專(zhuān)利名稱(chēng)：一種多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法和裝置，特別是用于對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的淡水水域水質(zhì)主要理化參數(shù)同時(shí)在線檢測(cè)并且給予智能水產(chǎn)養(yǎng)殖適性評(píng)估的檢測(cè)方法與檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國(guó)江河湖堰等淡水水域均遭受不同程度的污染，給水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)帶來(lái)很大的影響。有必要隨時(shí)隨地對(duì)養(yǎng)殖水域的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)、監(jiān)控，以保證水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的正常進(jìn)行。
通常環(huán)境水質(zhì)的檢測(cè)須現(xiàn)場(chǎng)采集水樣，送實(shí)驗(yàn)室用質(zhì)譜儀、色譜儀或者化學(xué)分析的方法一一測(cè)定。這樣檢測(cè)的數(shù)據(jù)精度無(wú)疑很高，但其項(xiàng)目單一，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不能當(dāng)場(chǎng)完成，成本較高。也可以采用電極直接插入水樣的檢測(cè)方法，電極的電性能隨著水質(zhì)理化性能的變化而變化，不同的理化參數(shù)需采用不同的電極分別檢測(cè)，仍然不夠方便。現(xiàn)有一些電極式水質(zhì)速測(cè)儀大多只能檢測(cè)單項(xiàng)指標(biāo)，而且不可能根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)直接在線分析水質(zhì)，進(jìn)行有關(guān)水產(chǎn)養(yǎng)殖遷性的自動(dòng)評(píng)估。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新的、集水質(zhì)多種參數(shù)同時(shí)在線檢測(cè)和智能分析、評(píng)估為一體的水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法以及與此相適應(yīng)的便攜式水質(zhì)檢測(cè)裝置。
本發(fā)明的水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法的流程是同時(shí)在線采用離子敏電極檢測(cè)鈉離子、亞硝態(tài)氮、氨、硫化氫、EC、和PH值，采用傳感器檢測(cè)溶解氧、溫度和水濁度。電極(除EC電極外)以及溶氧計(jì)的檢測(cè)電壓信號(hào)由電信號(hào)跟蹤電路進(jìn)行信號(hào)跟蹤，信號(hào)放大電路參照各響應(yīng)特征，選用不同的放大倍數(shù)進(jìn)行信號(hào)放大，以便成為同一數(shù)量級(jí)的模擬信號(hào)。模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)處理之一是調(diào)用可編程存儲(chǔ)器(EPROM)內(nèi)固化的系數(shù)調(diào)整公式α=Yh-YlVmax-Vmin,]]>計(jì)算各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)(Vmax、Vmin為各電極的響應(yīng)電壓的上、下限值，Yh、Yl為相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)電壓的上、下極限值)，計(jì)算結(jié)果送液晶顯示器同時(shí)顯示。數(shù)據(jù)處理之二是通過(guò)EPROM中嵌入的水產(chǎn)養(yǎng)殖知識(shí)庫(kù)，進(jìn)行智能分析、推理及評(píng)估，評(píng)估結(jié)果在各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果顯示后，再傳送至液晶顯示器同時(shí)顯示。數(shù)字信號(hào)也可由單片機(jī)處理器通過(guò)通信接口，傳送至遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
本發(fā)明的水質(zhì)檢測(cè)裝置由離子敏電極、傳感器、信號(hào)跟蹤器、信號(hào)放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)處理器、EPROM、液晶顯示器、通訊接口以及直流電源等組成，其中離子敏電極為鈉離子、亞硝態(tài)氮、氨(NH3)、硫化氫(H2S)以及EC、PH電極，各電極除EC外須附加甘汞參比電極，傳感器為溶氧計(jì)(O2)、濁度計(jì)和溫度傳感器。信號(hào)跟蹤器采用高阻抗運(yùn)算放大器(≥1TΩ)，既可對(duì)高內(nèi)阻電極(≥10MΩ)檢測(cè)信號(hào)電壓進(jìn)行跟蹤(EC電極、溶氧計(jì)除外)，也可對(duì)中內(nèi)阻電極(≥1MΩ且＜10MΩ)檢測(cè)信號(hào)電壓進(jìn)行跟蹤，同時(shí)可增強(qiáng)信號(hào)的抗干擾性。信號(hào)放大器為通用信號(hào)放大器。A/D轉(zhuǎn)換器為16路，單片處理器為16位。根據(jù)淡水養(yǎng)殖的主要種類(lèi)，如鯉、鯽、鰱、草、鰻、羅非、團(tuán)頭等魚(yú)類(lèi)以及中國(guó)對(duì)蝦、羅氏蝦、河蟹等水質(zhì)的要求，選擇PH值、溶解氧、水溫、鹽度以及氨、亞硝酸鹽、硫化氫等分析指標(biāo)，建立分析指標(biāo)與水產(chǎn)養(yǎng)殖的相關(guān)性數(shù)據(jù)模型，采用徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)給予學(xué)習(xí)并形成水產(chǎn)養(yǎng)殖知識(shí)庫(kù)，再用C語(yǔ)言編程，將其實(shí)現(xiàn)并固化于EPROM中，成為嵌入式水產(chǎn)養(yǎng)殖知識(shí)庫(kù)，供單片機(jī)處理調(diào)用，嵌入式水產(chǎn)養(yǎng)殖知識(shí)庫(kù)包括引導(dǎo)模塊、主控模塊、系數(shù)調(diào)整模塊、推理機(jī)模塊、顯示模塊和通信模塊組成。液晶顯示器先同時(shí)顯示各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果，1分鐘后再顯示總體評(píng)估結(jié)論。通訊接口供遠(yuǎn)程傳輸、數(shù)據(jù)共享使用。除電極、傳感器外，所有元器件封裝于便攜式小盒內(nèi)。
本發(fā)明的一個(gè)特點(diǎn)是，可以同時(shí)在線檢測(cè)環(huán)境水質(zhì)多項(xiàng)理化指標(biāo)，并可以即時(shí)自動(dòng)對(duì)水質(zhì)的水產(chǎn)養(yǎng)殖適性進(jìn)行智能分析、判斷、給出評(píng)估結(jié)論。本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)快速，成本低廉。本發(fā)明可廣泛用于水產(chǎn)養(yǎng)殖和環(huán)境保護(hù)對(duì)水質(zhì)主要參數(shù)指標(biāo)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以及綜合評(píng)估的場(chǎng)合。


圖1為本發(fā)明的檢測(cè)方法流程圖。
圖2為本發(fā)明檢測(cè)裝置的電原理框圖。
圖中，1為信號(hào)跟蹤器，2為信號(hào)放大器，3為A/D轉(zhuǎn)換器，4為液晶顯示器，5為單片機(jī)處理器，6為通信接口，7為可編程存儲(chǔ)器(EPROM)，8為鈉電極，9為氨電極，10為硫化氫電極，11為亞硝態(tài)氮電極，12為PH電極，13為EC電極，14為溶氧計(jì)，15為濁度計(jì)，16為溫度傳感器，17為直流電源1，18為甘汞參比電極，19為直流電源2。
具體實(shí)施例方式
參見(jiàn)圖1、圖2。
本發(fā)明信號(hào)跟蹤器1采用運(yùn)算放大器CA3140(A)，信號(hào)放大器2采用OP07，A/D轉(zhuǎn)換器采3用ADC0816，單片機(jī)處理器5采用8031，通訊接口6采用RS485串口，直流電源1為5V，直流電源2為±15V，工作溫度為0~50℃，裝置外形尺寸50cm×20cm×20cm。
采用PH電極、EC電極、硫化氫、氨、鈉、亞硝態(tài)氮離子敏電極、甘汞參比電極和溶氧計(jì)、濁度計(jì)、溫度傳感器；對(duì)環(huán)境水質(zhì)進(jìn)行在線檢測(cè)，具體檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)下表

根據(jù)水產(chǎn)養(yǎng)殖的機(jī)理與經(jīng)驗(yàn)，選擇水質(zhì)的重要指標(biāo)PH值；水產(chǎn)養(yǎng)殖動(dòng)物的生命要素溶解氧；影響水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)的水溫、鹽度；以及水產(chǎn)養(yǎng)殖水域中存在的有害物質(zhì)氨、亞硝酸鹽和硫化氫作為分析指標(biāo)，根據(jù)魚(yú)類(lèi)生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境水質(zhì)的要求，建立以上指標(biāo)與水產(chǎn)動(dòng)物生長(zhǎng)間的相關(guān)關(guān)系模型，采用徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)予以學(xué)習(xí)，用C語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)并固化于EPROM中實(shí)現(xiàn)嵌入式水產(chǎn)養(yǎng)殖知識(shí)庫(kù)。系統(tǒng)根據(jù)PH電極、EC電極、硫化氫、氨、鈉、亞硝態(tài)氮離子敏電極和溶氧計(jì)、濁度計(jì)、溫度傳感器的檢測(cè)值進(jìn)行推理，并將結(jié)果送至液晶顯示器顯示。
舉例如下(1)當(dāng)水質(zhì)檢測(cè)值分別為PH7.0，溶氧5.5mg/L，氨0.27mg/L，亞硝態(tài)氮2.4mg/L，硫化氫0.08mg/L時(shí)，系統(tǒng)顯示結(jié)果為該水質(zhì)最適合養(yǎng)殖鰱魚(yú)；(2)當(dāng)水質(zhì)檢測(cè)值分別為PH8.0，溶氧8.0mg/L，氨0.02mg/L，亞硝態(tài)氮0.20mg/L，硫化氫0.08mg/L時(shí)，系統(tǒng)顯示結(jié)果為該水質(zhì)適合養(yǎng)殖鯉魚(yú)、鰱魚(yú)、草魚(yú)、中國(guó)對(duì)蝦和羅非魚(yú)等品種。
權(quán)利要求
1.一種多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于同時(shí)在線采用離子敏電極檢測(cè)鈉離子、亞硝態(tài)氮、氨、硫化氫、EC、和PH值，采用傳感器檢測(cè)溫度、溶解氧、和水濁度，檢測(cè)到的電壓信號(hào)由電信號(hào)跟蹤電路調(diào)理，使它所通過(guò)信號(hào)放大電路放大后，成為同一數(shù)量級(jí)的模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，處理之一是調(diào)用可編程存儲(chǔ)器EPROM內(nèi)固化的系數(shù)調(diào)整公式計(jì)算各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果送液晶顯示器同時(shí)顯示，處理之二是通過(guò)EPROM中嵌入的水產(chǎn)養(yǎng)殖知識(shí)庫(kù)，進(jìn)行智能分析、推理及評(píng)估，評(píng)估結(jié)果在各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果顯示后，再傳送至液晶顯示屏顯示，數(shù)字信號(hào)也可由單片機(jī)處理器通過(guò)通信接口，傳送至遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于所述的系數(shù)調(diào)整公式α=Yh-YlVmax-Vmin,]]>計(jì)算各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，Vmax、Vmin為各電極的響應(yīng)電壓的上、下限值，Yh、Yl為相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)電壓的上、下極限值。
3.一種多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于由離子敏電極、傳感器、信號(hào)跟蹤器、信號(hào)放大器、A/D轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)處理器、EPROM、液晶顯示器、通訊接口以及直流電源組成，其中鈉離子、亞硝態(tài)氮、氨、硫化氫，以及EC、PH電極為離子敏電極，甘泵參比電極配合除EC外的其他電極使用，傳感器包括溶氧計(jì)、濁度計(jì)和溫度傳感器，信號(hào)跟蹤器采用高阻抗運(yùn)算放大器，A/D轉(zhuǎn)換器為16路，單片處理器為16位，EPROM中固化有系數(shù)調(diào)整公式和嵌入式的水產(chǎn)養(yǎng)殖知識(shí)庫(kù)，供單片機(jī)處理器調(diào)用，嵌入式水產(chǎn)養(yǎng)殖知識(shí)庫(kù)包括引導(dǎo)模塊、主控模塊、系數(shù)調(diào)整模塊、推理機(jī)模塊、顯示模塊和通信模塊組成，液晶顯示器先同時(shí)顯示各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果，一分鐘后再顯示總體評(píng)估結(jié)論。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法及裝置，同時(shí)在線采用離子敏電極檢測(cè)鈉離子、亞硝態(tài)氮、氨、硫化氫、EC、和pH值，采用傳感器檢測(cè)溫度、溶解氧、和水濁度，檢測(cè)到的電壓信號(hào)由電信號(hào)跟蹤電路調(diào)理，使它所通過(guò)信號(hào)放大電路放大后，成為同一數(shù)量級(jí)的模擬信號(hào)，模擬信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)進(jìn)入單片機(jī)處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖知識(shí)庫(kù)，進(jìn)行智能分析、推理及評(píng)估，傳送至液晶顯示屏顯示。本發(fā)明可以同時(shí)在線檢測(cè)環(huán)境水質(zhì)多項(xiàng)理化指標(biāo)，并可以即時(shí)自動(dòng)對(duì)水質(zhì)的水產(chǎn)養(yǎng)殖適性進(jìn)行智能分析、判斷、給出評(píng)估結(jié)論，攜帶方便，操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)快速，成本低廉。
文檔編號(hào)G01N33/18GK1566958SQ03131969
公開(kāi)日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月21日
發(fā)明者陳鋒, 陳宗海, 王兵 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)