基于拉曼光譜的亞硝酸鹽監(jiān)測系統(tǒng)的設計與研究.pdf

1、亞硝酸鹽是一種劇毒物質(zhì)，同時也可以作為食品添加劑使用，過度攝入亞硝酸鹽將會引起中毒，后果嚴重。在攝入過量的亞硝酸鹽后，血液中的亞鐵血紅蛋白氧化成高鐵血紅蛋白，使其攜氧的能力減弱進而引起組織缺氧，造成機體損壞。亞硝酸鹽除了會對人體產(chǎn)生危害，還會導致水生物中毒，嚴重影響水產(chǎn)養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益。因此，研究一種快速、實時在線的亞硝酸鹽檢測系統(tǒng)對于食品安全和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)均具有極為重要的意義。
　　本系統(tǒng)的硬件部分主要包括光學系統(tǒng)和電子學系統(tǒng)。其中

2、光學系統(tǒng)是基于共振拉曼技術設計的，同時聯(lián)合液芯光纖技術可以大大提升拉曼光譜的強度。重點從光源的選取、液芯光纖的制備、濾光片的選取、分光單色器的選取以及檢測器的選取五個方面對光學系統(tǒng)進行了設計，通過測試分析確定各模塊符合本論文設計要求。經(jīng)過光路調(diào)理，實現(xiàn)光信號到電信號的轉(zhuǎn)變。信號轉(zhuǎn)變過程中，CCD的驅(qū)動脈沖是由STM32產(chǎn)生并控制的，在CCD輸出端和STM32輸入端之間加入信號調(diào)理電路進行信號整定，將電流轉(zhuǎn)換放大成合適的電壓值，然后濾波，

3、使其電壓幅度在STM32內(nèi)部ADC輸入電壓允許范圍內(nèi)。STM32與上位機的通信使用RS232進行串行通信，STM32將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值一方面?zhèn)魅肷衔粰C顯示用，另一方面存入SD卡中備份。
　　本系統(tǒng)的軟件部分實現(xiàn)的功能有CCD驅(qū)動、ADC驅(qū)動、存儲、通訊和LabVIEW圖形顯示。CCD驅(qū)動程序使STM32芯片提供一定占空比的時鐘脈沖信號，讓CCD每個像元里產(chǎn)生的信號電荷轉(zhuǎn)移出去轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K對應光強的電信號。ADC驅(qū)動程序采集信號調(diào)理模塊

4、處理過的被激發(fā)的拉曼散射光強度信息。存儲程序?qū)崿F(xiàn)檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)以及時間信息的保存，方便用戶以后對歷史數(shù)據(jù)進行查詢和處理。通訊程序是與上位機進行通訊的代碼，采用標準RS232協(xié)議。基于LabVIEW設計光譜儀應用程序，顯示采集到的光譜圖像以及亞硝酸鹽濃度曲線，同時也可以控制光譜儀參數(shù)及光譜數(shù)據(jù)的存儲。
　　實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)對水溶液中亞硝酸根離子濃度的監(jiān)測功能。系統(tǒng)成功完成了對光譜數(shù)據(jù)的采集、處理及顯示，可以適用于多種水樣中