水是生命存在和经济发展的必要条件。随着社会的进步,水污染问题日益突出,严重威胁着社会的可持续发展和人类的生存。在水质监测中,化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,COD)是评价水体受有机物污染的重要环境监测指标,也是河流和工业废水水质研究及污水处理厂处理效果评价的重要参数。传统化学法检测COD不能满足现代实时在线测量的需求。吸收光谱技术用于检测COD具有检测速度快、无二次污染和能实现原位测量等优势,可以实现对海洋、湖泊、河流和水库等水体的原位测量,为国家环保部门提供实时有效的检测数据。本文以实现水体COD的实时在线测量为目标,提出了采用偏最小二乘算法结合粒子群算法快速筛选特征波长,建立预测模型的方法。研制了基于吸收光谱技术的水体COD传感设备,该设备能实现水体吸收光谱数据的采集和显示、COD定标模型的建立以及测量结果的实时显示。主要的研究内容包括以下几个方面:(1)针对全光谱数据建模存在的光谱信息重叠,模型的预测精度不高等问题。提出了采用粒子群算法结合偏最小二乘算法(Particle Swarm Optimization and Partial Least Squares,PSO-PLS)筛选用于建模的特征波长,以化学需氧量标准溶液为研究对象,建立标准溶液的PLS、间隔偏最小二乘(interval Partial Least Squares,i PLS)、支持向量机回归(Support Vector Regression,SVR)、PSO-PLS算法预测模型,对比分析4种算法建模的效果。分析结果表明,基于PSO-PLS混合算法建立的模型效果最好,相关系数r=0.99998,均方根误差RMSE=0.1551。说明PSO-PLS算法能有效的筛选特征波长,简化用于建模的特征波长数量,提高预测模型的精度。(2)研究了水体温度和浊度对COD测量的影响。首先从分析化学的角度介绍温度和浊度这两种参数理论上对水体COD检测的影响;然后以化学需氧量标准溶液和浊度标准溶液为实验水样,探究温度和浊度变化时,吸收光谱数据的相关特性;最后在PSO-PLS算法筛选的特征波长处建立相应的补偿函数。(3)研制了基于吸收光谱技术的水体COD传感设备。以微型光纤光谱仪为核心测量单元,搭配可变光程的光纤探头,设计了满足COD测量要求的整套系统。同时,基于Lab VIEW程序开发环境,设计了系统的软件界面,实现了吸收光谱的采集和显示,化学计量学算法的植入,COD参数的实时测量。最后根据国家相关标准,对研制的设备的性能进行测试,测试结果表明,测量误差满足国家规定的5%以内,检测范围为4.9～500 mg/L,满足我国及行业有关标准规范。