论文题目：基于流控技术的微试剂水质检测关键技术研究
摘要：水环境污染问题严重影响了人民生活水平。因此,采用先进技术对水环境进行监测,是从根本上解决水环境污染问题的首要任务。目前,水质检测方法主要有光谱分析法、电化学法和化学试剂法。光谱分析法受光源限制,且仪器成本高;电化学法选择性差、仪器使用寿命低,维护成本高;化学试剂法试剂损耗多、人工成本高、易产生二次污染,而紫外分光光度法具有检测精度高,试剂用量少,检测时间短,成本低等优点。因此研究一种基于流控技术,融合紫外分光光度法的水质检测设备有着重大现实意义。本文针对目前顺序注射水质监测仪关键核心部件注射泵存在的检测精度低,稳定性差等问题,设计新型双通道注射泵,并对注射系统闭环控制、气泡干扰去除等关键技术进行研究。1.针对现有注射系统结构存在的问题,提出了一种结构更为紧凑的新型注射泵设计方法,即通过在电机滚珠丝杠处套入空心轴电位器,将电位器作为位置反馈装置,该方法可以准确反馈注射泵活塞行程,从而更好的提高注射泵注射精度和密封性能。2.针对顺序注射水质监测设备检测精度低等问题,设计闭环控制系统。本文采用两相混合式步进电机作为注射泵动力源,根据电机的控制要求,设计了电机模糊PID控制算法以实现对两相混合式步进电机的闭环控制,同时,在MATLAB/Simulink模块中建立电机模糊PID控制模型,并对比模糊PID控制与普通PID控制,结果表明模糊PID控制优势明显。此外,针对现有监测仪在测量过程中管路会出现气泡致使测量误差大等问题,本文引入了多通道切换阀岛体系,通过注射泵与阀岛体系相结合,并利用顺序注射技术,编写程序控制其运行状态,从而减少测量误差。3.完成注射系统设计工作。主要包括注射泵整体方案设计跟结构设计、多通道阀岛体系的建立。同时,以总磷、氨氮、高锰酸盐为实验对象,完成微试剂顺序注射平台设计,并进行可行性实验。完成系统软硬件及系统流程控制设计,完成注射泵阀岛与主控板之间的串口通讯协议的编写。4.对设计的系统进行测试,将本文使用的测量方法与国标法使用的测定方法采集到的数据做对比,实验结果证明了该系统的稳定性。各水质参数的相对标准偏差（RSD≤2.55%）较低,即重复性较高;拟合优度（R~2≥0.9898）较高,即线性度良好;可靠性以及准确度均符合水质在线监测设备的技术要求,因此,本方案具有应用价值,为在线监测仪研究提出了一种新的设计思路。
关键词：流量控制;水质检测;注射泵;两相混合式步进电机;模糊PID控制
学科专业：机械工程领域（专业学位）
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.2 微试剂水质检测技术研究现状及发展趋势
1.2.1 顺序注射技术研究现状
1.2.2 水质检测方法研究现状
1.3 微量注射泵国内外研究现状
1.4 位置反馈装置研究现状
1.5 课题研究内容及本文结构
1.6 本章小结
第二章 注射系统设计
2.1 注射泵系统整体方案及结构设计
2.1.1 注射泵原理与基本机械结构
2.1.2 注射泵速度控制方法
2.2 注射泵系统总体设计
2.2.1 整机结构设计
2.2.2 外观结构设计
2.3 多通道切换阀岛体系设计
2.4 本章小结
第三章 两相混合式步进电机闭环控制研究
3.1 步进电机概述及分类
3.2 两相混合式步进电机工作原理
3.3 混合式步进电机控制方式
3.4 混合式步进电机模糊PID控制构建
3.4.1 PID控制原理
3.4.2 模糊控制基本原理
3.4.3 模糊PID控制基本原理
3.5 混合式步进电机模糊PID控制设计
3.5.1 模糊控制器设计
3.6 混合式步进电机的数学模型
3.7 混合式步进电机模糊PID控制仿真
3.7.1 模糊控制器Simulink搭建
3.8 本章小结
第四章 微试剂水质检测系统设计与实现
4.1 系统整体设计方案
4.2 系统硬件设计
4.2.1 主控芯片的选型
4.2.2 主控芯片外围电路设计
4.2.3 硬件平台搭建
4.2.4 顺序注射平台搭建
4.3 系统软件设计
4.3.1 软件开发平台
4.3.2 注射系统通讯协议
4.4 检测流程设计
4.5 本章小结
第五章 性能测试及实验数据分析
5.1 实验结果与分析
5.1.1 干扰因素排除
5.1.2 算法模型建立
5.1.3 标准工作曲线的建立
5.2 重复性及性能对比
5.3 检测系统性能指标分析
5.3.1 样机性能测试
5.3.2 其他性能参数测试
5.4 仪器相关参数对比
5.5 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 主要结论
6.2 研究展望
参考文献
致谢