稀土萃取分离生产过程中,稀土离子组分含量的变化,会直接影响萃取分离生产过程及最终的稀土产品质量。但由于检测环境、方法、设备等问题,实际生产中稀土离子组分含量的检测仍主要通过人工取样制样,再到化验室检测。这种方法存在不连续、非实时和费时费力的缺点,导致萃取生产过程控制不及时、耗能、产品质量不稳定等问题。本文以稀土萃取分离过程为背景,针对现有萃取过程离子组分含量检测设备存在的问题,根据离子特征颜色能反应离子组分含量变化的关系,按照检测分析的要求设计出一套适宜两组分稀土元素萃取过程的离子组分含量检测系统,完成了集自动取样制样、图像采集、检测分析及检测数据存储、交互等于一体的稀土离子组分含量检测系统。本文的主要研究内容及结论为:(1)根据检测要求,对基于特征颜色的稀土萃取过程离子组分含量检测系统进行总体方案设计,包括硬件设计和软件设计。系统硬件包括取样、制样、图像采集、检测4个装置,规划了每个装置功能,并进行结构设计;按系统要求,设计了系统的信号采集、处理及控制电路;采用模块化的方法,进行了系统软件功能的划分,设计了下位机、PC机检测流程结构。(2)通过Matlab实现了检测系统中的图像处理功能,完成颜色特征值提取与处理。在RGB和HSI颜色空间下对稀土溶液图像不同滤波方法进行了对比,得出采用中值滤波能显著减少环境和硬件设备对采集图像的噪声干扰;应用Otsu分割算法去除采集图像的背景,并通过区域匹配处理得到两种颜色空间下稀土溶液的彩色图像,对比分析得出HSI空间下分割效果更好;采用颜色一阶矩的方法获得反映稀土离子组分含量的特征值,并对比分析了实验与现场溶液图像H、S分量特征值与稀土离子组分含量的关系。(3)对现场条件下采集图像的特征值通过RBF神经网络进行校正,并研究了两种检测模型,第一种为采用经QPSO优化的ELM算法建立的检测模型,建模速度快,仿真情况下最大误差为0.96%;第二种为多项式拟合模型,对组分范围在40%~81%的Nd/Pr溶液检测的绝对误差在0.6%以内,检测精度相对较高。(4)实验测试了基于特征颜色的稀土萃取过程离子组分含量检测系统。仿真实验结果表明,本文设计的检测系统自动化程度好、检测精度较高、重复性好,符合工艺要求,为进一步将离子组分含量检测系统应用于稀土生产提供良好基础。