本實(shí)用新型具體涉及一種水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著人們對(duì)城市末端供水和飲用水的持續(xù)關(guān)注，對(duì)傳統(tǒng)的自來水供水系統(tǒng)和凈化水的水質(zhì)提出了更多的量化指標(biāo)要求。一般取得水濁度、硬度和余氯含量的結(jié)果需取水樣送實(shí)驗(yàn)室通過光譜分析得到數(shù)據(jù)，周期長(zhǎng)，費(fèi)用高，無法實(shí)現(xiàn)及時(shí)性、信息化、網(wǎng)絡(luò)化和民用實(shí)用化。特別是隨著互聯(lián)網(wǎng)+和物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，在環(huán)境監(jiān)測(cè)，城市供水系統(tǒng)、家庭飲用水和水凈化都迫切需要一種可以持續(xù)在線監(jiān)測(cè)水濁度、硬度和余氯的方法和設(shè)備，以提供城市供水系統(tǒng)各個(gè)末端水質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)合GIS快速定位和預(yù)防城市供水危機(jī)、水凈化系統(tǒng)效果對(duì)比及監(jiān)測(cè)關(guān)鍵耗材的劣化跟蹤及更換提醒，漏水報(bào)警等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實(shí)用新型提供的水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)，利用光學(xué)檢測(cè)方法實(shí)現(xiàn)了液體離子濃度和濁度的檢測(cè)、檢測(cè)方法簡(jiǎn)單、高效，實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化、可持續(xù)在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)。

本實(shí)用新型提供了一種水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)，包括：取樣裝置、試劑添加裝置、光電檢測(cè)裝置、主控裝置；所述取樣裝置包括進(jìn)水口和出水口，所述出水口處設(shè)有取樣電磁閥；所述試劑添加裝置包括試劑添加口、試劑出口，所述試劑出口處設(shè)有試劑電磁閥；所述光電檢測(cè)裝置包括透明長(zhǎng)方體容器、發(fā)光元件、正向受光元件、側(cè)向受光元件和處理分析電路，所述透明長(zhǎng)方體容器的頂部設(shè)有進(jìn)樣口和試劑投放口，所述出水口與所述進(jìn)樣口連接，所述試劑出口與所述試劑投放口連接，所述透明長(zhǎng)方體容器的底部設(shè)有廢水口，所述廢水口設(shè)有廢水電磁閥，所述發(fā)光元件的發(fā)光方向垂直于所述透明長(zhǎng)方體容器的第一側(cè)面，所述正向受光元件的光敏面平行于所述透明長(zhǎng)方體容器的第二側(cè)面，所述側(cè)向受光元件的光敏面平行于所述透明長(zhǎng)方體容器的第三側(cè)面，所述第一側(cè)面與所述第二側(cè)面相對(duì)，所述處理分析電路分別與所述正向受光元件、所述側(cè)向受光元件的信號(hào)輸出端連接，所述處理分析電路用于根據(jù)所述正向受光元件、所述側(cè)向受光元件的輸出信號(hào)得到水質(zhì)數(shù)據(jù)；所述主控裝置與所述取樣裝置、所述試劑添加裝置、所述光電檢測(cè)裝置連接，所述主控裝置用于根據(jù)預(yù)設(shè)的程序或用戶的操作控制所述取樣裝置、所述試劑添加裝置、所述光電檢測(cè)裝置。

優(yōu)選地，所述透明長(zhǎng)方體容器的材料為高透光玻璃。

優(yōu)選地，所述透明長(zhǎng)方體容器外壁或內(nèi)壁上設(shè)有吸光層。

優(yōu)選地，所述發(fā)光元件為L(zhǎng)ED光源。

優(yōu)選地，所述光電檢測(cè)裝置還包括整流穩(wěn)壓電路，所述整流穩(wěn)壓電路與所述發(fā)光元件連接。

優(yōu)選地，所述發(fā)光元件還包括弧形聚光結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述正向受光元件和所述側(cè)向受光元件的前端還分別設(shè)有接收鏡，所述接收鏡用于會(huì)聚接收到的光。

優(yōu)選地，主控裝置用于根據(jù)試劑投放量控制試劑電磁閥的打開的時(shí)間。

優(yōu)選地，其特征在于，還包括通訊裝置，所述通訊裝置與所述光電檢測(cè)裝置連接，所述通訊裝置用于將水質(zhì)數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的水質(zhì)檢測(cè)方法及系統(tǒng)，能夠全自動(dòng)化、可持續(xù)在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)，并能夠?qū)Χ喾N水質(zhì)參數(shù)(如濁度、硬度和余氯等)等進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)方式簡(jiǎn)單高效，設(shè)備體積小巧，便于安裝，系統(tǒng)通過與互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)上傳、統(tǒng)計(jì)分析、反饋，方便用戶能及時(shí)查看各地的水質(zhì)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的離子濃度檢測(cè)原理圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的液體濁度檢測(cè)原理圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的光電檢測(cè)裝置的俯視圖。

附圖標(biāo)記：

1-取樣裝置；11-進(jìn)水口；12-出水口；13-取樣電磁閥；

2-試劑添加裝置；20-包括試劑管；21-試劑添加口；22-試劑出口；23-試劑電磁閥；

3-光電檢測(cè)裝置；31-透明長(zhǎng)方體容器；32-發(fā)光元件；33-正向受光元件；34-側(cè)向受光元件；35-進(jìn)樣口；36-試劑投放口；37-廢水口；38-廢水電磁閥。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。以下實(shí)施例僅用于更加清楚地說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，因此只是作為示例，而不能以此來限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

需要注意的是，除非另有說明，本申請(qǐng)使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)或者科學(xué)術(shù)語(yǔ)應(yīng)當(dāng)為本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的通常意義。

首先本實(shí)施例提供的水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)試原理方法包括以下三個(gè)步驟：

步驟一，位于待測(cè)水樣一側(cè)的發(fā)光元件發(fā)出的入射光射入待測(cè)水樣，位于待測(cè)水樣另一側(cè)的正向受光元件接收經(jīng)過待測(cè)水樣后的透射光，若正向受光元件的輸出信號(hào)大于檢測(cè)閾值，則根據(jù)正向受光元件的輸出信號(hào)得到正向標(biāo)定光強(qiáng)，否則更換待測(cè)水樣重新測(cè)量。

其中，當(dāng)待測(cè)水樣太臟時(shí)，不利于后續(xù)濁度和離子濃度的測(cè)量，因此先進(jìn)行透明度測(cè)量，保證待測(cè)水樣的水質(zhì)滿足檢測(cè)的要求。

步驟二，位于待測(cè)水樣側(cè)面的側(cè)向受光元件接收待測(cè)水樣散射的散射光，根據(jù)側(cè)向受光元件的輸出信號(hào)得到散射光光強(qiáng)，同時(shí)根據(jù)正向受光元件的輸出信號(hào)得到透射光光強(qiáng)，根據(jù)待測(cè)水樣的散射光光強(qiáng)與待測(cè)水樣的透射光光強(qiáng)計(jì)算得到待測(cè)水樣的水樣濁度。

步驟三，向待測(cè)水樣中添加試劑，待試劑與待測(cè)水樣充分混合后，得到混合溶液，發(fā)光元件發(fā)出的入射光射入混合溶液，正向受光元件接收經(jīng)過混合溶液后的透射光，根據(jù)正向受光元件的輸出信號(hào)得到混合溶液的透射光光強(qiáng)，根據(jù)混合溶液的透射光光強(qiáng)、正向標(biāo)定光強(qiáng)和入射光光強(qiáng)計(jì)算得到待測(cè)水樣的離子濃度。

其中，入射光光強(qiáng)可以根據(jù)實(shí)際發(fā)光元件的型號(hào)參數(shù)和發(fā)光元件的當(dāng)前工作狀態(tài)等得到。

如果在實(shí)際檢測(cè)時(shí)不需要檢測(cè)水樣濁度，也可以省略步驟二；同樣，如果不需要測(cè)量離子濃度，可省略步驟三。

上述方法檢測(cè)液體中的離子濃度的原理為：不同的離子和特定試劑混合后，因離子濃度的不同，混合液體會(huì)呈現(xiàn)不同的顏色深度，溶液呈現(xiàn)顏色是因?yàn)槿芤哼x擇性地吸收了某種顏色的光而引起的，如表1給出了溶液顏色和其吸收光的顏色及波長(zhǎng)。如圖1所示，用與混合液體的顏色互補(bǔ)的光源照射混合溶液，混合溶液中某種離子的含量越高，混合溶液的顏色越深，可穿透的互補(bǔ)光線越低，對(duì)穿透混合溶液后的透射光光強(qiáng)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)溶液顏色深度和單色光吸收量線性關(guān)系的原理，得到混合溶液的透射光強(qiáng)與步驟一中的待測(cè)水樣的正向標(biāo)定光強(qiáng)的差值，計(jì)算出相對(duì)的離子含量的量化指標(biāo)，作為水樣中該離子含量的量化指標(biāo)。

選用不同顏色的發(fā)光元件和不同種類的試劑，本實(shí)用新型提供的水質(zhì)檢測(cè)方法可廣泛用于其它離子濃度的測(cè)量。

表1

如圖2所示，上述方法檢測(cè)液體的渾濁度的原理為：利用光線在渾濁水樣中會(huì)發(fā)生散射，通過檢測(cè)待測(cè)水樣的散射光光強(qiáng)和透射光光強(qiáng)的比值，測(cè)算出液體濁度的量化參數(shù)?？紤]到二次散射所引起的光強(qiáng)增強(qiáng)和濁液吸收所引起的光強(qiáng)衰減大體持平，其散射光在90度方向的總散射光強(qiáng)I_SS可有以下等式：

I_SS≈K₂I₀TΔx

其中，K₂為散射系數(shù)，T為濁度，Δx為測(cè)量光程長(zhǎng)，I₀為透射光光強(qiáng)；由以上等式可知，低濁度情況下，散射光強(qiáng)與濁度成正比。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的水質(zhì)檢測(cè)方法，利用不同離子和特定試劑混合后因離子濃度的不同呈現(xiàn)不同的顏色深度的混合溶液，檢測(cè)通過混合溶液的光的衰減程度檢測(cè)液體中的某種離子濃度，通過散射光和透射光的比值得到液體的濁度，測(cè)試裝置無需與待測(cè)水樣接觸，檢測(cè)方法安全、簡(jiǎn)單、高效，可廣泛用于多種離子濃度的測(cè)量。

為了更好地實(shí)現(xiàn)的上述水質(zhì)檢測(cè)方法，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)，如圖3所示，包括：取樣裝置1、試劑添加裝置2、光電檢測(cè)裝置3、主控裝置(圖1中未示出)。

取樣裝置1包括進(jìn)水口11和出水口12，出水口12處設(shè)有取樣電磁閥13，進(jìn)水口11通過管道與待測(cè)水樣的水源連接，通過取樣電磁閥13的開閉，控制待測(cè)液體的取樣，方便實(shí)時(shí)檢測(cè)水質(zhì)。

試劑添加裝置2包括試劑管20，試劑管20包括試劑添加口21和試劑出口22，試劑出口22處設(shè)有試劑電磁閥23，通過試劑添加口21向試劑管20中添加測(cè)試水質(zhì)用的試劑。測(cè)試時(shí)，主控裝置會(huì)根據(jù)試劑投放量控制試劑電磁閥23的打開的時(shí)間，精確掌控試劑投放量，提高了測(cè)量精度。試劑添加裝置2中可以設(shè)置多個(gè)試劑管20，用于存放不同的試劑，每個(gè)試劑管20的試劑電磁閥23均相互獨(dú)立控制，使得一臺(tái)設(shè)備能檢測(cè)不同的水質(zhì)參數(shù)。

光電檢測(cè)裝置3包括透明長(zhǎng)方體容器31、發(fā)光元件32、正向受光元件33、側(cè)向受光元件34和處理分析電路(圖1中未示出)。透明長(zhǎng)方體容器31的頂部設(shè)有進(jìn)樣口35和試劑投放口36，出水口12與進(jìn)樣口35連接，試劑出口22與試劑投放口36連接，透明長(zhǎng)方體容器31的底部設(shè)有廢水口37，廢水口37設(shè)有廢水電磁閥38，打開廢水電磁閥38即可排出透明長(zhǎng)方體容器31內(nèi)的待測(cè)水樣。如圖4所示，發(fā)光元件32的發(fā)光方向垂直于透明長(zhǎng)方體容器31的第一側(cè)面，減少由于光從空氣、玻璃和液體穿透時(shí)候產(chǎn)生的反射和折射對(duì)測(cè)量的影響，正向受光元件33的光敏面平行于透明長(zhǎng)方體容器31的第二側(cè)面，以增大正向受光元件33接收光的有效面積，第一側(cè)面與第二側(cè)面相對(duì)，側(cè)向受光元件34設(shè)在與入射光的光路垂直的方向，側(cè)向受光元件34的光敏面平行于透明長(zhǎng)方體容器31的第三側(cè)面，以增大側(cè)向受光元件34接收光的有效面積；發(fā)光元件32發(fā)出的入射光從第一側(cè)面進(jìn)入透明長(zhǎng)方體容器31中，經(jīng)待測(cè)水樣衰減后從第二側(cè)面射出的透射光被正向受光元件33接收，經(jīng)待測(cè)水樣散射的散射光被側(cè)向受光元件34接收。處理分析電路分別與正向受光元件33、側(cè)向受光元件34的信號(hào)輸出端連接，處理分析電路用于根據(jù)正向受光元件33、側(cè)向受光元件34的輸出信號(hào)得到水質(zhì)數(shù)據(jù)。

主控裝置與取樣裝置1、試劑添加裝置2、光電檢測(cè)裝置3連接，主控裝置用于根據(jù)預(yù)設(shè)的程序或用戶的操作控制取樣裝置1、試劑添加裝置2、光電檢測(cè)裝置3。

其中，透明長(zhǎng)方體容器31的材料為高透光玻璃，減小容器材料對(duì)光的衰減，提高測(cè)量精度。透明長(zhǎng)方體容器31的外壁或內(nèi)壁上設(shè)有吸光層，減少光的二次反射和折射對(duì)測(cè)量精度的影響。

水質(zhì)測(cè)量對(duì)光源的色度、光強(qiáng)等參數(shù)要求較高，為保證光源的質(zhì)量和穩(wěn)定性，發(fā)光元件32優(yōu)選穩(wěn)定性和單色性較好的LED光源。另外，還專門配有與發(fā)光元件32連接的整流穩(wěn)壓電路，用于穩(wěn)定發(fā)光元件32的供電電壓，提高出射光的穩(wěn)定性。

待測(cè)水樣較差的水質(zhì)會(huì)極大地衰減出射光和散射光，降低正向受光元件33和側(cè)向受光元件34的輸出信號(hào)，這不利于檢測(cè)，可以從以下兩個(gè)方面減弱上述影響，一是提高出射光的光強(qiáng)為了提高出射光的光強(qiáng)，二是提高受光元件接收光的面積。為了提高出射光的光強(qiáng)為了提高出射光的光強(qiáng)發(fā)光元件32還包括弧形聚光結(jié)構(gòu)，發(fā)光元件32發(fā)出的光在弧形聚光結(jié)構(gòu)的作用下集束發(fā)送，降低了出射光的發(fā)散角，提高了發(fā)光元件32出射光的光強(qiáng)，有利于受光元件接收到經(jīng)待測(cè)水樣衰減、散射的光。為了提高受光元件接收光的面積，正向受光元件33和側(cè)向受光元件34的前端還分別設(shè)有接收鏡，接收鏡有利于會(huì)聚接收到的光，使得正向受光元件33和側(cè)向受光元件34能夠檢測(cè)光強(qiáng)的微弱改變，有助于提高系統(tǒng)的檢測(cè)精度。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)還包括通訊裝置，通訊裝置與光電檢測(cè)裝置連接，通訊裝置用于將水質(zhì)數(shù)據(jù)上傳至云平臺(tái)，利用云平臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。本實(shí)用新型實(shí)施例提供的水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)可在環(huán)保水質(zhì)檢測(cè)、城市供水分析、水質(zhì)凈化分析等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，解決互聯(lián)網(wǎng)+背景下水質(zhì)大數(shù)據(jù)在線采集的需求。

為了更好地理解上述系統(tǒng)，下面以檢測(cè)水樣的濁度、水樣中的氯離子為例，簡(jiǎn)述水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)的工作流程。由于余氯試劑與氯離子溶液呈黃色，利用黃色液體對(duì)藍(lán)色光的吸收作用，選用藍(lán)色LED光源作為發(fā)光元件32。具體工作流程如下：

1、主控裝置收到檢測(cè)濁度的指令后打開取樣電磁閥13，此時(shí)試劑電磁閥23和廢水電磁閥38處于關(guān)閉狀態(tài)，待測(cè)水樣在水壓作用下快速進(jìn)入透明長(zhǎng)方體容器31內(nèi)，取樣量根據(jù)水樣水壓和取樣電磁閥13的開關(guān)時(shí)間進(jìn)行控制，待透明長(zhǎng)方體容器31內(nèi)的待測(cè)水樣達(dá)到取樣量后，關(guān)閉取樣電磁閥13。

2、打開藍(lán)色LED光源，光源發(fā)出的光經(jīng)過透明長(zhǎng)方體容器31內(nèi)的待測(cè)水樣后被正向受光元件33接收；處理分析電路將正向受光元件33的輸出信號(hào)與檢測(cè)閾值比較，若正向受光元件33的輸出信號(hào)大于檢測(cè)閾值，則根據(jù)正向受光元件的輸出信號(hào)得到正向標(biāo)定光強(qiáng)，則否則打開廢水電磁閥38排出透明長(zhǎng)方體容器31內(nèi)的水樣，重新取樣進(jìn)行測(cè)量。

3、處理分析電路接收正向受光元件33和側(cè)向受光元件34的輸出信號(hào)，得到待測(cè)水樣的散射光光強(qiáng)與透射光光強(qiáng)，并計(jì)算得到待測(cè)水樣的水樣濁度。

4、打開試劑電磁閥23，投入一定劑量的余氯試劑；待余氯試劑與待測(cè)水樣充分混合后得到混合溶液，打開藍(lán)色LED光源；處理分析電路接收正向受光元件33的輸出信號(hào)，得到混合溶液的透射光光強(qiáng)，結(jié)合正向標(biāo)定光強(qiáng)和入射光光強(qiáng)計(jì)算得到待測(cè)水樣的氯離子濃度。

5、打開廢水電磁閥38，排出廢水；廢水排盡后，取樣電磁閥13進(jìn)行沖洗清潔，為下次檢測(cè)做準(zhǔn)備。

綜上所述，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的水質(zhì)檢測(cè)方法及系統(tǒng)，能夠全自動(dòng)化、可持續(xù)在線監(jiān)測(cè)水質(zhì)，并能夠?qū)Χ喾N水質(zhì)參數(shù)(如濁度、硬度和余氯等)等進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)方式簡(jiǎn)單高效，設(shè)備體積小巧，便于安裝，系統(tǒng)通過與互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)數(shù)據(jù)的及時(shí)上傳、統(tǒng)計(jì)分析、反饋，方便用戶能及時(shí)查看各地的水質(zhì)。

最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求和說明書的范圍當(dāng)中。