广东工业大学硕士学位论丈目前，国际上有代表性的在线水质分析仪有以下几种：１．ＣＬｌ７余（总）氯在线水质分析仪哈希公司所生产的ＣＬｌ７余（总）氯在线水质分析仪，适用于饮用水、废水、工业循环冷却水等加氯消毒过程中的余（总）氯测量，以及能对饮用水管网余（总）氯浓度的监测。其特点：利用内置曲线校正，可以检测余氯或总氯；且能进行自动浊度、自动色度补偿，自动诊断；一套试剂供仪器自动运行３０天，分析周期为２．５分钟；可以和自动加氯泵联机，实现自动加氯，可用于无人值守的监测站。ＣＬｌ７余（总）氯在线水质分析仪对余氯或总氯的测量范围为０＂－，５ｍｇ／Ｌ，准确度为±５％或±０．０３５ｍｇ／Ｌ，测量精度为±５％或±Ｏ．００５ｍｇ／Ｌ，最低检测限为０．０３５ｍｇ／Ｌ，样品温度为５－－－４０＊（２，可以输出４＂～２０ｍＡ的模拟信号，且在０－－一５ｍｇ／Ｌ范围内可以任意设置。２．ＡｍｔａｘＴＭＣｏｍｐａｃｔ氨氮在线水质分析仪哈希公司生产的ＡｍｔａｘＴＭＣｏｍｐａｃｔ氨氮在线水质分析仪，是用来测量市政污水以及工业废水的氨氮含量。ＡｍｔａｘＴＭＣｏｍｐａｃｔ氨氮在线水质分析仪在无人操作的情况下可以连续运转多达３０天或以上，同时具备自动校正、自动清洗、自动管道灌注的功能，其独具创新的气相、液相转换技术，使测量不受污水颜色的干扰，且可以检测两路样品。ＡｍｔａｘＴＭＣｏｍｐａｃｔ氨氮在线水质分析仪的测量原理：样品、逐出溶液和指示剂分别被送到逐出瓶和比色池中，ＬＥＤ光度计进行清零测量，样品和逐出溶液在空气的作用下，充分混合并发生化学反应，产生的氨气被隔膜泵传送到比色池，从而改变指示剂的颜色，经过一段时间，ＬＥＤ光度计再次对样品进行测量，并且和反应前的测量结果进行比较，最后计算出氨氮的浓度值。ＡｍｔａｘＴＭＣｏｍｐａｃｔ氨氮在线水质分析仪的测量范围为Ｏ．２—１２．０ｍｇ／ＬＮＨ４－Ｎ、２—１２０ｍｇ／ＬＮＨ４－Ｎ和２０－１２００ｍｇ／ＬＮＨ４一Ｎ，准确度为测量值的±２．５％或Ｏ．２ｍｇ／Ｌ（标准溶液），取较大值最低检测限为Ｏ．５ｍｇ／Ｌ，测量周期为１３分钟一１２０分钟，可选输出０／４．２０ｍＡ的模拟信号，最大负载为５００欧姆，可选择ＲＳ４８５、ＲＳ２３２、Ｍｏｄｂｕｓ或ＰｒｏｆｉｂｕｓＤＰ通信，可预设两个报警值（最小值，最大值）的报警输出。３．Ｇ系列连续光谱在线水质分析仪奥地利Ｓｃａｎ公司所生产的Ｇ系列在线水质分析仪，它是一种专门为地表水，６第一章绪论地下水和市政污水的分析而设计的水质分析仪。其原理上采用紫外．可见光的阵列感光器和差分光谱分析软件，可以测量硝氮、ＣＯＤ、ＢＯＤ、ＴＯＣ、ＤＯＣ、浊度或悬浮浓度；可分析单参数或多（２—４）参数，该仪器出厂时按全球参数标准预标定，通常无须现场标定，与传统的滤光片单波长紫外分析仪相比有了革命性的进步。Ｇ系列连续光谱在线水质分析仪是真正实现在线、无须采样和预处理的在线水质分析仪。它具备实时测量、响应迅速、测量准确、高分辨率、高可靠性等特点，该仪器采用闪烁氙光源，其理论寿命可达５０年，探测器测量狭缝（光路）从ｌｍｍ到３５ｍｍ可选，且双光束自动补偿，适用于不同参数和水质，显示控制器可以通过限值、报警继电器和ＲＳ４８５输出４—２０ｍＡ模拟信号。目前，国内所生产的水质分析仪主要是便携式水质检测仪，在线水质监测主要是基于化学的方法，以下是国内主要基于光度法的便携式水质分析仪产品ｎ钔。１．ＭＰＴ一２０１系列便携式多参数水质分析仪是由湖南利德投资股份有限公司联合华中科技大学环保技术研究所共同开发的，是一种基于光电比色分析原理的专业水质分析仪器。它是一种便携式多参数水质分析仪，可广泛应用于环保监测机构、科研院所试验室、自来水厂、公共泳池、工矿企业等单位测量水质指标，尤其适用于野外现场对水质进行实时、快速检测。可测量高浓度ＣＯＤ、低浓度ＣＯＤ、整磷酸盐和总磷、氨氮、余氯、六价铬、总铬、浊度共八中参数。２．ＧＤＹＳ．２０１Ｓ，它是由长春吉大?小天鹅仪器有限公司生产，采用国家标准方法或比色法，其检测速度３．１０分钟，使用一次性专用试剂盒，直接显示样品溶液浓度值，它是一种五合一多参数水质分析仪，可测量氨氮、溶解氧、ＰＨ值、盐度、温度。上述国外几种在线水质分析仪器可以分析地表水、地下水、水源水、自来水、市政污水和工业废水等水质，其有配套的软件，可以通过对水质的检测，来辨别是哪类物质造成的污染。同样在线分析仪可以达到实验室分析的精度，都可以通过现场进行水质参数标定。其水质信息传输方式采用的是传统通信方式：ＲＳ２３２和ＲＳ４８５，如：ＡｍｔａｘＴＭＣｏｍｐａｃｔ氨氮在线水质分析仪，而本文在分散控制系统基础上，采用ＣＡＮ控制子网和ｉｎｔｅｒｎｅｔ进行水质信息传输。国内这些产品在性能上比国外产品仍存在较大差距，其缺点包括寿命短、测量不准、重复性不好等。国内许多公司采用的是传统的水质检测方法，如：化学滴定法、电化学法等陈旧的方法，造成技术上赶不上国外的先进产品。国外采用先进的７广东工业大学硕士学位论文测量方法和技术，测量精度、重复性比较高，但其产品价格也非常高。经过多年发展，中国的水质分析仪器工业也已经具有一定的研究、开发和生产能力［１３１。但是，与国外的先进技术、产品相比，国内水质分析仪器产品差距十分明显，大多数国产主要产品总体技术水平与国际先进水平相差ｌＯ年以上，具体表现在技术系统性差、集成度不够，持续创新能力不强等。因此，及时了解和总结我国水质分析技术发展状况及与国外先进水平的差距，才能督促和鼓励水质分析技术开发工作者奋起直追，尽快赶上国际水平。“十五”期间中国分析仪器行业的发展重点将围绕科研、生产、人类环境三大领域需求，以生产中档产品为主。重点开发的产品将包括在线检测与质量控制仪器，人类健康与环境检测器等【?，】。：．今后，水质监测的发展趋势主要表现在以下３个方面：１．灵敏度和选择性的提高；２．分析仪器向微型化、智能化、网络化、专用化方向发展；３．现场的（原位的）、实时在线的分析检测仪器设备将越来越受到重视１２０ｌ。１．４论文主要研究内容在线监测是相对于实验室的便携式分析仪而言的，它能够实时、快速检测水质成分，能够全天候、连续测量水质参数，一旦水质超标或其他异常则会及时报警提示，适用于对水质安全要求较高的场合。在线水质监测系统由现场水质监测节点、嵌入式ｗｅｂ服务器及远程客户端构成。由于现场水质监测节点比较分散，设计了一种基于ＣＡＮ总线和嵌入式ｗｅｂ技术远程水质监测系统方案，选用嵌入式￥３Ｃ２４１０Ｘ微处理器作为ｗｅｂ服务器系统ＣＰＵ，以ＣＡＮ总线作为底层接口。监测节点采用ＣＡＮ子网控制，把现场采集数据通过Ｉｎｔｅｍｅｔ进行实时发布，为提高水质测量精度及稳定性，现场监测节点选用ＡＴｍｅｇａｌ２８单片机作为微控制器，软件上采用综合数字滤波技术对其进行预处理，采用基于最小二乘法的线性回归算法构建数学模型。研究了Ｌｉｎｕｘ平台下嵌入式ｗｅｂ服务器、嵌入式ＳＱＬｉｔｅ数据库的实现方法，包括ｂｏａｓｅｒｖｅｒ的移植与配置、监测节点软硬件设计，结合ＣＧＩ技术实现远程水质多参数的实时数据采集和报警。全文的内容安排如下：８第一章绪论第一章：首先简要阐明本课题研究的背景与意义，然后简单介绍水质监测指标和水质监测的过程，阐述水质监测过程中的关键技术以及介绍国内外在线水质监测的发展现状。第二章：论述基于光度法水质监测理论，详细分析物质对光的选择性吸收和朗伯比尔定律，分析水质检测的原理，推导待测电压与样品浓度的关系，构建基于最小二乘法线性回归算法模型及求解。为实现在线水质网络化监控，介绍了嵌入式ｗｅｂ网络测控相关技术。第三章：设计在线水质监测系统的总体框架，给出系统硬件架构，包括构建嵌入式ｗｅｂ硬件平台和现在水质监测节点硬件设计与实现，其节点硬件模块主要有：光路系统、光电检测电路、信号处理电路、人机接口电路、报警电路、ＣＡＮ总线接口电路等。第四章：水质监测节点的软件设计，根据水质监测的参数，研究了各模块的软件设计，重点设计了通过内置线性回归模型对数据进行处理。为实现水质监测网络化，研究了嵌入式ｗｅｂ服务器的软件实现过程。第五章：通过对水质中臭氧、余氯的实验研究，对线性回归模型的性能进行了分析，同时对实验数据结果进行了相应的分析。９广东工业大学硕士学位论丈第二章水质监ｉ贝，ｌｌＳＮ关技术理论及建模本章主要就光的吸收定律、水质检测理论、最小二乘法建模进行详细的理论推导分析，为实现水质信息的传输，介绍了嵌入式网络测控相关技术。２．１光度分析概述光度分析（ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｒｙ）技术是利用物质（包括分子和原子）具有对光（包括可见光、紫外光、红外光及辐射光）的选择性吸收特征而建立起来的一种定量和定性分析方法，又称分光光度法或吸收光度法【２ｌ】。按其研究对象的不同，可分为分子吸收和原子吸收两大类，其中分子吸收分光光度法又可依所选光性质的差异分为可见、紫外光和红外光的分光光度法三种，当一定范围的光波连续照射分子时，就有一个或几个波长的光被吸收，于是产生了被吸收谱线所组成的吸收光谱；原子吸收光度法则是指对原子的吸收，所谓原子的吸收是指：气态自由原子对于同种原子发射出的特征波长光的吸收现象，它是基于水样蒸气中的基态原子，对光源发出的该种元素的特征波长的光的吸收程度大小进行定量的方法。早在１７２９年，Ｍ．Ｂｏｕｇｅｒ就提出当溶液浓度不变时，入射光被溶液吸收的程度（Ａ）与光径上溶液的厚度（Ｌ）呈正相关；１７６０年，Ｈ．Ｌａｍｂｅｒｔ系统地研究了该问题，并发现只有当一定的单色光穿过玻璃片或有色溶液时，该单色光被吸收的程度就与玻璃片或有色溶液的厚度成正比，即Ａ＝ＫＬ，Ｋ表示物质的吸光系数，此为Ｌａｍｂｅｒｔ定律；１８５２年，Ａ．Ｂｅｅｒ在研究无机盐水溶液对红光的吸收时，观察到物质的吸光度与物质的吸光系数和浓度的乘积成正比，即Ａ＝ＫＣ，此为Ｂｅｅｒ定律。此后，经物理及数学推导将其两个定律合并成：Ａ＝ＫＣＬ，从而奠定了光度分析技术的定量分析基础。光度分析技术作为一种最常见的仪器分析方法，以其操作简便、准确快速、灵敏稳定和用样量少等优点而被广泛地应用于农林牧渔、化学化工、机械电子、地质冶金、医药卫生、能源环保、食品饮料、航空航海乃至公安国防等多个领域。ｌＯ
在线水质监测系统的设计 - 图文
