pH值的检测是环境保护、药品制备、食品加工和印染过程控制等多个行业和领域中十分重要的环节之一。传统的玻璃pH传感器存在抗干扰能力差,寿命短,易中毒等缺点。本文针对工业自动化领域pH持续检测问题,提出了一种基于光谱分析的pH检测系统,该系统具有信号稳定、抗干扰能力强、使用时间长、无污染等特点,实现了实验室内溶液pH值的持续测量,为后期产品的开发提供了新思路。本文主要研究内容如下:1.根据光学式pH传感器的检测特点,设计了基于光谱分析的pH检测系统的总体方案。针对包埋多种指示剂(刚果红、溴酚蓝、甲酚红、氯酚红)敏感膜的特性,利用指示剂变色原理和基于透射的pH检测原理,设计了pH检测系统的光谱信号采集系统,实现了检测光的光谱信号采集。提出了一种微型pH溶液光谱信号新型采样池,完成了采样池的结构设计。实验表明,相对于传统的比色皿采样池,本文提出的采样池结构微小,样本用量少,采样效率高,采集的数据稳定性强。2.设计了基于ARM架构的pH检测系统光谱信号处理系统。信号处理系统的功能包括:光谱仪的驱动、数据的存储、光谱数据特征提取、pH值的预测和显示、人机交互、系统的设置等。完成了光谱信号处理系统的硬件电路设计,包括电源模块、光谱仪接口电路、处理器外围电路以及显示电路等;完成了光谱处理软件的开发与调试,实现了对吸光度光谱信号的处理、溶液pH值的预测及显示等功能。3.研究了吸光度-pH模型的预测算法。利用支持向量机回归(SVR)和随机森林(RF)的基本原理,建立了基于RF-SVR的吸光度-pH模型;优化了光谱预处理阶段SG卷积算法的参数和RF-SVR的相关参数。最终实现了根据吸光度光谱数据预测溶液pH值的功能。预测结果表明,本文提出的基于RF-SVR吸光度-pH模型预测值的最大绝对误差为0.196,最小绝对误差为0.007。4.完成了系统的试验分析。配置了pH范围3.50-9.00,间隔为0.50的系列pH缓冲液,完成了常温下缓冲溶液中检测光吸光度光谱数据的采集。利用对比试验分析了本文提出的微型采样池及基于RF-SVR吸光度-pH模型的性能。试验结果表明:与传统的比色皿采样池相比,使用本文设计的采样池时模型预测值的最大绝对误差相对降低了0.078;与基于SVR吸光度-pH模型相比,本文提出的基于RF-SVR吸光度-pH模型预测值的最大绝对误差相对降低了0.075。