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[硕士论文] 卜胜
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:由于我国汽车工业的快速发展,大量汽车的使用所引发的尾气污染问题已经影响到人们生活的方方面面,为了减少尾气污染,改善生态环境,快速且准确地检测污染气体的浓度值已经迫在眉睫。
  本文首先分析了国内外汽车尾气的检测原理和方法,结合尾气检测设备的发展趋势,对于当前汽车尾气检测设备误差大、成本高、操作复杂的问题,设计出一款改进型汽车尾气检测系统。其中,利用不分光红外吸收原理(NDIR)实现对CO、CO2和HC浓度的检测。在确定系统功能要求后,给出了系统的整体框架。
  在软硬件设计方面,系统采用STM32系列单片机作为主控制器,并据此设计了外围电路,主要包括:数据存储模块、按键与显示模块、数据通信模块、传感器模块以及模数转换模块。检测系统的人机交互方式为图形化交互方式,是由μcGUI系统实现的,设计的界面简单直观。系统可以实现怠速测量、双怠速测量和数据管理等功能。
  在数据处理方面,通过向检测通道输入不同浓度的气体,完成气体浓度的标定,并将所测气体浓度和多通道的电压比进行数据拟合,得出二者间的函数关系,并将此关系式写入到检测程序里,便可以通过电压比反推出不同气体浓度值。本文还在不同温度下测量温度与气体浓度的关系,算出检测误差,完成系统对温度的补偿。最后对系统进行性能测试与误差分析。
  本文所设计的汽车尾气检测装置具备数据误差小、操作便捷、经济性好、便携性好等优点。
[硕士论文] 王日晟
应用数学 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:当今世界科技迅猛发展,以DNA为主要研究对象之一的分子生物学一直是科技领域研究的前沿热门。DNA具有自然界中其他分子无法比拟的、特殊的、复杂的性质,以其为基本元素组成的基因作为生命体的遗传信息,决定着生命体的组x成结构,控制着其行为。DNA生物传感技术随着众多新生物技术的开发与运用,成为研究对特定核酸序列(基因片段)实现快速分析的新方法,受到相关专家学者的高度重视。
  DNA传感器是具有新的基因检测技术的传感器,与以往的检测技术相比,具有分离纯化基因,分子识别等功能。DNA传感器还具有灵敏、快速、无污染等优点,已成为当今在这一领域的研究前沿和热点。本文就DNA传感器的基本原理和分类,以及DNA传感器的研究进展、优缺点和发展趋势加以介绍。
  环境污染是当今人类社会所遭遇的重大问题,而尤其引人关注的是,环境中具有毒性的有机污染物一般难以降解,并且会在生物体内聚集,不仅会危害人类自身,对整个生态系统都有破坏。因为DNA传感器具有较好的选择性并且操作简单,而且灵敏度相比以前方法更高,受到越来越多研究者的关注。
  本文主要针对有机体对重金属吸收情况的特殊性,游离的金属离子往往最终决定了重金属的毒性和其起作用的情况,同时利用金属间相互作用及特异性结合,设计出生物传感检测模型,来有效避免金属离子变性转化为其他形态以提高检测的有效性。
  本文筛选出适合环境监测的DNA传感器模型,考虑到传感器检测金属离子的特殊性,设计了一种可控硅导通角新型传感器控制方法,它的关键是能够使检测或者使用装备时获得稳定的电流,并以此申请了发明专利。
  本文还总结了纳米材料(纳米粒子,量子点,纳米管等)使用的最新趋势以及核酸的小型化和“芯片实验室”技术,提出了在DNA发夹结构的茎和环之间引入了二茂铁基团这一模型,去证明可以很容易地将多个电化学标记结合到序列中。尝试用DNA传感器研究受污染的微生物的核酸检测序列,基于DNA生物传感系统对环境应用进行探索。
  DNA传感器在环境监测领域的前景十分广阔,其大量的应用能及时掌握环境污染状况,监测环境污染现状,评估环境污染的严重程度,对于保护环境将具有重要意义。
[硕士论文] 王茂林
电子与通信工程 山东工商学院 2017(学位年度)
摘要:土壤有机物污染特别是重非水相液体(Densenon Aqueousphase Liquids,缩写为 DNAPLs)污染是当前我国土壤和地下水污染控制的难题之一,探索地球物理动态数据检测新方法与新技术迫在眉睫。为治理 DNAPLs土壤污染问题,首先要明确污染的程度和范围,建立有效的污染监测和评价方法十分必要。传统的检测如钻探取样加化学分析,不仅浪费了大量的人力物力和财力,还容易对土壤造成二次污染,且仅为静态检测,不能准确确定污染范围和实时监测,而复电阻率作为物理探测的一种新方法,可以很好的解决上述问题,但在土壤污染检测方面研究还很少,且目前复电阻率污染检测装置尚未成熟,因此迫切需要对复电阻率检测装置进行深入研究。本文研究以解决实际问题为出发点,针对 DNAPLs污染土壤,研究复电阻率检测新方法,并设计开发复电阻率监测装置,将地球物理学、环境化学以及计算机与信息科学的相关理论与方法结合在一起,探索适用于DNAPLs污染土壤监测的新途径。
  本文在分析土壤电性机理和极化机理的基础上,对土壤复电阻率法测量的原理进行分析,设计开发了一套基于LabVIEW的实验系统。该系统实现了复电阻率的实时测量和图形化显示,对采集信号进行频谱分析、相频分析,并实时显示和记录采集波形,实时保存复电阻率数据。利用设计开发的复电阻率测量装置,对DNAPLs污染土壤进行室内实验,实验样品采用细砂和5%膨润土均匀混合来模拟实际土壤,测量在低频下进行,频率范围为2-4--25Hz,结果表明,随着DNAPLs含量的增加,复电阻率幅值明显增大,复电阻率相位得到明显压制,但随着频率的变化其相位变化十分明显,且当污染到达一定程度时,其复电阻率参数到达一稳定值,可以很好的区分污染和未污染土壤。又通过可溶性金属盐溶液污染土壤实验,与 DNAPLs污染实验数据分析得到,土壤孔隙中填充物发生改变,其表现出来的极化效应不同,进而使测量得到的复电阻率幅值和相位发生变化,产生差异。说明可以通过污染物性质的不同来检测土壤污染。
  通过本文研究的复电阻率监测装置能够很好地在室内实验下区分 DNAPLs污染与未污染土壤,为野外复电阻率监测提供了基础性资料,同时也为复电阻率监测装置的研究提供了一定的参考和推动作用。
[硕士论文] 纪刚
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:本文针对当今城市水质热点问题—黑臭水体的水质监测这一问题,研究了基于遥感方法下对黑臭水体监测的可行性。对典型遥感水质因子叶绿素a、总悬浮物浓度和水体浊度在黑臭水体和一般水体两种环境下的反演效果进行了对比分析,同时对这三类典型水质因子能否作为黑臭水体判断标准进行了验证;以GF-1 PMS(2/8m)和GF-2PMS(1/4m)影像数据作为数据源,通过对遥感反射率特征曲线规律的分析,选用多种波段组合建立起黑臭水体判别模型组,最终由模型分类精度得到最适合的黑臭水体判别模型;并对黑臭水体判别模型的阈值做了筛选,找到可用来判别黑臭水体的普适性阈值,经实测分类结果和多期影像验证,均达到满足分类精度的要求;利用相关性分析方法,定量的分析了黑臭水体评价标准中各个水质参数与黑臭水体指数之间的相关关系,找到了水质黑臭程度与黑臭指数之前的线性关系;利用如上结论,对北京市通州区和朝阳区2013-2017年黑臭水体空间分布和变化趋势做了分析,并对典型河段黑臭水体产生原因及其变化做了分析。
  本文选用南四湖和沙河水库作为研究区的验证区,对典型遥感水质因子叶绿素a、总悬浮物浓度和水体浊度在表征黑臭水体效果做了分析,证明叶绿素a和总悬浮物浓度量值上与黑臭水体没有相关性,同时遥感反演效果较差;水体浊度在量值上可以很好的区分黑臭水体与一般水体,但遥感反演效果不佳。因此叶绿素a和总悬浮物浓度不满足遥感监测黑臭水体条件,水体浊度可以作为黑臭水体监测指标。
  对高分影像典型黑臭水体和一般水体光谱曲线特征分析的基础上,利用相关波段组合增大黑臭水体与一般水体的差异,构建了黑臭水体判别模型。利用准同步野外实测水质数据对模型分类结果加以验证,分类精度达90%以上。
  为验证判别模型的可推广性,利用多期影像对研究区内水体类别进行分类,并以野外实测数据验证,在满足分类精度的要求下,对模型阈值选取范围做了相关研究,发现黑臭水体与一般水体的分割阈值为0.8左右。
  利用相关性分析方法,对黑臭水体判别指数分别与氨氮、氧化还原电位、溶解氧做了相关性分析,均在0.01水平上显著相关,相关系数分别为-0.82635、0.720542和-0.63394,说明随着黑臭水体指数的增大,黑臭水体的黑臭程度也越来越高。
  利用黑臭水体判别模型对北京市2013至2017年朝阳区和通州区的黑臭水体的空间分布和变化趋势发现:通州区水质污染程度要大于朝阳区;研究区内黑臭水体面积2013年到2016年逐年增加,到2016年达到最大,2016年后期随着清淤治理、铺设截流管线、封堵排污口等工作的开展,黑臭水体分布有所好转;2017年研究区内黑臭水体面积有所减少,部分河段水质达到还清。
[硕士论文] 赵欢
农业电气化与自动化 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,我国水资源污染与短缺问题日趋严重,各行各业均受到不同程度的影响,尤其深部水层受到污染,长期内难以消除。如果生活用水和灌溉农业用水受到污染,将会严重影响人们的生活质量和身体健康。pH值检测是水质检测与分析的重要指标,其在水文地质调查、农业生产等各个方面扮演着重要角色。
  本课题是中国地质调查局水文地质环境地质调查中心pH值检测项目中的一部分。课题研究的目的是获取二氧化碳地质储存工程中封存在地层中的二氧化碳分布运移情况,实时监测深部含水层pH值的变化,预报二氧化碳泄露进入深部咸水层溶解后导致水环境酸性增强引发的水质变化,避免对生态环境的破坏。
  论文分析了深部含水层pH值检测的影响因素,通过试验发现水层压力和水流速对压力平衡型pH电极采集精度的影响可以忽略,而电极使用时间和温度的影响是主要因素。监测仪以低功耗MSP430F5438微处理器为核心,辅以电源电路、CAN总线通信电路、DS18B20温度采集电路以及双回路同步采样pH值测量电路等外围电路构成,满足了在野外环境下深水层原位检测装置体积小、高精度、低功耗、远距离通信、抗干扰等性能要求。软件方面采用3σ拉依达准则和中位值均值滤波算法,解决了监测仪测量电路受外界环境的影响发生的零点漂移现象。通过实验室试验,研究了干扰离子对pH值测量产生的影响,确定了pH电极发生酸误和碱误的临界值,得到了时间、温度、酸碱度与电位漂移的试验数据。利用MATLAB仿真软件,基于BP神经网络建立了时间、温度影响pH电极电位漂移的补偿模型。建立了基于仪器零点智能补偿方法和pH电极电位漂移补偿方法的pH值原位在线智能计算方法,确保了pH值原位长期监测的稳定性和精度。
  该仪器在某二氧化碳地质储存试验场地进行了安装应用示范。能够满足在线监测的需要,现已用于工程监测,具有较广泛的应用前景。
[硕士论文] 郭鹏飞
光学工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:工业生产制造过程中产生的硫系气体不仅味道难闻,而且对人体健康危害较大。传统检测方法需要将样品带回实验室分析,耗时长且不方便,如何能够对多种硫系气体的混合物实现现场检测成为一个问题。基于这种背景,有学者提出将具有高分离特性的气相色谱和高灵敏特性的声表面波传感器结合起来组成GC/SAW系统,用以进行现场检测。
  本文基于实验室已有对气相色谱和SAW传感器的研究成果,研究了如何搭建GC/SAW级联系统对甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳、二甲二硫四种常见的硫系恶臭混合气体进行分离检测。然后在此基础上编写了PIC程序将SAW传感器的电信号转换成数字信号,编译了PC软件对PIC转换出的数字信号进行处理。
  1.使用SC-F101材料配置的三氯甲烷溶液做了气喷成膜的工艺优化实验,提高了SAW传感器的检测性能,制备出的SAW传感器对色谱柱尾端流出的10.7ng的甲硫醇气体有较好的响应。论文通过实验对比了不同的气体吹扫方式对传感器检测信号的影响。
  2.研究了富集器、气相色谱、SAW传感器组合在一起使用时富集器和气相色谱的工作条件,实现了对四种硫系混合气体的分离检测。测量出了富集器富集量大于5000ng,从理论上分析了分离检测模块通过使用富集器对硫系气体进行富集,可以实现对四种混合气体的分离检测,并通过实验进行了验证。
  3.设计了基于PIC单片机的数字采集模块和PC软件构成的数据接收处理模块,实现了对SAW传感器测试信号的实时监测。通过提高采样频率到5Hz,解决了传统采样方法引起的信号严重失真的问题。依据实际需求,设计了 PIC的定时采集、握手识别等功能。
  通过将富集器、色谱柱、SAW传感器组成的分离检测模块、PIC数据采集模块、数据接收处理模块连接在一起,本文搭建了简易的GC/SAW检测系统,实现了对四种硫系混合气体的分离检测。研究结果可以为便携式GC/SAW检测系统研究提供实验依据,数据采集处理模块的研究为测试信号的谱峰识别奠定了基础。
[硕士论文] 曹欢
地质工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:经济快速发展的今天,大气污染问题已越来越严重,大气环境的保护与监测刻不容缓。传统的大气污染监测采用常规的化学、物理监测方法,虽然该类方法监测结果较准确,但较耗费人力物力、监测范围窄、时效性不强,难以满足如今大气污染监测领域对大范围研究区域实时监控的需求,而遥感技术的引入恰好可以弥补这些方面的不足。遥感技术具有实时性强、监测范围广等优点,已成为大气污染监测的重要手段之一。随着计算机技术和遥感技术的不断发展,对大气污染遥感数据进行自动化、可视化的实时监测已成为环保领域的一个重要研究方向。目前,大气污染遥感监测研究已经有了一定的发展,但集成化、自动化、业务化、可视化的大气污染遥感监测技术仍存在自动化效率低、操作繁琐、技术门槛高、不适宜业务化运行等问题。
  本文基于组件式开发模式设计并实现了一种专门针对大气污染的高自动化、高集成化、业务性强、功能完备、简单易用的可视化遥感监测系统。系统在国产遥感数字图像处理软件PIE(PIE)平台上通过二次开发,使用C#语言,以MODIS、OMI、MOPITT、VIRR等遥感影像为数据源,运用大气污染物定量反演与监测算法,实现了对研究区域NO2、O3、SO2、CO、PM10、PM2.5、灰霾、沙尘、大雾以及火点等大气污染指标的数据自动化下载与预处理、可视化显示以及监测分析,从而达到实时、准确地业务化监测大气污染状况,为环境监测部门、环保决策者和普通民众提供技术和决策支持。
[硕士论文] 程志彪
计算机技术 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:现有烟尘浓度监测方法主要包括离线监测与在线监测两种方法。离线监测方法采用手动称重法;而以光学法为代表的在线监测方法,属于非直接称重法,不具备烟尘量值溯源的特点,影响环保部门进行有效监测执法。为此,实验室受山西省环境科学院委托,设计一套基于称重法的烟尘浓度在线监测系统,实现对火电厂超低烟尘浓度排放的在线与准确监测。
  本研究主要内容包括:⑴烟尘浓度在线监测系统的整体方案设计。按照自控工程设计方法,完成系统工艺流程设计、机械结构设计、仪表选型、电气连接等工作,并确立了系统的总体控制方案。⑵在线烟尘称重装置的开发和设计。根据系统需求分析,完成在线烟尘称重装置机电一体化结构的开发,完成以STM32为数字处理核心的嵌入式电路设计。实现了烟尘监测中滤膜的存取、传输、采样、丢弃、称重等一系列功能的自动化操作,显著提高烟尘浓度监测的准确性与工作效率。⑶烟尘浓度监测中相关信号处理与控制算法的分析。介绍本系统烟尘浓度的计算方法,分析烟尘浓度监测中烟尘质量、采样体积、烟气含氧量等参数的信号处理方法。并设计了烟尘等速采样的模糊算法,有效消除因采样流速产生的测量误差。⑷烟尘浓度在线监测系统的软件设计。通过下位机PLC和STM32的配合,完成系统的自动化控制与数据的实时采集,并完成WinCC上位机的开发,实现系统运行状态及关键参数的实时反馈,系统关键参数的历史曲线呈现,系统运行错误报警及系统的手动单步控制等功能。
[硕士论文] 暴翔
控制工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国各行各业的飞速发展,空气质量越来越差,严重威胁着大家的身体健康,因而引起了广泛的关注和重视。固定污染源排放是大气污染的主要因素之一,它是我国环保部门重点监测的一项指标。为满足国家对固定污染源超低浓度排放监测的要求,本文提出一种基于振荡天平法的烟尘浓度在线监测装置,其核心思想是利用物体固有频率与其自身的质量间有某种固定的函数关系,确定了物体的固有频率就可以间接得到物体的重量。用高精度频率测量电路对烟尘采样前后振荡管的固有频率进行测量,通过计算得到采样烟气中含有的烟尘颗粒物的质量。
  本研究主要内容包括:⑴基于振荡天平法烟尘浓度在线监测系统的设计。其烟尘采样部分利用模糊PID算法,实现了对烟道烟气的等流速采样。其烟尘连续称重部分采用振荡天平法的原理,实现了对烟尘颗粒物的精确连续称量。其烟尘样气检测部分实现了对采样烟气体积的温压补偿和氧含量折算。其数据显示部分实现了对烟尘浓度等关键数据的实时监测,并且提供历史曲线和数据报表等。该系统实现了对超低浓度排放下烟尘浓度的实时监测。⑵利用有限元分析软件ANSYS对振荡天平法质量传感器的核心元件振荡管进行了动力学建模和仿真。对不同参数下振荡管的振荡特性进行了细致仿真,得到了各种参数与振荡特性之间的关系,确定了振荡管结构的最优设计方案,该方案下的振荡管测量灵敏度很高,满足对超低浓度检测的要求。⑶设计了振荡天平法质量传感器的硬件电路。利用DDS芯片AD9832来生成频率可调节的激励信号。用相位差检测的方法来实现对振荡管固有频率的捕捉测量,频率测量电路的精度影响着质量传感器称量的精确度。根据等精度测频法的原理,利用具有100MHz晶振的FPGA,来实现对检测信号频率的测量,其测量精度可以达到0.001Hz。
[硕士论文] 王焮灏
电子与通信工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:根据我国环保部颁发的《固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法》(GB/T16157-1996)标准,针对我国当前使用称重法对烟尘浓度进行监测存在的一些缺陷,实验室项目组设计与实现了一套基于滤膜称重法的烟尘浓度在线监测系统的样机,并将其投入实际电厂进行测试。
  本研究主要内容包括:⑴系统控制单元PLC控制程序设计。通过对S7-200PLC进行程序设计实现对系统整体运行流程的控制,实现对温度、含湿量、压力等工控设备的控制,实现对传感器输出模拟量的转换计算,实现系统控制单元PLC与系统称重单元STM32的自由口通信。⑵系统称重单元嵌入式程序设计。通过对STM32微控制器进行程序设计实现对称重单元的机械动作的控制,实现对电子微量分析天平的控制,以及实现与PLC的数据交互。⑶系统人机交互单元界面绘制。通过WinCC组态软件对人机交互界面进行组态,实现系统运行状态及关键参数的实时监控,实现系统关键参数的历史曲线的呈现,实现系统运行错误报警及参数异常报警功能,以及实现通过调试界面对系统进行调试与控制的功能。⑷基于模糊算法的等流速采样设计。根据等流速采样的要求,结合烟道实测流速与采样流速的误差和变频器输出频率的关系,设计与实现了一种基于模糊算法的等流速采样控制手段,使系统采样过程更能适应复杂的烟道环境,使得到的采样体积更合理。
[硕士论文] 赵济坤
信息与通信工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国工业化进程的加快,工业粉尘的排放量也日趋增多。为达到环保的目的,需要对工厂排放的粉尘颗粒物的浓度进行监测。烟尘浓度测量分为取样法和非取样法两大类,随着科学技术的快速发展,滤膜称重等传统测量法在实时、非接触等高要求下也暴露出诸多不足。非取样法得到广泛研究与应用,其中光电法测量浓度的优势逐渐凸显。本文对光散射法的烟尘发生及浓度测量进行了研究,主要做了以下几方面工作:
  (1)理论分析与仿真。由于装置的设计选型和参数选择以及后续实验测量的需要,本文基于Mie散射理论,给出了在一定立体角范围内的散射光通量与质量浓度呈正相关的结论,对粒子粒径、相对折射率与散射光强相位分布的关系进行了仿真分析,结果表明:单独运用前向或后向散射法测量在散射光信号采集阶段受诸多限制,所以提出了一种多传感器信息融合的方法,即将前后向散射结合对较大范围粒径粒子浓度进行测量。仿真分析为装置的设计选型、参数选择以及后续实验测量等提供了理论依据。
  (2)烟尘发生及浓度测量装置的搭建。在实验阶段,为了模拟实际工况下烟道中的不同颗粒物粒径和浓度,设计了一种可调低浓度烟尘发生装置,该装置由微量进料器与多种元器件、仪器仪表搭建而成,不仅可发生可调浓度的一定量烟尘,还能通过上位机进行实时监控。在Mie散射理论的基础上,基于光散射法设计并搭建了实验装置,将前向和后向散射法相结合,利用CCD相机采集光信号,较准确地实现了实时测量颗粒物浓度。
  (3)软件部分主要功能的实现。①完成了装置各部分的启停调节,实现了模拟烟道数据的采集及记录。技术人员可对系统各部分进行实时监控,以及单步调试,更快速地根据实时数据调控系统运行状态。②对散射光强图像进行采集分析后得到烟尘粒子浓度,然后将数据传送到数据界面进行显示并且形成历史曲线存储到上位机中,操作人员可以根据实时上传的各项监测数据,通过上位机进行良好的人机交互。
  (4)实验研究与分析。进行了可调烟尘浓度发生的实验,在实验环境相对稳定的情况下,对比了装置运行不同时长后烟尘发生的浓度,实验现象符合理论分析。另外又进行了光散射法测量粉尘浓度的实验,进行了多传感器信息融合测量法和单传感器光散射法测量的误差对比等多组实验,通过分析实验数据,结果表明文中设计的光散射法测量颗粒物浓度的方案是切实可行的。
[硕士论文] 代分分
电子与通信工程 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:当前水污染严重,水质探测可以帮助管理人员提早发现问题,其准确性和全面性对于水质治理和水质安全具有重要意义。传统的水质安全分析是依靠采集人员现场测量和实验室仪器分析等,该做法存在着人力资源浪费,并且时间跨度较长,往往单个节点数据采集也会导致结论不真实等问题,更加智能、高效的传感器数据探测系统已经成为未来发展的趋势。针对目前人力资源浪费、时间跨度长、结论不真实等问题,本课题经过前期调研,设计了一种可移动的水质探测系统,该系统以无人船为载体,结合了嵌入式技术、无线传输技术,通过远程控制能够实现对一个湖面任意位置的水质测量,同时无人船凭借着其可视化的显示界面和远程WEB访问的功能,大大便捷了科研人员及时处理特殊情况。该做法与传统做法相比,具有移动方便、节约资金投入、多用型等优点,方便了后期市场推广,为指导农业生产、提高管理水平,奠定了基础。
  考虑到后期将有一些笨重的设备需要搭载,故本次首先解决了载体无人船的机械结构的问题。其次对船舱内部进行功能划分,开启电源,探测系统开始工作,数据经过处理和优化、以无线通信的方式发送到显示终端上。显示部分包括液晶显示和网页显示,均以ARM9为基础,在ARM9控制器上运行Qt上位机程序和Boa服务器,实现了液晶显示本地化和网页显示远程化的功能。系统在完成之后进行了实地的密封性测试和功能测试,实验结果基本能满足实验要求。
[硕士论文] 刘毅
电子与通信工程 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:气溶胶质量浓度是评价大气环境好坏的重要参数之一,该参数的实时监测已迫在眉睫,而颗粒群光散射法具有快速、高精度、宽的浓度范围且能够在线测量的优点。本文研究并设计了一套基于颗粒群光散射法的气溶胶质量浓度测量系统。本文主要工作包括:
  提出了将经过激光束的粒子群等效为一颗凝聚体粒子,建立了采用凝聚体电压信号幅度分布反演气溶胶质量浓度的分形模型,该模型充分利用了凝聚体粒子的电压信号幅度及信号数目信息且考虑了颗粒形貌因素,能够有效提高反演精度。基于气溶胶质量浓度的分形模型,设计了用于采集和处理信号的多通道电路。该电路由FPGA控制高速ADC进行信号采集,STM32负责相关数据处理和外围器件的控制。在信号采集电路中,采用了非均匀通道划分的方式,该方式可以有效提高系统的反演速度。
  考虑到颗粒群光散射法测量的气溶胶质量浓度范围较宽,本文提出了分段标定法标定分形模型中的参数。实验结果表明:对于烟尘样品,当相对湿度在60%以内,质量浓度在0.5~13.0mg/m3的范围之间时,分形模型反演的质量浓度值与实际测量值吻合较好,两组实验的平均相对误差分别为5.6%和6.0%;而采用电压积分量反演的质量浓度平均相对误差分别为11.0%和18.5%。该结果说明采用颗粒凝聚体集合的散射光信号幅度分布反演气溶胶质量浓度更精确。
  在高湿度情况下,首先利用Mie散射理论,计算了相对湿度对球形粒子散射系数的影响;然后,利用标准仪器与本文实验装置同时对不同相对湿度条件下的颗粒物进行测量,基于PSO算法处理得到了相对湿度与气溶胶质量浓度分形模型中标定参数之间的变化关系,利用该变化关系可以对标定参数实时修正,对比实验结果表明PSO算法可以提高光散射法反演模型实时测量的精度。
  本文的研究正好符合国家当前对大气环境实时监测的需求,对治理大气污染和保护人类健康有着重大意义。
[硕士论文] 涂瑞涛
电子与通信工程 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:近几年环境污染问题越来越严重,其中大气污染问题尤为突出,大气污染严重影响了我们的健康生活,虽然相关部门已经实施了很多措施控制污染物的排放,但是到目前为止一直没有有效的措施能够遏止污染的蔓延,大气污染仍是威胁我们健康的难题,在治理过程中,对污染物排放的监测预测必不可少。当今社会是一个物联网和互联网的时代,利用探测传感器再结合Web网络技术对污染物的排放进行实时监控是环保工作的发展趋势。
  本文所设计的监测预测系统的主要特点在于:1、服务器端利用Socket网络编程技术与下位机进行数据交互对其进行数据接收以及远程控制;2、系统通过JAVA开发并利用MySQL数据库对数据进行存储,主要利用Ajax技术进行Web系统前后台的数据交互;3、通过通过对大气污染物扩散模型的研究分析之后提出了融入风速、风向、雨量以及大气稳定度等影响因素的改进版高斯扩散模型,并且利用最小二乘法分析大量实验数据总结出误差补偿算法;4、利用百度地图的BMap技术结合预测模型分析出PM2.5的扩散分布图,以不同色块标识PM2.5的不同浓度值;5、利用了Web技术对采集的数据实现了实时数据显示、历史数据管理、用户管理、远程设备管理、预警管理以及PM2.5扩散预测等功能。
  系统完成建立之后对无锡市一工厂的污染排放情况进行实地监测,总共设置了10个长期监测站,在2016年6月至2016年12月采集了六个多月的数据,通过数据对比分析对预测模型进行了验证,分析结果表明预测值经过误差补偿后得到的PM2.5浓度值与实测值很接近,并且系统能够合理的预测在风速风向以及大气稳定度发生变化的情况下PM2.5的扩散情况,说明系统能够合理的对小尺度范围的污染情况进行实时监测以及对污染物扩散进行有效预测。整个系统的运行结果表明系统可以为有关环保部门的工作及居民的健康出现提供有效的数据支持。
[硕士论文] 胡江
电路与系统 湖南师范大学 2017(学位年度)
摘要:工业废水的大量排放和过度开采矿物资源等人为因素的影响,及重金属很难被分解的特性,使得重金属污染问题尤为突出。研制能适用于各种水样、具有高精度的重金属分析仪对于实现重金属浓度检测以及水质分析有着重要的实用价值。重金属分析仪在地表水、饮用水源地、污染源、工业废水、生活污水等水体检测中有着广泛应用。
  本文通过研究国内外重金属检测的方法,设计了一种基于阳极溶出伏安法的重金属水质分析仪。其以阳极溶出伏安法为基础,以相关电化学知识为理论依据,实现对水样中重金属浓度的测定。在硬件设计中,选择SAMA5D3x系列处理器,提升了系统处理能力。针对水质中其他干扰物的存在,设计了具有温度控制的高温紫外消解预处理模块,提升了仪器检测精度,并适用于许多复杂水样。软件设计上,采用最小二乘法进行拟合,并将拟合后的曲线存储在仪器中。实现了人机交互界面的设计,通过触摸屏可对操作菜单进行操作以及控制,可随时查询检测的结果、设置相关参数和导出数据等。
  本文通过实验验证了重金属分析仪的量程、重复性、准确度、精密度、零点漂移和量程漂移等性能。对误差来源进行了分析,并给出了相应的降低误差的方法。采用重心法进行平滑处理及数据分析,得出检测镉离子的线性范围为0~2.0mg/L,精密度RSD小于4%,各项性能满足国家标准,很好的实现了对于重金属浓度的检测功能。
[硕士论文] 李亚茹
光学工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着工业化进程的加快,环境污染现象屡见不鲜,因此对有毒有害气体的检测至关重要。但是有毒有害气体种类较多,浓度较低,而目前市场上可用探测器的灵敏度普遍较低,为了克服这一问题,富集器被用于气体分析系统前端,用来提高监测装置的灵敏度和选择性。
  现有的传统富集器体积较大,响应时间缓慢,解吸周期需要较大功率,价格昂贵。MEMS技术能克服传统富集器的局限性和缺点,显著地减小富集器的尺寸和功耗,降低热能,并且可以显著的提高气体分析系统的灵敏度。
  本论文在现有富集器结构的基础上,分别设计出两种不同结构的微型富集器:三维格栅分流型富集器和二维4×4膜片型富集器。对三维格栅结构做了气流速度和压力场的仿真,对平面膜片结构做了膜片结构力学的仿真。
  本论文通过MEMS技术完成对所设计微型富集器的制备,通过气喷工艺完成对吸附材料的涂覆,使用 HS-1840高温密封胶对器件进行封装。通过触发器和继电器实现对富集器的脉冲加热,加热时间为0.6s。最后将富集器和加热电路板进行组装,完成器件性能的测试。
  对本文制备的三维格栅分流型和二维4×4膜片型微型富集器进行性能测试,对于同一富集结构分别填充碳纳米管和Tena x-TA两种吸附材料,将这两种吸附材料的吸附性能进行对比。经过测试,在相同的器件结构下,碳纳米管的吸附性能比 Tenax-TA材料好。填充碳纳米管的三维格栅分流型富集器对5mg/m3的二硫化碳在富集80s的时间富集率达到18.17,对5mg/m3的甲硫醚在富集80s的时间富集率达到15.57,对5mg/m3的二甲二硫在富集4min的时间富集率达到19.01。填充碳纳米管的二维膜片型富集器对20 mg/m3的甲硫醚在富集5min的时间富集率达到5.01;对20mg/m3的二硫化碳在富集5min的时间富集率达到16.49。
  通过对测试结果的分析,针对导热性差的基板,本文进一步采用热学仿真实现了对其温场的均匀性优化,为更有效的提高微型富集器的富集性能提供了可行性方案。
[硕士论文] 苏朗
光学工程 苏州科技学院;苏州科技大学 2017(学位年度)
摘要:可吸入颗粒物是存在于人体吸入的空气中且无法用肉眼识别的一种污染物,这种污染物对于长时间作息在室内的人的健康构成巨大的威胁。而目前室内空气质量的研究多限于对CO、TVOC、甲醛等具有代表性的气体污染物进行监测研究,忽略了室内可吸入颗粒物这一类参数的监测研究。因此,对室内空气可吸入颗粒物进行采集监测并对其质量评价进行研究,既可对可吸入颗粒物参数状况实时掌握,又可对室内可吸入颗粒物质量做出可靠评价,实现污染预警。
  室内空气可吸入颗粒物品质是模糊性较大的一个指标。室内的许多环境因素都与可吸入颗粒物质量有关,这些因素都是相互耦合的。其中对室内可吸入颗粒物浓度和分布情况影响最大的是温度和相对湿度。因此本文选取PM2.5、PM10这两种颗粒物,以及温度和相对湿度参数,对其进行数据监测,并将其作为评价指标对室内可吸入颗粒物质量做出评价。考虑到室内可吸入颗粒物参数分布的不均衡性,单一点的监测结果具有一定的不准确性。因此,本文对同一种参数都进行了多点的数据采集,以多点采集的综合处理结果代替单一点检测,加强了系统的可靠性。
  本文介绍了由基于光散射原理的PM2.5和PM10颗粒物传感器以及温湿度传感器、ZigBee无线传输模块和上位机建立的室内空气可吸入颗粒物检测系统,详述了光散射法的测量原理,以及可吸入颗粒物传感器的检测过程,完成了数据采集、传输、显示、存储和分析。
  在此基础上,引入了归一化加权平均算法和模糊神经网络算法,建立融合评价算法的模型,对室内可吸入颗粒物质量进行了评价。首先对PM2.5、PM10、温度和相对湿度4个参数多点监测结果进行归一化加权平均,其结果构成评价因素集合。根据国家现行的相关标准,每个参数划分为优、良、中、差4个质量等级,对实验数据进行网络训练后,建立室内可吸入颗粒物的评价模型。利用评价模型对室内可吸入颗粒物质量做出了较为科学的评价。
  本文的创新点有:提出并实现了参数的多点监测,解决了单点监测的不确定性问题;将模糊理论和神经网络算法结合起来,应用到室内空气可吸入颗粒物的质量评估当中,建立了相应的评价模型,相比于传统的主客观评价法精确性更好。
  系统运行稳定、可靠,实现了室内空气可吸入颗粒物监测和质量评价。本系统可应用于其他室内场所的可吸入颗粒物监测控制当中,只需改变监测节点数量或根据实际的监测场所的环境特点选择相应的监测点位置,具有一定的实用性。
[硕士论文] 张越
环境工程 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:生物气溶胶指由生物来源产生并悬浮于空气中的颗粒物,对生物气溶胶的接触和吸入会导致多种多样的健康问题。生物气溶胶在室内及室外环境均有广泛的分布,不同环境中的生物气溶胶种类不同,对人造成的影响也不同。除此以外,生物气溶胶可以作为云凝结核以及冰核等,对全球气候变化造成影响。对于生物气溶胶的监测是了解其变化及分布规律的重要手段,有助于理解其对空气质量以及气候变化的影响方式。
  监测的基础是高效的生物气溶胶采样器。目前常用的生物气溶胶采样器包括过滤式、撞击式、液体冲击式以及静电式等,但这些采样器都有一定的适用范围。开展效率稳定且对微生物伤害较小的生物气溶胶采样器的研究在目前仍然具有重要现实意义。因此,本研究构建了生物气溶胶采样器实验室测试系统,利用该测试系统考察了设计参数对虚旋风生物气溶胶采样器物理效率的影响,并进行了再悬浮性能测试、生物效率测试、野外采样测试等,最后与市售采样器Biosampler进行了比较,主要结论如下:
  (1)改变生物气溶胶发生器中菌液的浓度及发生压强会产生具有不同粒径分布的生物气溶胶,多数大肠杆菌气溶胶处于粒径0.5-1.0μm的范围之间,多数枯草芽孢杆菌营养细胞处于粒径0.7-1.3μm的范围之间,多数黑曲霉孢子处于粒径2.6-3.2μm的范围之间。
  (2)进口尺寸的减小、曲率半径的增大有利于提高采样器物理效率,但均不如流量的影响显著;在虚旋风生物气溶胶采样器的空腔中加入一定体积的采样液作为捕集介质不会影响采样器的物理效率,且长时间采样后采样液的挥发率仍然比较低;已经捕集到液体中的颗粒物再次悬浮较为困难,可在一定程度上避免颗粒物再悬浮的现象。
  (3)对于压力敏感性细菌大肠杆菌(ATCC8739),虚旋风生物气溶胶采样器的生物效率略高于市售采样器Biosampler。
  (4)实地测试中,虚旋风生物气溶胶采样器与Biosampler在多数情况下的结果均较为相近,没有显著差异,且虚旋风生物气溶胶采样器在多次平行测试之间的差异较小,采样结果较为稳定,然而在某些情况下虚旋风生物气溶胶采样器测得的细菌浓度显著低于Biosampler。
  (5)在不同的采样时间下,虚旋风生物气溶胶采样器和Biosampler所得的细菌和真菌浓度均值均较为接近,但都会随着采样时间的变化而变化。
[硕士论文] 邓喆
电子与通信工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:目前国内外主流的烟尘浓度监测方法包括离线监测法和在线监测法两种,离线监测法主要为手动称重法,而以光学法为代表的在线检测法为非直接称重法,不具备烟尘量值溯源的特点,影响有关部门进行有效监测执法。受山西环境科学院委托,根据在线烟尘浓度监测要求,课题组设计和实现了一套基于电磁平衡天平的在线式烟尘浓度监测装置,实现了对超低烟尘浓度排放的在线与准确监测。
  本研究主要内容包括:⑴在线式烟尘浓度监测装置的整体结构设计。完成了系统工艺流程设计,装置单元设计。其中主要对烟尘称重单元这一核心部分进行开发和设计,实现了烟尘监测中滤膜的存取、传输、采样、丢弃、称重等一系列柔性功能的自动化操作,显著提高烟尘浓度监测的准确性与工作效率。⑵电磁平衡天平的系统设计。通过对现有电磁平衡天平的称量原理进行分析,结合烟尘监测装置的具体称重需求,确定了适用于滤膜称重法的电磁平衡天平的总体设计方案,重点完成了电磁平衡传感器这一核心器件的结构设计。⑶电磁平衡天平的电路设计。基于线阵CCD的光电检测电路完成了滤膜重量到电信号的转化,基于Δ-Σ型A/D转换器的数据采集电路将该电信号转化为数字信号,单片机将该数字信号与无滤膜加载时产生的数字信号进行对比分析,PID调节器根据对比差值产生调节信号,基于D/A转换器的PID控制线圈电流电路将该调节信号转换为模拟信号,该模拟信号直接驱动线圈产生电流,实现了滤膜重量到载流线圈中电流的转化。⑷电磁平衡天平系统的建模与仿真。首先对电磁平衡天平开环系统进行建模,通过最小二乘法对开环系统进行参数辨识,再建立电磁平衡传感器的FOLPD模型,最后根据电磁平衡天平各部分的数学模型建立电磁平衡天平闭环系统的模型,并用simulink进行仿真。在系统建模基础上,引入自适应模糊PID复合调节算法,设计出电磁平衡天平的PID调节方案,实现了对电磁平衡天平的精准调节,加强了天平称量的灵敏度和稳定性。⑸在线式烟尘浓度监测装置的程序设计。通过PLC与STM32的配合,完成系统的自动化控制与数据的实时采集,并完成WinCC上位机的开发,实现系统运行状态及关键参数的实时反馈,系统关键参数的历史曲线呈现,系统运行错误报警及系统的手动单步控制等功能。
[硕士论文] 许园园
环境工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:构建质量控制体系是环境监测中获取准确监测结果的保障。目前我国尚未建立规范的河流和湖库沉积物重金属监测质量控制体系,无法满足现代环境监测的要求。为使河流和湖库沉积物监测工作中的每个环节能够准确规范,确保环境监测数据的准确可靠,为环境管理提供科学、公正、准确、高效的决策依据,构建一套河流和湖库沉积物重金属监测质量控制体系是十分必要的。本文初步构建出河流和湖库沉积物重金属监测质量控制体系,并对柳江支流和大王滩水库沉积物重金属监测进行实例研究,取得的研究成果如下:
  (1)初步构建了河流和湖泊沉积物重金属监测质量控制体系。在借鉴国内外样品采集及样品分析的质量控制措施的基础上,对现有规范和标准中独立、分散且未成体系的质控措施进行了整合和完善,提出了样品采集实验室间比对、样品制备平行样、分析样品加标平行样等质控措施的新思路,构建了一套河流和湖泊沉积物重金属监测质量控制体系。该体系包括点位布设、样品采集、样品运输及流转、样品制备、样品分析及数据处理,是对河流湖库沉积物重金属监测全过程的质量控制。
  (2)首次将质量控制体系应用于广西河流和湖库沉积物重金属全过程监测。选取广西柳江支流和大王滩进行沉积物重金属监测,在水质监测断面样品采集样品、样品运输、交接、制备过程中未发生沾污,样品分析过程采取了样品制备分析、前处理分析、方法验证、标准曲线绘制、检出限、空白测试、精密度控制和准确度控制等手段,较好的验证了体系的可行性和操作性。
  (3)按质量控制指标要求,对影响分析条件的各环节进行控制,建立了ICP-MS测定沉积物Cu、Zn、Pb、Cd、As、Ni、Cr、Mn、Sb、V等10种重金属元素的方法。结果表明,当样品粒径为100目,消解体系为硝酸-盐酸-氢氟酸,待测元素为丰度灵敏度高的同位素,103Rh为内标校正元素时,10种重金属标准曲线线性良好,相关系数R在0.9999~1.0000之间,检出限在0.001 mg/kg~0.033 mg/kg之间,实验室空白未检出或低于检出限;平行样品相对偏差在范围为-8.7%~2.4%,各元素加标回收率为81~107%,相对标准偏差范围在0.18%~7.9%内,测定结果均在参考值范围内。表明,通过实施质量控制活动,得到的沉积物10种重金属结果准确可靠。
  (4)结合质量控制指标要求,确认了测汞仪测定沉积物Hg元素的方法,当样品粒径为100目时,标准曲线线性良好,相关系数R为0.9998,平行样品相对标准偏差范围为0.031%~2.4%,标准样品相对标准偏差2.5%,测定结果均在参考值范围内,沉积物元素Hg测定结果准确可靠。
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