结 论 . 37
致 谢 . 38
参考文献 39
第1章 绪论 本文阐述了水质多参数检测电路的设计原理和定标实验成果。具体介绍了 pH 传感器、电导率传感器、温度传感器、压力传感器的设计思想,详细介绍了多参数水质检测电路的组成和工作流程。同时,本文阐述了在线CTD仪器在水质检测中的应用,并分析了不同类型CTD仪器的技术优缺点。在了解现有 CTD 技术的发展趋势的同时,结合地表水质检测具体需求,设计和研发了稳定可靠、易于文护、价廉的在线 CTD 仪器,应用到地表水检测中。同时结合具体程序流程阐述了 CTD仪的工作过程。 1.1 研究背景和意义 2015 年 4 月 16 日,国务院正式出台《水污染防治行动计划》,简称“水十条”。 “水十条”将坚持地表与地下、陆上与海洋污染同治理,市场与行政、经济与科技手段齐发力,节水与净水、水质与水量指标同考核的基本原则。“水十条”将施行最为严厉的源头保护和生态重建措施,基本内容涵盖全面控制污染物排放,全力节约保护水资源,全力保障水生态安全,充分发挥调节作用,明确和落实各方责任[1]。 环保部门公布的调查数据显示,2012年,全国十大水系、62个重要淡水湖泊分别有31%和39%的水质达不到饮用水要求,严重影响人们的健康、生产和生活[2]。 环保部公布的《2013中国环境状况公报》显示,2013年,中国黄河、长江、珠江、淮河、海河、松花江等十大水系的国控断面中,Ⅳ-Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为 19.3%和9.0%[1]。 环保部监测结果显示,2014 年十大流域好于Ⅲ类水质断面比例是 71.7%。IV、V 类是 19.3%,劣 V 类是 9%,相对于 2012 年、2011 年都有所改善。相对于 2012 年,好于Ⅲ类断面比例提高了 2.7 个百分点,劣 V 类的比例下降了 1.2 个百分点。相对于 2011 年,改善的程度更大一些,好于Ⅲ类断面比例提升了10.7个百分点,劣V 类的比例下降了4.7个百分点。 全国水环境的形势非常严峻,主要体现在三个方面: 第一,就整个地表水而言,受到严重污染的劣V 类水体所占比例较高,全国约10%,有些流域甚至大大超过这个数,如海河流域劣V类的比例高达 39.1%;第二,流经城镇的一些河段,城乡接合部的一些沟渠塘坝污染普遍比较重,并且由于受到有机物污染,黑臭水体较多,受影响群众多,公众关注度高,不满意度高;第三,涉及饮水安全的水环境突发事件的数量依然不少[1]CTD 测量技术是研究地表水质最基本的一种技术。该测量技术用来测量地表水的电导率、温度、深度的信息变化。CTD 仪可以获取不同深度水域的温度和电导率信息,并根据电导率结合温度补偿,计算出水质的pH、ORP 等重要信息,而这些信息对于地表水质的研究有着重要的价值。在水质保护方面,电导率作为水质标准的一种参数,有着非常重要的意义。由于 CTD 仪具有快速、实时、低成本和高精度测量的特点,受到高度重视,并得到快速发展。 1.2 本论文研究内容 本研究以范德堡法为电导率测量的基本方法,旨在开发一套稳定可靠、精度较高、易于文护的在线水质多参数监测仪,并应用到地表水检测,实时检测地表水的状况,全力保障水生态安全。 本文主要阐述水质的 pH、电导率、温度、压力的测量方法,并在实验室内开展标定实验。然后,对CTD监测仪进行长期的稳定性、可靠性、耐压性测试,应用到地表水检测项目中,施行长期的在线监测,给水质治理和保护提供了实时可靠的测量数据。 进行CTD 监测仪的硬件设计和开发: 讨论了电导率、温度、压力、pH的测量原理,分析现有方法的优缺点,自主设计了基于范德堡法的四电极电导率传感器,包括电极结构和信号的激励、响应放大电路;设计电导率、温度、压力、pH的信号滤波、放大电路和测量电路,基于主控单片机的信号采集和处理系统,RS232 的仪器通信模块电路,仪器的电源模块,并对 CTD 监测仪的整机电路进行调试;通过单片机进行电导率、温度、压力三个信号通道的AD数据采集,进行软件滤波和数据处理,从而计算出仪器测量所得的电导率、温度、压力、pH等基本参数。
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