关键词： 水质检测   色度分类   深度学习   边缘检测   神经网络  

摘要： 运用深度学习技术进行非接触、快速水体色度检测与分类,采用无人机采集水体图像,运用色度仪对标定的图像完成分类,建立数据集。采用图像归一化处理减少环境因素对分类结果的影响,设计多特征的分步边缘检测算法,检测水域图像边缘,剔除无关像素。对VGG 16、GoogleNet-V3和ResNet 18卷积神经网络进行水体色度分类模型构建与训练,后筛选Inception结构和残差结构为基本构建单元,设计专门用于水体色度分类的WCNet 15与WCNet 21神经网络模型。在训练集上训练参数并利用验证集完成对2个模型的准确率的比较,筛选准确率高的WCNet 21模型作为最终水体色度分类模型。WCNet21模型的最优准确率可达97.8%,满足水体色度分类需求,可应用到具体的水体色度分类工作当中。

关键词： 水质检测   检测结果   稳定性   准确性  

摘要： 近年来,随着我国经济的快速发展,环境污染日益严重,导致水危机事件频频发生,这也为水质检测结果的稳定性与准确性提出了更高的要求。水质检测是指根据国家和地方的有关法律法规、标准规定的水质检测项目以及检验检测机构、操作人员的要求,对检测范围内的水质进行质量检测以及评价。但是在对水质进行检测的过程中,会存在一系列影响水质检测结果的因素,这也是导致水质检测结果不具备稳定性与准确性的主要原因。为此,本文通过分析提高水质检测结果稳定性与准确性的意义与手段,提出影响水质检测结果的因素,以期实现对水质的有效控制,进而达到预期的水处理目标。

关键词： 化学分析仪器   环境水质检测   水污染  

摘要： 随着经济的飞速发展,人们对水质的要求越来越高,这给环保水质检测和控制带来巨大挑战.然而,当前国内环保水质检测的效率和水环境质量仍然不尽如人意,因此,化学分析仪器的运用显得尤为重要,它不仅可以提高水质检测的准确性,还能更加清楚了解当地的水质状况,为解决国内水污染问题提供有力的支持.通过对化学分析仪器的研究,发现它在环保水质检测中具有重要的意义,可以有效改善水质,从而有助于提升国家的水资源管理水平,并改善生态环境.

关键词： 地表水   水质检测   树莓派3B   无人船  

摘要： 针对现有水质检测系统所存在的问题,设计了一款基于无人船的水质在线检测系统,以树莓派3B为核心控制板,接入多种水质传感器,实现了对目标水域中的温度、含氧量、化学需氧量和氨氮值等参数的在线检测;并基于中兴MF79U模块搭建了通讯子网,实现了数据的上传。该系统可快速地获取目标水域水质的多传感器检测数据,进而将上传至服务器的数据进行存储、分析和显示,为河流、湖泊的水质检测及后续的治理提供了坚实的数据基础,应用价值显著。

关键词： 生活饮用水   卫生标准   水质   水质检测  

摘要： 随着社会经济的发展,人民群众对生活饮用水的安全和质量越来越关注。自1954年起,我国先后发布了多个版本的生活饮用水标准。我国生活饮用水最新标准GB 5749-2022《生活饮用水卫生标准》将于2023年4月1日正式实施,该标准在GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》的基础上,对一些水质指标做出了增加、删减等调整,同时对一些指标提出了新的卫生要求。本文从我国《生活饮用水卫生标准》的发展历程、新旧标准差别、新标准的修订特点等方面进行了综述,对我国生活饮水卫生标准发展的基本情况进行全面的梳理。

关键词： ZnO   紫外探测器   水质检测   等离子激元   金属电极  

摘要： 氧化锌(ZnO)是一种宽禁带半导体材料,具有独特的物理和化学特性,是制备光电探测器的优秀材料之一。在制备ZnO紫外探测器的过程中,由于电极材料的不同使得金属-半导体接触类型分为肖特基和欧姆接触,其中欧姆接触具有较低的接触电阻和良好的电流稳定性。由于ZnO紫外光电探测器光吸收率较低,可以利用局域表面等离子体来修饰紫外探测器,其具有高的空间局域特性和强的局域场增强特性,成为了提高入射光利用率的最有效手段之一。ZnO是理想的紫外探测材料,根据实际应用的需要,针对传统水质检测化学分析法检测周期长、操作复杂、成本高、存在二次污染等问题,本论文提出了基于光谱分析法对水质溶液进行简便、有效、及时的检测技术,以实现ZnO紫外光电探测器在水质检测方面的初步探究为目标,通过在ZnO表面制备不同金属电极,得到性能稳定ZnO紫外光电探测器,利用局域表面等离激元有效提升器件的性能,最终通过制备的良好性能的ZnO紫外光电探测器在水质方面进行检测及分析,主要研究成果如下:(1)从优化金属电极与ZnO薄膜接触特性的角度出发,成功的在ZnO薄膜上制备了银(Ag)、铝(Al)和钛(Ti)三种金属-半导体-金属(MSM)电极结构,实现了三种金属电极和ZnO薄膜之间良好的欧姆接触;对制备的探测器进行退火处理,探究不同退火温度对三种金属电极的ZnO紫外光电探测器的性能影响;制备了不同叉指对数的ZnO紫外探测器,对三种金属电极的ZnO紫外光电探测器进行性能测试,随着叉指对数的增多,提高了探测器的光电子收集效率,使得更多的光电子能够被探测器所吸收,从而提高了器件的响应度。结果表明,经过退火处理15对叉指的ZnO/Ag、ZnO/Al和ZnO/Ti紫外光电探测器在3 V偏压下的峰值响应度分别为0.59 A/W、0.38A/W和0.58 A/W。(2)从利用局域表面等离激元共振机制,增强探测器的光吸收率的角度出发,成功的在ZnO/Ag、ZnO/Al和ZnO/Ti紫外光电探测器表面溅射Pt纳米粒子进行了修饰工作,制备出了具有光电性能更加优异的ZnO紫外光电探测器。在探测器上溅射不同时间的Pt纳米粒子,增强了探测器对紫外光的吸收,极大的提高了器件的响应度。经过测试表明,相对于未进行修饰的探测器,溅射Pt纳米粒子修饰的ZnO紫外光电探测器在相同偏压下的响应度增大了数倍,表现出更好的光响应性能。溅射30 s Pt纳米粒子修饰的ZnO/Ag、ZnO/Al和ZnO/Ti紫外光电探测器在3 V偏压下的峰值响应度分别增大了5.9倍、5.1倍和6.3倍,峰值响应度分别为0.829 A/W、0.61 A/W和1.028A/W。(3)从基于光谱法对水质溶液进行无实时、简便、快速、低成本的检测的角度出发,创新性的开展了ZnO紫外光电探测器在水质检测方面的初步探究工作,拓宽了光电探测器在水质检测方面的应用前景。对不同浓度的邻苯二甲酸氢钾标准溶液(COD标准溶液)和福尔马肼浑浊度标准溶液(TURB标准溶液)进行吸收光谱测试,再通过ZnO紫外光电探测器对溶液的水质参数化学需氧量(COD)和浊度(TURB)进行检测,结果表明ZnO紫外光电探测器的响应度与COD和TURB浓度都呈现出良好的线性关系,实现了ZnO紫外光电探测器对水质溶液中微量物质的有效检测。

关键词： 高光谱反演   Transformer   不确定性学习   水质检测  

摘要： 水是生命的源泉,高效准确的水质检测方法能为社会经济发展带来巨大效益。高光谱遥感技术可实现大范围、实时的动态监测,是水质检测的常用方法之一。然而,传统高光谱设备体积大且价格高,不利于工业领域中的集成化和普及应用。RGB反演高光谱技术可有效缩小系统体积,并显著降低硬件成本。因此,研究其在水质检测领域的应用具有重要意义。 本文旨在提高RGB反演高光谱系统的测量精度,并拓宽其在水质检测领域的应用场景,主要研究内容和结果如下: (1)研究了一种基于Transformer的不确定性学习网络,用于进行RGB反演高光谱工作。利用Transformer的多头自注意力机制,解决了网络在捕获远程依赖关系和全局自相似性方面的局限性。引入不确定性学习模块以训练模型,从而有效缓解了域扰动的影响,实现了更好的鲁棒性和泛化能力。同时采用像素重组技术,在尺度变换的过程中减少了冗余参数; (2)自主搭建了两套低成本的RGB反演高光谱系统,以验证基于Transformer的不确定性学习网络的实际效果。分别基于RGB颜色传感器和RGB相机进行系统搭建工作,并对比两套系统的性能参数,最终选定更符合实际场景需求的方案并应用于后续水质检测工作; (3)将搭建的RGB反演高光谱系统和基于Transformer的不确定性学习网络应用于水质检测领域,并对反演后得到的溶液高光谱图像进行处理,校正指定像素点的高光谱曲线。结合偏最小二乘算法,通过实验检测了化学需氧量,硝酸根及其混合溶液的水质参数。通过对比传统吸收光谱法的检测结果,并参照国家标准进行定量分析,体现了本文算法对检测精度的提升,验证了本文实验方案的可行性和可靠性,拓宽了高光谱反演技术在水质检测领域的应用场景。

关键词： 电化学传感器   水质检测   磷酸盐   微流控芯片   微柱阵列电极  

摘要： 磷酸盐是导致水体过营养化的主要物质之一，其含量的高灵敏快速检测在早期污染排查中至关重要。电化学检测具有灵敏度高、响应快的优点，更关键的是其与小型化的微流控芯片具有较强的兼容性。但现有的芯片在电极设计中常忽略扩散层的影响，以及存在集成化不足和实验参数分析不全面的问题。本文基于钼磷酸盐电化学还原检测原理，研究了微柱阵列电极结构参数对电流响应的影响，设计并制作了电化学传感芯片，研究了实验参数对响应电流的影响，分析了芯片对磷酸盐检测的灵敏度和检测限。具体研究如下：　　（1）根据磷酸盐电化学检测原理，建立了微柱阵列电极模型，研究了微柱阵列电极结构尺寸对电流密度和电流响应的影响。分析了微柱半径和高度对电流密度的影响，并研究了微柱电极的扩散层模型，利用COMSOL软件进行电化学仿真分析，对其扩散层模型进行了验证。研究了微柱阵列间距对电流响应的影响，通过电化学仿真分析，对阵列间距进行参数化扫描，当微柱电极半径为5、10和15μm，高度为10μm时，阵列间距分别设计为72、118和160μm，可以保证响应电流和空间利用率最高。　　（2）设计制作了一种集成微柱阵列电极的磷酸盐检测传感芯片。芯片由微柱阵列电极基底和微通道盖片组成。其中基底上集成了三电极体系，微柱阵列电极的半径为15μm，高度为10μm，阵列间距为160μm。微通道盖片包括入液区、蛇形通道混合区、检测区及出液区。通过流体仿真分析，研究了蛇形通道对通入液体的混合效果。利用微加工技术完成了电极基底和微通道盖片的制作，研究了键合参数对芯片密封性的影响，当压力机压力为275kg，保压时间为20s时，芯片的键合效果最好。　　（3）测试了电化学传感芯片的性能，研究了实验条件对磷酸盐检测的影响。利用非接触形貌仪和工具显微镜对微柱阵列电极几何结构参数进行了测量，尺寸平均偏差率小于2.5%，表明制作精度高。利用铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液研究了芯片的循环伏安性能，峰值电流与扫速平方根的线性拟合系数为，表明芯片具有良好的电化学性能。分析了检测电位、缓冲液、pH、反应时间对磷酸盐检测性能的影响，研究了该芯片的抗干扰能力、重复性、一致性及稳定性。采用该芯片对5~50μmol/L的磷酸盐溶液进行检测，经过计算分析，灵敏度为-0.032μA/（μmol/L），检测限为0.7μmol/L，表明该芯片可以用于水质中磷酸盐的检测。

关键词： 物联网   嵌入式技术   数据库   水质检测   水质预测  

摘要： 当今的中国在工业方面快速发展,污水排放量每年都在增加,保护水资源已经是我国绿色生态发展以及经济基础建设中不可或缺的一环。我国每天约要排放超1.6亿吨的污水进入水体,致使我国近九成的城市地下水遭到污染,近半数的重点湖泊污染严重;并且自2019年以来我国的污水排放量正以每年18亿吨的速率增加,有逐年严重的趋势,致使我国的多数重要河流都受到了一定程度污染,对我国可持续发展策略产生了恶劣影响,故水资源污染的防治成为了我国经济可持续发展的重点。随之水质检测技术的发展,设计一种适用性高且成本低的无线水质检测系统迫在眉睫。 针对上述的问题,本文设计了基于嵌入式技术的水质检测系统,系统采用了无线通信技术、嵌入式技术、云服务器应用和神经网络技术等前沿的理论技术,实现了水质的低功耗检测以及数值的预测,NB-Io T物联网技术的应用使得系统的数据通信覆盖范围广且功耗低,大大增加了泛用性,且嵌入式技术和云服务器的运用使得系统的成本更加可控。 首先,本文的检测终端设计中,对p H和TDS采集的模拟信号进行了信号调理电路的设计,使检测终端可以完成水质数据的采集和处理;主控芯片采用AT指令的方式控制通信模块,采用Socket通信的方式和阿里云服务器进行数据交互。其次,云服务器通过端口配置来和检测终端与APP通信,通过在云服务器中搭建My SQL数据库来存储水质历史数据和水质预测数据,以及用户信息等。最后,采用Java语言开发水质检测APP,通过设计各个功能界面实现了远程查看水质检测数据、水质历史数据和预测数据等功能,各种数据可以通过折线图或柱状图等直观的方式显示出来。本文采用优化的长短期记忆神经网络模型进行水质预测,经过验证,其预测性能要比未优化的神经网络模型和BP神经网络模型好。 本文在完成系统各部分的设计后,验证了系统的整体功能,并且针对现有的水质检测系统缺失水质预测功能等问题做了研究与设计,验证了优化后的水质预测模型的性能。系统满足水质检测中低功耗及泛用性的需求,实现了水质的远程无线检测和水质预测,达到了预期设计目标。

关键词： 己烯雌酚   计算模拟   分子印迹聚合物   制备   QCM传感器  

摘要： 己烯雌酚(Diethylstilbestrol,DES)是一种环境雌激素,养殖业药用以及人类、动物的排泄等都可造成环境水体中DES的积累。环境水体中极低浓度DES即可造成水生生物的功能雌性化及免疫功能改变,还增加人类患癌的风险等。因此,合成一种能够快速准确地富集和分离残留于环境水体中DES的新型功能材料,建立具有选择性好、灵敏度高及简便快速检测DES残留新技术势在必行。分子印迹技术是指获得在空间构型和结合位点上与某一目标化合物(模板分子或印迹分子)完全匹配的高分子聚合物的制备技术。利用该技术合成的分子印迹聚合物(Molecularly Imprinted Polymers,MIPs)具有结构可预测性、特异识别性和广泛应用性三大特点。近年来,分子印迹技术也被应用于废水和饮用水中污染物的检测和去除。本研究以DES为目标分子,采用量子化学密度泛函理论中的LC-ωPBE方法,以DES为模板分子,选用甲基丙烯酸(Methacrylic Acid,MAA)、丙烯酰胺(Acrylamide,AM)、3-氨基苯硼酸(3-Aminobenzeneboronic Acid,APBA)和邻苯二胺(1,2-Diaminobenzene,OPD)为功能单体,以乙二醇二甲基丙烯酸酯(Ethylene Dimethacrylate,EDMA)和二乙烯苯(Divinylbenzene,DVB)为交联剂,甲醇、乙腈和水为溶剂,模拟计算了DES与四种单体的稳定复合物构型,筛选合成DES-MIPs的最佳功能单体、交联剂及溶剂,并探讨DES印迹作用的机理。计算结果表明,DES-MAA形成氢键组装,当DES与MAA摩尔比例为1:5且选取EDMA为交联剂,在乙腈溶剂中形成的DES-MIPs稳定复合物能量最低。然后,以理论计算为指导采用沉淀聚合法制备DES-MIPs,并通过静态吸附、动态吸附、选择吸附考察DES-MIPs的亲和性与选择性。实验结果表明:DES-MIPs颗粒规则,形态均一,粒径范围为105～260 nm;该聚合物对DES的最大吸附量为60.17 mg/g,且其动力学吸附符合准二级动力学模型。在一元及二元吸附体系中,DES-MIPs对DES都具有优异的选择吸附性。最后,通过包埋法将以计算结果为指导定向制备的DES-MIPs修饰在石英晶体微天平(Quartz Crystal Microbalance,QCM)电极上构建DES-MIPs-QCM传感器。同时优化传感器的响应参数,探讨传感器的选择性,并将其应用于检测水体样品中DES的含量。结果表明,当DES-MIPs添加量为15 mg、涂膜量为10μL时,传感器对DES具有较高的结合亲和力。在50～350 ng/m L范围内,传感器对DES的最低检测限(LOD)为2.63ng/m L。与结构类似物双酚A(Bisphenol A,BPA)、雌三醇(Estriol,E3)和雌酮(Estrone,E1)相比,DES-MIPs-QCM传感器对DES表现出很高的识别能力。传感器在7次水体样品中的加标回收率为91.73%～98.54%。