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为了研究液溶胶物质的量浓度对丁达尔现象的影响，利用红色激光对不同浓度氢氧化铁液溶胶中形成的光路进行拍照，采用HSV色彩模式对9种浓度条件下的图像进行分析。结果表明，色调和饱和度与光路的沿程位置无关，强度值与光路的沿程位置相关，当液溶胶浓度为0．0846-0．0617mol／l。时，强度值沿光线方向全程衰减，其衰减程度与液溶胶浓度成正比；当液溶胶浓度为0．0555-0．0364mol／L时，强度值沿光线方向先衰减后提升。色调和饱和度均值与液溶胶的浓度相关，具有阶段性。强度值均值随着浓度的降低呈现降低、升高、再降低的趋势，峰值点在浓度值为0．0405mol／L处，谷值点在浓度值为0．0617mol／L处。

关键词：丁达尔现象液溶胶色彩分析 HSV

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基于数字图像的丁达尔现象与胶体溶液浓度检测方法研究

基于数字图像的丁达尔现象与胶体溶液浓度检测方法研究

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作者：秦雅玲桂林理工大学

学位级别：硕士

溶液浓度变化的测量是环境污染领域十分关注的研究课题。尽管现有的浓度检测技术及相应的检测设备很多,但主要用于实验室且设备体积大,而水样测定地域范围广,采集现场分布离散,受使用条件和电能消耗等的限制难以携带到野外使用。本文课... 详细信息

溶液浓度变化的测量是环境污染领域十分关注的研究课题。尽管现有的浓度检测技术及相应的检测设备很多,但主要用于实验室且设备体积大,而水样测定地域范围广,采集现场分布离散,受使用条件和电能消耗等的限制难以携带到野外使用。本文课题的来源项目中,涉及一些性质不稳定的溶液,无法带回实验室进行测量,因此需要研究一种浓度检测方法使其能对样本浓度实时检测。本文主要针对溶质是胶体的溶液进行研究,基于胶体溶液的光学特性将图像处理技术应用于胶体溶液浓度的测量。胶体溶液具有丁达尔现象,丁达尔光强满足瑞利散射定律,在入射光一定的条件下丁达尔光强随光径距离的增加会产生衰减。光在均匀、非散射溶液中的衰减满足朗伯比尔定律,由于胶体溶液颗粒的大小的特殊性,在胶体溶液既有光的散射又有光的吸收。根据线性叠加原则,胶体溶液中光的衰减是散射和吸收之和,利用胶体溶液的光学性质,本文研究了丁达尔光在胶体溶液中的传输模型I=Ie-(μ+μ)L),通过Monte Carlo方法模拟光子在胶体溶液中的传输过程验证了该模型的正确性。本文完成了图像采集装置的设置与制作,将7个已知的不同浓度的标准样和一个待测试样装入玻璃试管并放入旋转圆盘中,使用恒功率控制的红色激光光源照射旋转到拍摄工位的试样,用PTC08B图像传感器在与光源垂直方向上采集光径图像。根据实验对环境的要求完成相应的遮光模块设计和光源的选择。通过拍摄大量不同浓度胶体溶液试样的数字图像分别建立了丁达尔光强与浓度的数学模型:I=a×c+β以及光衰减系数与浓度的数学模型c=a×μ,针对实验中存在的误差问题,实际测量时,利用七个标准试样对模型系数进行校准,并用所建立的模型测量验证。最后,通过胶体溶液浓度测量实验来验证计算模型的可行性及准确性。选择实验室配置的氢氧化铁胶体溶液,对多组不同浓度的胶体溶液进行测量,利用最小二乘法对数据进行回归分析,建立由光路图像数据得到的丁达尔强度、光衰减系数与浓度的数学模型。另外配置几组溶液进行实验,实验结果表明,所建立的胶体溶液浓度测量模型测量待测样(4.120×10～2.230×10g/ml)的误差能够稳定在预期范围内。

关键词：数字图像溶液浓度检测丁达尔现象衰减系数计算模型

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