基于NIR太湖水总磷-总氮在线自动采样分析系统研究

-11-第25卷第2期苏州市职业大学学报Vol.25，No.22014年6月JournalofSuzhouVocationalUniversityJun.，2014基于NIR太湖水总磷、总氮在线自动采样分析系统研究董晓岚(苏州市职业大学机电工程学院，江苏苏州215104)摘要：针对远程多点、频繁、实时的监测对象，设计一种太湖水总磷、总氮在线自动采样分析系统.采用近红外光谱NIR作为核心监测技术在线监测太湖水总磷(TP)、总氮(TN)含量，并同步将采样点的水质数据在线显示在太湖矢量地图上.监测太湖水质中与蓝藻相关因子并拥有大量有关数据，为分析、预测、治理水环境提供必要的理论依据.关键词：NIR；总磷；总氮；在线自动采样分析中图分类号：TP274.4文献标志码：A文章编号：1008-5475(2014)02-0011-03AutomaticSamplingandAnalysisSystemforTotalPhosphorusandNitrogenTestinginTaihuLakeBasedonNIRDONGXiao-lan(SchoolofMechano-electricalEngineering，SuzhouVocationalUniversity，Suzhou215104，China)Abstract：Thispaperdesignson-lineautomaticsamplingandanalysissystemthatusesnear-infraredspectroscopyNIRmonitoringtechnologyasacorelinemonitoringtechnologyforTaihuLakewatertotalphosphorus(TP)，totalnitrogen(TN)content.AndthewaterqualitydataofsamplingpointsofTaihuonlinearedisplayedinvectormapinsynchronization，providingtimelyandaccuratedecision-makingdatafortherelevantauthorities.Keywords：NIR；totalphosphorus(TP)；totalnitrogen(TN)；onlinemonitoringanalysis1采样分析装置设计本设计采用近红外光谱NIR测定法作为核心监测技术，该系统由采样监测终端、终端控制模块、通信模块三部分组成[1-2].试验期间采用的采样装置设计如图1所示.水样经软管由蠕动泵泵入采样池，水样分析由InfraSpecVFA-IR红外分光仪(5400～10800nm)完成.在水样采集现场，蠕动泵采用创锐分配型BT100FJ系蠕动泵，最大流量为380mL/min的控制开关，通过串口继电器输出控制器(型号：JMDM-COM8MR)与现场控制电脑相连，手持式GPS单元(型号：WBT201)与控制收稿日期：2014-03-10；修回日期：2014-03-28基金项目：江苏省环境监测科研基金资助项目(0905)；江苏省“六大人才高峰”资助项目作者简介：董晓岚(1980-)，女，江苏苏州人，讲师，硕士，主要从事CAD/CAM、数控技术研究.图1试验采样装置测量池过滤网膜蠕动泵软管GIS地图平台串口继电器输出控制口待测水源手持GPS单元第25卷苏州市职业大学学报-12-电脑同时启动，在记录采样点水样经纬度的同时，完成水样的采集.GPS单元通过USB接口向控制电脑输出NMEA-0183或者GPGGA格式，包含了定位时间、纬度、经度、高度、DOP值、差分状态和校正时段等定位所用的卫星数.实际的采样监测终端增加了过滤装置和自动清洗装置.采用0.45目过滤膜排除悬浮颗粒与生物残体对水样的干扰，自动清洗装置定期冲洗测量池，防止杂质和污染物沉积在测量池中，影响测量精度.InfraSpecVFA-IR红外分光仪安装在采样监测终端上，实时在线对水样进行光谱采集，每个试样的光谱扫描时间在1min之内[3].2采样装置终端控制模块终端控制模块负责完成采样监测终端的采样顺序动作、GPS数据采集、监测数控的传输等功能，是整个在线自动采样分析系统的核心控制器.终端控制模块系统组成结构见图2.控制器采用三星公司S3C241032位RSIC嵌入式微处理器，负责操作系统的运行、数据信息的处理.采用InfraSpecVFA-IR光谱仪测得的总磷、总氮水质数据经模数转换器ADCO与微处理器进行数控传输.采用的M-89GPS模块通过串口和微处理器交换数据以NMEA-0183标准输出多种格式的定位数据，包括采样时间、采样地点的经纬度数据.采用SIMCOM公司SIM300CGPRS模块与远程网路服务