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紫外-可见光谱水质检测多参数测量系统的关键技术研究
水是生命之源，人类在生活和生产活动中都离不开水。然而，随着我国经济的高速发展和城市化进程的加快，暴露的水环境污染问题也日趋严重，水质或水体污染事件频发，凸显了我国水环境形势不容乐观。　　水质的优劣不仅与工农业生产安全和人类健康密切相关，而且还依赖于水质检测技术做保障，以此评判、预测和监测水质的优劣。诚然，传统的仪器检测设备可以对水质参数进行检测，但一般只对单一参数进行测量。例如，水质COD、TOC、TURB和NO3-N等参数的检测，其通常需要COD分析仪，TOC分析仪，浊度计，NO3-N分析仪等设备进行单独测量，这不仅不利于数据的整合，而且还增加了检测成本。近年来，作为光谱分析的水质检测技术之一的紫外-可见光吸收光谱法，它不仅摒弃了化学分析和电化学分析及色谱分析等水质检测技术水样预处理繁杂、测量周期长、所需化学试剂多的缺点，而且还具有检测速度快、成本低和可实现在线、原位测量等优点，日渐为世人所瞩目。然而，目前的紫外-可见光吸收光谱法，一般为单一参数在线检测，国内尚不能实现水质 COD、TOC、TURB、NO3-N的多参数同时在线检测。　　本文在四川省科技支撑计划项目“多功能水质实时自动监测技术开发与产品研制”（项目编号：）和四川碧朗科技有限公司横向合作科研项目“光谱多参数水质在线自动监测仪研制”（合同编号：0453）及国家自然科学基金项目“SFL-Contourlet的构造及其特性研究”（批准号：）的联合资助下，开展了紫外-可见光谱水质多参数检测的理论、仪器、方法技术及应用研究工作，研制了一套涵盖水质光谱数据采集、水质光谱处理、水质参数解算，到实验室分析验证，再到实际水质多参数检测完整流程的水质多参数检测仪器系统，且系统已具有完全自主知识产权。论文的研究内容，主要包括：　　①阐述了光谱法或光谱技术水质参数检测的国内外研究现状及发展趋势，通过对国内外现有水质检测技术进行详尽对比分析的基础上，本文提出了紫外-可见光谱法水质多参数检测的原理和方法技术及应用，基此，系统、深入开展了紫外-可见光谱法水质多参数检测的水质光谱处理、水质参数解算等的关键技术问题研究。　　②研制了紫外-可见光谱法水质多参数检测的仪器系统。通过对紫外-可见光谱法水质检测的原理进行详细分析，研究了水质多参数的检测原理，分析了多参数光谱检测的可行性。在此基础上，构建了水质多参数检测仪器系统的实现方案，设计、仿真、加工制作和测试了浸入式光程差分水质检测探头。该探头在进行水质光谱数据采集时，能有效地降低噪声干扰，提高系统灵敏度，并能快速、准确找出待测水体的敏感波长范围。通过采用以微型光纤光谱仪为核心的光谱测量单元，结合紫外-可见吸收光谱分析法，完成水样的COD、TOC、TURB和NO3-N多参数检测。同时，基于LabVIEW开发平台，进行系统软件设计并进行调试，实现了对流路、清洗、处理、显示、存储、打印及主控系统的仪器功能，此为光谱法水质多参数检测的实现提供了硬、软件条件或平台。　　③研究了基于小波包去噪的水质光谱处理方法和多元散射校正的水质光谱处理技术方法。针对地表水、城市生活污水中主要污染物在线检测与控制的需求，以紫外-可见光谱法水质COD、TOC、TURB和NO3-N多参数检测为具体研究对象，在分析水质光谱信息特征的基础上，提出了基于小波包去噪的水质光谱处理方法，借以提高水质光谱的信噪比。研究结果表明，水样的原始紫外-可见吸收光谱经小波包去噪处理后，噪声得到了明显抑制，且特征得到了较好的保留。针对水中悬浮物对光谱的散射会对水样的紫外-可见吸收光谱产生基线漂移、平移等，此将严重影响系统的稳定性和检测精度问题，进而将直接影响光谱法对水质COD的检测。为此，研究了一种基于多元散射校正的水质光谱处理方法。通过多元散射校正方法，可在不影响水样紫外-可见吸收光谱特征的前提下，能够对水中悬浮物引起散射干扰或水质浊度引起基线偏移的吸收光谱曲线进行有效的校正。这不仅提高了光谱法检测水质COD的信噪比，而且还对化学计量法建立准确有效的水质检测COD分析模型进行了有效的数据预处理。　　④研究了主元分析进行水质光谱降维和最小二乘支持向量机对水质参数软测量建模的水质光谱处理方法技术。由于水质紫外-可见光谱通过小波包去噪和多元散射校正后，依然存在水质光谱采集的冗余及多重共线问题，应用主元分析方法对水质光谱信号进行降维处理，再应用最小二乘支持向量机对水质参数COD进行软测量建模。研究结果表明，经主元分析方法降维处理后的水质光谱数据，去除了冗余信息，保留了有效特征，在此基础上，应用最小二乘支持向量机进行水质参数的软测量建模，可以提高系统的建模精度和水质COD参数的解算精度。　　⑤开展了紫外-可见光谱法水质多参数检测仪器样机的性能测试研究工作。为了确保紫外-可见光谱法水质多参数检测仪器系统的有效、稳定运行，需要依据相关标准，对研制的仪器样机的性能进行测试。测试结果表明，仪器样机对COD即化学需氧量标液的测试精度小于4.70％，重复性小于1.43%；对TOC即总有机碳的测试精度小于2.69%，重复性小于1.98%；对 TURB即浊度的测试精度小于4.78%，重复性小于1.55%；对NO3-N即硝酸盐氮的测试精度小于4.67%，重复性小于2.92%。可见，研制的仪器样机性能指标，不仅达到了立项研究项目《任务书》的设计要求，而且由中国测试技术研究院化学研究所出具的测试报告证明，性能指标满足我国及行业的有关标准规范。　　本文将光谱学、光电技术、环境科学、化学计量方法、信号分析与处理等学科专业知识进行了有机结合，率先在国内研究并构建了基于紫外-可见光谱法水质多参数检测仪器系统。论文研究成果——研制的仪器样机，已通过了四川省科技厅组织专家的成果鉴定，这对进一步开展紫外-可见光谱水质多参数检测的理论、仪器、方法技术及应用研究工作，具有重要的理论和现实意义。
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万方数据电子出版社振动信号分析仪数据采集策略研究及实施--《西安工业大学》2014年硕士论文
振动信号分析仪数据采集策略研究及实施
【摘要】：对旋转机械的运行进行数据采集,进而实现实时监测和故障诊断是相关领域安全生产的保障。论文对旋转机械故障监测技术进行了研究,研制了用于汽轮机运行监测的便携式振动信号分析仪,完成了数据采集策略的研究及具体实现。
针对需进行24路振动信号实时采集,提出多处理器协同分布式处理的设计方案。方案以嵌入式技术为基础,将分析仪分为数据处理和数据采集两个单元。数据采集单元采集振动信号,完成增益控制、调理、多路同步采集与处理等功能；数据处理单元实现数据计算、分析与存储。二者通过共享内存进行高速数据传输,实现协同工作。根据设备高速稳定运行和不稳定运行两种状态的监测需求,确立了固定频率采样和倍频采样两种采集策略。论文以数据采集单元的开发作为重点。硬件设计上,使用本特利3300系列传感器进行振动信号采集,以Cortex-M3内核ARM处理器LPC1768为核心,设计了信号调理、A/D转换、键相信号整形和共享内存电路。软件设计上,以Keil-uVision4为开发平台,对两种采样方式进行了程序实现。振动信号滤波算法上,针对振动信号处理对相位要求严格的要求,提出了基于过采样ADC的滤波算法,能够较好的保证滤波处理的线性相位。
论文研究所开发的振动信号分析仪经测试,运行稳定,达到指标要求。理论研究及设备开发实践表明：基于嵌入式技术的多处理器协同分布式处理的设计方案可均匀分配负载,满足实时性和便携性需求；固定频率采样和键相信号控制下的倍频采样能实现信号采集与分析的灵活配置；过采样ADC为基础的滤波算法能够在保证线性相位的基础上较好去除噪声,满足振动信号滤波的需要。
【关键词】：
【学位授予单位】：西安工业大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TN911.6【目录】：
摘要3-5Abstract5-101 绪论10-16 1.1 前言10 1.2 课题研究意义10-11 1.3 国内外发展现状11-13
1.3.1 振动监测技术国内外发展现状11-12
1.3.2 振动数据采集技术国内外发展现状12
1.3.3 嵌入式技术国内外发展现状12-13 1.4 主要研究内容13-14
1.4.1 主要研究内容13-14
1.4.2 重难点分析14 1.5 论文结构安排14-162 课题研究方案16-25 2.1 课题研究目标16-17
2.1.1 功能需求16-17
2.1.2 主要技术指标17 2.2 振动信号分析仪总体设计方案17-18 2.3 振动信号采集方式18-19 2.4 数据采集功能设计方案19-23
2.4.1 硬件设计方案19-20
2.4.2 核心器件选型20-23
2.4.3 软件设计方案23 2.5 本章小节23-253 数据采集功能硬件设计25-36 3.1 振动信号获取25-27
3.1.1 振动传感器选型25-26
3.1.2 振动信号特征26-27 3.2 A/D转换电路27-28 3.3 信号调理电路28-31
3.3.1 振动信号调理电路28-29
3.3.2 键相信号调理电路29
3.3.3 键相信号整形电路29-31 3.4 共享内存电路31-32 3.5 处理器电路32-34 3.6 电源电路34-35 3.7 本章小节35-364 振动信号滤波算法研究36-44 4.1 算法需要解决的问题36 4.2 过采样ADC算法原理36-37 4.3 基于过采样ADC的振动信号去噪算法37-38 4.4 算法的仿真38-40 4.5 算法的性能分析40-42
4.5.1 算法有效性的验证分析40
4.5.2 滤波器过渡带对算法滤波效果分析40-41
4.5.3 窗函数类型对算法滤波效果的分析41-42 4.6 算法的程序实现方式42 4.7 本章小结42-445 数据采集功能软件设计44-54 5.1 软件功能概述44 5.2 软件层次划分44-45 5.3 软件程序流程及实现45-53
5.3.1 初始化及驱动程序45-48
5.3.2 主采样流程48-49
5.3.3 固定频率采样49-51
5.3.4 倍频采样51-53 5.4 本章小结53-546 设备调试54-60 6.1 设备制作54-55 6.2 硬件调试55-57 6.3 软件调试57-59 6.4 调试结果与结论59-607 结论60-62 7.1 结论60 7.2 后续工作展望60-62参考文献62-65攻读硕士学位期间发表的论文65-66致谢66-69附录69
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秒以后自动返回油浸式变压器温度采集系统的设计--《数据采集与处理》2010年S1期
油浸式变压器温度采集系统的设计
【摘要】：电力变压器运行状态监测是降低其故障率的有效手段。以三绕组油浸式电力变压器本体及现场环境为监测对象,设计了一个多点温度采集系统。系统由温度采集模块和温度数据处理模块组成,温度采集模块和温度数据处理模块之间采用CAN总线实现通信。经测试,本温度采集系统能够实现对变压器本体及其现场环境的多点温度的准确采集,系统抗干扰能力强、传输距离远、适用于大型变压器现场。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TM411;TP274.2【正文快照】：
引言变压器的稳定运行是电力系统可靠性的重要保障,其中变压器运行温度的检测是降低变压器事故率的有效手段之一。变压器在线监测系统的构建实际上是系统集成的过程,涉及到传感器、计算机、通信等方面的技术。变压器温度采集系统的功能不仅仅是采集数据,还需要对数据进行处理
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京公网安备75号光伏电站远程监控系统的研究与实现--《扬州大学》2014年硕士论文
光伏电站远程监控系统的研究与实现
【摘要】：在能源短缺和环境污染问题日益严峻的今天,大力发展新可再生能源如太阳能已成为全球共识,近年来光伏产业发展势头迅猛。太阳能光伏发电是利用太阳能的重要方向之一,然而光伏电站多建设在分散、偏远、环境恶劣的地区,不利于人员值守,从而严重制约了光伏发电技术的推广运用,同时也突出了光伏电站监控的重要性,对光伏电站的实时高效监控和定期维护管理已经成为光伏电站建设必须考虑的重要问题之一。本文综合了ZigBee无线通信和BP神经网络算法,设计了光伏电站远程监控系统。
本文提出的远程光伏电站监控系统是集数据采集、数据分析显示、诊断故障为一体的智能应用系统。使用Jennic公司的EK000开发板作为硬件开发平台,JN5139为主要控制芯片,运用ZigBee协议,采用星型网络结构实现主从节点之间的数据传输和采集。软件使用CodeBlocks作为集成开发环境,将编译的代码下载到目标板中；选择了具有较强非线性映射能力、自学习能力和容错能力的BP神经网络算法进行光伏电站故障诊断,设计了光伏电站主要故障的输入与输出算法,并进行网络训练,建立了基于BP的光伏电站智能故障诊断系统,MATLAB训练结果证明该算法能够准确地诊断光伏电站故障的具体类型；最后通过LabVIEW虚拟仪器进行监控界面设计,实现了对采集到的数据进行显示与处理,利用VISA串口通信技术与ZigBee进行通信,并建立了基于LabVIEW的BP故障诊断系统,能够在监控界面上显示诊断过程,使用Access数据库存储数据,从而起到了对光伏电站的有效自动控制。实验结果表明,该远程光伏电站监控系统能够稳定可靠运行,并具有组网简单、花费少、维护性好等优点,达到了预期的效果。
本文研究的光伏电站远程监控系统能够进行实时监测,快速确定故障原因,并存储监测的记录数据,有利于工作人员迅速准确地排除故障,实现了光伏电站监控的功能。最后提出本文可以改进的地方,并对它的发展作出了展望。
【关键词】：
【学位授予单位】：扬州大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TM615【目录】：
摘要5-6Abstract6-10第一章 绪论10-17 1.1 研究背景10-11 1.2 光伏产业开发利用背景与研究现状11-13 1.3 光伏电站无线监控系统的发展13-15
1.3.1 基于ZigBee的光伏电站无线监控技术发展13-14
1.3.2 神经网络技术及其进展14
1.3.3 虚拟仪器监控技术及其进展14-15 1.4 论文的主要研究内容及结构安排15-17第二章 光伏电站监控系统的总体设计17-23 2.1 光伏电站需求分析17-19 2.2 监控系统总体方案设计19-21
2.2.1 监控系统总体构架19-20
2.2.2 监控方案确定20-21
2.2.3 监控系统需要解决的关键问题21 2.3 系统的特色与创新之处21-22 2.4 本章小结22-23第三章 ZigBee节点硬件与软件设计23-44 3.1 ZigBee技术概述23-26
3.1.1 ZigBee技术特点23-24
3.1.2 ZigBee协议构架24
3.1.3 ZigBee节点设备类型24-25
3.1.4 ZigBee网络拓扑结构25-26 3.2 ZigBee无线网络硬件平台选型26-29
3.2.1 JN模块简介26-27
3.2.2 JN5139传感器板简介27-29 3.3 系统硬件整体设计29-31
3.3.1 UART转USB接口功能29-30
3.3.2 串行通信RS23230
3.3.3 传感器电路30-31 3.4 ZigBee节点的软件开发环境31-33
3.4.1 软件开发调试环境CodeBlocks31
3.4.2 Flash programmer1.5.12下载工具31-33 3.5 ZigBee无线网络的实现33-43
3.5.1 ZigBee无线网络协调器节点设计34-38
3.5.2 ZigBee无线网络终端节点设计38-43 3.6 本章小结43-44第四章 基于BP神经网络的光伏电站故障诊断系统研究44-50 4.1 光伏阵列常见故障分析44-45 4.2 BP神经网络在光伏阵列故障诊断中的应用45-48
4.2.1 BP神经网络的建立45-46
4.2.2 BP神经网络故障诊断策略46-48 4.3 BP神经网络模型训练与实验验证48-49 4.4 本章小结49-50第五章 监控系统界面设计与实验研究50-67 5.1 LabVIEW软件简介50-52
5.1.1 LabVIEW的功能50
5.1.2 LabVIEW的特点50-51
5.1.3 LabVIEW的应用51-52 5.2 监控主界面设计52-53 5.3 基于LabVIEW开发的光伏电站BP故障诊断系统53-61
5.3.1 故障诊断模块界面设计54
5.3.2 BP算法程序框图54-57
5.3.3 神经网络训练模块设计57-58
5.3.4 历史故障查询模块58-61 5.4 远程通讯设计61-65
5.4.1 LabVIEW串口通讯功能函数61-63
5.4.2 LabVIEW串口通信步骤63-65 5.5 实验平台搭建65-66 5.6 本章小结66-67第六章 总结与展望67-69参考文献69-73附录73-74致谢74-75攻读硕士期间发表的论文与研究的项目75-76
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