Розроблення та дослідження пристрою на основі цифрових RGB датчиків для визначення каламутності у воді
Автор: Ярік Олександр
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Радіоелектронні пристрої, системи та комплекси
Інститут: Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Форма навчання: заочна
Навчальний рік: 2020-2021 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Ярік О., Сторож В.Г. (керівник), «Розроблення та дослідження пристрою на основі цифрових RGB датчиків для визначення каламутності у воді». Магістерська кваліфікаційна робота. – Національний університет «Львівська політехніка», Львів, 2020. Розширена анотація. Проблема забезпечення населення якісною питною водою є особливо актуальною в наш час коли на цю якість, окрім техногенних чинників, впливають також і кліматичні [ 1 ]. Забезпечити оперативний контроль якості питної води можна тільки з використанням технічних засобів, з об’єднанням в єдину систему, що забезпечить його неперервність та автоматичне реагування на проблеми забруднення, які виникають. Найбільш поширені в цьому напрямку є, так звані нефелометричні дослідження. Їх принцип дії базується на вимірюванні інтенсивності світлового потоку, що розсіюється забруднюючими частинками, які знаходяться у досліджуваному зразку води [ 2 ]. Об’єкт дослідження – методи і засоби визначення каламутності питної води. Предмет дослідження – нефелометричний вимірювач каламутності води на основі RGB датчиків. Мета дослідження – підвищити інформативність вимірювання каламутності води при нефелометричних дослідженнях за рахунок використання RGB датчиків. Робота складається з чотирьох розділів, а саме: огляд літератури та визначення показників якості питної води, що підлягають вимірюванню, огляд відомих технічних рішень, розроблення та дослідження вимірювача каламутності води на основі цифрових RGB датчиків, економічне обгрунтування здійсненої розробки. В першому розділі розкриті загальні питання забезпечення якості питної води. Ступінь забруднення води оцінюється в нефелометричних одиниці каламутності (NTU). Основним стандартом для цього параметра є полімерне з’єднання, відоме як формазін. Полімер зіставляють з гравіметричною масою каолінової глини, а 1 NTU приблизно дорівнює 1 мг/л каоліну [ 3 ]. В другому розділі проведено огляд та порівняння різних методів вимірювання, а також принципи побудови вимірювачів, які реалізують ці методи. Вказано на важливість забезпечення необхідних параметрів джерела світла [ 4 ]. Для підвищення точності вимірювань та усунення впливу внутрішніх шумів використовуються методи з модуляцією променя. Зазвичай це реалізується за рахунок використання двох джерел світла, які встановлені під кутом 90 градусів один до одного і вмикаються почергово [4; 6; 7; 8 ]. У результаті вплив дестабілізуючих факторів на результати вимірювань значно зменшується. Даний метод особливо ефективний при низьких діапазонах каламутності. В третьому розділі розглянуто питання розроблення та дослідження вимірювача каламутності на основі RGB датчиків. Каламутність води вимірюється по функціональній залежності між каламутністю і відповідними компонентами кольору датчика: R, G, B, баланс білого і LED. Використання RGB датчика є новим і дозволяє оцінити зразок не лише за яскравістю розсіяного світла, але й за співвідношення між колірним складовими. У результаті виконання цього розділу здійснено практичну реалізацію пристрою на основі цифрових RGB датчиків для визначення каламутності у воді, що дозволило провести експериментальні дослідження. Експериментальні дослідження показали, що зміна значень G і R, при зміні стану досліджуваного зразка, відповідає каламутності в режимах як розсіювання так і пропускання. При цьому покази каналів G і R практично співпадають, що може використовуватися для вимірювання каламутності. Ключові слова: нефелометрія, RGB датчик, каламутність, формазіновий нефелометр, вода. Перелік використаних літературних джерел 1. ДСТУ 7525:2014 «Національний стандарт України. Вода питна. Вимоги та методи контролювання якості». 2. Американське суспільство по випробуванню матеріалів (2014г.), «Стандартний метод випробувань для визначення каламутності вище 1NTU в статичному режимі, редакція 0.5», черновик методу, УестКоншохокен, Пенсільванія. 3. Садар, М. 2019 «Прилади для вимірювання каламутності – огляд доступних сьогодні технологій», семінар FISC по вивченню каламутності, організований Геологічної служби США, Рено, штат Невада. 4. Fondriest Environmental, Inc.2020. [Електронний ресурс]. Режим доступу:www.fondriest.com/environmental-measurements/measurements /measuring-water-quality/turbidity-sensors-meters-and-methods/ 5. Коледж комп’ютерних наук та технологій, Університет Хуабей, Аньхой, 235000, Китай. 6. Adu-Manu KS, Tapparello C, Heinzelman W, Katsriku FA, Abdulai JD (2017) Моніторинг якості води за допомогою бездротових сенсорних мереж: сучасні тенденції та майбутні напрямки досліджень. ACM Trans Sens Netw 13 (1): Стаття 4, 41 сторінка. 7. Capella JV, Bonastre A, Ors R, Peris M (2013) У прямому моніторингу концентрації нітратів у річці за допомогою бездротової сенсорної мережі із збиранням енергії. Приводи датчиків B Chem 177 (1): 419–427. 8. Ган, Л. (2007) Блок стисненого зондування природних зображень. 15-а міжнародна конференція з цифрової обробки сигналів, Кардіфф, Великобританія, с. 403–406