科学技术发展伴随着对自然资源开发,其中浓度检测在水资源勘探、环境监测和科学研究等领域具有重要的意义。目前,国内外液体浓度测量技术已较为成熟,但这些方法及设备因环境限制大都适用于实验室,难以带到野外进行实地考察测量。本课题来源项目中涉及到性质不稳定胶质溶液的浓度测量,实地取样后无法长时间放置携带到实验室进行测量,因此需要设计一款便携式胶体溶液浓度测量仪器,满足野外实地测量需求的基础上,提高户外测量的时效性以及准确性。此研究主要针对野外胶体溶液的浓度测量,胶体溶液具有丁达尔现象,并且丁达尔现象会随胶体溶液浓度的改变而发生变化。光源信号恒定的条件下,丁达尔现象光路光强度与胶体溶液浓度呈现一定的相关性,因此可通过检测丁达尔光路的光学特性计算出丁达尔强度,从而获得胶体浓度参数。项目组前期成员以图像传感器为元件测量丁达尔强度,计算胶体溶液浓度,并取得一定研究成果。为提高仪器测量精度以及实用效果,本文使用光电传感器进行丁达尔强度测量,通过记录大数量不同浓度胶体溶液的丁达尔强度,建立其与胶体溶液浓度之间的关系模型,并使用一定范围内梯度稀释试样对模型系数进行校正确定,最终通过丁达尔强度计算出胶体溶液浓度;根据项目需求设计便携浓度自动测量仪器:仪器可在步进电机的控制下将待测量试样运作到适当测量工位,半导体激光光源在驱动控制电路下,输出波长650nm、功率10m W的红色激光源照射试剂瓶,使用2DU6硅光电池传感器与OV5640图像传感器在与光路垂直方向上采集丁达尔光路信息。此次研究完成了“便携式胶体溶液浓度测量仪器”的设计与制作,使用STM32H743ZIT6为核心处理器,采用USART HMI显示屏,并在STM32H7**库函数支持下独立编写仪器软件。最后,本文利用所设计仪器进行胶体溶液浓度测量实验,验证测量方法的可行性及准确性,并使用两种不同的胶体溶液分别对两种方法测量结果进行比较。实验样本选择浓度为5.518×10^-5g/ml的纳米金胶体溶液与浓度为2.230×10^-2g/ml的氢氧化铁胶体溶液,定量梯度稀释后得到20种不同浓度试样。针对因操作引起的误差,实际测试时,独立配置5组溶液,分别测量丁达尔强度后利用最小二乘法对数据进行回归分析,建立丁达尔强度与浓度之间的关系模型,并用所建立模型计算浓度。实验结果表明,该仪器能够实现实时胶体溶液浓度的测量,不受外部环境影响,满足实地取样后即取即测需求。并且在所选定浓度范围内,相对于图像传感器,使用光电传感器时测量精度得到提升,测量误差稳定控制在预期范围内。