散射光式水下在线浊度仪的研究与设计

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1、上海交通大学硕士学位论文散射光式水下在线浊度仪的研究与设计姓名：杨健申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：陶正苏20070101上海交通大学硕士学位论文摘要散射光式水下在线浊度仪的研究与设计摘要水质与大众的健康水平和工业生产质量关系密切，而浊度是水质评价体系中非常重要的指标之一。目前我国水环境形势严峻，为了更好的保护和改善水环境，国家正在大力发展水质环境实时监测系统。在此背景下，针对水质环境实时监测系统中对浊度测量的要求，研制开发了基于MSP430微控制器的散射光式水下在线浊度仪。本文首先介绍了浊度的概念、浊度测量对于生产生活的重要意义以及浊度测量的单位。分析了几种浊度测量的方法

2、，采用了测量精度较高的散射光法测量浊度的方案，然后对散射光式测量法的基本原理进行了介绍和推导，并进行了非线性补偿的讨论。接着本文讨论了浊度仪硬件电路的设计。水下传感器探头部分详细介绍了传感器探头光源和光电接收管的选择、前端信号采集处理电路和传感器的封装与密封。水下浊度传感器探头将散射光信号通过I/F转换，以脉冲信号的形式输出。脉冲信号经过电平转换后被送到以MSP430单片机为核心的处理与控制电路进行处理、控制与显示。最后对浊度仪的软件设计进行了详细介绍。单片机软件采用C语言开发，有主程序和若干子程序组成，可以实现浊度数据的采集、处理和显示，同时还能方便的对浊度仪进行重新标定。通过串口，浊度仪可

3、以实现与PC机的通讯，用VC开发的应用程序可对浊度数据进行进一步处理。关键词：浊度，水下，散射光，传感器，MSP430第I页上海交通大学硕士学位论文ABSTRACTRESEARCHANDDESIGNOFSCATTERINGUNDERWATERON-LINETURBIDIMETERABSTRACTThewaterqualityisimportanttopeople’shealthandthequalityofindustryproduction.Turbidityisoneofthemostimportantwaterqualityevaluationparameters.However,the

4、waterenvironmentinourcountryisinaterriblepositionnow.Toprotectandimprovethewaterquality,thewaterenvironmenton-lineinspectsystemisbeingdevelopedinourcountry.Inthisbackground,anon-lineunderwaterscatteringturbidimeterhasbeendesignedforon-lineenvironmentinspectsystem.Firstly,theconceptofturbidity,thesig

5、nificanceandunitofturbiditymeasurementareintroduced.Afteranalysisofseveralmeasurementmethods,theschemeofscatteringlightmeasurementisfixed.Then,themathematicalrelationbetweenturbidityandscatteringlightisdeduced.Moreover,non-linearcompensationandthemagnitudeofemittedandreceivedanglearediscussed.Second

6、ly,thehardwaredesignofturbidimeterisintroduced.Theselectionofopticalsensor,thesignalprocessingcircuit,thestructureandhermetizationoftheprobeareexplainedindetailinthesectionofunderwaterprobeofturbidimeter.TheprobeoutputspulsesignalafterchangingscatteringlightsignalbyI/Fconverting.Pulsewillbetransmitt

7、edtotheMSP430microcontrollerforfurtheringprocessing.Lastly,thesoftwaredesignofturbidimeterisintroduced.TheprograminMCUiscompliedinClanguage.TheCprogramhasthefunctionofdatacollection,processinganddispl