪比。(3)针对化学需氧量(COD)参数的解算,开展了多组不同浓度标准溶液(邻苯二甲酸氢钾溶液)和实测水样的实验,并进行了基于紫外-可见吸收光谱法的水质COD预测研究。通过粒子群算法对原始光谱数据降维,选取其特征波长信息,结合线性回归算法对待测水样COD进行预测,获得解算后的水质COD值。实验结果说明,所设计的水质检测系统能够实现对特定水样的快速检测和COD等参数的有效解算。
附件:
紫外—可见光谱法水质检测仪关键技术研究.pdf
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